一种电网故障定位方法、装置及存储介质与流程

1.本发明涉及配电网技术领域，尤其是指一种电网故障定位方法、装置及计算机存储介质。


背景技术：

2.电网故障定位有赖于故障信息的采集。故障位置信息的采集分为故障中采集和故障后采集。故障后采集，因为故障的电气特征已经消失，只能采取非电气方法。在复杂或长距离电网中，查找故障点费时费力。因此在适当位置采集故障时刻电流，作为故障定位的依据，具有很大的价值。常见的定位算法有电流突变法，差流法等。这些方法比较的是电流幅值的变化，只能应用于单电源简单电网。在多电源复杂电网中，电流幅值的变化不再有显著模式，无法据此定位故障。相较而言，电流相位比较法在复杂电网故障定位中，更具优势，因其比较的是故障点相关电流相位的组合模式，比电流幅值具有更高的容错度。
3.通常的相位比较算法，是根据故障位置，预判相关故障电流的相位模式，与实际测量值比较。
4.请参考图1,f为故障点，t为测点，所有测点电流以指向电源为正,若t1与t2反相，t1与t3反相，t2与t3同相，则f1故障；若t1与t2同相，t1与t3同相，t2与t3同相，则f2故障；若t1与t2同相，t1与t3反相，t2与t3反相，则f3故障；若t1与t2反相，t1与t3同相，t2与t3反相，则f4故障。
5.一叉树故障定位，每个故障点需要2个测点，有4种组合，2个故障区间共8种组合。
6.二叉树故障定位，每个故障点需要3个测点，有8种组合，4个故障区间共32种组合。
7.三叉树故障定位，每个故障点需要4个测点，有16种组合，5个故障区间共80种组合。
8.可见随着电网拓扑复杂度的提升、运行模式随时变化、故障类型的增加，故障电流的相位组合模式成几何级数增加，复杂度高，使得预判模式已经很难覆盖全部可能的情况，甚至不可预判。


