供电系统故障区间判断方法、装置、电子设备及存储介质

技术领域

本申请属于电力系统故障监测领域，具体涉及一种供电系统故障区间判断方法、装置、电子设备及存储介质。

背景技术

配电网络影响着配电网下级负荷的生产、学习，10kV自闭贯通系统影响着其对应的高速铁路列车的安全、可靠运行，因此无论是现有配电网络还是10kV 自闭贯通线路的安全运行都是至关重要。

现有技术中，针对配电网通常采用行波法进行行波故障测距，在应对高负荷的线路时，行波法故障测距故障监测装置可实现线路的故障监测，但是应对与配电网多分支线路时行波法故障测距无法有效实现线路的主支路判定，尤其在应对电缆架空混架且线路较长的自闭贯通线路时，其末端负荷电流较小，多段架空电缆混架电缆长度的影响甚至无法判定故障区间。

在对自闭贯通线路故障判定时，现有技术通常采用的手段为工频稳态大小或方向的方法，由于自闭贯通线路本身的结构为电缆架空混架且线路较长，其负荷较低，为辐射性结构，在线路末端时系统的负载电流较低，在进行大小或方向判定时都存在不稳定的情况，所以现有技术中存在故障区间判断不准确的问题。

发明内容

基于如上技术问题，本申请提出一种供电系统故障区间判断方法、装置、电子设备及存储介质。

第一方面，本申请提出一种供电系统故障区间判断方法，包括：

计算发生故障的供电系统中所有设备的工频暂态信息；

对各设备的工频暂态信息进行频域变换，得到相应的频率信息，并确定每个设备的频率信息中频域幅值最大的频率；

若相邻两个设备频域幅值最大的频率之差大于或等于第一阈值，则确定供电系统的故障区间处于该两个设备之间。

所述计算发生故障的供电系统中所有设备的工频暂态信息，包括：

基于供电系统的接地电阻小于或等于第二阈值或大于第三阈值，计算工频暂态信息。

所述的供电系统故障区间判断方法，还包括：

确定所述两个设备之间的线路为故障线路，所述故障线路的故障频率在该两个设备频域幅值最大的频率对应的串联谐振频率之间。

所述串联谐振频率，计算式如下：

其中，ω

所述的供电系统故障区间判断方法，还包括：

在最大的频率之差大于或等于第一阈值的两个设备中，将频域幅值最大的频率对应的时域幅值大的设备确定为故障点后设备，将频域幅值最大的频率对应的时域幅值小的设备确定为故障点前设备。

所述频域幅值最大的频率对应的时域幅值是对所述频域幅值最大的频率进行积分得到的。

所述对各设备的工频暂态信息进行频域变换，得到相应的频率信息，并确定每个设备的频率信息中频域幅值最大的频率，包括：

利用傅里叶变换对各设备的工频暂态信息进行频域变换，得到相应的频率信息，并确定每个设备的频率信息中频域幅值最大的频率。

第二方面，本申请提出一种配电网故障区间的判断装置，包括：工频暂态计算模块、傅里叶变换模块、故障区间判断模块；

所述工频暂态计算模块用于计算发生故障的供电系统中所有设备的工频暂态信息；

所述傅里叶变换模块用于对各设备的工频暂态信息进行频域变换，得到相应的频率信息，并确定每个设备的频率信息中频域幅值最大的频率；

所述故障区间判断模块用于若相邻两个设备频域幅值最大的频率之差大于或等于第一阈值，则确定供电系统的故障区间处于该两个设备之间。

第三方面，本申请提出一种电子设备，包括：一个或多个处理器，以及存储器，所述存储器存储指令，当所述指令被所述一个或多个处理器执行时，使得所述一个或多个处理器执行所述的供电系统故障区间判断方法。

第四方面，本申请提出一种计算机可读存储介质，其存储有可执行指令，所述指令当被执行时使得机器执行所述的供电系统故障区间判断方法。

有益效果：

本申请提出一种供电系统故障区间判断方法、装置、电子设备及存储介质，利用工频暂态信息进行故障区间判定，且故障点前和故障点后呈现明显的区别，本申请不限于故障发生的位置，故障初相角、故障点过渡阻抗，通过频率分布情况均能实现单电源供电系统中性点非有效接地方式故障区间判定。

