辐射型配电网故障的选线方法、系统及可读存储介质

技术领域

本发明涉及电力系统技术领域，尤其涉及一种辐射型配电网故障的选线方法、系统及可读存储介质。

背景技术

在配电网故障选线的领域，采用中性点经消弧线圈接地系统进行故障选线是目前常见的一种故障选线方式，相较于传统的采用比幅、比相原理选线的方式，具有选线准确率更高的优势。

然而，发明人在构思及实现本方案时，发现至少存在以下缺陷：对于传统的中性点经消弧线圈接地系统，在小故障角情况下，会由于故障暂态电流较小而导致选线错误，并且在高阻接地时无法正确选线。存在适用性较差的缺陷。

上述内容仅用于辅助理解本发明的技术方案，并不代表承认上述内容是现有技术。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种辐射型配电网故障的选线方法，旨在解决如何提高辐射型配电网故障的选线准确率的问题。

为实现上述目的，本发明提供的一种辐射型配电网故障的选线方法，所述方法包括：

获取辐射型配电网的故障分量突变量；

若所述故障分量突变量大于或等于预设的突变量阈值，根据所述故障分量突变量确定各个馈线的虚拟零序电流；

获取所述虚拟零序电流对应的虚拟电流波形；

将所述虚拟电流波形与选线装置录波得到的实测电流波形进行比对，并根据比对结果确定目标馈线。

可选地，所述故障分量突变量包括电网的母线零序电压，馈线零序电流及馈线三相电压电流，所述根据所述故障分量突变量确定各个馈线的虚拟零序电流的步骤包括：

确定所述母线零序电压对应的母线零序电压变化率，以及根据所述馈线零序电流和所述馈线三相电压电流确定馈线零序分布电容；

根据所述母线零序电压变化率和所述馈线零序分布电容，确定所述馈线的虚拟零序电流。

可选地，所述比对结果为波形相似度，所述将所述虚拟电流波形与选线装置录波得到的实测电流波形进行比对，并根据比对结果选择目标馈线的步骤包括：

将所述虚拟电流波形与所述实测电流波形进行比对，以确定所述虚拟电流波形和所述实测电流波形之间的所述波形相似度；

将各个待选馈线中所述波形相似度小于预设相似度阈值的馈线，确定为所述目标馈线。

可选地，所述将所述虚拟电流波形与所述实测电流波形进行比对，以确定所述虚拟电流波形和所述实测电流波形之间的所述波形相似度的步骤包括：

确定所述虚拟电流波形与所述实测电流波形之间的汉明距离、熵值和/或格拉姆值；

根据所述汉明距离、所述熵值和/或所述格拉姆值，确定所述波形相似度。

可选地，若所述故障分量突变量大于或等于预设的突变量阈值，向所述选线装置发送上电信号，以开启所述选线装置并执行录波操作。

此外，为实现上述目的，本发明还提供一种辐射型配电网故障选线系统，所述辐射型配电网故障选线系统包括：

数据采集模块，用于获取故障分量突变量，以及获取虚拟零序电流对应的虚拟电流波形；

数值计算模块，用于根据所述故障分量突变量确定各个馈线的虚拟零序电流；

逻辑判断模块：用于将所述虚拟电流波形与选线装置录波得到的实测电流波形进行比对，并根据比对结果选择目标馈线。

可选地，所述数据采集模块还包括：

数据采集单元：用于从辐射型配电网中实时采集故障分量突变量的虚拟量信号；

模数变换单元：用于将所述虚拟量信号的瞬时值变换为数字量信号的数字值。

可选地，所述数值计算模块还包括：

启动计算单元：用于计算所述故障分量突变量的大小；

信号计算单元：用于接收所述逻辑判断模块返回的判断结果；

虚拟波形计算单元：用于根据所述故障分量突变量计算各馈线的虚拟零序电流，并获取所述虚拟零序电流的虚拟电流波形；

对比分析计算单元：用于计算实测电流波形与虚拟电流波形的比对结果。

可选地，所述逻辑判断模块还包括：

启动判断单元：用于判断所述故障分量突变量是否大于或等于的预设的突变量阈值；

故障选线判断单元：用于根据所述比对结果选择目标馈线。

此外，为实现上述目的，本发明还提供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辐射型配电网故障的选线程序，所述辐射型配电网故障的选线程序被处理器执行时实现如上所述的辐射型配电网故障的选线方法的步骤。