技术实现要素：

9.为此，本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术中相位比较算法在复杂电网中相关故障电流的相位模式难以预判的问题。
10.为解决上述技术问题，本发明提供了一种电网故障定位方法，包括：
11.将所有测点电流的起始极性调整为指向根节点为正；
12.在电网的相邻测点之间、测点与根节点之间、测点与叶节点之间插入虚拟故障点；
13.找到每个叶节点到根节点的第一组最短路径，并分别将每个测点两端的虚拟故障点在所述第一组最短路径中出现的顺序记为每个测点的标准极性；
14.对于相邻测点多于一个的虚拟故障点，找到根节点和叶节点到每个虚拟故障点的第二组最短路径，并分别将每个虚拟故障点相邻测点两端的虚拟故障点在所述第二组最短
路径中出现的顺序，记为每个虚拟故障点相邻测点的故障极性；
15.比较每个虚拟故障点相邻测点的故障极性和标准极性，若相反，则将测点的电流极性调整为相反的电流极性；
16.判断相邻测点多于一个的虚拟故障点所有相邻测点之间的最大相角差是否超过预设阈值，若未超过，则故障发生在该虚拟故障点到其所有相邻测点所覆盖的范围之内。
17.优选地，所述在电网的相邻测点之间、测点与根节点之间、测点与叶节点之间插入虚拟故障点后还包括：
18.将分支处的虚拟故障点合并。
19.优选地，所述对于相邻测点多于一个的虚拟故障点，找到根节点和叶节点到每个虚拟故障点的最短路径，并分别将每个虚拟故障点相邻测点两端的虚拟故障点在路径中出现的顺序，记为每个虚拟故障点相邻测点的故障极性前还包括：
20.利用电流幅值变化作为判据，粗略确定故障范围，在所述故障范围内进行下一步计算。
21.优选地，所述若所有相邻测点多于一个的虚拟故障点所有相邻测点之间的最大相角差都超过了预设阈值，则故障在某个根或叶到其相邻测点之间。
22.优选地，所述若故障在某个根或叶到其相邻测点范围之间，则利用电流幅值变化作为判据进行进一步定位。
23.优选地，所述利用电流幅值变化作为判据进行故障定位的算法包括电流突变法和差流法。
24.优选地，所述预设阈值为90
°
。
25.本发明还提供了一种电网故障定位装置，包括：
26.测点起始极性调整模块，用于将所有测点电流的起始极性调整为指向根节点为正；
27.虚拟故障点插入模块，用于在电网的相邻测点之间、测点与根节点之间、测点与叶节点之间插入虚拟故障点；
28.测点标准极性计算模块，用于找到每个叶节点到根节点的第一组最短路径，并分别将每个测点两端的虚拟故障点在所述第一组最短路径中出现的顺序记为每个测点的标准极性；
29.测点故障极性计算模块，用于对于相邻测点多于一个的虚拟故障点，找到根节点和叶节点到每个虚拟故障点的第二组最短路径，并分别将每个虚拟故障点相邻测点两端的虚拟故障点在所述第二组最短路径中出现的顺序，记为每个虚拟故障点相邻测点的故障极性；
30.电流极性调整模块，用于比较每个虚拟故障点相邻测点的故障极性和标准极性，若相反，则将测点的电流极性调整为相反的电流极性；
31.故障定位模块，用于判断相邻测点多于一个的虚拟故障点所有相邻测点之间的最大相角差是否超过预设阈值，若未超过，则故障发生在该虚拟故障点到其所有相邻测点所覆盖的范围之内。
32.优选地，所述电网故障定位装置应用于有直接电气连接的树形结构电网。
33.本发明还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读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时实现上述一种电网故障定位方法的步骤。
34.本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：
35.本发明基于能量总是流向故障点的假设，如果以故障点为指向，所有故障点相邻电流都应同相，因此假设某点故障，调整其相邻测点电流的参考相位为指向此点为正，如果全部同相，则故障为真，否则为假；本发明所述的电网故障定位方法，适用于有直接电气连接的树形结构电网内部发生故障时的故障定位，通过引入虚拟故障点，将其作为电流参考方向的动态基准点，动态调整故障电流相位，使得在任何位置发生故障的电流相位都具有统一模式，大大简化了故障定位算法的复杂度，且能适应任意复杂度的树形电网。
附图说明
36.为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据本发明的具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中：
37.图1是一种电网结构示意图；
38.图2是本发明电网故障定位方法的实现流程图；
39.图3是本发明一种实施例提供的电网结构图；
40.图4为本发明实施例提供的一种电网故障定位装置的结构框图。
具体实施方式
41.本发明的核心是提供一种电网故障定位方法、装置及计算机存储介质，大大简化了故障定位算法的复杂度。
42.为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术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，都属于本发明保护的范围。
43.请参考图2，图2为本发明所提供的电网故障定位方法的实现流程图；具体操作步骤如下：
44.本发明基于能量总是流向故障点的假设，如果以故障点为指向，所有故障点相邻电流都应同相；因此假设某点故障，调整其相邻测点电流的参考相位为指向此点为正，如果全部同相，则故障为真，否则为假。
45.本发明适用于有直接电气连接的树形结构电网内部发生故障时的故障定位；树的根节点通常为母线或电源，叶节点通常为负荷或分布式电源，其他节点包括测点、分支点等，本发明不限制任何节点的类型。
46.s201:将所有测点电流的起始极性调整为指向根节点为正；
47.s202:在电网的相邻测点之间、测点与根节点之间、测点与叶节点之间插入虚拟故障点；
48.由于分支交叉点会产生多个虚拟故障点，因此将分支处的虚拟故障点进行合并。
49.s203:找到每个叶节点到根节点的第一组最短路径，并分别将每个测点两端的虚拟故障点在所述第一组最短路径中出现的顺序记为每个测点的标准极性；
50.s204:对于相邻测点多于一个的虚拟故障点，找到根节点和叶节点到每个虚拟故
障点的第二组最短路径，并分别将每个虚拟故障点相邻测点两端的虚拟故障点在所述第二组最短路径中出现的顺序，记为每个虚拟故障点相邻测点的故障极性；
51.在步骤s204前，利用电流幅值变化作为判据，粗略确定故障范围，优先考察范围之内的虚拟故障点，而不必计算全部虚拟故障点，从而可减少计算量。
52.s205:比较每个虚拟故障点相邻测点的故障极性和标准极性，若相反，则将测点的电流极性调整为相反的电流极性；
53.s206:判断相邻测点多于一个的虚拟故障点所有相邻测点之间的最大相角差是否超过预设阈值，若未超过，则故障发生在该虚拟故障点到其所有相邻测点所覆盖的范围之内。
