一种基于电网设备拓扑的电压暂降源定位系统的制作方法

本发明涉及一种基于电网设备拓扑的电压暂降源定位系统，属于电能质量监测技术领域。

背景技术：

随着现代通信技术、存储技术以及系统集成技术的不断发展，庞大的电压暂降监测网络逐步建设和完善，为电能质量分析、治理带来强大的数据支持，在提高电网运行的可靠性、安全性与经济效益方面，有着不可替代的作用。

在国内认识电压暂降的过程中，先后采用过的术语有：“电压凹陷”、“电压跌落”和“电压骤降”等。2009年起，术语被统一为“电压暂降”。2013年12月颁布国标gb/t30137-2013《电能质量电压暂降与短时中断》中将电压暂降(voltagesag)定义为：电力系统中某点工频电压方均根值突然降低至0.1p.u.～0.9p.u.，并在短暂持续10ms～1min后恢复正常的现象。

电压暂降监测是电能质量监测的重要组成部分，电压暂降率指标是电能质量评价的重要指标之一。刻画电压暂降的特征向量中的特征主要有：暂降幅值(剩余电压)、暂降持续时间、暂降频次等。其中，暂降频次是对某母线或系统暂降次数的统计，是对单一暂降事件的统计量，但从全面刻画电压暂降事件的角度，尤其是需要分单一事件、节点和系统等不同层面进行电压暂降及其严重程度的刻画时，将暂降频次作为特征之一具有合理性。

电网设备是电能在输电、变电和配电领域传输的载体，连接着发电厂、变电站、输电线路、配电箱等电网设备家族。它们分为单端点设备、双端点设备以及多端点设备，并通过一定的规则进行连接，构成电网设备的网络拓扑图。

电压暂降源是电压暂降实际发生的位置或者设备。随着电压暂降监测网络的全电压等级覆盖，电压暂降数据的完整性越来越高。再加上电网调度系统的遥测信息越来越准确和及时，故障数据、开关分合闸、保护信号、用户负荷、运行方式等数据的实时性和完备性越来越好。

在电网中安装部署大量电压暂降监测装置后，不可避免地会带来一个困难，即一个电压暂降事件会被多个电压暂降监测装置记录下来。因此，如何准确定位电压暂降源是个难题，如何通过电网故障数据、电网雷击数据等电力系统数据关联分析系统侧电压暂降事件原因以及通过大型电机启动规律、用户负荷特征、波形曲线特征等数据关联分析用户侧电压暂降事件原因也将变得十分困难。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种基于电网设备拓扑的电压暂降源定位系统，解决了电压暂降源准确定位、系统侧电压暂降原因归类和用户侧电压暂降原因归类等技术问题。

为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现：

一种电网设备拓扑的电压暂降源定位系统，包括电压暂降事件合并模型、电压暂降事件的电网设备传播模型、电压暂降源识别模型、系统侧电压暂降原因归类模型和用户侧电压暂降原因归类模型；电压暂降事件合并模型、电压暂降事件的电网设备传播模型和电压暂降源识别模型依次顺序连接，所述电压暂降源识别模型连接系统侧电压暂降原因归类模型和用户侧电压暂降原因归类模型。

电压暂降事件合并模型将若干个电压暂降记录合并成一个电压暂降事件，具体步骤如下：

s01：以某一电压暂降记录为起始，根据电压暂降记录的发生时刻前后探寻一段时长t0以内的电压暂降记录，递归直至前后两侧都找不到电压暂降记录，将时长内探寻到的电压暂降记录放入集合；考虑到电压暂降监测装置分布广且存在时间漂移的可能，前后探寻的时长t0可以调整；前后探寻的时长t0即为时间片。

s02：根据步骤s01探寻到的电压暂降记录集合，分析每个电压暂降记录，以某个电压暂降记录为起始，循环确认电压暂降记录装置所监测的母线是否存在电压等级直接的电气联结，将存在电气联结的电压暂降记录归为一类；

