面向配电系统的故障检测方法及装置转让专利
申请号 : CN201710334875.9
文献号 : CN107204662B
文献日 : 2019-08-09
发明人 : 赵千川 , 杨文
申请人 : 清华大学
摘要 :
权利要求 :
1.一种配电系统的故障检测方法,其特征在于,包括以下步骤:
根据配电系统的物理结构及电能的传输和分配关系构建所述配电系统的能量网络模型,其中,所述构建所述配电系统的能量网络模型进一步包括:将配电网络的馈线区段等效为一个网络的节点,断路器开关等效为网络中连接两个节点的边,并且边的权值为节点之间传递的能量,进而得到所述配电网络的能量网络;
基于能量平衡建立馈线区段、分段开关状态和电力参数的关联分析模型;
采集所述配电系统的电力监测数据和开关状态;以及
根据所述能量网络模型和所述关联分析模型以及所述配电系统的电力监测数据和开关状态检测馈线故障和传感器故障。
2.根据权利要求1所述的配电系统的故障检测方法,其特征在于,所述关联分析模型为在所述能量网络中,节点的输入能量与输出能量应满足能量平衡的要求,以此建立的传感器测量数据与馈线区段的拓扑结构之间的关联模型。
3.根据权利要求1-2任一项所述的配电系统的故障检测方法,其特征在于,检测所述馈线故障的步骤包括:判断能量网络中的任意一个节点是否存在除监测以外的能量注入或能量输出;
如果存在,则所述任意一个节点依据监测的电力参数不满足能量平衡关系,并检测所述任意一个节点的相邻节点能量平衡情况,一旦所述相邻节点能量平衡,则所述任意一个节点存在故障。
4.根据权利要求3所述的配电系统的故障检测方法,其特征在于,检测所述传感器故障的步骤包括:判断所述能量网络中任意两个相邻节点是否出现能量不平衡;
如果出现,且若不考虑所述任意两个相邻节点之间的能量传输,则分析所述任意两个相邻节点共同的输入输出,其中,若输入输出平衡,则确定是所述任意两个相邻节点之间的传感器故障,否则表明所述任意两个相邻节点同时存在故障。
5.一种配电系统的故障检测装置,其特征在于,包括:
第一构建模块,用于根据配电系统的物理结构及电能的传输和分配关系构建所述配电系统的能量网络模型,其中,所述第一构建模块具体用于将配电网络的馈线区段等效为一个网络的节点,断路器开关等效为网络中连接两个节点的边,并且边的权值为节点之间传递的能量,进而得到所述配电网络的能量网络;
第二构建模块,用于基于能量平衡建立馈线区段、分段开关状态和电力参数的关联分析模型;
采集模块,用于采集所述配电系统的电力监测数据和开关状态;以及
检测模块,用于根据所述能量网络模型和所述关联分析模型以及所述配电系统的电力监测数据和开关状态检测馈线故障和传感器故障。
6.根据权利要求5所述的配电系统的故障检测装置,其特征在于,所述关联分析模型为在所述能量网络中,节点的输入能量与输出能量应满足能量平衡的要求,以此建立的传感器测量数据与馈线区段的拓扑结构之间的关联模型。
7.根据权利要求5-6任一项所述的配电系统的故障检测装置,其特征在于,所述检测模块包括:第一判断单元,用于判断能量网络中的任意一个节点是否存在除监测以外的能量注入或能量输出;
第一检测单元,当存在时,所述任意一个节点依据监测的电力参数不满足能量平衡关系,用于检测所述任意一个节点的相邻节点能量平衡情况,一旦所述相邻节点能量平衡,则所述任意一个节点存在故障。
8.根据权利要求7所述的配电系统的故障检测装置,其特征在于,所述检测模块还包括:第二判断单元,用于判断所述能量网络中任意两个相邻节点是否出现能量不平衡;
第二检测单元,当出现,且若不考虑所述任意两个相邻节点之间的能量传输时,用于分析所述任意两个相邻节点共同的输入输出,其中,若输入输出平衡,则确定是所述任意两个相邻节点之间的传感器故障,否则表明所述任意两个相邻节点同时存在故障。
说明书 :
面向配电系统的故障检测方法及装置
技术领域
背景技术
和工业界共同关注的焦点。随着FTU(feeder terminal unit,馈线终端单元)等自动化设备
在配电网中的大量应用,可以实时动态获取配电网运行信息,配电网设备状态及各类电力
参数已成为配电网故障检测的主要依据。
较复杂,制约了方法的工程应用。基于人工智能的故障检测方法,具有较好的容错性,但迭
代复杂,计算量大,定位速度慢。尽管研究人员提出了大量的故障检测和定位方法,然而与