附图说明

图1为本申请实施例的一种配电网故障区间的判断方法流程图；

图2为本申请实施例的一种配电网故障区间的判断方法装置原理图；

图3为本申请实施例的单电源系统供电等效电路图；

图4为本申请实施例的单电源模型小电阻接地系统等效电路图；

图5为本申请实施例的单电源模型大电阻接地系统等效电路图；

图6为本申请实施例的暂态频率分布示意图；

图7为本申请实施例的模拟故障示意图；

图8为本申请实施例的故障初相角对频谱的影响示意图；其中，(a)为2ohm 2km故障点前电流示意图；(b)为2ohm 2km故障点后电流示意图；(c)为2ohm 8km故障点前电流示意图；(d)为2ohm 8km故障点后电流示意图；

图9为本申请实施例的故障距离对频谱的影响示意图；其中，(a)为2ohm 0 度故障点前电流示意图；(b)为2ohm 0度故障点后电流示意图；

图10为本申请实施例的故障电阻对频谱的影响示意图；其中，(a)为2km 故障点前电流示意图；(b)为2km故障点后电流示意图；(c)为8km故障点前电流示意图；(d)为8km故障点后电流示意图。

具体实施方式

下面结合附图所示的实施例对本公开作进一步说明。

配电网络影响着配电网下级负荷的生产、学习，10kV自闭贯通系统影响着其对应的高速铁路列车的安全、可靠运行，因此无论是现有配电网络还是10kV 自闭贯通线路的安全运行都是至关重要。

现有技术中，针对配电网通常采用行波法进行行波故障测距，在应对高负荷的线路时，行波法故障测距故障监测装置可实现线路的故障监测，但是应对与配电网多分支线路时行波法故障测距无法有效实现线路的主支路判定，尤其在应对电缆架空混架且线路较长的自闭贯通线路时，其末端负荷电流较小，多段架空电缆混架电缆长度的影响甚至无法判定故障区间。

在对自闭贯通线路故障判定时，现有技术通常采用的手段为工频稳态大小或方向的方法，由于自闭贯通线路本身的结构为电缆架空混架且线路较长，其负荷较低，为辐射性结构，在线路末端时系统的负载电流较低，在进行大小或方向判定时都存在不稳定的情况，所以现有技术中存在故障区间判断不准确的问题。

现有技术中，对配电网和10kV自闭贯通线路等中性点非有效接地方式供电线路，采用故障指示器的方式进行故障选线和故障区间判定，其原理是当线路发生故障时，以供电主送侧为例，故障点前电流远大于故障点后电流，因此采用故障指示器阈值设定进行故障判定，故障指示器无法实现故障选线，应对暂态单相接地，故障指示器容易出现误报情况，应对高阻接地，故障指示器容易出现漏报情况。

