一种基于分布式录波的单相接地故障定位算法验证方法

技术领域

本发明涉及配电网故障检测的技术领域，尤其涉及一种基于分布式录波的单相接地故障定位算法验证方法。

背景技术

我国配电网广泛采用小电流接地系统，配电系统发生的故障超过80％属于单相接地故障，单相接地故障可能导致电压升高、绝缘失效，甚至由此引发二次接地产生短路故障扩大故障影响范围。单相接地故障发生时故障电流小、故障特征不明显，对单相接地故障的检测、判断、定位较为困难。为对单相接地故障进行准确的定位，进而隔离故障区段，涌现出小电流接地选线技术、信号源法、故障录波分析法等技术路线。随着对接地故障定位的要求不断提高，如何对接地故障定位技术、装置、系统开展严格的测试，验证其在不同网架拓扑、不同接地方式、不同故障位置、不同故障特征等条件下定位准确性，是本领域技术人员目前需要解决的重要技术问题。

发明内容

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。在本部分以及本申请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。

鉴于上述现有基于分布式录波的单相接地故障定位算法验证方法存在的问题，提出了本发明。

因此，本发明目的是提供一种基于分布式录波的单相接地故障定位算法验证方法。

为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：在动模实验平台中构建单相接地故障实验环境，模拟不同实验条件下的单相接地故障，通过分布式录波设备获取所有开关节点的故障录波文件；

将所述故障录波文件与测试网络拓扑文件打包后发送至待测试的单相接地故障定位装置；

所述单相接地故障定位装置基于测试网络拓扑对测试网络内各节点的故障波形进行分析，按照预定的标准格式生成单相接地故障定位判断结果，判断结果以xml形式返回；

所述闭环测试系统根据返回的所述判断结果文件内容解析所述单相接地故障定位装置故障定位判断结果，并与动模实验平台单相接地故障模拟的信息进行匹配分析，判断所述待测装置单相接地故障定位结果的正确性。

作为本发明所述基于分布式录波的单相接地故障定位算法验证方法的一种优选方案，其中：在构建所述单相接地故障时，设置单相接地故障参数，所述单相接地故障参数包括故障初相角、故障过渡电阻、故障持续时间。

作为本发明所述基于分布式录波的单相接地故障定位算法验证方法的一种优选方案，其中：通过分布式录波设备获取所有开关节点的故障录波文件包括，

闭环测试系统从所述分布式故障设备获取所有所述开关节点的故障录波文件，所述闭环测试系统对所述开关节点的故障录波文件进行插值采样，在所述插值采用过程中，闭环测试系统模拟配电网的不同干扰因素；

其中，所述不同干扰因素谐振过电压、PT断相、三相电压不平衡。

作为本发明所述基于分布式录波的单相接地故障定位算法验证方法的一种优选方案，其中：所述单相接地故障定位装置包括存储模块，将所述故障录波文件与所述测试网络拓扑文件以zip格式进行打包，通过FTP进行文件传输至所述存储模块中；

所述单相接地故障定位装置包括待测装置，所述闭环测试系统向所述待测装置输入故障录波信息、线路拓扑信息，所述待测装置定位单相接地故障发生位置作为其故障录波文件的分析结果，将该结果返回闭环测试系统；

其中，输入的文件格式为自解释的录波数据文件压缩包，输出的文件格式为具备自描述可扩展的唯一结果文件。

作为本发明所述基于分布式录波的单相接地故障定位算法验证方法的一种优选方案，其中：所述故障录波文件与所述测试网络拓扑文件的zip压缩包文件名格式如下所示：

X_DHO_TJK_Y_input.zip

其中，X为本次计算拓扑岛唯一拓扑ID，D、H、O、T、J、K分别为故障发生时的年、月、日、时、分、秒，Y为压缩包文件的大小，单位为字节，input标识为输入文件；

其中，K精确到第三位。

作为本发明所述基于分布式录波的单相接地故障定位算法验证方法的一种优选方案，其中：所述zip压缩包中包含2个xml文件及同一故障的多个录波文件；

其中，所述xml文件包括配置文件xml，文件名为X_DHO_TJK_config.xml，还件包括拓扑文件xml，文件名为X_DHO_TJK_topology.xml；

