一种基于故障指示器的配电网故障定位方法、设备及存储介质与流程
本发明涉及电力故障定位技术领域，尤其涉及一种基于故障指示器的配电网故障定位方法、设备及存储介质。
背景技术：
电力系统在当前给人类的生产生活起着重要作用，保证供电系统的安全可靠性的工作是十分重要。由于电力系统网络覆盖面积大和辐射性广阔。如果某一个点，或某几个点发生故障，对故障的排查工作量较大，排查难度也较高。为了能够进行故障快速定位以及解除故障，目前一般采用故障指示设备来辅助完成线路检测。
当前已有很多种不同的故障定位方式，但是基于使用环境的条件限制，定位效果并不理想。
比如使用基于网基的矩阵算法来进行定位，则无法适应分布式电源接入的复杂配电网系统。矩阵算法进行定位仅适合于单电源辐射系统，但由于矩阵算法计算量较大，效率不高。
还有使用基于网形的矩阵算法来进行定位。虽然可以解决多电源并行供电的问题，但是网形的矩阵算法需要对每一个供电电源进行一次假定正方向来进行故障定位计算。
网形的矩阵算法虽较能准确进行定位，但是网形的矩阵算法计算量极大，对系统的处理能力有着很高的要求。
所以传统矩阵算法可以适用于复杂的分布式电网，但是传统的矩阵算法并未考虑到配电网实际运行工作中风雨等天气原因以及环境因素所带来设备老化等一系列的影响，这样导致传统矩阵算法在实际运行过程中具有较大的误差，无法在广大地区进行推广使用。
因此,基于上述几种方式的不足，如何解决实时监控配电网系统的运行状态，能够实现快速进行故障定位，并保证定位准确是当前亟待解决的技术问题。
技术实现要素：
为了克服上述现有技术中的不足，本发明提供一种先进的故障检测设备来实时监控配电网系统的运行状态，实现快速定位故障区段，可以实现故障判别以及故障定位。
具体包括：
主站实时监控配电网状态，并接收故障信息；
主站将故障信息处理成电流相量；
根据电流相量获取供电区段向量，确定故障区域；
逆运算出预设情况下故障电流相量；
故障定位容错分析处理；
判断是否出现故障；
如出现故障则发出报警提示，并显示故障区域及故障点。
进一步需要说明的是，方法包括：
配置配电网为相树形式，电流的流向为正方向；
在每一个节点处安装故障指示器，根据故障指示器的位置将线路区段化；
当线路中发生故障时，故障点与电源之间流过故障电流，故障指示器动作示警，其余故障指示器不动作；
定义故障电流流过的线路电流值为1，其余线路电流值为0。
进一步需要说明的是，基于故障指示器的故障定位单故障定位方法；
预设4个故障指示器将线路分成了4个区段，节点fi1与其他3个故障指示器之间为区段1，节点fi2下方为区段2，节点fi3下方为区段3，节点fi4下方为区段4；
当节点fi2后出现故障，则节点fi1、节点fi2都动作，电流值为1，节点fi3、节点fi4不动作，电流值为0，这种情况下线路电流相量：
ib＝[1100]t(1-1)
计算各个节点的流入电流ic，如果电流值为1，则说明该点后发生故障，直到下一个没有动作的故障指示器这之间的线路均为故障区段，而其他正常运行的线路电流值为0；
得到故障区段相量：
ic＝[0100]t(1-2)
区段2发生故障，说明节点fi2之后的线路发生的故障。
进一步需要说明的是，基于故障指示器的故障定位多故障定位方法；
当线路中发生多故障时，区段3和区段4发生故障，除区段2以外均有故障电流，除节点fi2均动作，线路故障电流相量：
ib＝[0100]t(2-1)
代入得故障区段相量：
ic＝[-1011]t(2-2)
上式中相量-1表示故障电流在区段1汇合。
进一步需要说明的是，故障定位容错分析处理包括：
根据故障信息判断故障区段，然后进行逆运算，将大于等于1的数全部归1后与故障信息对比，分析重合度达到减少误判的概率；
容错方法包括:
①计算出故障区段相量ic确定故障区段，计算故障电流相量ib：
ib＝[100011]t(3-1)
ic＝[1-10001]t(3-2)
ic中有两个1，则有2n-1＝3种故障情况，n为1的数量；
配置三种故障状态条件：(a)fi1后故障；(b)fi6后故障；(b)两种都发生；
②预设故障状态相量ick，在每个ick中故障区段元素值为1，其他均为0；
当出现(b)情况，ic2为：
ic2＝[000001]t(3-3)
③根据逆算
ic1对应的ib1为：
ib1＝[100000]t(3-4)
ic2对应的ib2为：
ib2＝[110011]t(3-5)
ic3对应的ib3为：
ib3＝[110011]t(3-6)
④将ibk与实际ib比较，相似度越高则可能性越大；
定义相似度s：
s＝ib⊙ibk(3-7)
以s中元素和为相似度指标，f越大，相似度越高：
