本發(fā)明涉及配電網(wǎng)故障定位，尤其涉及一種基于時(shí)域差分的配電網(wǎng)多分支線路故障定位方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、本部分的陳述僅僅是提供了與本發(fā)明相關(guān)的背景技術(shù)信息，不必然構(gòu)成在先技術(shù)。

2、配電網(wǎng)故障定位技術(shù)是提高配電網(wǎng)供電可靠性、降低運(yùn)維成本、支撐電網(wǎng)智能化與數(shù)字化轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵技術(shù)。配電網(wǎng)具有點(diǎn)多面廣、分支線路多的特點(diǎn)，發(fā)生故障后，故障傳播規(guī)律較為復(fù)雜，導(dǎo)致定位困難。傳統(tǒng)的波頭標(biāo)定方法計(jì)算復(fù)雜度高且適應(yīng)性差，同時(shí)現(xiàn)有的故障定位方法往往需要配置多個(gè)定位終端，經(jīng)濟(jì)成本較高，實(shí)現(xiàn)難度較大，不便于大規(guī)模推廣應(yīng)用。

3、目前有以下幾種實(shí)現(xiàn)故障定位的方式：

4、（1）通過對零序電壓信號進(jìn)行多分辨率小波分解，提取基波段特征并計(jì)算故障前后的信號變換量，實(shí)現(xiàn)高阻故障檢測。這種方式有一定的抗噪聲和諧波干擾能力，但無法精確定位故障位置。

5、（2）通過對線模電流信號進(jìn)行靜態(tài)小波變換，與傳統(tǒng)的離散小波變換不同，靜態(tài)小波變換通過冗余濾波實(shí)現(xiàn)了時(shí)間不變性。這種方式避免了信號時(shí)移對變換結(jié)果的影響，更適用于行波波頭的精準(zhǔn)標(biāo)定，但定位效果仍然依賴于小波基函數(shù)的選擇。

6、（3）利用互補(bǔ)集合經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解減少模態(tài)混疊，并利用改進(jìn)型teager能量算子增強(qiáng)行波信號的突變特征，或者通過極點(diǎn)對稱模態(tài)分解濾除低頻干擾，并利用teo凸顯行波波頭的突變特征。這些改進(jìn)方法顯著增強(qiáng)了行波波頭的突變特征識別能力，提升了定位精度，但仍存在參數(shù)敏感性較強(qiáng)和計(jì)算效率有待提高等問題。

7、（4）通過建立故障行波傳播路徑矩陣，基于多個(gè)端點(diǎn)行波傳輸時(shí)差來實(shí)現(xiàn)故障定位。這種方式實(shí)際應(yīng)用中，定位過程往往需要多個(gè)復(fù)雜的步驟，使得計(jì)算量變得極為龐大，同時(shí)裝置配備成本高。

8、（5）通過分析故障前后矩陣差異，構(gòu)建故障分支判定矩陣，并利用零模和線模分量優(yōu)化裝置配置，降低工程成本。但該方法存在局限性：零模分量僅適用于接地故障且衰減迅速，影響了定位可靠性。

9、（6）采用基于深度學(xué)習(xí)的故障波形特征全景提取的單端定位方法，這種方法突破了傳統(tǒng)多端檢測的限制，但深度學(xué)習(xí)模型的性能受限于訓(xùn)練樣本的質(zhì)量和規(guī)模，其工程實(shí)用性仍需進(jìn)一步驗(yàn)證。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了解決上述背景技術(shù)中存在的技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種基于時(shí)域差分的配電網(wǎng)多分支線路故障定位方法及系統(tǒng)，本發(fā)明將故障行波表示為疊加在時(shí)窗內(nèi)正弦波上的指數(shù)衰減分量，通過對故障電壓行波線模分量進(jìn)行時(shí)域差分運(yùn)算，消除正弦分量，將故障行波表示為脈沖形式，實(shí)現(xiàn)故障行波波頭到達(dá)時(shí)間的標(biāo)定；在確定故障初始行波波頭到達(dá)時(shí)間后，建立故障反射行波波頭到達(dá)時(shí)序關(guān)系，甄別故障行波反射波到達(dá)時(shí)間，實(shí)現(xiàn)僅在主干線路配備行波采集裝置即可實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)多分支線路故障定位，提高了故障定位的計(jì)算速度和可靠性。因此，本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了在減少測量裝置的同時(shí)，提高配電網(wǎng)多分支線路故障定位的精度，具有顯著的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和社會(huì)效益。

