一种基于暂态波形的配电网故障识别方法与流程

1.本发明涉及配电网故障识别的技术领域，尤其涉及一种基于暂态波形的配电网故障识别方法。


背景技术：

2.近年来随着国家经济不断发展，人们对电力的需求不断提升，配电网作为电力系统的最终环节与用户体验息息相关，随用电量的日益增加，电网的稳定、经济运行日益受到重视，电网故障后不仅影响电力企业本身，同时影响用户的用电状况，配电网的维护往往采用事后抢修的方式，使得配电网不能及时的恢复运转，同时居民的日常生活也得不到保障，因此，及时发现配电网的故障做到及时修复对城市的建设和发展具有重要意义。
3.现有技术对配电网不能做到很好的判断，往往只能在故障发生后进行抢修，发生以及发生后的维修需要很长时间，期间居民的日常生活无法得到保证，因此如何解决对故障的及时分辨是当前急需解决的问题。


技术实现要素：

4.本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本技术的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。
5.鉴于上述现有存在的问题，提出了本发明。
6.因此，本发明提供了一种基于暂态波形的配电网故障识别方法，能够利用波形及时发现配电网故障原因，并派遣人员及时进行修复。
7.为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：包括：利用波形采集装置采集电压波形；将所述电压波形通过设计的滤波器得到故障波形；将所述故障波形进行预处理，形成带标签数据集；将所述带标签数据集输入到k-nn算法中将进行分类，随后利用调节函数对分类结果优化识别配电网故障。
8.作为本发明所述的基于暂态波形的配电网故障识别方法的一种优选方案，其中：所述波形采集装置可以为便携式spd测试仪、多通道波形采集装置或旋变波形采集装置。
9.作为本发明所述的基于暂态波形的配电网故障识别方法的一种优选方案，其中：设计的滤波器包括：三个电阻、受控整流器、电容c和示波器；
10.其中，电阻r1、r2和r3串联；
11.所述受控整流器与所述电阻r1串联；
12.所述电容c与所述电阻r3并联；
13.所述示波器和r3串联；
14.所述故障波形通过滤波器过滤电压波形小于450v的信号。
15.作为本发明所述的基于暂态波形的配电网故障识别方法的一种优选方案，其中：所述预处理包括：
16.在minitab中输入所述降噪的故障波形；
17.利用z-score对所述降噪的故障波形标准化处理；
18.指定处理后波形的存放区域，形成所述带标签数据集。
19.作为本发明所述的基于暂态波形的配电网故障识别方法的一种优选方案，其中：所述k-nn算法包括：所述k-nn算法的k的取值为：10》k》3；其中，k为故障波形的k个近邻。
20.作为本发明所述的基于暂态波形的配电网故障识别方法的一种优选方案，其中：还包括：k-nn算法中距离的度量方式为切比雪夫距离，所述切比雪夫距离为：
21.dis＝max(|x1-x2|,|y1-y2|)
22.其中，dis为切比雪夫距离，x1为降噪的故障波形的横坐标，x2为待检测波形的横坐标，y1为降噪的故障波形的纵坐标，y2为待检测波形的纵坐标。
23.作为本发明所述的基于暂态波形的配电网故障识别方法的一种优选方案，其中：还包括：构造调节函数：
[0024][0025]
其中，m为调节结果，a1为故障波形的距离，a2为待检测波形的距离，l1为故障波形的样本数，l2为待检测波形的样本数，b1和b2分别表示为故障波形和待检测波形的标准误差。
[0026]
作为本发明所述的基于暂态波形的配电网故障识别方法的一种优选方案，其中：还包括：若所述m＜1.8，则剔除此时待检测波形的样本；若所述m≥1.8，则输出结果。
[0027]
本发明的有益效果：基于波形的样本的分析，通过预处理和k-nn算法实现少量样本下系统对故障的识别，使得故障可以及时修复。
附图说明
[0028]
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例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性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：
[0029]
图1为本发明第一个实施例所述的基于暂态波形的配电网故障识别方法的流程示意图；
[0030]
图2为本发明第一个实施例所述的基于暂态波形的配电网故障识别方法的滤波器电路图；