其中n为故障指示器数量；
(a)fi1后故障；(b)fi6后故障；(b)两种都发生的三种情况的相似度为：
根据公式(3-9)判断出故障区段。
本发明还提供一种实现基于故障指示器的配电网故障定位方法的设备包括：
存储器，用于存储计算机程序基于故障指示器的配电网故障定位方法；
处理器，用于执行所述计算机程序及基于故障指示器的配电网故障定位方法，以实现基于故障指示器的配电网故障定位方法的步骤。
本发明还提供一种具有基于故障指示器的配电网故障定位方法的存储介质，存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行以实现基于故障指示器的配电网故障定位方法的步骤。
从以上技术方案可以看出，本发明具有以下优点：
基于故障指示器的配电网故障定位方法不需要安装ftu等价格昂贵的故障检测设备，不需要进行脱网等复杂操作，极大的降低了成本。通过采用有向图化得方法，将线路结构简化，构造关联矩阵，通过简单的相乘运算确定故障区段，不需要进行大量的复杂运算，大大提高了效率。
基于故障指示器的配电网故障定位方法利用新型故障指示器可以传输故障信息的特点，将故障指示器安装在节点元件处，判断故障电流方向，从而进行故障定位。这种方法只需要故障指示器传输少量的故障信息，不需要进行高精度的数据测量。
基于故障指示器的配电网故障定位方法制定了较为准确的容错机制，这种机制可以分辨单故障、多故障以及线路正常运行的情况，避免故障指示器误报和拒动情况的发生。结果证明了无论是单故障还是多故障情况下，本文的方法都可以较为准确的进行故障定位。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为基于故障指示器的配电网故障定位方法流程图；
图2为线路区段化示意图；
图3为多故障示意图区段定位示意图；
图4为路径重合的故障定位示意图；
图5为fi2拒动情况示意图；
图6为城郊配电网系统示意图；
图7为单故障发生的仿真图；
图8为单故障simulik仿真图；
图9为电流波形图；
图10为多故障线路仿真示意图；
图11为多故障simulink仿真图；
图12为电流波形图；
具体实施方式
本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
附图中所示的方框图仅仅是功能实体，不一定必须与物理上独立的实体相对应。即，可以采用软件形式来实现这些功能实体，或在一个或多个硬件模块或集成电路中实现这些功能实体，或在不同网络和/或处理器装置和/或微控制器装置中实现这些功能实体。
此外，所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施例中。在下面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本发明的实施例的充分理解。然而，本领域技术人员将意识到，可以实践本发明的技术方案而没有特定细节中的一个或更多，或者可以采用其它的方法、组元、装置、步骤等。在其它情况下，不详细示出或描述公知方法、装置、实现或者操作以避免模糊本发明的各方面。
本发明提供一种基于故障指示器的配电网故障定位方法，如图1所示，方法包括：
主站实时监控配电网状态，并接收故障信息；
主站将故障信息处理成电流相量；
根据电流相量获取供电区段向量，确定故障区域；
逆运算出预设情况下故障电流相量；
故障定位容错分析处理；
判断是否出现故障；
如出现故障则发出报警提示，并显示故障区域及故障点。
基于故障指示器的配电网故障定位方法中可能以许多方式来实现本发明的方法以及装置。例如，可通过软件、硬件、固件或者软件、硬件、固件的任何组合来实现本发明的方法以及装置。用于所述方法的步骤的上述顺序仅是为了进行说明，本发明的方法的步骤不限于以上具体描述的顺序，除非以其它方式特别说明。此外，在一些实施例中，还可将本发明实施为记录在记录介质中的程序，这些程序包括用于实现根据本发明的方法的机器可读指令。因而，本发明还覆盖存储用于执行根据本发明的方法的程序的记录介质。
作为本发明的实施例的实施方式，基于故障指示器的配电网故障定位设计，还包括以下步骤：
基于故障指示器的故障定位单故障定位方法；
其中，配电网电流通常是从电源流向支路，因此可以用有相树表示，一般规定电流的流向为正方向。通常在每一个节点处安装故障指示器，这样根据故障指示器的位置将线路区段化。如图2所示，4个故障指示器将线路分成了4个区段，fi1与其他3个故障指示器之间为区段1，fi2下方为区段2，fi3下方为区段3，fi4下方为区段4.