本发明实施例提供一种辐射型配电网故障的选线方法、系统及可读存储介质，通过电网的故障分量突变量来生成虚拟零序电流，并将虚拟零序电流与选线装置实际测出的实测电流波形进行比对，从而根据比对结果选择目标馈线的方式，克服了小故障角情况下故障暂态电流小的影响，在高阻接地时也能正确选线。

附图说明

图1为本发明实施例涉及的辐射型配电网故障选线系统的架构示意图；

图2为本发明辐射型配电网故障的选线方法的第一实施例的流程示意图；

图3为单相接地故障零序网络示意图；

图4为故障波形与虚拟波形的对比示意图；

图5为健全波形与虚拟波形的对比示意图；

图6为本发明辐射型配电网故障的选线方法的第一实施例的流程示意图；

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图作进一步说明。

具体实施方式

对于配电网故障选线的研究，小接地电流系统得到了广泛应用，并对其保护原理和装置的研究给予了很大的重视，研制了几代装置，在供电和煤炭行业中得到了应用，保护原理从过流、无功方向发展到了群体比幅；装置由电磁式继电器、晶体管发展到虚拟集成电路和数字电路，而微机构成的装置较少。日本在供电、钢铁、化工用电中普遍采用中性点不接地或经电阻接地系统，所以选线原理简单，采用基波无功方向方法，近年来，在如何获取零序电流信号以及接地点分区段方面投入了不少力量，利用光导纤维研制的架空线和电缆零序互感器OZCT试验获得成功。德国多使用中性点经消弧线圈接地系统，并于30年代就提出了反映故障开始暂态过程的单相接地保护原理，研制了便携式接地报警装置。法国在使用中性点经电阻接地系统几十年后，现在正以中性点经消弧线圈接地系统取代中性点经电阻接地系统，同时开发出了新技术产品：零序导纳接地保护。而挪威一公司则利用测量空间电场和磁场的相位，反映零序电压和零序电流的相位，研制了悬挂式接地指示器。90年代初，国外已将人工神经网络原理应用于单相接地保护，并有文献提到应用专家系统方法，随着小波分析的出现和发展，国外有文献涉及利用小波分析良好的时频局部性，分析并利用故障暂态电流的高频分量进行故障选线保护的方法。

我国从1958年起，就一直对小电流接地系统单相接地故障的选线问题进行研究，提出了多种选线方法，并开发出了相应的装置。50年代我国有根据首半波极性研制成功的接地保护装置和利用零序电流五次谐波研制成功的接地选线定位装置。70年代后期，上海继电器厂和许昌继电器厂等单位研制生产了一批有选择性地接地信号装置，如反映中性点不接地系统零序功率方向的ZD-4型保护和反映经消弧线圈接地系统五次谐波零序功率方向的ZD-5、ZD-6、ZD-7型保护。有些运行部门还采用反映零序电流增大的零序电流保护来选线。80年代中期，我国又研制成功了微机型小电流接地系统单相接地选线装置，近几年来，随着微机在电力系统应用的推广，相继又出现了一些微机型接地选线装置和适合微机实现的选线原理和方法，诸如由南京自动化研究院研制的微机小电流接地系统单相接地选线装置，其主要原理是比较线路零序电流五次谐波的大小和方向；华北电力大学利用零序电流的五次谐波比相原理研制的ML98型小电流接地系统单相接地微机选线装置等等。

在实际应用中，对于中性点不接地系统采用比幅、比相原理选线可以达到很高的准确率，但对于中性点经消弧线圈接地系统，现有的故障选线原理效果并不理想，所以此问题还有必要进一步研究。