因此，本申请提出一种供电系统故障区间判断方法、装置、电子设备及存储介质，能够基于故障频率分布情况有效识别供电系统的故障区间。

实施例一：

本实施例提出一种供电系统故障区间判断方法，如图1所示，包括：

步骤S1：计算发生故障的供电系统中所有设备的工频暂态信息；

本实施例以单电源供电系统为例，对本申请故障区间判断方法进行详细阐述，对于其他类型的供电系统，本申请不再赘述。

基于供电系统的接地电阻小于或等于第二阈值或大于第三阈值，计算工频暂态信息，具体实现方式如下：

对于单电源供电系统，等效电路图如图3所示；

一些情况下，单电源供电系统接地电阻较小时，即小于或等于第二阈值时，相应的等效电路可简化如图4所示，基于此等效电路图，采用第一计算式计算此情况下的工频暂态信息；

所述工频暂态信息包括工频暂态下的电流与电压，本实施例使用电流的工频暂态特性作为工频暂态信息，在其他实施例中还可以采用电压的工频暂态特性，第一计算式如下：

其中，R

另一些情况下，单电源供电系统接地电阻较大，即大于第三阈值，其等效电路图如图5所示，基于此等效电路图，采用第二计算式计算工频暂态信息，第二计算式如下：

其中，R

步骤S2：对各设备的工频暂态信息进行频域变换，得到相应的频率信息，并确定每个设备的频率信息中频域幅值最大的频率；

本实施例利用傅里叶变换对各设备的工频暂态信息进行频域变换，得到相应的频率信息，并确定每个设备的频率信息中频域幅值最大的频率，所述每个设备的频率信息中频域幅值最大的频率，即为每个设备的工频暂态信息经过傅里叶变换后的主频率，所有计算得到的主频率均应该落在串联谐振频率分布范围中，运用傅里叶变换得到主频率为本领域技术人员的公知常识，本申请不再赘述。

步骤S3：若相邻两个设备频域幅值最大的频率之差大于或等于第一阈值，则确定供电系统的故障区间处于该两个设备之间。

在本实施例中若相邻两个设备傅里叶变换后的主频率之差大于或等于第一阈值，确定供电系统的故障区间处于该两个相邻设备之间。

所述的供电系统故障区间判断方法，还包括：

确定所述两个设备之间的线路为故障线路，所述故障线路的故障频率在该两个设备主频率对应的串联谐振频率之间，如图6所示。

所述串联谐振频率，计算式如下：

其中，ω

所述的供电系统故障区间判断方法，还包括：

在主频率之差大于或等于第一阈值的两个设备中，将主频率对应的时域幅值大的设备确定为故障点后设备，将主频率对应的时域幅值小的设备确定为故障点前设备。

如图6所示，横轴代表不同故障阻抗、不同故障距离、不同故障初相角下，纵轴代表谐振的频率分布情况，f

所述频域幅值最大的频率对应的时域幅值是对所述频域幅值最大的频率进行积分得到的。

如图7所示，G点为故障点，f

故障点前的所有监测终端求解出来的积分最大值对应的频率差值基本为0 (f

通过频率差值即可实现故障区间的判定，存在明显差异的地方为故障区间，即图8(a)、图8(b)所示的f2与f3之间。

同理阻抗角、故障过渡阻抗、故障距离具有同样的规律，即本申请不局限于阻抗角、故障过渡阻抗、故障距离，均能够通过相邻两个设备频域幅值最大的频率之差，判断出故障区间，从如下仿真结果可以看出上述的结论：

故障初相角对频谱的影响，如图8(a)、(b)、(c)、(d)所示，得到如下规律：(1)各条馈线中，各频段频谱分量的幅值差别很大，故障线路频谱幅值最大，正常线路中，架空线的频谱幅值较混合线路和电缆线路低很多。(2)故障初相角较小时，故障线路中含有很大成分的直流分量，即电感电流分量，而非故障线路中直流分量很小，即不含电感电流。(3)随着故障初相角的增大，直流分量的含量逐渐减小，即电感电流分量逐渐减小，这与理论分析结论一致。(4)工频暂态信息经过傅里叶变换后的频谱主要集中在1000HZ随故障初相角的增加而增大。

故障距离对频谱的影响，如图9(a)、图9(b)所示，能够看出如下规律：故障点越靠近母线，频暂态信息经过傅里叶变换后的频谱主成分越低，故障点在线路末端时，频谱主成分为1000HZ左右，靠近首端时降低为300HZ左右。当线路首端故障时，纯架空线路的频谱主成分向高频段移动；故障距离缩短，频谱主成分的幅值略有下降。

故障电阻对频谱的影响，如图10(a)、10(b)、10(c)、10(d)，能够看出如下规律，(1)故障电阻较小时，频暂态信息经过傅里叶变换后的频谱主要由 1000Hz左右的高频分量组成。(2)故障电阻增加，频暂态信息经过傅里叶变换后的频谱向低频段移动，幅值逐渐变小。(3)故障电阻增加，消弧线圈电感支路无法忽略时，频暂态信息经过傅里叶变换后的频谱接近工频。针对此谐振接地系统，故障电阻达到2kΩ时，频谱主成分趋于工频，在时域中表现为各馈线零序电流幅值缓慢上升。