当线路中发生故障时，故障点与电源之间流过故障电流，故障指示器动作示警，其余故障指示器不动作，通常定义故障电流流过的线路电流值为1，其余线路电流值为0，如上图所示，fi2后出现故障，则fi1、fi2都动作，电流值为1，fi3、fi4不动作，电流值为0，这种情况下线路电流相量：
ib＝[1100]t(1-1)
可计算各个节点的流入电流ic，如果电流值为1，则说明该点后发生故障，直到下一个没有动作的故障指示器这之间的线路均为故障区段，而其他正常运行的线路电流值为0。得到故障区段相量：
ic＝[0100]t(1-2)
从上述(1-2)式可以看出区段2发生了故障，说明fi2之后的线路发生的故障。
作为本发明的实施方式，基于故障指示器的故障定位多故障定位方法；
具体方法为：当线路中发生多故障时，故障定位原理与单故障定位相同。在图3和4所示，区段3和区段4发生故障，除区段2以外均有故障电流，除fi2均动作，线路故障电流相量：
ib＝[0100]t(2-1)
代入得故障区段相量：
ic＝[-1011]t(2-2)
上式中相量-1表示故障电流在区段1汇合。
作为本发明的实施方式，故障定位容错分析；
具体方法为：故障指示器在实际运行过程中可能会受到系统等其他因素的影响出现拒动或误报的情况，节点fi2出现拒动的情况，这时系统就会判断节点fi1之后和节点fi6之后为故障区段，成为多故障情况。
因此需要对故障信息进行分析。首先根据故障信息判断故障区段，然后进行逆运算，将大于等于1的数全部归1后与故障信息对比，分析重合度达到减少误判的概率。其判断依据为：
(1)单个故障指示器动作比较容易出现错误判断，多个故障指示器动作通常不会误报。
(2)一般来说配电网线路中的故障多为单故障，多故障出现的情况较少。
以下是容错校正的方法
①首先计算出故障区段相量ic确定故障区段，下面以图5为例计算故障电流相量ib：
ib＝[100011]t(3-1)
ic＝[1-10001]t(3-2)
ic中有两个1，则可能有2n-1＝3种故障情况，n为1的数量。(a)fi1后故障；(b)fi6后故障；(b)两种都发生。
②引入新故障状态相量ick，在每个ick中故障区段元素值为1，其他均为0。
如(b)情况，ic2为：
ic2＝[000001]t(3-3)
③根据逆算
ic1对应的ib1为：
ib1＝[100000]t(3-4)
ic2对应的ib2为：
ib2＝[110011]t(3-5)
ic3对应的ib3为：
ib3＝[110011]t(3-6)
④将ibk与实际ib比较，相似度越高则可能性越大。
这里需要定义相似度s：
s＝ib⊙ibk(3-7)
以s中元素和为相似度指标，f越大，相似度越高：
其中n为故障指示器数量。
在图5中，三种情况的相似度为：
分析可知，(b)和(c)两个情况可能性较大，由于单故障出现的可能性大，所以认为故障为单故障，故障区段为fi6之后，符合实际情况。
作为本发明的实施方式，以城郊地区配电网作为本发明方法的实施方式；
具体方法为：采用了某地区城郊的配电网网络系统，如图6所示为一个10kv的配电网系统，在这个网络中有80个10/0.4kv的中压负荷配变和19个故障指示器。
根据本文介绍的方法搭建了城郊配电网系统的示意图，通过multisim软件搭建了仿真图。图7为单故障发生的仿真图，图10故障发生的仿真图。测试了在不同情况下故障指示器能否快速准确的进行故障定位，结果证明，此方法可以较为准确的进行故障定位。
在进行单故障仿真验证时，
如图7所示，将故障点设置在fi15与fi16之间的线路上，故障点与电源之间所有的故障指示器都有故障电流经过，从而全部动作，然后将故障信息传递至主站。
将19个故障指示器的位置节点与线路结构有向图化，构造出一个节-支关联矩阵ab。根据这些故障指示器的动作情况，可以绘制出故障信息表4-1。
主站接收到故障指示器传来的信息进行分析处理后利用多种故障定位方法来进行故障区段定位，根据本文所提出的故障定位方法可以确定故障电流相量ib、故障线路区段相量ic这两者的元素值。采用本发明方法分析可以知道故障区段为fi15之后。
表4-1.单故障信息表
2n-1＝1故障情况只有一种，但也可能指示器误报，因此(a)fi15后出现故障；(b)故障指示器误报。接下来进行相似度计算，每种情况的ick与ibk如式(4-1)(4-2)所示，再进行相似度计算，计算出相似度指标式(4-3)，确定(a)可能性最高，即故障区段为fi15后方线路，所得结论与实际情况相符合。
