一种配电网故障定位方法、装置、终端及存储介质

技术领域

本申请涉及配电网故障定位技术领域，尤其涉及一种配电网故障定位方法、装置、终端及存储介质。

背景技术

输电线路是电力系统发电、输送电等的基本设备，在电力系统中占有非常重要的地位。输电线路故障时，若能快速准确的进行故障定位，不仅有助于及时修复故障线路，保证电力系统可靠供电，而且对电力系统的安全稳定和经济运行都十分重要。

目前，常用故障定位的方法主要为行波定位法，行波定位法基于暂态行波传输理论，发生接地故障后线路中会产生暂态行波，从故障点向线路传播。通过行波检测装置接收行波信号，根据故障电流或电压行波在线路上传播时其行波时间和传输距离的对应关系，可以计算出故障距离。由于行波定位法不受过渡电阻、系统参数和运行方式的影响，因此近年来配电网逐步开始应用行波定位方法进行故障定位，但是当故障范围的配电网结构较为复杂时，通过行波定位法进行故障定位，容易出现定位精度低的技术问题。

发明内容

本申请提供了一种配电网故障定位方法、装置、终端及存储介质，用于解决现有的故障定位方法在配电网结构较为复杂时，容易出现定位精度低的技术问题。

本申请第一方面提供了一种配电网故障定位方法，包括：

获取故障配电网的配电节点拓扑数据，以及故障区域内配电节点的电气量数据，其中，所述配电节点拓扑数据中包含有配电节点之间的节点间距数据。

根据所述配电节点拓扑数据，结合预设的子拓扑结构形式，将所述故障区域内的配电节点划分成若干个配电节点子拓扑。

基于所述配电节点子拓扑的结构形式，在所述配电节点子拓扑中设置假定故障点，其中，所述假定故障点设置在所述配电节点子拓扑中每对相邻配电节点间的线路区段上。

基于所述配电节点子拓扑中配电节点、假定故障点以及所述电气量数据，结合所述配电节点子拓扑的电气量关系，基于目标假定故障点构建电气量约束关系方程组，所述目标假定故障点为其中一个所述假定故障点。

对所述电气量约束关系方程组进行求解，当所述电气量约束关系方程组有解时，根据所述电气量约束关系方程组的求解结果，得到所述目标假定故障点的位置，以便根据所述目标假定故障点的位置确定所述目标假定故障点所在线路区段的故障位置。

优选地，所述子拓扑结构形式包括：T型结构以及I型结构，其中，所述T型结构包含4个配电节点，所述I型配电节点包含3个配电节点。

优选地，还包括：

根据所有的配电节点子拓扑以及假定故障点，构建多个电气量约束关系方程组，以便根据各个电气量约束关系方程组的求解结果，确定所述故障区域的故障位置。

优选地，当所述配电节点子拓扑的结构形式为T型结构时，所述配电节点子拓扑的电气量关系为：

式中，a,b,c,d表示配电节点，x,y,z分别表示ab区段、cb区段和db区段的假定故障点，i表示流经节点的电流，v表示节点的电压，l表示节点间的距离，β表示单位线路阻抗比，δ表示线路阻抗乘积。

优选地，当所述配电节点子拓扑的结构形式为T型结构时，所述电气量约束关系方程组的表达式为：

或

或

式中，a,b,c,d表示配电节点，x,y,z分别表示ab区段、cb区段和db区段的假定故障点，i表示流经节点的电流，v表示节点的电压，l表示节点间的距离，β表示单位线路阻抗比，δ表示线路阻抗乘积。

优选地，当所述配电节点子拓扑的结构形式为I型结构时，所述配电节点子拓扑的电气量关系为：

式中，a,b,c表示配电节点，x,y分别表示ab区段和cb区段的假定故障点，i表示流经节点的电流，v表示节点的电压，l表示节点间的距离，β表示单位线路阻抗比，δ表示线路阻抗乘积。

优选地，当所述配电节点子拓扑的结构形式为I型结构时，所述电气量约束关系方程组的表达式为：

或

式中，a,b,c表示配电节点，x,y分别表示ab区段和cb区段的假定故障点，i表示流经节点的电流，v表示节点的电压，l表示节点间的距离，β表示单位线路阻抗比，δ表示线路阻抗乘积。