本公开针对上述现有技术的不足，通过电网的故障分量突变量来生成虚拟零序电流，并将虚拟零序电流与选线装置实际测出的实测电流波形进行比对，从而根据比对结果选择目标馈线的方式，克服了小故障角情况下故障暂态电流小的影响，在高阻接地时也能正确选线。

为了更好地理解上述技术方案，下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整地传达给本领域的技术人员。

作为一种实现方案，请参照图1，图1为本发明实施例方案涉及的辐射型配电网故障选线系统的架构示意图。

如图1所示，该系统包括数据采集模块101，数值计算模块102和逻辑判断模块103。其中，所述数据采集模块101用于获取故障分量突变量，以及获取虚拟零序电流对应的虚拟电流波形；数值计算模块102用于根据所述故障分量突变量确定各个馈线的虚拟零序电流；逻辑判断模块103用于将所述虚拟电流波形与选线装置录波得到的实测电流波形进行比对，并根据比对结果选择目标馈线。其中：

数据采集模块101可以包括数据采集单元1011和模数变换单元1012。数据采集单元1011用于从辐射型配电网中实时采集故障分量突变量的虚拟量信号；模数变换单元1012用于将所述虚拟量信号的瞬时值变换为数字量信号的数字值。

数值计算模块102可以包括启动计算单元1021，信号计算单元1022，虚拟波形计算单元1023，对比分析计算单元1024。启动计算单元1021用于计算所述故障分量突变量的大小，信号计算单元1022用于接收所述逻辑判断模块返回的判断结果，虚拟波形计算单元1023用于根据所述故障分量突变量计算各馈线的虚拟零序电流，并获取所述虚拟零序电流的虚拟电流波形，对比分析计算单元1024用于计算实测电流波形与虚拟电流波形的比对结果。

数值计算模块103可以包括启动判断单元1031，故障选线判断单元1032。启动判断单元1031用于判断所述故障分量突变量是否大于或等于的预设的突变量阈值，故障选线判断单元1032用于根据所述比对结果选择目标馈线。

此外，图1中示出的辐射型配电网故障选线系统还包括存储器104和处理器105，存储器104可以是高速RAM存储器，也可以是稳定的存储器(non-volatile memory)，例如磁盘存储器。存储器103用于存储作为一种计算机可读存储介质的辐射型配电网故障选线程序，而处理器105可以用于调用存储器104中存储的辐射型配电网故障选线程序，并执行以下操作：

获取辐射型配电网的故障分量突变量；

若所述故障分量突变量大于或等于预设的突变量阈值，根据所述故障分量突变量确定各个馈线的虚拟零序电流；

获取所述虚拟零序电流对应的虚拟电流波形；

将所述虚拟电流波形与选线装置录波得到的实测电流波形进行比对，并根据比对结果选择目标馈线。

在一实施例中，处理器105可以用于调用存储器104中存储的辐射型配电网故障选线程序，并执行以下操作：

确定所述母线零序电压对应的母线零序电压变化率，以及根据所述馈线零序电流和所述馈线三相电压电流确定馈线零序分布电容；

根据所述母线零序电压变化率和所述馈线零序分布电容，确定所述馈线的虚拟零序电流。

在一实施例中，处理器105可以用于调用存储器104中存储的辐射型配电网故障选线程序，并执行以下操作：

将所述虚拟电流波形与所述实测电流波形进行比对，以确定所述虚拟电流波形和所述实测电流波形之间的所述波形相似度；

将各个待选馈线中所述波形相似度最大的馈线，确定为所述目标馈线。

在一实施例中，处理器105可以用于调用存储器104中存储的辐射型配电网故障选线程序，并执行以下操作：

确定所述虚拟电流波形与所述实测电流波形之间的汉明距离、熵值和/或格拉姆值；

根据所述汉明距离、所述熵值和/或所述格拉姆值，确定所述波形相似度。

在一实施例中，处理器105可以用于调用存储器104中存储的辐射型配电网故障选线程序，并执行以下操作：

若所述故障分量突变量大于或等于预设的突变量阈值，向所述选线装置发送上电信号，以开启所述选线装置并执行录波操作。

本领域技术人员可以理解，图1中示出的辐射型配电网故障选线系统架构并不构成对辐射型配电网故障选线系统的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件布置。