日益丰富的方法相对照,实用化的配电网故障诊断系统却鲜有报道。配电网故障检测实用
化面临的困难主要有以下两个方面。1)由于馈线终端、配电自动化设备及通信网络的运行
环境恶劣,如通讯扰动或中断、传感器漂移或失效等普遍存在,上报的数据容易出现畸变、
丢失甚至错误,现有方法难以区分传感器故障和配电线路故障,在面对实际的配电网络故
障定位和排除问题时作用不明显;2)在线运行的电网故障诊断系统的信息建模和维护工作
非常繁重,制约了系统的实际应用。现有的诊断方法普遍需要依靠人工定义诊断规则,根据
特定的电网结构,进行参数设定,这些工作需要由掌握电网运行特点和保护基本原理的专
业人员完成,工作量大而琐碎。在诊断系统投入运行后,一旦电网设备或结构发生变化,原
有的诊断模型和规则需要进行相应的修改,这增大了诊断系统的维护工作量。因此,配电网
的故障检测迫切需要一种能甄别传感器故障和设备馈线故障的检测方法,该方法应能自适
应配电网结构的变换。
发明内容
的分配、传输和控制,能量的传递将馈线、开关设备和感知测量数据关联起来,整体上反映
了配电系统的工作状态。
网络模型;基于能量平衡建立馈线区段、分段开关状态和电力参数的关联分析模型;采集所
述配电系统的电力监测数据和开关状态;根据所述能量网络模型和所述关联分析模型以及
所述配电系统的电力监测数据和开关状态检测馈线故障和传感器故障。
有利于工程实施,提高检测的准确性和适用性,有效保证检测的可靠性。
两个节点的边,并且边的权值为节点之间传递的能量,进而得到所述配电网络的能量网络。
的拓扑结构之间的关联模型。
足能量平衡关系,并检测所述任意一个节点的相邻节点能量平衡情况,一旦所述相邻节点
能量平衡,则所述任意一个节点存在故障。
相邻节点之间的能量传输,则分析所述任意两个相邻节点共同的输入输出,其中,若输入输
出平衡,则确定是所述任意两个相邻节点之间的传感器故障,否则表明所述任意两个相邻
节点同时存在故障。
电系统的能量网络模型;第二构建模块,用于基于能量平衡建立馈线区段、分段开关状态和
电力参数的关联分析模型;采集模块,用于采集所述配电系统的电力监测数据和开关状态;
检测模块,用于根据所述能量网络模型和所述关联分析模型以及所述配电系统的电力监测
数据和开关状态检测馈线故障和传感器故障。
有利于工程实施,提高检测的准确性和适用性,有效保证检测的可靠性。
权值为节点之间传递的能量,进而得到所述配电网络的能量网络。
的拓扑结构之间的关联模型。
元,当存在时,所述任意一个节点依据监测的电力参数不满足能量平衡关系,用于检测所述
任意一个节点的相邻节点能量平衡情况,一旦所述相邻节点能量平衡,则所述任意一个节
点存在故障。
不考虑所述任意两个相邻节点之间的能量传输时,用于分析所述任意两个相邻节点共同的
输入输出,其中,若输入输出平衡,则确定是所述任意两个相邻节点之间的传感器故障,否
则表明所述任意两个相邻节点同时存在故障。
附图说明
具体实施方式
图描述的实施例是示例性的,旨在用于解释本发明,而不能理解为对本发明的限制。
边,并且边的权值为节点之间传递的能量,进而得到配电网络的能量网络。
的能量,这样得到的网络G*称为G对应的能量网络。
间的关联模型。
馈线区段的拓扑结构之间的关联模型。
监测的电力参数不满足能量平衡关系,并检测任意一个节点的相邻节点能量平衡情况,一
旦相邻节点能量平衡,则任意一个节点存在故障。
不满足能量平衡关系,进一步检查相邻的节点能量平衡情况,若相邻节点能量平衡,则可以
明确该节点存在故障。
的能量传输,则分析任意两个相邻节点共同的输入输出,其中,若输入输出平衡,则确定是
任意两个相邻节点之间的传感器故障,否则表明任意两个相邻节点同时存在故障。
输出平衡,则确定是两节点之间的传感器故障,否则表明两个节点同时存在故障。
等设备设施相互关联形成了物理上的配电网络,为了对配电系统进行监测和控制,在主要
的馈线支路或设备上部署了相应的传感器,可以获取设备的工作状态以及运行电力参数,
如电压、电流、频率等,所有监测数据利用通讯网络上传到监控中心,即在物理系统之上构
建了一套感知测量系统,如图2所示。感知系统获取的物理设备状态信息和电力数据是故障
检测的依据,由于测量系统自身不可避免会出现故障,从而导致获取的部分状态信息或电