本申请第二方面提供了一种配电网故障定位装置，包括：

数据获取单元，用于获取故障配电网的配电节点拓扑数据，以及故障区域内配电节点的电气量数据，其中，所述配电节点拓扑数据中包含有配电节点之间的节点间距数据。

子拓扑划分单元，用于根据所述配电节点拓扑数据，结合预设的子拓扑结构形式，将所述故障区域内的配电节点划分成若干个配电节点子拓扑。

假定故障点设置单元，用于基于所述配电节点子拓扑的结构形式，在所述配电节点子拓扑中设置假定故障点，其中，所述假定故障点设置在所述配电节点子拓扑中每对相邻配电节点间的线路区段上。

电气量约束关系方程组构建单元，用于基于所述配电节点子拓扑中配电节点、假定故障点以及所述电气量数据，结合所述配电节点子拓扑的电气量关系，基于目标假定故障点构建电气量约束关系方程组，所述目标假定故障点为其中一个所述假定故障点。

故障定位单元，用于对所述电气量约束关系方程组进行求解，当所述电气量约束关系方程组有解时，根据所述电气量约束关系方程组的求解结果，得到所述目标假定故障点的位置，以便根据所述目标假定故障点的位置确定所述目标假定故障点所在线路区段的故障位置。

本申请第三方面提供了一种配电网故障定位终端，包括：存储器和处理器。

所述存储器用于存储程序代码，所述程序代码与如本申请第一方面提供的配电网故障定位方法相对应。

所述处理器用于执行所述程序代码。

本申请第四方面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中存储有与如本申请第一方面提供的配电网故障定位方法相对应的程序代码。

从以上技术方案可以看出，本申请具有以下优点：

基于本申请提供的配电网故障定位方法，无需借助于行波装置、信号注入装置等外来装置，借助于配电系统原有的测量设备，获取故障区域内配电节点的电气量数据，再加上故障配电网的配电节点拓扑数据，按照预设的子拓扑结构形式，将故障区域内的配电节点划分成若干个配电节点子拓扑，以便将复杂的配电网拓扑结构进行细分成多个简单的子拓扑结构，再基于配电节点子拓扑的结构，设置假定故障点，根据配电节点子拓扑中配电节点、假定故障点以及获取到的电气量数据，结合配电节点子拓扑的电气量关系，以目标假定故障点为基准，构建电气量约束关系方程组，并对该电气量约束关系方程组进行求解，若该电气量约束关系方程组有解，则可以根据求解结果，确定目标假定故障点的位置，从而确定该目标假定故障点所在线路区段的故障位置，解决了现有的故障定位方法在配电网结构较为复杂时，容易出现定位精度低的技术问题。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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申请的一些实施例，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。

图1为本申请提供的一种配电网故障定位方法的一个实施例的流程示意图。

图2为本申请提供的一种配电网故障定位方法的另一个实施例的流程示意图。

图3为本申请提供的T型结构的配电节点子拓扑的示意图。

图4为本申请提供的I型结构的配电节点子拓扑的示意图。

图5为本申请提供的一种配电网故障定位装置的一个实施例的结构示意图。

具体实施方式

目前故障定位常用的行波定位方法为基于暂态行波传输理论，发生接地故障后线路中会产生暂态行波，从故障点向线路传播，通过行波检测装置接收行波信号，根据故障电流或电压行波在线路上传播时其行波时间和传输距离的对应关系，可以计算出故障距离。行波法不受过渡电阻、系统参数和运行方式的影响，在输电网中已得到较多的应用。行波定位方法可以分为单端、双端等类型，近年来配电网逐步开始应用行波定位方法，但由于复杂的配电网结构和行波信号检测困难，导致定位精度不高，而申请人通过发现导致上述问题的原因为配电网线路多为树枝状，结构复杂，分支节点众多，导致行波容易出现多次反射叠加，误判处伪故障点，从而影响故障定位精度。此外目前的方法仅能实现一处故障的位置测算，当同时发生多处故障时，则较难发挥作用，从而进一步影响了故障定位的精度。