本实施例以单电源供电系统为例，计算发生故障的单电源供电系统中所有设备的工频暂态信息；对各设备的工频暂态信息进行傅里叶变换，得到相应的频率信息，并确定每个设备的频率信息中频域幅值最大的频率，即对每个设备的工频暂态信息进行傅里叶变换后，得到傅里叶变换后的主频率，若相邻两个设备傅里叶变换后的主频率之差大于或等于第一阈值，则确定供电系统的故障区间处于该两个设备之间，确定所述两个设备之间的线路为故障线路，所述故障线路的故障频率在该两个设备傅里叶变换后的主频率对应的串联谐振频率之间。本实施例以仿真结果作为佐证，证明本实施例的有效性，从仿真结果来看，本实施例不限于故障发生的位置，故障初相角、故障点过渡阻抗，均能够利用工频暂态信息进行故障区间判定。

实施例二：

本实施例提出一种配电网故障区间的判断装置，如图2所示，包括：工频暂态计算模块、傅里叶变换模块、故障区间判断模块；

所述工频暂态计算模块用于计算发生故障的供电系统中所有设备的工频暂态信息；

所述傅里叶变换模块用于对各设备的工频暂态信息进行频域变换，得到相应的频率信息，并确定每个设备的频率信息中频域幅值最大的频率；

所述故障区间判断模块用于若相邻两个设备频域幅值最大的频率之差大于或等于第一阈值，则确定供电系统的故障区间处于该两个设备之间。

所述计算发生故障的供电系统中所有设备的工频暂态信息，包括：

基于供电系统的接地电阻小于或等于第二阈值或大于第三阈值，计算工频暂态信息。

所述的供电系统故障区间判断方法，还包括：

确定所述两个设备之间的线路为故障线路，所述故障线路的故障频率在该两个设备频域幅值最大的频率对应的串联谐振频率之间。

所述串联谐振频率，计算式如下：

其中，ω

所述的供电系统故障区间判断方法，还包括：

在最大的频率之差大于或等于第一阈值的两个设备中，将频域幅值最大的频率对应的时域幅值大的设备确定为故障点后设备，将频域幅值最大的频率对应的时域幅值小的设备确定为故障点前设备。

所述频域幅值最大的频率对应的时域幅值是对所述频域幅值最大的频率进行积分得到的。

所述对各设备的工频暂态信息进行频域变换，得到相应的频率信息，并确定每个设备的频率信息中频域幅值最大的频率，包括：

利用傅里叶变换对各设备的工频暂态信息进行频域变换，得到相应的频率信息，并确定每个设备的频率信息中频域幅值最大的频率。

本实施例提出一种配电网故障区间的判断装置，工频暂态计算模块、傅里叶变换模块、故障区间判断模块，模块之间相互配合，无论故障发生的位置，故障初相角、故障点过渡阻抗，同样能够实现利用工频暂态信息进行故障区间判定。

实施例三：

本实施例提出一种电子设备，包括：一个或多个处理器，以及存储器，所述存储器存储指令，当所述指令被所述一个或多个处理器执行时，使得所述一个或多个处理器执行所述的供电系统故障区间判断方法。

所述的供电系统故障区间判断方法，包括：

步骤S1：计算发生故障的供电系统中所有设备的工频暂态信息；

步骤S2：对各设备的工频暂态信息进行频域变换，得到相应的频率信息，并确定每个设备的频率信息中频域幅值最大的频率；

步骤S2：若相邻两个设备频域幅值最大的频率之差大于或等于第一阈值，则确定供电系统的故障区间处于该两个设备之间。

所述计算发生故障的供电系统中所有设备的工频暂态信息，包括：

基于供电系统的接地电阻小于或等于第二阈值或大于第三阈值，计算工频暂态信息。

所述的供电系统故障区间判断方法，还包括：

确定所述两个设备之间的线路为故障线路，所述故障线路的故障频率在该两个设备频域幅值最大的频率对应的串联谐振频率之间。

所述串联谐振频率，计算式如下：

其中，ω

所述的供电系统故障区间判断方法，还包括：

在最大的频率之差大于或等于第一阈值的两个设备中，将频域幅值最大的频率对应的时域幅值大的设备确定为故障点后设备，将频域幅值最大的频率对应的时域幅值小的设备确定为故障点前设备。