所述录波文件包括配置文件cfg和数据文件dat，所述录波文件名为Z_DHO_TJK.cfg、Z_DHO_TJK.dat；

其中，Z代表设备ID，与拓扑文件xml中的每个开关节点的ID一一对应，DHO_TJK代表故障时间。

作为本发明所述基于分布式录波的单相接地故障定位算法验证方法的一种优选方案，其中：所述单相接地故障定位装置中的所述待测装置基于测试网络拓扑对测试网络内各节点的故障波形进行分析；

输出的结果xml文件名格式为X_DHO_TJK_W_output.xml；

其中，X代表本次计算拓扑岛的唯一ID，与输入的数据zip文件对应，W为文件大小，单位为字节，output代表输出数据。

作为本发明所述基于分布式录波的单相接地故障定位算法验证方法的一种优选方案，其中：所述闭环测试系统根据返回的所述判断结果文件内容解析所述单相接地故障定位装置故障定位判断结果，并与动模实验平台单相接地故障模拟的信息进行匹配分析，判断所述待测装置单相接地故障定位结果的正确性包括，

所述闭环测试系统从所述待测装置返回的xml文件中读取故障类型描述FaultDescription字段，该字段为待测装置判断的故障类型，从xml文件中读取FaultBeforeId字段，该故障点前开关ID，读取FaultAfterId字段，该字段为故障点后开关ID；

解析得到所述待测装置判断的故障相类型为哪一相发生单相接地故障、故障点位置为哪两个开关之间，并将初始记录的故障类型、故障点位置与所述待测装置判断的结果进行比较；

若所述待测装置判断的结果与所述初始记录的结果完全一致，则判定所述待测装置故障定位结果正确；

若所述待测装置的结果与所述初始记录的结果不同，则判定所述待测装置故障定位结果错误。

一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1至8中任一项所述的方法的步骤。

一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至8中任一项所述的方法的步骤。

本发明的有益效果：可进行不同干扰因素下的稳定性测试；实现单相接地故障定位装置功能测试的全自动闭环，大大提高了测试效率。

附图说明

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：

图1为本发明基于分布式录波的单相接地故障定位算法验证方法的流程图。

图2为实施例1中的网架拓扑图。

图3为实施例1中的网架拓扑图对应的录波文件目录名。

具体实施方式

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。

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。

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。

再其次，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。

实施例1

参照图1～图3，一种基于分布式录波的单相接地故障定位算法验证方法包括，

S1：在动模实验平台中构建单相接地故障实验环境，模拟不同实验条件下的单相接地故障，通过分布式录波设备获取所有开关节点的故障录波文件。需要说明的是：

本发明实施方案中，通过动模实验平台构建如图2和图3所示的辐射型配电网架，其中在开关K1-K12各个开关节点安装分布式故障录波设备，在f1～f12不同位置模拟单相接地故障的发生，通过故障录波仪记录故障发生时刻前后波形文件，闭环测试系统从分布式故障录波设备获取所有开关节点的故障录波文件，录波文件对应的开关节点位置包括故障线路故障点上游、故障线路故障点下游、非故障线路。

进一步的，在模拟单相接地故障时可设置单相接地故障参数，如故障初相角、故障过渡电阻、故障持续时间等，以模拟不同实验条件的单相接地故障。

进一步的，闭环测试系统可对录波文件进行插值采样，重新生成任意采样频率的录波文件，进行不同采样频率下的适应性测试；进行插值采样的过程中，闭环测试系统可对电压幅值进行处理，模拟配电网发生谐振过电压、PT断相、三相电压不平衡等干扰因素，进行不同干扰因素下的稳定性测试。

S2：将故障录波文件与测试网络拓扑文件打包后发送至待测试的单相接地故障定位装置。需要说明的是：

单相接地故障定位装置包括存储模块，将故障录波文件与测试网络拓扑文件以zip格式进行打包，通过FTP进行文件传输至存储模块中。

单相接地故障定位装置包括待测装置，闭环测试系统向待测装置输入故障录波信息、线路拓扑信息，待测装置定位单相接地故障发生位置作为其故障录波文件的分析结果，将该结果返回闭环测试系统。

其中，输入的文件格式为自解释的录波数据文件压缩包，输出的文件格式为具备自描述可扩展的唯一结果文件。

故障录波文件与测试网络拓扑文件的zip压缩包文件名格式如下所示：

X_DHO_TJK_Y_input.zip

其中，X为本次计算拓扑岛唯一拓扑ID，D、H、O、T、J、K分别为故障发生时的年、月、日、时、分、秒，Y为压缩包文件的大小，单位为字节，input标识为输入文件。

