一种基于Hausdroff算法的配电网故障区段定位方法与流程

本发明涉及智能电网技术，尤其涉及一种基于hausdroff算法的配电网故障区段定位方法。

背景技术：

现有非有效接地配电网单相接地故障区段定位方法按照其利用信息的不同，大致可分为2类：一是基于外加注入信号的故障区段定位方法；二是利用单相接地故障时的电气量变化特征进行故障区段定位，其又可分为基于故障稳态分量的故障区段定位法、基于故障暂态分量的故障区段定位法和综合定位方法。根据现场实际应用经验来看，目前基于上传的暂态零序电流特征相似性比对的区段定位方法应用最为广泛。但现场中压配电线路结构复杂，对于电缆和架空线路的混合线路中，交界位置前后零序电流会出现较大变化；另外，在有分支处的线路节点处，分支点前和分支点后采集到的零序电流特征也会出现较大的变化，严重影响到传统基于上传的暂态零序电流特征相似性比对的区段定位方法的正确性。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题在于针对现有技术中的缺陷，提供一种基于hausdroff算法的配电网故障区段定位方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种基于hausdroff算法的配电网故障区段定位方法，包括以下步骤：

1)当发生单相接地故障时，利用配电网中安装的零序电流采集终端，获取单相接地故障时刻后td时间内的暂态零序电流数据，形成故障暂态零序电流序列，通常设定td为一个周期时间的四分之一；其中，第i条馈线中的第j个零序电流采集终端采集的零序电流序列用i0(i,j)表示；

其中，i≤n，n为馈线总数，每个零序电流序列的零序电流采样数为ns；

2)对配电网中的所有馈线最靠近母线的零序电流采集终端采集到的零序电流序列i0(1,1)，i0(2,1)，i0(3,1)，……，i0(n,1)进行任意两个序列之间的相似性分析，

零序电流采样序列之间的相似度采用以下公式计算：

h(a,b)＝max[h(a,b),h(b,a)]

其中，a、b为零序电流采样序列，a、b分别为两个零序电流采样序列中的电流数据值；

对于馈线i最靠近母线的零序电流序列i0(i,1)和馈线j最靠近母线的零序电流序列i0(j,1)，其相似度计算公式为：

其中，

i0(i,1)(k)表示零序电流序列i0(i,1)的第k个数，i0(j,1)(m)表示零序电流序列i0(j,1)的第m个数；

3)计算任意馈线i上最靠近母线的采集终端采集到的零序电流序列与其他所有馈线上最靠近母线的采集终端采集到的零序电流序列相似度的平均值，将相似度平均值最大的馈线i确定为故障馈线；

4)对故障馈线进行故障区段定位；

4.1)若故障馈线i不含分支线路，则计算馈线i上所有相邻设备两两之间采集到的零序电流采样序列之间的相似度，

若对于编号为r与r-1的相邻设备，其相似度最大且或其中，kset1为整定系数；

则故障区段定位在采集终端r-1与采集终端r之间，定位结束；

4.2)若故障馈线i含有分支线路，则依次判断故障区段与所有p个分支点的位置关系，依次判断过程具体如下：

假设主干线路第pq个分支点处靠母线侧的采集终端编号为x，主干线路第pq个分支点靠线路终端的采集终端编号为y，连接第pq个分支点的分支线路最靠近分支点的采集设备编号为w；

计算i0(i,x)、i0(i,y)与i0(i,w)三者两两之间的相似度，分别为

4.2.1)若

其中，kset2为整定系数，则判定故障发生在采集终端x与采集终端y之间的分支线上，进行分支故障区段定位；转入步骤4.2.4)；

4.2.2)若则故障发生在采集终端x与采集终端y之间，定位结束；

4.2.3)若如果此时pq<pp，则计算故障区段与分支点pq+1的位置关系；若pm＝pq，则判定故障区段不在分支点附近而在主干线路上，采用步骤4.1)的方法进行故障区段定位；