54.所述预设阈值根据测量精度和网络参数决定，精度高可以减小，精度低可以增大
°
，属于经验值，一般在60到120之间，本实施例中设置为90
°
，未超过预设阈值时，即相邻测点电流均为同相。
55.所述若所有相邻测点多于一个的虚拟故障点所有相邻测点之间的最大相角差都超过了预设阈值，则故障在某个根或叶到其相邻测点之间，此时需用其他判据辅助判断，如电流幅值、电压和温度等，其中利用电流幅值变化作为判据进行故障定位的算法包括电流突变法和差流法。
56.本发明所述的电网故障定位方法，适用于有直接电气连接的树形结构电网内部发生故障时的故障定位，通过引入虚拟故障点，将其作为电流参考方向的动态基准点，动态调整故障电流相位，使得在任何位置发生故障的电流相位都具有统一模式，大大简化了故障定位算法的复杂度，且能适应任意复杂度的树形电网。
57.基于以上实施例，本实施例以图3的电网结构为例，对本发明的方法进行进一步说明：
58.在所有测点之间、测点与根叶之间插入虚拟故障点，分支处的虚拟故障点合并，最终的虚拟故障点为v1、v2、v3、v4、v5；
59.找出所有叶到根的最短路径：
60.d3到d1的最短路径为：d3v4t3v1t1v2d1
61.d2到d1的最短路径为：d2v5t4v3t2v1t1v2d1
62.将每个测点两端的虚拟故障点在路径中出现的顺序，记为测点的标准极性：
63.t1的标准极性为：v1v2
64.t2的标准极性为：v3v1
65.t3的标准极性为：v4v1
66.t4的标准极性为：v5v3
67.对每个相邻测点多于一个的虚拟故障点，找出所有根和叶到每个虚拟故障点的最短路径：
68.在本图中，v2v4v5只有一个相邻测点，不需要计算。
69.对v1：
70.d1到v1的最短路径为：d1v2t1v1
71.d2到v1的最短路径为：d2v5t4v3t2v1
72.d3到v1的最短路径为：d3v4t3v1
73.对v3：
74.d1到v3的最短路径为：d1v2t1v1t2v3
75.d2到v3的最短路径为：d2v5t4v3
76.d3到v3的最短路径为：d3v4t3v1t2v3
77.将每个相邻测点多于一个的虚拟故障点相邻测点两端的虚拟故障点在路径中出现的顺序，称为相邻测点的故障极性：
78.对v1
79.t1的故障极性为：v2v1
80.t2的故障极性为：v3v1
81.t3的故障极性为：v4v1
82.t4的故障极性为：v5v3
83.对v3
84.t1的故障极性为：v2v1
85.t2的故障极性为：v1v3
86.t3的故障极性为：v4v1
87.t4的故障极性为：v5v3
88.比较每个虚拟故障点相邻测点的故障极性和标准极性，若相反，则将测点的电流极性调整为相反的电流极性：
89.对v1，相邻测点为t1t2t3，t1的故障极性与标准极性相反，将t1的电流极性调整为相反的电流极性；
90.对v3，相邻测点为t2t4，t2的故障极性与标准极性相反，将t2电流极性调整为相反的电流极性；
91.判断相邻测点多于一个的虚拟故障点所有相邻测点之间的最大相角差是否超过预设阈值，若未超过，则故障发生在该虚拟故障点到其所有相邻测点所覆盖的范围之内：
92.假设f1故障。
93.v1有三个相邻测点t1t2t3。按标准极性，t1电流与t2t3电流反相，将t1电流极性调整为相反的电流极性之后，三个测点电流变为同相，可以判定故障发生于v1和t1t2t3之间，即f1。
94.v3有二个相邻测点t2t4。按标准极性，t2电流与t4电流同相，将t2电流极性调整为相反的电流极性之后，二个测点电流变为反相，即t2至t4之间没有故障。
95.请参考图4，图4为本发明实施例提供的一种电网故障定位装置的结构框图；具体装置可以包括：
96.测点起始极性调整模块100，用于将所有测点电流的起始极性调整为指向根节点为正；
97.虚拟故障点插入模块200，用于在电网的相邻测点之间、测点与根节点之间、测点与叶节点之间插入虚拟故障点；
98.测点标准极性计算模块300，用于找到每个叶节点到根节点的第一组最短路径，并分别将每个测点两端的虚拟故障点在所述第一组最短路径中出现的顺序记为每个测点的标准极性；
99.测点故障极性计算模块400，用于对于相邻测点多于一个的虚拟故障点，找到根节点和叶节点到每个虚拟故障点的第二组最短路径，并分别将每个虚拟故障点相邻测点两端的虚拟故障点在所述第二组最短路径中出现的顺序，记为每个虚拟故障点相邻测点的故障极性；
100.电流极性调整模块500，用于比较每个虚拟故障点相邻测点的故障极性和标准极性，若相反，则将测点的电流极性调整为相反的电流极性；
101.故障定位模块600，用于判断相邻测点多于一个的虚拟故障点所有相邻测点之间的最大相角差是否超过预设阈值，若未超过，则故障发生在该虚拟故障点到其所有相邻测点所覆盖的范围之内。
102.本实施例的电网故障定位装置用于实现前述的电网故障定位方法，因此电网故障定位装置中的具体实施方式可见前文电网故障定位方法的实施例部分，例如，测点起始极性调整模块100，虚拟故障点插入模块200，测点标准极性计算模块300，测点故障极性计算模块400，电流极性调整模块500，故障定位模块600，分别用于实现上述电网故障定位方法中步骤s201，s202，s203，s204，s205和s206，所以，其具体实施方式可以参照相应的各个部分实施例的描述，在此不再赘述。
103.本发明具体实施例还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读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时实现上述一种电网故障定位方法的步骤。
104.本领域内的技术人员应明白，本技术的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本技术可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本技术可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
105.本技术是参照根据本技术实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
106.这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
107.这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
108.显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式变化或变
动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。