[0031]
图3为本发明第一个实施例所述的基于暂态波形的配电网故障识别方法的波形图。
具体实施方式
[0032]
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式做详细的说明，显然所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而
不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明的保护的范围。
[0033]
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
[0034]
其次，此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。
[0035]
本发明结合示意图进行详细描述，在详述本发明实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。
[0036]
同时在本发明的描述中，需要说明的是，术语中的“上、下、内和外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一、第二或第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
[0037]
本发明中除非另有明确的规定和限定，术语“安装、相连、连接”应做广义理解，例如：可以是固定连接、可拆卸连接或一体式连接；同样可以是机械连接、电连接或直接连接，也可以通过中间媒介间接相连，也可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0038]
实施例1
[0039]
参照图1～3，为本发明的第一个实施例，该实施例提供了基于暂态波形的配电网故障识别方法，包括：
[0040]
s1:利用波形采集装置采集电压波形。
[0041]
波形采集装置可以为便携式spd测试仪、多通道波形采集装置或旋变波形采集装置。
[0042]
s2：将电压波形通过设计的滤波器得到故障波形。
[0043]
参照图2，设计的滤波器包括三个电阻、受控整流器、电容和示波器，电阻r1、r2和r3串联，受控整流器与电阻r1串联，电容c与电阻r3并联，示波器和r3串联电压波形通过滤波器过滤电压中小于450v的信号，获得故障波形。
[0044]
其中，电阻r1的电阻值为70ω、r2的电阻值为50ω、r3的电阻值为11kω、电容c的电容值为30uf。
[0045]
参照图3，其中需要说明的是，过滤了电压低于450v的正常电压波形，保留故障波形。
[0046]
较佳的是，本发明通过利用电阻、受控整流器、电容和示波器结合设计了滤波器，可以过滤低于一定数值的正常电压波形，并且由于示波器和受控整流器的存在使得滤波器可依据情况进行调整所需的滤波阀值。
[0047]
s3：将故障波形进行预处理，形成带标签数据集。
[0048]
预处理包括，在minitab中输入降噪的故障波形；利用z-score对降噪的故障波形
标准化处理；指定处理后波形的存放区域，形成带标签数据集。
[0049]
其中需要说明的是，z-score标准化处理为减去均值并除以标准差。
[0050]
s4：将带标签数据集输入到k-nn算法中将进行分类，随后利用调节函数对分类结果优化识别配电网故障。
[0051]
k-nn算法的k的取值为：10》k》3；通过ball-tree树结构对k-nn算法进行优化。
[0052]
其中需要说明的是，k-nn算法中距离的度量方式为切比雪夫距离，切比雪夫距离为：
[0053]
dis＝max(|x1-x2|,|y1-y2|)
[0054]
其中，k为故障波形的k个近邻，dis为切比雪夫距离，x1为降噪的故障波形的横坐标，x2为待检测波形的横坐标，y1为降噪的故障波形的纵坐标，y2为待检测波形的纵坐标。
[0055]
更进一步的，为避免k-nn算法样本中k取值过小产生过拟合现象，构造调节函数：
[0056][0057]
其中，m为调节结果，a1为故障波形的距离，a2为待检测波形的距离，l1为故障波形的样本数，l2为待检测波形的样本数，b1和b2分别表示为故障波形和待检测波形的标准误差，若m＜1.8，则剔除此时待检测波形的样本，若m≥1.8，则输出故障波形。
[0058]
较佳的是，本发明通过利用利用调节函数对分类后的波形进一步优化，防止了k值过小导致的过拟合现象。
[0059]
实施例2
[0060]