4.2.4)依次计算位于分支点pq处的分支线上所有相邻设备两两之间采集到的零序电流采样序列之间的相似度，

若对于分支线上编号为r与r-1的相邻设备，其相似度最大且或其中，kset1为整定系数；

则故障区段定位在分支线上采集终端r-1与采集终端r之间，定位结束。

按上述方案，所述整定系数的取值为：kset1＝1.8，kset2＝2。

本发明产生的有益效果是：

(1)利用故障发生后相邻测量点的零序电流波形做hausdroff相似比较，可充分利用暂态过程的全部数据，避免单独使用幅值或相位造成的有效信息过少的缺点。

(2)利用hausdroff算法计算发生故障时分支点处3个采样点采样得到的暂态零序电流波形两两之间比较相似性确定出故障区段，可克服分支点前后、电缆架空连接点前后波形相似性突变造成区段定位误判的问题，准确性高，适应性强。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明实施例的方法流程图；

图2是本发明实施例的判断故障区段与所有p个分支点的位置关系流程图；

图3是本发明实施例的某小电流接地的配电网示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1和图2所示，一种基于hausdroff算法的配电网故障区段定位方法，具体流程如下：

步骤1、利用含n条馈线的配电网中安装的零序电流采集设备(暂态录波型故障指示器或配电自动化终端设备)，获取单相接地故障时(零序电压大于0.15倍相电压)刻后td时间内的暂态零序电流数据，暂态零序电流数据采样间隔为tsample。第i条馈线安装有gi个零序电流采集终端，整个配电网共有个采集终端。据此，形成故障暂态零序电流序列，第i条馈线中的第j个故障零序电流序列用i0(i,j)表示。每个电流序列的零序电流采样数ns，ns为round(td/tsample)，round()表示四舍五入取整。

步骤2、给第i条馈线的gi个零序电流采集终端进行编号，最靠近母线处的编号为1，最靠近负荷终端的编号为gi。从母线往负荷终端方向依次编号，首先给主干线路的采集终端依次编号，为1、2、……、gk。然后给分支线路上的采集终端依次编号，假设第i条馈线有p条分支线路，则其分支线路上的故障指示器依次编号为gk+1、gk+2、……、gp。

步骤3、一旦发生单相接地故障，对馈线1、馈线2、……、馈线n最靠近母线的零序电流采集终端采集到的零序电流序列i0(1,1)，i0(2,1)，i0(3,1)，……，i0(n,1)进行任意两个序列之间的相似性分析。具体利用hausdroff算法计算两个序列之间的相似度。对于馈线i最靠近母线的零序电流序列i0(i,1)和馈线j最靠近母线的零序电流序列i0(j,1)，其相似度计算公式为：

其中

i0(i,1)(k)表示零序电流序列i0(i,1)的第k个数，i0(j,1)(m)表示零序电流序列i0(j,1)的第m个数。

步骤4、计算任意馈线i上第1个采集终端采集到的零序电流序列与其他所有馈线上第1个采集终端采集到的零序电流序列相似度的平均值，若则馈线i为故障馈线。

步骤5、当故障馈线i不含分支线路时，按步骤2中故障馈线i上的编号顺序，依次计算第2、3、……、gi个采集设备的故障零序电流采样序列与其相邻设备采集到的的采样序列之间的相似度。对于线路上的任意第r个采集终端，根据步骤2的编号原则，其相邻的靠母线侧的采集终端编号将为r-1，相邻的靠负荷终端的采集终端编号为r+1。分析第r个采集终端的故障零序电流采样序列i0(i,r)与第r-1个采集终端的故障零序电流采样序列i0(i,r-1)的相似度