力参数不一定准确可靠。显然,只依靠局部的且不一定准确的观测信息很难甄别系统是否
存在测量故障或物理设备故障。
联关系进行相关性分析和交叉校验则有可能提高故障检测的准确性,进而区分馈线区段故
障和传感器故障。从能量传输的角度来看,配电网中的隔离开关、断路器等设备的状态决定
了电能的流动方向和路径,实际上反映了电能传输的拓扑结构,而测量的电力参数是对电
能在该网络结构中传输过程的反映。电能是能量的一种,满足能量守恒定律,因此,利用能
量的平衡关系可以建立开关状态与电力参数之间的关联关系。
构,正常节点的损耗在[0.1,0.5]区间上随机均匀取值,随机在节点6和馈线区段s4设置故
障,配电网对应的能量网络如图4所示,节点之间的能量仿真数据如表1所示,表1为仿真的
能量数据表。
衡,可知6号馈线区段出现了故障;此外,3、4两个节点的能量不平衡,而将两个节点作为虚
拟节点其输入输出是平衡的,表明3、4之间的传感测量存在故障,仿真结果如表2所示,表2
为仿真的计算结果表。
段、分段开关状态和电力参数的关联分析模型,以及根据配电系统测量的电力监测数据和
开关状态,实时检测馈线故障和传感器故障。
将电压、电流、频率等多种类型的电力参数统一考虑,不受电压等级、三相单相、交直流的限
制,有利于电力参数数据的整合,适用范围广,且能量的可加性使得计算简单易用,只需代
数运算,有利于工程实现,以及基于能量平衡的统一表达和描述,可以灵活适应配电网络结
构的变化,计算过程简便,有利于工程实施,提高检测的准确性和适用性,有效保证检测的
可靠性。
关状态和电力参数的关联分析模型。采集模块300用于采集配电系统的电力监测数据和开
关状态。检测模块400用于根据能量网络模型和关联分析模型以及配电系统的电力监测数
据和开关状态检测馈线故障和传感器故障。本发明实施例的装置10可以在没有馈线故障信
息的情况下,能同时甄别配电网传感器故障和馈线区段故障,并能适应配电网络结构的变
化,计算过程简便,有利于工程实施,提高检测的准确性和适用性,有效保证检测的可靠性。
值为节点之间传递的能量,进而得到配电网络的能量网络。
构之间的关联模型。
第一检测单元用于检测任意一个节点的相邻节点能量平衡情况,一旦相邻节点能量平衡,
则任意一个节点存在故障。
两个相邻节点共同的输入输出,其中,若输入输出平衡,则确定是任意两个相邻节点之间的
传感器故障,否则表明任意两个相邻节点同时存在故障。
将电压、电流、频率等多种类型的电力参数统一考虑,不受电压等级、三相单相、交直流的限
制,有利于电力参数数据的整合,适用范围广,且能量的可加性使得计算简单易用,只需代
数运算,有利于工程实现,以及基于能量平衡的统一表达和描述,可以灵活适应配电网络结
构的变化,计算过程简便,有利于工程实施,提高检测的准确性和适用性,有效保证检测的
可靠性。
隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中,“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。
部的连通或两个元件的相互作用关系,除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员
而言,可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方,或仅仅表示
第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第
一特征在第二特征正下方或斜下方,或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中,对上述术语的示意性表述不
必须针对的是相同的实施例或示例。而且,描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任
一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外,在不相互矛盾的情况下,本领域的技
术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结
合和组合。
实施例进行变化、修改、替换和变型。