本申请实施例提供了一种配电网故障定位方法、装置、终端及存储介质，用于解决现有的故障定位方法在配电网结构较为复杂时，容易出现定位精度低的技术问题。

为使得本申请的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而非全部的实施例。基于本申请中的实施例，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它实施例，都属于本申请保护的范围。

请参阅图1，本申请第一个实施例提供的一种配电网故障定位方法，包括：

步骤101、获取故障配电网的配电节点拓扑数据，以及故障区域内配电节点的电气量数据。

其中，配电节点拓扑数据中包含有配电节点之间的节点间距数据。

需要说明的是，当配电网出现故障事件时，首先获取故障配电网的配电节点拓扑数据，以及故障区域内配电节点的电气量数据。

步骤102、根据配电节点拓扑数据，结合预设的子拓扑结构形式，将故障区域内的配电节点划分成若干个配电节点子拓扑。

需要说明的是，基于获取到的配电节点拓扑数据，结合预设的子拓扑结构形式，通过网格划分的方式，根据故障区域内的配电节点及其拓扑关系，将其划分成若干个配电节点子拓扑。

步骤103、基于配电节点子拓扑的结构形式，在配电节点子拓扑中设置假定故障点。

其中，假定故障点设置在配电节点子拓扑中每对相邻配电节点间的线路区段上。

步骤104、基于配电节点子拓扑中配电节点、假定故障点以及电气量数据，结合配电节点子拓扑的电气量关系，基于目标假定故障点构建电气量约束关系方程组。

其中，目标假定故障点为其中一个假定故障点。

需要说明的是，基于配电节点子拓扑中的配电节点与假定故障点，再加上该配电节点子拓扑的拓扑结构与步骤101获得的电气量数据，将假定故障点对应的参数视为待求解的未知变量，即可建立该配电节点子拓扑的电气量关系方程，然后基于此电气量关系方程，便可构建出基于其中一个假定故障点，即目标假定故障点构建的电气量约束关系方程组。

步骤105、对电气量约束关系方程组进行求解。

步骤106、当电气量约束关系方程组有解时，根据电气量约束关系方程组的求解结果，得到目标假定故障点的位置，以便根据目标假定故障点的位置确定目标假定故障点所在线路区段的故障位置。

需要说明的是，基于步骤104构建的电气量约束关系方程组，然后通过对电气量约束关系方程组进行求解运算，当电气量约束关系方程组有解时，则说明该电气量约束关系方程组对应的目标假定故障点所在区段存在故障，根据电气量约束关系方程组的求解结果，得到的目标假定故障点的位置，以便根据目标假定故障点的位置确定目标假定故障点所在线路区段的故障位置。

当电气量约束关系方程组无解时，则说明该电气量约束关系方程组对应的目标假定故障点所在区段没有故障，可以继续计算下一组电气量约束关系方程组。

以上内容便是本申请提供的一种配电网故障定位方法的第一个实施例的详细说明，通过本申请提供的配电网故障定位方法进行故障定位，无需借助于行波装置、信号注入装置等外来装置，只需借助于配电系统原有的测量设备，获取故障区域内配电节点的电气量数据，再加上故障配电网的配电节点拓扑数据，按照预设的子拓扑结构形式，将故障区域内的配电节点划分成若干个配电节点子拓扑，以便将复杂的配电网拓扑结构进行细分成多个简单的子拓扑结构，再基于配电节点子拓扑的结构，设置假定故障点，根据配电节点子拓扑中配电节点、假定故障点以及获取到的电气量数据，结合配电节点子拓扑的电气量关系，以目标假定故障点为基准，构建电气量约束关系方程组，并对该电气量约束关系方程组进行求解，若该电气量约束关系方程组有解，则可以根据求解结果，确定目标假定故障点的位置，从而确定该目标假定故障点所在线路区段的故障位置，解决了现有的故障定位方法在配电网结构较为复杂时，容易出现定位精度低的技术问题。

在上述第一个实施例的基础上，本申请还提供了另一个更具体的一种配电网故障定位方法，请参阅图2至图4，本申请第二个实施例提供的配电网故障定位方法，包括：

请参阅图2，更具体地，还包括：

步骤107、根据所有的配电节点子拓扑以及假定故障点，构建多个电气量约束关系方程组，以便根据各个电气量约束关系方程组的求解结果，确定故障区域的故障位置。

按照第一个实施例提供的故障定位步骤，构建出多个电气量约束关系方程组，以便根据各个电气量约束关系方程组的求解结果，确定整个故障区域中的故障位置，使得当配电网存在多处故障时，也能够进行故障定位。