其中

i0(i,r)(k)表示零序电流序列i0(i,r)的第k个数，i0(i,r-1)(m)表示零序电流序列i0(i,r-1)的第m个数；分析第r个采集终端的故障零序电流采样序列i0(i,r)与第r+1个采集终端的故障零序电流采样序列i0(i,r+1)的相似度

i0(i,r+1)(m)表示零序电流序列i0(i,r-1)的第m个数。如果

且或

(kset1为整定系数)则故障区段定位在采集终端r-1与采集终端r之间，定位结束。

步骤6、当故障馈线i含分支线路时，则依次判断故障区段与所有p个分支点的位置关系。从p1开始，至pp为止。假设主干线路第pm个分支点处靠母线侧的采集终端编号为x，主干线路第pm个分支点靠线路终端的采集终端编号为y，连接第pm个分支点的分支线路最靠近分支点的采集设备编号为w。则同样利用步骤5的方法计算i0(i,x)、i0(i,y)与i0(i,w)三者两两之间的相似度，分别为如图2；

a)若(kset2为整定系数)，则故障发生在采集终端x与采集终端y之间的分支线上，此时进入步骤7，进行故障区段定位；

b)若则故障发生在采集终端x与采集终端y之间，定位结束；

c)若如果此时pm<pi，则重复步骤6，计算故障区段与分支点pm+1的位置关系；若pm＝pi，则故障区段不在分支点附近而在主干线路上。此时进入步骤8，进行故障区段定位。

d)若以上3种情况均不满足，则故障区段不在分支点附近而在主干线路上。此时进入步骤8，进行故障区段定位。

步骤7：按步骤2中故障馈线i上的编号顺序，依次计算位于分支点pm处的分支线上第gk+1、gk+2、……、gk+n个采集设备的故障零序电流采样序列与其相邻设备采集到的的采样序列之间的相似度。对于分支线路上的任意第r个采集终端，根据步骤2的编号原则，其相邻的靠母线侧的采集终端编号将为r-1，相邻的靠负荷终端的采集终端编号为r+1。分析第r个采集终端的故障零序电流采样序列i0(i,r)与第r-1个采集终端的故障零序电流采样序列i0(i,r-1)的相似度

其中

i0(i,r)(k)表示零序电流序列i0(i,r)的第k个数，i0(i,r-1)(m)表示零序电流序列i0(i,r-1)的第m个数；分析第r个采集终端的故障零序电流采样序列i0(i,r)与第r+1个采集终端的故障零序电流采样序列i0(i,r+1)的相似度

i0(i,r+1)(m)表示零序电流序列i0(i,r-1)的第m个数。如果

且或

(kset1为整定系数)则故障区段定位在分支线上的采集终端r-1与采集终端r之间。

步骤8：按步骤2中故障馈线i上的编号顺序，依次计算主干线路上第2、3、……、gk个采集设备的故障零序电流采样序列与其相邻设备采集到的的采样序列之间的相似度。对于线路上的任意第r个采集终端，根据步骤2的编号原则，其相邻的靠母线侧的采集终端编号将为r-1，相邻的靠负荷终端的采集终端编号为r+1。分析第r个采集终端的故障零序电流采样序列i0(i,r)与第r-1个采集终端的故障零序电流采样序列i0(i,r-1)的相似度

其中

i0(i,r)(k)表示零序电流序列i0(i,r)的第k个数，i0(i,r-1)(m)表示零序电流序列i0(i,r-1)的第m个数；分析第r个采集终端的故障零序电流采样序列i0(i,r)与第r+1个采集终端的故障零序电流采样序列i0(i,r+1)的相似度

i0(i,r+1)(m)表示零序电流序列i0(i,r-1)的第m个数。如果

且或

(kset1为整定系数)则故障区段定位在主干线上的采集终端r-1与采集终端r之间。

本发明专利提出的方法，首先根据配电网中安装的零序电流采集设备(暂态录波型故障指示器或配电自动化终端设备)，获取单相接地故障时刻后td时间内的暂态零序电流采样数据；然后通过各馈线最靠近母线的零序电流采集终端采集到的零序电流判断出故障馈线；对于不含分支的故障馈线，可直接分析两个相邻采样点的故障暂态零序电流相似度，根据故障位置同侧的零序波形相似度高、故障位置异侧的零序波形相似度低这一特点，选出相似度计算值最大的即为故障位置；对于含分支的故障馈线，则先根据分支点处三个零序电流采集终端采集到的零序电流方向，通过hausdroff算法判断故障区段与分支点的位置关系，即分支线上、分支点附近以及不在分支点附近的主干线路上；再在该故障范围内分析两个相邻采样点的故障暂态零序电流相似度，判断出故障位置，实现准确地故障定位。本方法能避免分支线路带来的影响，且不受电缆架空混合线路影响。