s03：建立电压暂降事件散列表，将时间片一致且存在直接电气联结的若干电压暂降记录保存至电压暂降事件表。

电压暂降事件的电网设备传播模型基于电网设备模型(电网设备模型包括d5000调度系统模型中的变电站、母线、变压器、刀闸、断路器、交流线段端点和交流线段)，构建站内设备一次设备拓扑结构和站间拓扑结构，具体步骤如下：

s101：同步电网设备模型的电网台账数据；

s102：以电压暂降事件发生时监测到的母线为起点，以母线-刀闸-断路器-刀闸-交流线段端点-交流线段-交流线段端点-刀闸-断路器-刀闸-母线的拓扑规则，递归得到所有电压暂降监测记录的拓扑图；递归的基线条件是母线的电压等级高于被递归母线或者母线电压等级小于设定电压等级。

s103：拓扑规则还包括：递归母线与母线之间的电气联结；母线-母联开关-母线-刀闸-断路器-刀闸-交流线段端点-交流线段-交流线段端点-刀闸-断路器-刀闸-母线；正母-刀闸-副母-刀闸-断路器-旁母-刀闸-交流线段端点-交流线段-交流线段端点-刀闸-旁母-断路器-刀闸-副母-刀闸-正母。

s104：建立电网设备拓扑结构表，将电压暂降事件对应的电网拓扑数据进行保存。

电压暂降源识别模型结合电压暂降事件发生时对应的电网拓扑数据，并提取电压暂降特征量值，在电网拓扑中识别出电压暂降源，具体步骤如下：

s201：提取某电压暂降事件的电网拓扑结构中所有监测点，提取各监测点关联的电网故障数据；

s202：电压等级最高的母线监测点与电压暂降深度最深的电压暂降监测点为同一监测点时，所述监测点为电压暂降源；

s203：电压暂降记录中高电压等级母线监测点与电压暂降深度最深的监测点不是同一监测点，搜索到电网故障数据时，当电压暂降事件时间段落在电网故障事件时间段内，与电网故障位置有直接电气联结的监测点为电压暂降源；

s204：电压暂降记录中高电压等级母线监测点与电压暂降深度最深的监测点不是同一监测点，搜索不到电网故障数据时，电压暂降深度最深且电压等级小于220kv的监测点为电压暂降源；

s205：电压暂降记录中高电压等级母线监测点与电压暂降深度最深的监测点不是同一监测点，搜索不到电网故障数据，监测点的电压等级大于等于220kv时，高电压等级监测点为电压暂降源；

s206：建立电压暂降事件暂降源表，将获取的电压暂降记录点保存到电压暂降源表。

系统侧电压暂降原因归类模型判断系统侧电压暂降原因并归类：电压暂降源的时间段与电网故障的时间段有交集，若电网故障为瞬时故障，从电网雷电系统中提取雷击数据；若电网故障为永久故障，直接判断为短路故障引起的电压暂降，具体步骤如下：

s301：针对瞬时故障的电网故障，电压暂降源的时间片与电网雷击的时间片前后相差的时间为设定时间段t1，搜索雷电系统的雷击数据，以瞬时故障前设定时间段t1内雷击电流最大且电网故障设备范围设定区域范围k内的雷电为电压暂降原因；

s302：针对永久故障的电网故障，列举电网故障影响的电网设备，包括母线、线路和变压器，电网故障列表中最靠近电压暂降源的电网故障为电压暂降原因，将电压暂降的原因归类为短路故障；

s303：电压暂降事件的时间片段与电网故障发生时间片段无法匹配且电压暂降的波形特征显示为变压器激磁涌流，则电压暂降的原因归类为变压器激磁涌流。

用户侧电压暂降原因归类模型：依据用户侧出线连接的变电站，获取用户侧可能发生的电压暂降事件列表，同步用户侧负荷成分数据，获取大用户高负荷的时间规律，再关联分析高负荷与电压暂降之间的关联分析，得出用户侧电压暂降原因，具体步骤如下；

s401：同步电网大用户列表以及各用户的输电出线及变电站信息；

s402：根据变电站和出线数据，同步电网中大用户负荷成分数据，统计出大用户高负荷的时间规律数据；

s403：针对不同类型的负荷数据，以时间为依据纵深关联分析用户侧电压暂降事件数据；

s404:电网侧电压暂降原因和用户侧电压暂降原因不一致时，通过波形特征来判别。

本发明的有益效果包括：

1、基于电网设备拓扑结构数据，以电网电气联接为事实依据，并结合电压暂降发生时间片，符合电压暂降事件发生后的传播特性，并根据电压暂降深度定位电压暂降事件源，解决了电压暂降源识别的问题；