所述频域幅值最大的频率对应的时域幅值是对所述频域幅值最大的频率进行积分得到的。

所述对各设备的工频暂态信息进行频域变换，得到相应的频率信息，并确定每个设备的频率信息中频域幅值最大的频率，包括：

利用傅里叶变换对各设备的工频暂态信息进行频域变换，得到相应的频率信息，并确定每个设备的频率信息中频域幅值最大的频率。

该电子设备可以是手机、电脑或平板电脑等，包括存储器和处理器，所述存储器上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如实施例中所述的供电系统故障区间判断方法。可以理解，电子设备还可以包括，输入/输出(I/O) 接口，以及通信组件。

其中，处理器用于执行如上述实施例中的供电系统故障区间判断方法中的全部或部分步骤。存储器用于存储各种类型的数据，这些数据例如可以包括电子设备中的任何应用程序或方法的指令，以及应用程序相关的数据。

所述处理器可以是专用集成电路(Application Specific Integrated Cricuit，简称ASIC)、数字信号处理器(Digital Signal Processor，简称DSP)、可编程逻辑器件(Programmable Logic Device，简称PLD)、现场可编程门阵列(Field Programmable GateArray，简称FPGA)、控制器、微控制器、微处理器或其他电子元件实现，用于执行上述实施例中的供电系统故障区间判断方法。

实施例四：

本实施例提出一种计算机可读存储介质，其存储有可执行指令，所述指令当被执行时使得机器执行所述的供电系统故障区间判断方法。

所述的供电系统故障区间判断方法，包括：

步骤S1：计算发生故障的供电系统中所有设备的工频暂态信息；

步骤S2：对各设备的工频暂态信息进行频域变换，得到相应的频率信息，并确定每个设备的频率信息中频域幅值最大的频率；

步骤S2：若相邻两个设备频域幅值最大的频率之差大于或等于第一阈值，则确定供电系统的故障区间处于该两个设备之间。

所述计算发生故障的供电系统中所有设备的工频暂态信息，包括：

基于供电系统的接地电阻小于或等于第二阈值或大于第三阈值，计算工频暂态信息。

所述的供电系统故障区间判断方法，还包括：

确定所述两个设备之间的线路为故障线路，所述故障线路的故障频率在该两个设备频域幅值最大的频率对应的串联谐振频率之间。

所述串联谐振频率，计算式如下：

其中，ω

所述的供电系统故障区间判断方法，还包括：

在最大的频率之差大于或等于第一阈值的两个设备中，将频域幅值最大的频率对应的时域幅值大的设备确定为故障点后设备，将频域幅值最大的频率对应的时域幅值小的设备确定为故障点前设备。

所述频域幅值最大的频率对应的时域幅值是对所述频域幅值最大的频率进行积分得到的。

所述对各设备的工频暂态信息进行频域变换，得到相应的频率信息，并确定每个设备的频率信息中频域幅值最大的频率，包括：

利用傅里叶变换对各设备的工频暂态信息进行频域变换，得到相应的频率信息，并确定每个设备的频率信息中频域幅值最大的频率。

基于这样的理解，本申请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供电系统故障区间判断方法的全部或部分步骤。

而前述的存储介质包括：闪存、硬盘、多媒体卡、卡型存储器(例如，SD(SecureDigital Memory Card安全数字存储卡)或DX(为Memory Data Register,MDR的缩写，内存资料寄存器)存储器等)、随机访问存储器(RAM)、静态随机访问存储器(SRAM)、只读存储器(ROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、可编程只读存储器(PROM)、磁性存储器、磁盘、光盘、服务器、APP(Application，应用软件的缩写)应用商城等等各种可以存储程序校验码的介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时可以实现上述供电系统故障区间判断方法的各个步骤。

本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。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，上述描述的系统、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，所揭露的系统、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。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。

本申请的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。本申请实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后、顶、底……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。此外，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，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、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

另外，在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换等，均应包含在本发明的保护范围之内。