下面通过借助实施例更加详细地说明本发明，但以下实施例仅是说明性的，本发明的保护范围并不受这些实施例的限制。

某小电流接地的配电网如附图3所示，该模型是一个10kv的配电网馈线系统，馈线由架空线和电缆构成，出线共有6条，其中线路1为架空线—电缆混联线路，由20km架空线路和10km电缆组成，并有10km电缆分支线路；线路2、线路3和线路4为电缆线路，其余为架空线路。1)架空线路参数：r0＝0.23ω/km，r1＝0.096ω/km；l0＝3.66mh/km，l1＝1.22mh/km；c0＝0.007μf/km，c1＝0.011μf/km。2)电缆线路参数：r0＝0.34ω/km，r1＝0.11ω/km；l0＝1.54mh/km，l1＝0.52mh/km；c0＝0.19μf/km，c1＝0.29μf/km。

下面结合实施例描述本发明所述一种基于hausdroff算法的配电网单相接地故障区段定位方法，不失一般性，假设在馈线1的采样点1-2和采样点1-3之间、分支点处三个采样点之间(采样点1-4和采样点1-5之间)、采样点1-8和采样点1-9之间、分支线上采样点1-11和采样点1-12之间分别发生了经过渡电阻rf＝1000ω的单相接地故障，为确定故障区段定位方法，包括如下所述具体过程：

(1)采样点1-2和采样点1-3之间故障

第1步，馈线1的采样点1-2和采样点1-3之间发生了经过渡电阻rf＝1000ω的单相接地故障，利用配电网中安装的零序电流采集设备(暂态录波型故障指示器或配电自动化终端设备)，获取单相接地故障时刻后5ms时间内的暂态零序电流数据，暂态零序电流数据采样间隔为100μm。每个电流序列的零序电流采样数ns为50。

第2歩，对6条馈线最靠近母线的零序电流采集终端采集到的零序电流序列i0(1,1)，i0(2,1)，i0(3,1)，i0(4,1)，i0(5,1)，i0(6,1)进行任意两个序列之间的相似性分析。

第3步，计算任意馈线i上第1个采集终端采集到的的零序电流序列与其他所有馈线上第1个采集终端采集到的零序电流序列相似度的平均值。故馈线1为故障馈线。

第4步，因为故障馈线1含分支线路，且仅有1个分支点p1，则需先判断故障区段与分支点p1的位置关系。分支点p1处靠母线侧的采集终端编号为1-4，靠负荷终端的采集终端编号为1-5，分支线路最靠近主干线路的采集设备编号为1-11。计算i0(1,4)、i0(1,5)与i0(1,11)三者两两之间的相似度，分别为由于皆不满足的条件，因此故障区段不在分支点p1附近而在主干线路上。

第5步，由此在不含分支点附近的主干线路上进行故障定位。计算不含分支点附近的主干线路上相邻测量点的故障暂态零序电流相似度，据此判断故障区段。由于且(取kset1＝1.8)，因此故障位置在采样点1-2、1-3之间，定位结束。

(2)采样点1-4和采样点1-5之间故障

第1步，馈线1的采样点1-4和采样点1-5之间发生了经过渡电阻rf＝1000ω的单相接地故障，利用配电网中安装的零序电流采集设备(暂态录波型故障指示器或配电自动化终端设备)，获取单相接地故障时刻后5ms时间内的暂态零序电流数据，暂态零序电流数据采样间隔为100μm。每个电流序列的零序电流采样数ns为50。

第2歩，对6条馈线最靠近母线的零序电流采集终端采集到的零序电流序列i0(1,1)，i0(2,1)，i0(3,1)，i0(4,1)，i0(5,1)，i0(6,1)进行任意两个序列之间的相似性分析。