2、建立了系统侧电压暂降原因分析模型，通过本方法能够融合电网故障数据、电网雷击数据等外部系统数据，可分析出系统侧电压暂降发生原因；

3、建立了用户侧电压暂降原因分析模型，通过本方法能够融合大型电机启动规律、用户负荷特征、波形曲线特征等数据，可分析出用户侧电压暂降发生原因。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：

图1为本申请一种电网设备拓扑的电压暂降源定位系统的结构示意图；

图2是通过本发明建立的基于电网设备拓扑的电压暂降源定位的结构示意图。

图3是通过本发明建立的电压暂降源识别的流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体的实施例对本发明技术方案作进一步的详细描述，以使本领域的技术人员可以更好的理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。

如图1所示，一种电网设备拓扑的电压暂降源定位系统，包括电压暂降事件合并模型、电压暂降事件的电网设备传播模型、电压暂降源识别模型、系统侧电压暂降原因归类模型和用户侧电压暂降原因归类模型。

如图2、3所示，电压暂降事件合并模型将多个电压暂降记录合并成一个电压暂降事件，具体步骤如下：

s01：以某一电压暂降记录为起始，根据电压暂降记录的发生时刻前后寻找一段时间(t0)以内的电压暂降记录，递归直至前后两侧都找不到电压暂降记录；考虑到电压暂降监测装置分布广且存在时间漂移的可能，前后探寻的时长(t0)可以调整；

s02：根据步骤s01探寻到的电压暂降记录集合，分析每个电压暂降记录，以某个电压暂降记录为起始，循环确认电压暂降记录装置所监测的母线是否存在电压等级直接的电气联结，将存在电气联结的电压暂降记录归为一类；即以时间片归类后，分析每个电压暂降记录；

s03：建立电压暂降事件散列表，将时间片一致且存在直接电气联结的多个电压暂降记录保存至电压暂降事件表。

电压暂降事件的电网设备传播模型基于电网设备模型(电网设备模型包括d5000调度系统模型中的变电站、母线、变压器、刀闸、断路器、交流线段端点和交流线段)，构建站内设备一次设备拓扑结构和站间拓扑结构，具体步骤如下：

s101：同步电网设备模型的电网台账数据；

s102：以电压暂降事件发生时监测到的母线为起点，以母线-刀闸-断路器-刀闸-交流线段端点-交流线段-交流线段端点-刀闸-断路器-刀闸-母线的拓扑规则，递归得到所有电压暂降监测记录的拓扑图；递归的基线条件是母线的电压等级高于被递归母线或者母线电压等级小于设定电压等级(10kv)。

s103：拓扑规则还包括：递归母线与母线之间的电气联结；母线-母联开关-母线-刀闸-断路器-刀闸-交流线段端点-交流线段-交流线段端点-刀闸-断路器-刀闸-母线；正母-刀闸-(副母)-刀闸-断路器-(旁母)-刀闸-交流线段端点-交流线段-交流线段端点-刀闸-(旁母)-断路器-刀闸-(副母)-刀闸-正母

s104：建立电网设备拓扑结构表，将电压暂降事件对应的电网拓扑数据进行保存。

电压暂降源识别模型结合电压暂降事件发生时对应的电网拓扑数据，并提取电压暂降特征量值，在电网拓扑中识别出电压暂降源，具体步骤如下：

s201：提取某电压暂降事件的电网拓扑结构中所有监测点，提取各监测点关联的电网故障数据；

s202：电压等级最高的母线监测点与电压暂降深度最深的电压暂降监测点为同一监测点时，该监测点为电压暂降源；

s203：电压暂降记录中高电压等级母线监测点与电压暂降深度最深的监测点不是同一监测点，搜索到电网故障数据时，当电压暂降事件时间段落在电网故障事件时间段内，与电网故障位置有直接电气联结的监测点为电压暂降源；