ib1＝[1111000000011010000]t
(4-1)
ib2＝[0000000000000000000]t
(4-2)
相似度：
本发明中多故障仿真验证具体方法为：如图10至12所示，加装了19个故障指示器。将故障1设置在fi16后方线路，故障2设置在fi17后方线路中，故障指示器检测到故障电流全部动作。
与单故障仿真相似，同样根据仿真示意图构造节-支关联矩阵ab，故障电流从电源流向故障区段，表4-2记录了故障信息。
通过计算分析得到ib和ic的值见上表。分析ic可知，故障区段可能为fi16和fi16之后。
表4-2.多故障信息表
22-1＝3，故障情况有三种，所以共有四种可能情况。(1)故障点在fi16后；(2)故障点在fi17后；(3)fi16、fi17后都故障；(4)无故障。再进容错分析，计算ibk和ick后进行相似度比较如下所示。
ib1＝[1111000000011011000]t
(4-4)
ib2＝[1111110000000000100]t
(4-5)
ib3＝[1111110000011011100]t
(4-6)
ib4＝[0000000000000000000]t
(4-7)
实验仿真分析了单故障与多故障情况下的故障定位，结果表明此方法可以有效的进行故障定位。
本发明的基于故障指示器的配电网故障定位方法中不需要安装ftu等价格昂贵的故障检测设备，不需要进行脱网等复杂操作，极大的降低了成本。通过采用有向图化得方法，将线路结构简化，构造关联矩阵，通过简单的相乘运算确定故障区段，不需要进行大量的复杂运算，大大提高了效率。
本发明利用新型故障指示器可以传输故障信息的特点，将故障指示器安装在节点元件处，判断故障电流方向，从而进行故障定位。这种方法只需要故障指示器传输少量的故障信息，不需要进行高精度的数据测量。
本发明制定了较为准确的容错机制，这种机制可以分辨单故障、多故障以及线路正常运行的情况，避免故障指示器误报和拒动情况的发生。结果证明了无论是单故障还是多故障情况下，本文的方法都可以较为准确的进行故障定位。
基于上述方法本发明还提供一种实现基于故障指示器的配电网故障定位方法的设备包括：
存储器，用于存储计算机程序基于故障指示器的配电网故障定位方法；
处理器，用于执行所述计算机程序及基于故障指示器的配电网故障定位方法，以实现基于故障指示器的配电网故障定位方法的步骤。
本发明还提供一种具有基于故障指示器的配电网故障定位方法的存储介质，存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行以实现基于故障指示器的配电网故障定位方法的步骤。
实现基于故障指示器的配电网故障定位方法的设备是结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员易于理解，这里描述的实现基于故障指示器的配电网故障定位方法的设备可以通过软件实现，也可以通过软件结合必要的硬件的方式来实现。因此，根据实现基于故障指示器的配电网故障定位方法的设备公开实施方式的技术方案可以以软件产品的形式体现出来，该软件产品可以存储在一个非易失性存储介质(可以是cd-rom，u盘，移动硬盘等)中或网络上，包括若干指令以使得一台计算设备(可以是个人计算机、服务器、移动终端、或者网络设备等)执行根据本公开实施方式的索引方法。
实现基于故障指示器的配电网故障定位方法的设备可以以一种或多种程序设计语言的任意组合来编写用于执行本公开操作的程序代码，所述程序设计语言包括面向对象的程序设计语言—诸如java、c++等，还包括常规的过程式程序设计语言—诸如“c”语言或类似的程序设计语言。程序代码可以完全地在用户计算设备上执行、部分地在用户设备上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算设备上部分在远程计算设备上执行、或者完全在远程计算设备或服务器上执行。在涉及远程计算设备的情形中，远程计算设备可以通过任意种类的网络，包括局域网(lan)或广域网(wan)，连接到用户计算设备，或者，可以连接到外部计算设备(例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接)。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
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