专利名称：加速配电网故障容错定位的方法
加速配电网故障容错定位的方法专利领域本发明属于电力系统自动化技术领域，涉及配电网的故障诊断，具体来说是一种加速配电网故障容错定位的方法。
背景技术：
现代电力系统的规模、容量和覆盖范围越来越大，在国民经济和人民生活中占有重要地位，故障停电会给社会生产和人民生活带来重创，所以提高供电可靠性迫在眉睫。配电自动化是减少停电时间、缩小停电面积，提高供电可靠性的重要手段。其中，馈线自动化是配电自动化的最主要功能之一，即配电网故障发生后，能及时、准确地进行故障区段定位，迅速的隔离故障区域，并及时恢复非故障失电负荷的供电，由此看出，配电网故障区段定位是故障隔离和供电恢复的前提和基础，对于提高供电可靠性具有重要意义。配电网故障区段定位是根据馈线开关上报的故障信息，采用相应的算法进行故障定位。目前该技术领域的研究主要是基于健全信息的故障诊断和在非健全信息下的故障诊断。基于健全信息的故障诊断的主要成果是刘健等(刘健，倪建立，杜宇.配电网故障区段判断和隔离的统一矩阵算法[J].电力系统自动化，1999，23(1) :31-33.)提出的矩阵算法，矩阵算法可以迅速找到故障区段，满足在线运行实时性的要求，但是由于馈线自动化设备和通信网络都是工作于户外，运行环境恶劣，故障信息容易发生误报或漏报，终端设备难以提供健全的故障信息，因此矩阵算法的定位结果可能出现错误。另一方面，基于非健全信息的故障诊断的成果主要是人工智能算法，比如杜红卫等(杜红卫，孙雅明，刘弘靖，等.基于遗传算法的配电网故障定位和隔离[J].电网技术，2000，24(5) :52-55.)提出的遗传算法以及李超文等(李超文，何正友，张海平，等.基于二进制粒子群算法的辐射状配电网故障定位[J].电力系统保护与控制，2009, 37(7) :35-39.)提出的二进制粒子群算法，虽然人工智能算法的容错性好，但是故障诊断速度慢，往往不能满足故障定位在线实时性的要求。因此由于各种算法自身的缺点，限制了馈线自动化的应用。

发明内容
本发明的目的在于对现有的配电网故障区段定位技术进行改进，提出一种加速配电网故障容错定位的方法。首先由矩阵算法进行故障定位，并根据定位结果分类，单一故障的情况下，矩阵算法和人工智能算法的定位结果是相同的，矩阵算法定位结果不必再修改；多重故障的情况下，将矩阵算法的故障区段定位结果以及定位结果的拆分作为粒子群算法的部分初始种群，加快粒子群算法的迭代寻优速度，修正矩阵算法由于故障信息畸变出现的定位错误，实现配电网故障的快速准确定位。本申请具体采用以下技术方案一种加速配电网故障容错定位的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤步骤1:配电网发生故障后，首先由主站收集齐各馈线开关的故障电流信息，若某一开关上传故障电流信息，则定义该开关的故障信息标志为1，反之，则定义该开关的故障信息标志为0 ;然后根据馈线开关上传的故障电流信息，应用矩阵算法完成故障区段定位，若某一区段故障，则定义该区段故障标志为1，反之，定义该区段故障标志为O ;步骤2 :根据矩阵算法的故障区段定位结果，判断配电网的故障是单一故障还是多重故障，然后根据如下方法判断是否还需要使用粒子群算法再次进行故障定位，对矩阵算法的多重故障区段定位结果进行容错纠正(I)若矩阵算法的故障区段定位结果表明配电网发生单一故障，则认为矩阵算法的故障区段定位结果是正确的；(2)若矩阵算法的故障区段定位结果表明配电网发生多重故障，则将矩阵算法的故障区段定位结果进行拆分，当矩阵算法的故障区段定位结果显示配电网发生了 n重故障，则共拆分出n种可能的单一故障，加上矩阵算法的定位结果，共n+1种可能的故障情况，然后将这n+1种可能的故障情况作为粒子群算法的部分初始种群再次故障定位，完成多重故障的容错故障区段定位，该粒子群算法的故障区段定位结果作为最终的故障区段定位结果;步骤3 :根据步骤1、2完成故障区段判断后，主站向故障区段周边的开关发送分闸命令以隔离故障。