其中，zip压缩包中包含2个xml文件及同一故障的多个录波文件。

xml文件包括配置文件xml，文件名为X_DHO_TJK_config.xml。

xml文件包括拓扑文件xml，文件名为X_DHO_TJK_topology.xml。

录波文件包括配置文件cfg和数据文件dat。

录波文件名为Z_DHO_TJK.cfg、Z_DHO_TJK.dat；Z代表设备ID，与拓扑文件xml中的每个开关节点的ID一一对应；DHO_TJK代表故障时间。

进一步的，本发明实施方案中，闭环测试系统通过动模实验平台采集故障录波文件，将故障录波文件与测试网络拓扑文件以zip文件格式打包，通过FTP文件传输的方式将打包后的文件传输至待测试的单相接地故障定位装置指定存储位置，待测装置获取到打包文件后进行解析与判断。

具体的，闭环测试系统向待测装置输入故障录波文件、线路拓扑信息，待测装置定位单相接地故障发生位置作为其故障录波文件的分析结果，将该结果返回闭环测试系统，为实现高内聚、低耦合的目标，统一输入文件格式为自解释的录波数据文件压缩包，输出文件格式为具备自描述可扩展的唯一结果文件，保障不同厂商、不同型号待测装置/系统的友好兼容与高效应用。

故障录波文件与测试网络拓扑文件的zip压缩包文件名格式为：X_20221101_112501000_Y_input.zip，其中X代表本次计算拓扑岛唯一拓扑ID；20221101_112501000代表故障发生时刻为2022年11月1日11点25分01秒000毫秒；Y代表压缩包文件的大小，单位为字节；input标识为输入文件。

zip压缩包中包含2个xml文件及同一故障的多个录波文件；配置文件xml文件名为X_20221101_112501000_config.xml；拓扑文件xml文件名为X_20221101_112501000_topology.xml。

其中，X代表本次计算拓扑岛唯一拓扑ID，与zip文件名对应。

录波文件名：Z_20221101_112501000.cfg、Z_20221101_112501000.dat。

其中，Z代表设备ID，与拓扑文件xml中的每个开关节点的ID一一对应；20221101_112501000代表故障时间。

在如图2所示的网架拓扑中开展测试，对应的录波文件目录名如图3所示。

进一步的，以图2所示网架拓扑为例，拓扑文件数据格式内容如下：

<？xmlversion＝"1.0"encoding＝"utf-8"？>

<！—拓扑岛的唯一标识-->

<！--LineId表示馈线标识，LinkInfo表示负荷侧各个馈线连接的所有设备ID-->

<！--Id表示电源测的设备唯一标识，此ID号和录波文件名称匹配，一一对应；LinkInfo表示当前设备负荷侧连接的设备ID，其中多个以英文分号隔开-->

。

S3：单相接地故障定位装置基于测试网络拓扑对测试网络内各节点的故障波形进行分析，按照预定的标准格式生成单相接地故障定位判断结果，判断结果以xml形式返回。需要说明的是：

待测装置输出的单相接地故障定位判断结果存储为xml文件，通过FTP文件传输的方式将结果文件返回闭环测试系统。

进一步的，输出的结果xml文件名格式为：

X_20221101_112501000_W_output.xml

其中，X为本次计算拓扑岛的唯一ID，与输入的数据zip文件对应；20221101_112501000为故障发生时刻为2022年11月1日11点25分01秒000毫秒；W为文件大小，单位为字节，output为输出数据。

对于所有的网架拓扑，在任意两个开关之间发生单相接地故障，故障点前、后的开关ID为K1、K2，对应的输出xml文件中应该记录录波文件起始时间、故障发生时间、有无故障标志、故障类型、故障点前后监测开关的ID，xml文件的数据格式标准如下：

<？xmlversion＝"1.0"encoding＝"utf-8"？>

12<！—拓扑岛的唯一标识-->

yyyymmdd_hhmmssfff<！—录波文件的录波起始时间，以yyyymmdd_hhmmssfff的格式记录-->

00<！—计算请求标识，区分同一故障的多次计算请求-->

1<！--0表示无故障；1表示有故障-->

yyyymmdd_hhmmssfff<！--故障时间，为故障录波文件中的时间，精确到ms-->

K1<！--故障点前第一个监测点的ID-->

K2<！--故障点后第一个监测点的ID-->

A/B/C_ground<！—故障类型的详细描述，A_ground、B_ground、C_ground分别为A相、B相、C相接地故障-->

<！--同一时刻多条线路或同一线路的不同地点发生接地，自此继续追加节点信息-->

。

S4：闭环测试系统根据返回的判断结果文件内容解析单相接地故障定位装置故障定位判断结果，并与动模实验平台单相接地故障模拟的信息进行匹配分析，判断待测装置单相接地故障定位结果的正确性。需要说明的是：