更具体地，第一个实施例中提及的子拓扑结构形式，具体包括：T型结构以及I型结构，其中，T型结构包含4个配电节点，具体如图3所示；I型配电节点包含3个配电节点，具体如图4所示，划分时，可以优先划分主干线T型区域，从线路起始点到末端节点逐个选择，当主干线连接点没有分支线路时，划分成I型结构区域，否则划分成T型结构区域。

此外，对于其它较为复杂的配电节点拓扑结构，在划分子拓扑时，也是按照以上两种结构形式进行划分，例如，“十”字型拓扑，则可以基于共同的主干线配电节点，将其划分为两个T型结构的子拓扑，由配电节点拓扑的一段支路有4个以上的配电节点组成了直线结构，则可以基于共同的配电节点交集部分，将其划分为两组I型结构，其余特殊结构的划分可以上述方式类推。

当配电节点子拓扑的结构形式为T型结构时，以图3所示的拓扑为例，配电节点子拓扑的电气量关系为：

式中，a,b,c,d表示四个配电节点A、B、C、D，x,y,z分别表示ab区段、cb区段和db区段的假定故障点，i表示流经节点的电流，例如，i

基于上述的配电节点子拓扑的电气量关系，构建的电气量约束关系方程组的表达式包括：

或

或

以上三组方程是基于上述的电气量关系方程组，分别将x,y,z三个假定故障点设为目标假定故障点，构建的电气量约束关系方程组，通过求解以上三个电气量约束关系方程组，如果第一个电气量约束关系方程组有解，则表明故障发生在AB之间，并且故障位置与配电节点A的距离为l

当配电节点子拓扑的结构形式为I型结构时，以图4所示的拓扑为例，该配电节点子拓扑的电气量关系为：

式中，a,b,c表示配电节点，x,y分别表示ab区段和cb区段的假定故障点，i表示流经节点的电流，v表示节点的电压，l表示节点间的距离，β表示单位线路阻抗比，δ表示线路阻抗乘积。

基于上述的配电节点子拓扑的电气量关系，构建的电气量约束关系方程组的表达式包括：

或

与T型结构类似，以上两组方程是基于上述的电气量关系方程组，分别将x,y两个假定故障点设为目标假定故障点，构建的电气量约束关系方程组，通过求解以上两个电气量约束关系方程组，如果第一个电气量约束关系方程组有解，则表明故障发生在AB之间，并且故障位置与配电节点A的距离为l

以上内容便是本申请第二个实施例提供的配电网故障定位方法的详细说明，下面内容是本申请提供的一种配电网故障定位装置的一个实施例的详细说明。

请参阅图5，本申请第三个实施例提供了一种配电网故障定位装置，包括：

数据获取单元201，用于获取故障配电网的配电节点拓扑数据，以及故障区域内配电节点的电气量数据，其中，配电节点拓扑数据中包含有配电节点之间的节点间距数据。

子拓扑划分单元202，用于根据配电节点拓扑数据，结合预设的子拓扑结构形式，将故障区域内的配电节点划分成若干个配电节点子拓扑。

假定故障点设置单元203，用于基于配电节点子拓扑的结构形式，在配电节点子拓扑中设置假定故障点，其中，假定故障点设置在配电节点子拓扑中每对相邻配电节点间的线路区段上。

电气量约束关系方程组构建单元204，用于基于配电节点子拓扑中配电节点、假定故障点以及电气量数据，结合配电节点子拓扑的电气量关系，基于目标假定故障点构建电气量约束关系方程组，目标假定故障点为其中一个假定故障点。

故障定位单元205，用于对电气量约束关系方程组进行求解，当电气量约束关系方程组有解时，根据电气量约束关系方程组的求解结果，得到目标假定故障点的位置，以便根据目标假定故障点的位置确定目标假定故障点所在线路区段的故障位置。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

本申请的说明书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例，例如能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-OnlyMemory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上，以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围。