在步骤2中的第(I)步中，若根据矩阵算法诊断出配电网发生单一故障，那么使用粒子群算法的故障区段定位结果和根据矩阵算法的故障区段定位结果是相同的，权利I中所述的方法在配电网发生单一故障的情况下，主站是采用矩阵算法完成的故障区段定位，定位速度快，容错效果和粒子群算法是一样的。在步骤2的第(2)步中，因为配电网发生多重故障的可能性不大，当定位结果表明配电网发生多重故障时，可能是由于馈线开关故障信息误报或者漏报造成的，所以要对矩阵算法的多重故障区段定位结果进行容错纠正。当配电网的故障区段定位结果表明配电网发生多重故障时，将矩阵算法的故障区段定位结果拆分，作为粒子群算法的部分初始种群迭代寻优，加快了粒子群算法的多重故障的定位速度，而且可以纠正矩阵算法错误的故障定位结果。若矩阵算法的故障区段定位结果表明配电网发生多重故障，要将矩阵算法的故障区段定位结果拆分，作为粒子群算法的部分初始种群迭代寻优，再次进行多重故障容错定位。将矩阵算法的故障区段定位结果拆分方法是若配电网发生了 n重故障，则假设配电网发生单一故障，然后随机假定矩阵算法判定出的n个故障区段中有且仅有一个区段故障，并找出所有可能的结果，共n种假设的单一区段故障，加上矩阵算法的定位结果，共n+1中可能的故障情况。本发明根据矩阵算法的定位结果判断配电网发生的故障是单一故障还是多重故障，单一故障下矩阵算法和粒子群算法的定位结果是一样的，此时本发明仅采用矩阵算法进行故障定位，保证了矩阵算法的快速容错定位；多重故障下，可能是由于馈线开关信息误报或者漏报造成的，所以将矩阵的定位结果及其拆分作为粒子群算法的部分初始粒子，再次进行故障定位，提高了粒子群算法的故障定位速度，而且可以将矩阵算法错误的故障定位结果纠正。本申请的优点是(I)单一故障下，在保持容错性和粒子群算法一致的前提下，采用矩阵算法进行故障定位，满足故障定位在线实时性的要求；(2)考虑到多重故障的概率较小，由矩阵算法定位结果得出配电网发生多重故障时，可能是由于开关信息误报或者漏报造成的，再次使用粒子群算法进行故障定位，使得定位结果更加准确合理。


图1为本发明加速配电网故障容错定位方法的流程图；图2是正常运行的配电网线路图；图3是图2中馈线区段D5发生故障时的配电网线路图；其中，S1、S2为变电站出线开关，A、B、C、D为馈线分段开关 ，E为联络开关，方块代表断路器,圆圈代表负荷开关，实心代表合闸，空心代表分闸。图4是正常运行时的另一种配电网线路图；图5是图4中馈线区段D4、D8发生故障时的配电网线路图。其中，SI为变电站的出线开关，A、B、C……K为馈线分段开关，方块代表断路器，圆圈代表负荷开关。
具体实施例方式以下将结合附图和实例对发明的内容做进一步说明。如图2所示，馈线区段D1、D2……D5由变电站Subl供电，SI为变电站Subl的出线开关，A、B、C、D为馈线分段开关；馈线区段D6由变电站Sub2供电，S2为Sub2的出线开关；E为联络开关；图3是图2中馈线区段D5发生故障时的配电网线路图；如图4所示，馈线区段D1、D2……D12由变电站Sub供电，SI为变电站Sub的出线开关，A、B、C……K为馈线分段开关；图5是图4中馈线区段D4、D8发生故障时的配电网线路图。实例1:如图3配电网馈线区段D5发生相间故障，采用本发明公开的加速配电网故障容错定位的方法，包括如下步骤(如图1所示)步骤1:配电网发生故障后，首先由主站收集齐各馈线开关的故障电流信息，若某一开关上传故障电流信息，则定义该开关的故障信息标志为1，反之，则定义该开关的故障信息标志为0 ;然后根据馈线开关上传的故障电流信息，应用矩阵算法完成故障区段定位，若某一区段故障，则定义该区段故障标志为1，反之，定义该区段故障标志为O。如附图3所示的典型配电网线路，假设在区段D5上发生相间故障。A、在任何开关故障信息不误报、漏报的情况下，主站收集到的故障信息为G=[l I1 1 0 0 0]，其中开关的序号按照31、八、8、(、0、￡、52的顺序排列，51、52对应变电站的出线开关。主站根据故障信息G=[l 1 1 1 0 0 0]，由矩阵算法得到的故障区段定位结果是