第3步，计算任意馈线i上第1个采集终端采集到的的零序电流序列与其他所有馈线上第1个采集终端采集到的零序电流序列相似度的平均值。故馈线1为故障馈线。

第4步，因为故障馈线1含分支线路，且仅有1个分支点p1，则需先判断故障区段与分支点p1的位置关系。分支点p1处靠母线侧的采集终端编号为1-4，靠负荷终端的采集终端编号为1-5，分支线路最靠近主干线路的采集设备编号为1-11。计算i0(1,4)、i0(1,5)与i0(1,11)三者两两之间的相似度，分别为由于不满足但满足其中kset＝2的条件，因此故障区段为分支点p1处采集终端1-4与采集终端1-5之间，定位结束。

(3)采样点1-8和采样点1-9之间故障

第1步，馈线1的采样点1-8和采样点1-9之间发生了经过渡电阻rf＝1000ω的单相接地故障，利用配电网中安装的零序电流采集设备(暂态录波型故障指示器或配电自动化终端设备)，获取单相接地故障时刻后5ms时间内的暂态零序电流数据，暂态零序电流数据采样间隔为100μm。每个电流序列的零序电流采样数ns为50。

第2歩，对6条馈线最靠近母线的零序电流采集终端采集到的零序电流序列i0(1,1)，i0(2,1)，i0(3,1)，i0(4,1)，i0(5,1)，i0(6,1)进行任意两个序列之间的相似性分析。

第3步，计算任意馈线i上第1个采集终端采集到的的零序电流序列与其他所有馈线上第1个采集终端采集到的零序电流序列相似度的平均值。故馈线1为故障馈线。

第4步，因为故障馈线1含分支线路，且仅有1个分支点p1，则需先判断故障区段与分支点p1的位置关系。分支点p1处靠母线侧的采集终端编号为1-4，靠负荷终端的采集终端编号为1-5，分支线路最靠近主干线路的采集设备编号为1-11。计算i0(1,4)、i0(1,5)与i0(1,11)三者两两之间的相似度，分别为由于不满足但满足其中kset＝2的条件，因此故障区段不在分支点p1附近而在主干线路上。

第5步，由此在不含分支点附近的主干线路上进行故障定位。计算不含分支点附近的主干线路上相邻测量点的故障暂态零序电流相似度，据此判断故障区段。由于且(取kset1＝1.8)，因此故障位置在采样点1-8、1-9之间，定位结束。

(4)采样点1-11和采样点1-12之间故障

第1步，馈线1的采样点1-11和采样点1-12之间发生了经过渡电阻rf＝1000ω的单相接地故障，利用配电网中安装的零序电流采集设备(暂态录波型故障指示器或配电自动化终端设备)，获取单相接地故障时刻后5ms时间内的暂态零序电流数据，暂态零序电流数据采样间隔为100μm。每个电流序列的零序电流采样数ns为50。

第2歩，对6条馈线最靠近母线的零序电流采集终端采集到的零序电流序列i0(1,1)，i0(2,1)，i0(3,1)，i0(4,1)，i0(5,1)，i0(6,1)进行任意两个序列之间的相似性分析。

第3步，计算任意馈线i上第1个采集终端采集到的的零序电流序列与其他所有馈线上第1个采集终端采集到的零序电流序列相似度的平均值。故馈线1为故障馈线。

第4步，因为故障馈线1含分支线路，且仅有1个分支点p1，则需先判断故障区段与分支点p1的位置关系。分支点p1处靠母线侧的采集终端编号为1-4，靠负荷终端的采集终端编号为1-5，分支线路最靠近主干线路的采集设备编号为1-11。计算i0(1,4)、i0(1,5)与i0(1,11)三者两两之间的相似度，分别为由于不满足但满足其中kset＝2的条件，因此故障区段为分支点p1处的分支线路上。

第5步，由此在分支点p1处的分支线路上进行故障定位。计算分支点p1处的分支线路上相邻测量点的故障暂态零序电流相似度，据此判断故障区段。由于且(取kset1＝1.8)，因此故障位置在采样点1-11、1-12之间，定位结束。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。