s204：电压暂降记录中高电压等级母线监测点与电压暂降深度最深的监测点不是同一监测点，搜索不到电网故障数据时，电压暂降深度最深且电压等级小于220kv的监测点为电压暂降源；

s205：电压暂降记录中高电压等级母线监测点与电压暂降深度最深的监测点不是同一监测点，搜索不到电网故障数据，监测点的电压等级大于等于220kv时，高电压等级监测点为电压暂降源；

s206：建立电压暂降事件暂降源表，将获取的电压暂降记录点保存到电压暂降源表。

系统侧电压暂降原因归类模型判断系统侧电压暂降原因并归类：电压暂降源的时间段与电网故障的时间段有交集，若电网故障为瞬时故障，从电网雷电系统中提取雷击数据；若电网故障为永久故障，直接判断为短路故障引起的电压暂降，具体步骤如下：

s301：针对瞬时故障的电网故障，电压暂降源的时间片与电网雷击的时间片前后相差的时间为某一设定时间段(t1)，搜索雷电系统的雷击数据，以瞬时故障前某一设定时间段(t1)内雷击电流最大且电网故障设备范围某一设定区域范围(k)内的雷电为电压暂降原因；

s302：针对永久故障的电网故障，列举电网故障影响的电网设备，包括母线、线路、变压器，电网故障列表中最靠近电压暂降源的电网故障为电压暂降原因，可将电压暂降的原因归类为短路故障；

s303：电压暂降事件的时间片段与电网故障发生时间片段无法匹配且电压暂降的波形特征显示为变压器激磁涌流，则电压暂降的原因归类为变压器激磁涌流。

用户侧电压暂降原因归类模型：依据用户侧出线连接的变电站，获取用户侧可能发生的电压暂降事件列表，同步用户侧负荷成分数据，获取大用户高负荷的时间规律，再关联分析高负荷与电压暂降之间的关联分析，从而得出用户侧电压暂降原因，具体步骤如下；

s401：同步电网大用户列表以及各用户的输电出线及变电站信息；

s402：根据变电站和出线数据，同步电网中大用户负荷成分数据，统计出大用户高负荷的时间规律数据；

s403：针对不同类型的负荷数据，以时间为依据纵深关联分析用户侧电压暂降事件数据；

s404:电网侧电压暂降原因和用户侧电压暂降原因不一致时，通过波形特征来判别。

如图2所示，本实施例基于电网设备拓扑的电压暂降源定位系统进行电压暂降源定位，包括以下步骤：

例如，2016-10-16下午14:14左右，发生在某市某变电站的电压暂降事件应用此方法，成功定位了电压暂降源并分析出了此次电压暂降事件的发生原因。

步骤一：从监测系统中可查出，2016年10月16日下午2点14分钟左右的电压暂降记录有98条。一个电压暂降事件往往被多个电压暂降监测点所记录，需对这98条电压暂降监测记录进行合并，以获取电压暂降事件，具体步骤如下：

s501：在98条电压暂降记录中随机挑选一个电压暂降记录为起始，根据电压暂降记录的发生时刻前后寻找1分钟以内的电压暂降记录，若前后找到电压暂降，则以找到的电压暂降记录的发生时刻再寻找时间段前后1分钟以内的电压暂降记录，然后不断递归，直至前后两侧都找不到电压暂降记录。发现这98条电压暂降记录以时间片归类后属于同一类；

s502：以时间片归类后，在此基础上分析每个电压暂降记录，以一随机电压暂降记录为起始，循环匹配与其余的电压暂降监测记录装置所监测的母线是否存在直接的电气联结，循环结束后将98个电压暂降监测的母线之间的电气联结关系数据进行合并，将所有存在电气联结的电压暂降记录归为一类。其中有87个电压暂降监测记录可归为一类；