，其中馈线区段的排列顺序按照01、02、03、04、05、06排列。B、当A开关的故障信息漏报的情况下，主站收集到的故障信息为G=[l 0 110 00]，其中开关的序号按照S1、A、B、C、D、E、S2的顺序排列，S1、S2对应变电站的出线开关。主站根据故障信息G=[l 0 1 1 0 0 0]，由矩阵算法得到的故障区段定位结果是[10 0 0I 0]，其中馈线区段的排列顺序按照Dl、D2、D3、D4、D5、D6排列。步骤2 :根据矩阵算法的故障区段定位结果，判断配电网的故障是单一故障还是多重故障，然后根据如下方法判断是否还需要使用粒子群算法再次故障定位，对矩阵算法的多重故障区段定位结果进行容错纠正(I)若矩阵算法的故障区段定位结果表明配电网发生单一故障，则认为矩阵算法的故障区段定位结果是正确的。(2)若矩阵算法的故障区段定位结果表明配电网发生多重故障，则将矩阵算法的故障区段定位结果进行拆分。假如故障区段定位结果显示配电网发生了 n重故障，则共拆分出n种可能的单一故障，加上矩阵算法的定位结果，共n+1种可能的故障情况。然后将这n+1种可能的故障情况作为粒子群算法的部分初始种群进行迭代寻优，完成多重故障的容错故障定位。A、实例I中，在所有馈线开关的信息都没有误报、漏报的情况下，根据矩阵算法的故障区段定位结果可知，配电网发生了单一故障，此时采用粒子群算法和矩阵算法的故障区段定位结果是一样的，而在此处采用了矩阵算法，大大加快了单一故障定位速度，并且容错性和粒子群算法保持一致。B、实例I中，在A馈线开关故障信息漏报的情况下，根据矩阵算法的故障区段定位结果可知，配电网发生了双重故障，将矩阵算法的故障区段定位结果拆分为[1 0 0 0 00],
, [I 0 0 0 I 0]三种情况，并将其作为粒子群算法的3个初始粒子，设若粒子群算法设置种群规模为n，则仍需随机产生粒子群算法的其他初始粒子n-3个，然后采用粒子群算法进行迭代寻优，因为
是使得粒子群算法的评价函数最小的粒子，同时也是矩阵算法的拆分结果，所以粒子群算法的第一次迭代就产生了最优解，大大加快了粒子群算法的故障定位速度，而且纠正了矩阵算法错误的定位结果，保持了粒子群算法的容错性好的优点。步骤3 :根据步骤1、2完成故障区段判断后，主站向故障区段周边的开关下发分闸命令以隔离故障。实例I中，主站向馈线区段D5周边的馈线开关C发送分闸命令以隔离故障。实例2 :如图5中配电网馈线区段D4、区段D8发生相间故障，采用本发明公开的加速配电网故障容错定位的方法进行故障区段定位，包括以下步骤
步骤1:A、实例2中，在任何开关故障信息不误报、漏报的情况下，主站收集到的故障信息为 G=[l 1 1 1 0 1 1 1 0 0 0 0]，其中开关的序号按照 S1、A、B、G、H、C、D、E、F、K、1、J 的顺序排列。主站根据故障信息G=[l 1 1 1 0 1 1 1 0 0 0 0]，由矩阵算法得到的故障区段定位结果是
，其中馈线区段的排列顺序按照Dl、D2……D12排列。B、实例2中，当B开关的故障信息漏报的情况下，主站收集到的故障信息为G=[l I
01 0 1 1 1 0 0 0 0]，其中开关的序号按照S1、A、B、G、H、C、D、E、F、K、1、J的顺序排列。主站根据故障信息G=[l 1 0 1 0 1 1 1 0 0 0 0]，由矩阵算法得到的故障区段定位结果是
，其中馈线区段的排列顺序按照D1、D2…D12排列。步骤2 A、实例2中，在所有馈线开关的信息没有误报、漏报的情况下，根据矩阵算法的故障区段定位结果可知，配电网发生了双重故障，将矩阵算法的故障区段定位结果拆分为
，
，
三
种情况，并将其作为粒子群算法的3个初始粒子，设若粒子群算法设置种群规模为n，则仍需随机产生粒子群算法的其他初始粒子n-3个，然后采用粒子群算法进行迭代寻优，因为
是使得粒子群算法的评价函数最小的粒子，同时也是矩阵算法的拆分结果，所以粒子群算法的第一次迭代就产生了最优解，在矩阵算法定位多重故障正确的情况下，增加使用粒子群算法再次进行故障定位，而且将矩阵算法的拆分作为粒子去算法的初始解，提高了粒子群算法的再次故障定位速度，保证了矩阵算法定位结果的容错性。B、实例2中，当B开关的故障信息漏报时，根据矩阵算法的故障区段定位结果可知，配电网发生了三重故障，将矩阵算法的故障区段定位结果拆分为