基于上述基于电力系统技术的辐射型配电网故障选线系统的硬件架构，提出本发明辐射型配电网故障选线方法的实施例。

请参考图2，在第一实施例中，所述辐射型配电网故障选线方法包括以下步骤：

步骤S10，获取辐射型配电网的故障分量突变量；

在本实施例中，首先在PSCAD上搭建配电线路模型，模型中设有多条馈线，馈线均为架空线路。辐射型配电网是一种采用辐射式供电方式来连接的网络，而辐射式供电方式则是以一个变电站的母线电源为中心，向周边扩散的供电接线方式。

故障分量突变量表征为电网中实际短路电流中减去故障前的负荷电流后，所得到的故障电流分量的瞬时值。

可选地，故障分量突变量可以为电网的母线零序电压，馈线零序电流及馈线三相电压电流。

示例性的，参照图3，图3为一具体实施方式中单相接地故障零序网络示意图，在PSCAD上搭建配电线路模型，共有6条馈线，都为架空线路，采样频率为10kHz，设置故障为金属性接地故障。

步骤S20，若所述故障分量突变量大于或等于预设的突变量阈值，根据所述故障分量突变量确定各个馈线的虚拟零序电流；

在本实施例中，在获取到辐射型配电网的故障分量突变量之后，判断故障分量突变量的大小是否大于或等于预设的突变量阈值，若大于该阈值，则判断满足选线条件，根据故障分量突变量确定各个馈线的虚拟零序电流。零序电流指的是在三相四线电路中，三相电流的相量和等于零的电流，而虚拟零序电流表征为非实测所得的零序电流，而是根据故障分量突变量所计算得出的虚拟电流。虚拟零序电流的计算在下一实施例中展开说明，此处不再赘述。

步骤S30，获取所述虚拟零序电流对应的虚拟电流波形；

在确定出虚拟零序电流之后，获取虚拟零序电流对应的虚拟电流波形，虚拟电流波形可以采用常见的示波器进行获取。

步骤S40，将所述虚拟电流波形与选线装置录波得到的实测电流波形进行比对，并根据比对结果确定目标馈线。

在获取到虚拟电流波形之后，将所述虚拟电流波形与选线装置录波得到的实测电流波形进行比对，根据比对结果去确定存在故障的目标馈线。

可选地，选线装置可以为分布式小电流接地选线装置。

可选地，比对结果可以为波形相似度，波形相似度表征为两个信号的相似性的数学量化值。可选地，波形相似度可以包括虚拟电流波形和实测电流波形之间的汉明距离(Hamming Distance)、熵值差和/或格拉姆(Gram)值。汉明距离是指两个等长字符串在对应位置上不同的字符的个数，熵值是指一个随机事件集合的平均信息量，格拉姆值是指两个向量的内积。将各个待选馈线中所述波形相似度小于预设相似度阈值的馈线，确定为所述目标馈线。

示例性地，假设有一组虚拟电流波形A和实测电流波形B，汉明距离为10，熵值为0.8，格拉姆值为0.6。

则根据所述汉明距离、熵值和/或格拉姆值，可以确定A和B的波形相似度。假设相似度的计算公式为：

相似度＝(1-汉明距离/最大距离)*熵值*格拉姆值。

其中，最大距离为两个波形长度的最大值。假设A和B的长度均为100，则最大距离为100。则根据上述参数，确定A和B的相似度为(1-10/100)*0.8*0.6＝0.432。