为了对本方法中采用的技术效果加以验证说明，本实施例选择传统的配电网故障识别方法和采用本方法进行对比测试，以科学论证的手段对比试验结果，以验证本方法所具有的真实效果。
[0061]
传统的配电网故障识别方法不能实时诊断故障波形，存在较大误差，影响居民的用电体验，为验证本发明方法相对于传统方法具有较高的诊断准确度和实时性，本实施例中将采用传统的配电网故障识别方法和本发明方法分别对配电网的识别误差率进行对比。
[0062]
测试环境：(1)将配电网的波形数据导入仿真平台并模拟出现故障的波形，开启自动化测试设备并运用matlb进行检测。
[0063]
(2)使用的实验数据为：波形不相同的十组待测数据，其中每一组的波形相同。
[0064]
(3)实验测试方法为分别对十组待测数据利用不同方法进行检测。
[0065]
(4)先对传统方法提供的评分方法做误差检测，再对本发明方法进行误差检测，分别将传统方法与本发明方法的运行程序进行编码，导入matlb软件中进行仿真模拟测试。
[0066]
表1：误差数据对比表。
[0067][0068]
参照表1，能够直观的看出本发明方法相对于传统的配电网故障识别方法具有更高的准确度，误差率更低的同时意味着维修的时间大大缩短。
[0069]
应当认识到，本发明的实施例可以由计算机硬件、硬件和软件的组合、或者通过存储在非暂时性计算机可读存储器中的计算机指令来实现或实施。所述方法可以使用标准编程技术-包括配置有计算机程序的非暂时性计算机可读存储介质在计算机程序中实现，其中如此配置的存储介质使得计算机以特定和预定义的方式操作——根据在具体实施例中描述的方法和附图。每个程序可以以高级过程或面向对象的编程语言来实现以与计算机系统通信。然而，若需要，该程序可以以汇编或机器语言实现。在任何情况下，该语言可以是编译或解释的语言。此外，为此目的该程序能够在编程的专用集成电路上运行。
[0070]
此外，可按任何合适的顺序来执行本文描述的过程的操作，除非本文另外指示或以其他方式明显地与上下文矛盾。本文描述的过程(或变型和/或其组合)可在配置有可执行指令的一个或多个计算机系统的控制下执行，并且可作为共同地在一个或多个处理器上执行的代码(例如，可执行指令、一个或多个计算机程序或一个或多个应用)、由硬件或其组合来实现。所述计算机程序包括可由一个或多个处理器执行的多个指令。
[0071]
进一步，所述方法可以在可操作地连接至合适的任何类型的计算平台中实现，包括但不限于个人电脑、迷你计算机、主框架、工作站、网络或分布式计算环境、单独的或集成的计算机平台、或者与带电粒子工具或其它成像装置通信等等。本发明的各方面可以以存储在非暂时性存储介质或设备上的机器可读代码来实现，无论是可移动的还是集成至计算平台，如硬盘、光学读取和/或写入存储介质、ram、rom等，使得其可由可编程计算机读取，当存储介质或设备由计算机读取时可用于配置和操作计算机以执行在此所描述的过程。此外，机器可读代码，或其部分可以通过有线或无线网络传输。当此类媒体包括结合微处理器或其他数据处理器实现上文所述步骤的指令或程序时，本文所述的发明包括这些和其他不同类型的非暂时性计算机可读存储介质。当根据本发明所述的方法和技术编程时，本发明
还包括计算机本身。计算机程序能够应用于输入数据以执行本文所述的功能，从而转换输入数据以生成存储至非易失性存储器的输出数据。输出信息还可以应用于一个或多个输出设备如显示器。在本发明优选的实施例中，转换的数据表示物理和有形的对象，包括显示器上产生的物理和有形对象的特定视觉描绘。
[0072]
如在本技术所使用的，术语“组件”、“模块”、“系统”等等旨在指代计算机相关实体，该计算机相关实体可以是硬件、固件、硬件和软件的结合、软件或者运行中的软件。例如，组件可以是，但不限于是：在处理器上运行的处理、处理器、对象、可执行文件、执行中的线程、程序和/或计算机。作为示例，在计算设备上运行的应用和该计算设备都可以是组件。一个或多个组件可以存在于执行中的过程和/或线程中，并且组件可以位于一个计算机中以及/或者分布在两个或更多个计算机之间。此外，这些组件能够从在其上具有各种数据结构的各种计算机可读介质中执行。这些组件可以通过诸如根据具有一个或多个数据分组(例如，来自一个组件的数据，该组件与本地系统、分布式系统中的另一个组件进行交互和/或以信号的方式通过诸如互联网之类的网络与其它系统进行交互)的信号，以本地和/或远程过程的方式进行通信。
[0073]
应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。