闭环测试系统从待测装置返回的xml文件中读取故障类型描述FaultDescription字段，该字段为待测装置判断的故障类型；从xml文件中读取FaultBeforeId字段，该故障点前开关ID，读取FaultAfterId字段，该字段为故障点后开关ID。

由此可解析得到待测装置判断的故障相类型为哪一相发生单相接地故障、故障点位置为哪两个开关之间，并将步骤S1中记录的故障类型、故障点位置与待测装置判断的结果进行比较。

若待测装置判断的结果与步骤S1中记录的结果完全一致，则判定待测装置故障定位结果正确。

若测装置判断的结果与步骤S1中记录的结果不同，则判定待测装置故障定位结果错误。

本发明提出一种基于分布式录波全景反演的单相接地故障定位算法验证方法，提供了一种闭环测试系统，可基于分布式录波全景反演的实验平台，开展单相接地故障定位算法验证，对装有单相接地故障定位算法的装置开展功能测试，验证其单相接地故障定位的正确性；可通过对故障录波文件进行插值取样，修改故障波形为任意采样频率，验证单相接地故障定位算法对不同采样频率波形文件的适应性；或通过对电压幅值的修改处理，模拟配电网发生谐振过电压、PT断相、三相电压不平衡等干扰因素，进行不同干扰因素下的稳定性测试。

本发明的闭环测试系统基于动模实验平台构建的单相接地故障测试网络，将单相接地故障定位装置进行单相接地故障定位所需信息，包括配电网网架拓扑信息、开关节点波形数据信息发送给待测的装置，并获取待测的装置生成的定位结果文件，与动模实验平台故障模拟位置进行匹配比较，判断待测装置定位结果的正确性，实现单相接地故障定位装置功能测试的全自动闭环，大大提高了测试效率。

实施例2

本实施例为本发明的第四个实施例，该实施例不同于第一个实施例的是，提供了一种基于分布式录波的单相接地故障定位算法验证方法的验证测试，对本方法中采用的技术效果加以验证说明。

本发明提出一种基于分布式录波全景反演的单相接地故障定位算法验证方法，针对支持基于分布式录波的单相接地故障定位算法的装置开展功能测试，判断待测装置单相接地故障定位算法的输出结果是否正确。

现有的传统测试验证的方法主要有如下几种技术手段：

1、现场真型试验，如南瑞研究院的新一代配电自动化主站OPEN-5200，通过开展配电网真型试验的方式对单相接地故障定位算法的装置进行测试，其缺点在于测试效率较低，一次只能在单一场景下进行测试，每次试验消耗大量的时间与人力；

2、数字仿真测试，通过RT-Lab等数字仿真软件进行单相接地故障的模拟，生成开展测试所需要的故障波形文件，其缺点在于依赖精确的数字建模，只能提供常规运行条件下的故障模拟，无法叠加模拟配电网发生谐振过电压、PT断相、三相电压不平衡等实际的干扰因素。

上述传统的测试验证方法都只能生成故障波形文件，然后通过人工校核的方式对待测装置进行测试，测试效率低下，且无法对故障波形文件进行二次处理，叠加不同采样率、幅值变化、相位偏移等干扰量，从而测试待测装置单相接地故障定位算法功能的健壮性。两者对比如下表所示：

表1

本发明提出的一种基于分布式录波全景反演的单相接地故障定位算法验证方法相比较目前传统的测试验证方法，有如下有益效果：

1、提供一种全闭环的测试流程，可自动完成故障模拟、故障录波文件叠加干扰量、信息输入、结果返回、判断正确性的全流程测试，并形成数据闭环，实现自动判断待测装置的定位结果是否正确，大大减少人工参与过程，提高测试验证的效率；

2、测试过程中可对故障录波文件进行重新插值采样，叠加不同采样率、采样点丢失、幅值变化、相位偏移，模拟配电网发生谐振过电压、PT断相、三相电压不平衡等实际的干扰因素，对待测装置的单相接地故障定位功能的健壮性开展测试。

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。