s503：建立电压暂降事件散列表，将时间片一致且存在直接电气联结的多个电压暂降记录保存至电压暂降事件表，可以认定这87个电压暂降记录同属于一个电压暂降事件。

步骤二：基于d5000调度系统中的变电站、母线、变压器、刀闸、断路器、交流线段端点、交流线段等电网设备模型，设计站内设备一次设备拓扑结构和站间拓扑结构，具体步骤如下：

s601：循环87个电压暂降记录所在的变电站，同步d5000调度系统中个变电站的变电站、母线、刀闸、断路器、交流线段端点、交流线段等电网台账数据，分别保存至变电站台账表、母线台账表、刀闸台账表、断路器台账表、交流线段端点表和交流线段表；

s602：以电压暂降事件发生时监测到的母线为起点，循环遍历被监测到的87个母线，以母线-刀闸-断路器-刀闸-交流线段端点-交流线段-交流线段端点-刀闸-断路器-刀闸-母线的典型拓扑规则，递归得到所有电压暂降监测记录的拓扑图。递归的基线条件是母线的电压等级高于被递归母线或者母线电压等级小于设定电压等级(10kv)，递归的递归条件是母线的电压等级大于等于设定电压等级。

s603：典型的拓扑规则还包括：递归母线与母线之间的电气联结，母线-母联开关-母线-刀闸-断路器-刀闸-交流线段端点-交流线段-交流线段端点-刀闸-断路器-刀闸-母线，正母-刀闸-(副母)-刀闸-断路器-(旁母)-刀闸-交流线段端点-交流线段-交流线段端点-刀闸-(旁母)-断路器-刀闸-(副母)-刀闸-正母。递归的基线条件是母联开关分闸，递归的递归条件是母联开关合闸。

s604：建立电网设备拓扑结构表，将87个电压暂降记录所监测的母线对应的电网拓扑数据进行保存。

步骤三：电压暂降源识别模型：结合电压暂降事件发生时对应的电网拓扑数据，并提取电压暂降特征量值，在电网拓扑中识别出电压暂降源，具体步骤如下：

s701：从87个电压暂降记录对应的电网拓扑结构中提取高电压等级母线监测点或电压暂降深度最深的电压暂降监测点，再以电压暂降发生时刻提取母线电压等级最高和电压暂降深度最深监测点的电网故障数据；

s702：高电压等级母线监测点且电压暂降深度最深的电压暂降监测点为电压暂降源；

s703：电压暂降记录中高电压等级母线监测点与电压暂降深度最深的监测点不是同一监测点，搜索到电网故障数据时，当电压暂降事件时间段落在电网故障事件时间段内，与电网故障位置有直接电气联结的监测点为电压暂降源；

s704：电压暂降记录中高电压等级母线监测点与电压暂降深度最深的监测点不是同一监测点，搜索不到电网故障数据时，电压暂降深度最深且电压等级小于220kv的监测点为电压暂降源；

s705：电压暂降记录中高电压等级母线监测点与电压暂降深度最深的监测点不是同一监测点，搜索不到电网故障数据，监测点的电压等级大于等于220kv时，高电压等级监测点为电压暂降源；

s706：建立电压暂降事件暂降源表，将s05步获取的电压暂降记录点保存到电压暂降源表；

所有监测点中，西夏墅变的701断路器电压等级最高，且电压暂降深度最深，可认为西夏墅变的701断路器电压暂降源。

步骤四：系统侧电压暂降原因归类模型：

电压暂降源的时间段与电网故障的时间段有交集，若电网故障为瞬时故障，从电网雷电系统中提取雷击数据；若电网故障为永久故障，直接判断为短路故障引起的电压暂降，具体步骤如下：

从提取的电网故障数据得到，该故障为永久故障。列举电网故障影响的电网设备，包括母线、线路、变压器，电压暂降记录集中与电网故障影响的电网设备中最近的监测点是某变电站的701断路器，则此次电压暂降事件的原因归类为短路故障。

以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。