因此，A和B的波形相似度为0.432。根据相似度大小，可以判断A和B的电流波形是否相似。如果相似度越大，则两个波形越相似。如果相似度越小，则两个波形越不相似。

假设波形相似度阈值为0.5，则，A和B的波形相似度小于该阈值，判断B对应的馈线为存在故障的馈线。

示例性的，参照图4，图4为故障波形与虚拟波形的对比示意图，二者的波形相似度大于波形相似度阈值。

此外，示例性的，参照图5，图5为健全波形与虚拟波形的对比示意图，二者的波形相似度小于波形相似度阈值。

在本实施例提供的技术方案中，通过电网的故障分量突变量来生成虚拟零序电流，并将虚拟零序电流与选线装置实际测出的实测电流波形进行比对，从而根据比对结果选择目标馈线的方式，克服了小故障角情况下故障暂态电流小的影响，在高阻接地时也能正确选线。

请参考图6，在第二实施例中，基于第一实施例，所述步骤S20包括：

步骤S21，确定所述母线零序电压对应的母线零序电压变化率，以及根据所述馈线零序电流和所述馈线三相电压电流确定馈线零序分布电容；

步骤S22，根据所述母线零序电压变化率和所述馈线零序分布电容，确定所述馈线的虚拟零序电流。

本实施例对如何计算虚拟零序电流展开描述。在本实施例中，假设电路有一条母线和多条馈线，其中母线和馈线都有相应的三相电压电流和零序电压。现在我们需要根据已知信息确定馈线的虚拟零序电流。

首先，我们需要确定母线零序电压对应的母线零序电压变化率。假设母线的零序电压为U0，而在一段时间内U0的变化量为ΔU0，则母线零序电压变化率为ΔU0/Δt。

接下来，我们需要根据馈线零序电流和馈线三相电压电流确定馈线零序分布电容。假设馈线的零序电流为I0，三相电压电流分别为Ua，Ub和Uc，则馈线零序分布电容为：

C0＝I0/(2πfΔU)

其中，f为电网频率，ΔU为三相电压电流之间的幅值差。

最后，我们可以根据母线零序电压变化率和馈线零序分布电容确定馈线的虚拟零序电流。假设馈线的虚拟零序电流为i

式中，各馈线零序电流和母线零序电压的实测波形记为i

通过以上方式就可以根据已知信息确定单条馈线的虚拟零序电流。

基于此，各电路中各馈线的总的虚拟零序电流为：

i

i

式中，i

式中，i

在本实施例提供的技术方案中，通过确定母线零序电压变化率，以及馈线零序分布电容，来计算出馈线的虚拟零序电流。为后续的结果比对提供先决条件。

此外，本领域普通技术人员可以理解的是实现上述实施例的方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成。该计算机程序包括程序指令，计算机程序可存储于一存储介质中，该存储介质为计算机可读存储介质。该程序指令被辐射型配电网故障选线系统中的至少一个处理器执行，以实现上述方法的实施例的流程步骤。

因此，本发明还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有辐射型配电网故障选线程序，所述辐射型配电网故障选线程序被处理器执行时实现如上实施例所述的辐射型配电网故障选线方法的各个步骤。

其中，所述计算机可读存储介质可以是U盘、移动硬盘、只读存储器(Read-OnlyMemory，ROM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的计算机可读存储介质。

需要说明的是，由于本申请实施例提供的存储介质，为实施本申请实施例的方法所采用的存储介质，故而基于本申请实施例所介绍的方法，本领域所属人员能够了解该存储介质的具体结构及变形，故而在此不再赘述。凡是本申请实施例的方法所采用的存储介质都属于本申请所欲保护的范围。

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统或计算机程序产品。因此，本发明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，本发明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。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、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。

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。

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。

应当注意的是，在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的部件或步骤。位于部件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的部件。本发明可以借助于包括有若干不同部件的硬件以及借助于适当编程的计算机来实现。在列举了若干装置的单元权利要求中，这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。单词第一、第二、以及第三等的使用不表示任何顺序。可将这些单词解释为名称。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。