,
,
,
四种情况，并将其作为粒子群算法的4个初始粒子，设若粒子群算法设置种群规模为n，则仍需随机产生粒子群算法的其他初始粒子n-4个，然后采用粒子群算法进行迭代寻优。在粒子群算法的参数设置为初始种群粒子20 ;最大迭代次数10 ;学习因子Cl 2 ；C2 2 ;惯性权重w :0. 5时(a)当初始粒子群中，4个粒子由矩阵算法的故障区段定位结果和其拆分确定，其余16个粒子自由产生时，平均迭代2. 775次得到最优解
;(b)当初始粒子群全部自由产生时，平均迭代4. 45次得到最优解
；所以将矩阵算法的故障区段定位结果及其拆分作为粒子群算法的初始解，加快了粒子群算法的故障区段定位速度，而且纠正了矩阵算法产生的错误定位结果，保证了定位结果的容错性。步骤3 实例2中，主站向馈线区段D4周边的馈线开关G，D8周边的馈线开关E发送分闸命令以隔离故障。
权利要求
1.一种加速配电网故障容错定位的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤步骤1:配电网发生故障后，首先由主站收集齐各馈线开关的故障电流信息，若某一开关上传故障电流信息，则定义该开关的故障信息标志为1，反之，则定义该开关的故障信息标志为O ;然后根据馈线开关上传的故障电流信息，应用矩阵算法完成故障区段定位，若某一区段故障，则定义该区段故障标志为1，反之，定义该区段故障标志为O ;步骤2 :根据矩阵算法的故障区段定位结果，判断配电网的故障是单一故障还是多重故障，然后根据如下方法判断是否还需要使用粒子群算法再次故障定位，以对矩阵算法的故障区段定位结果进行容错纠正(1)若矩阵算法的故障区段定位结果表明配电网发生单一故障，则认为矩阵算法的故障区段定位结果是正确的；(2)若矩阵算法的故障区段定位结果表明配电网发生多重故障，则将矩阵算法的故障区段定位结果进行拆分，当矩阵算法的故障区段定位结果显示配电网发生了 η重故障，则共拆分出η种可能的单一故障，加上矩阵算法的定位结果，共η+1种可能的故障情况，然后将这η+1种可能的故障情况作为粒子群算法的部分初始种群进行迭代寻优，完成多重故障的容错故障区段定位，该粒子群算法的故障区段定位结果作为最终的故障区段定位结果；步骤3 :根据步骤1、2完成故障区段判断后，主站向故障区段周边的开关发送分闸命令以隔离故障。
2.根据权利I所述的加速配电网故障容错定位的方法，其特征在于若根据矩阵算法诊断出配电网发生单一故障，那么使用粒子群算法的故障区段定位结果与采用矩阵算法的故障区段定位结果是相同的，在配电网发生单一故障的情况下，主站采用矩阵算法完成的故障区段定位。
3.根据权利I所述的加速配电网故障容错定位的方法，其特征在于，当矩阵算法的定位结果表明配电网发生多重故障时，可能是由于馈线开关故障信息误报或者漏报造成的， 要对矩阵算法的多重故障区段定位结果进行容错纠正，将矩阵算法的故障区段定位结果拆分，作为粒子群算法的部分初始种群迭代寻优，既加快了粒子群算法的多重故障定位速度， 又可以纠正矩阵算法错误的故障定位结果。
全文摘要
本发明公开了一种加速配电网故障容错定位的方法，配电网故障区段定位技术中容错性较高的一类算法是人工智能算法，但是该类算法故障定位速度慢，难以满足在线实时性的要求。所以本发明根据矩阵算法的故障定位结果，将故障进行分类，多重故障下对粒子群算法的初始解进行改进，加快迭代寻优速度，纠正矩阵算法的错误定位，实现配电网故障的快速准确定位。本发明充分利用了矩阵算法的故障区段定位结果，将矩阵算法和粒子群算法合理结合，继承了矩阵算法定位速度快以及粒子群算法的容错性好的优点，实现故障的快速准确定位。解决了配电网故障定位方法中矩阵算法的容错性差以及人工智能算法的故障定位速度慢的问题。
文档编号G01R31/08GK102998597SQ20121058367
公开日2013年3月27日 申请日期2012年12月28日 优先权日2012年12月28日
发明者王英男, 王增平, 任哲, 郑涛, 金鹏 申请人:辽宁省电力有限公司沈阳供电公司, 华北电力大学, 国家电网公司