2、為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

3、本發(fā)明的第一個(gè)方面提供一種基于時(shí)域差分的配電網(wǎng)多分支線路故障定位方法。

4、一種基于時(shí)域差分的配電網(wǎng)多分支線路故障定位方法，包括：

5、獲取故障線路的基本參數(shù)、故障區(qū)段以及線路兩端的故障行波數(shù)據(jù)；所述基本參數(shù)包括波阻抗、單位長度電感和電容；

6、基于線路兩端的故障行波數(shù)據(jù)，得到故障行波線模分量，并進(jìn)行離散化；所述故障行波線模分量包括正弦分量和指數(shù)衰減分量；對離散化的故障電壓行波線模分量進(jìn)行時(shí)域差分運(yùn)算，消除正弦分量，得到故障行波線模分量信號；

7、構(gòu)建目標(biāo)函數(shù)，優(yōu)化故障行波線模分量信號，確定故障行波波頭在線路兩端的時(shí)域位置，以標(biāo)定故障行波波頭到達(dá)線路兩端的時(shí)間；

8、若為主干線路故障，則基于故障線路的基本參數(shù)和故障區(qū)段，結(jié)合故障行波波頭到達(dá)線路兩端的時(shí)間，建立第一故障點(diǎn)反射波時(shí)序約束，確定故障點(diǎn)反射波波頭到達(dá)線路兩端的時(shí)間；基于故障點(diǎn)反射波波頭到達(dá)線路兩端的時(shí)間，確定故障點(diǎn)位置；

9、若為分支線路故障，確定故障初始行波、故障點(diǎn)反射波以及對端母線反射波分別到達(dá)線路兩端的時(shí)間；在采樣時(shí)窗內(nèi)，根據(jù)第二故障點(diǎn)反射波時(shí)序約束，結(jié)合故障點(diǎn)反射波和對端母線反射波的極性差異，確定故障點(diǎn)反射波和對端母線反射波首次到達(dá)線路兩端的時(shí)間，以確定故障點(diǎn)位置。

10、進(jìn)一步地，所述目標(biāo)函數(shù)，采用以下公式表示：

11、

12、式中，和分別為和的離散采樣值，、表示故障行波線模分量信號， k為離散采樣點(diǎn)索引，λ表示最佳擬合參數(shù)。

13、進(jìn)一步地，所述第一故障點(diǎn)反射波時(shí)序約束，采用以下公式表示：

14、

15、

16、式中，表示故障點(diǎn)反射波到達(dá)m端的時(shí)間，表示初始故障行波到達(dá)m端的時(shí)間， l表示線路全長， v表示故障行波的傳輸速度，表示第一波頭標(biāo)定誤差，表示故障點(diǎn)反射波到達(dá)n端的時(shí)間，表示初始故障行波到達(dá)n端的時(shí)間。

17、進(jìn)一步地，所述采樣時(shí)窗確定的過程包括：定義時(shí)間常數(shù)，以故障初始行波波頭到達(dá)時(shí)間為參考點(diǎn)，構(gòu)建一個(gè)采樣時(shí)窗。

18、進(jìn)一步地，所述第二故障點(diǎn)反射波時(shí)序約束，采用以下公式表示：

19、

20、

21、式中，表示故障點(diǎn)反射波到達(dá)m端的時(shí)間，表示對端母線反射波到達(dá)m端的時(shí)間，表示初始故障行波到達(dá)m端的時(shí)間，為分支線路長度， v表示故障行波的傳輸速度，表示第二波頭標(biāo)定誤差，表示故障點(diǎn)反射波到達(dá)n端的時(shí)間，表示對端母線反射波到達(dá)n端的時(shí)間，表示初始故障行波到達(dá)n端的時(shí)間。

22、進(jìn)一步地，故障點(diǎn)反射波和對端母線反射波的極性差異的判斷過程包括：

23、故障點(diǎn)反射波和對端母線反射波的極性僅與折反射系數(shù)的正負(fù)相關(guān)，分支節(jié)點(diǎn)p1處的行波折射系數(shù)和行波在f點(diǎn)處的折射系數(shù)均為正數(shù)，行波在分支節(jié)點(diǎn)p1處的反射系數(shù)和行波在分支節(jié)點(diǎn)f處的反射系數(shù)均為負(fù)數(shù)，行波在分支末端節(jié)點(diǎn) q1處的反射系數(shù)為正數(shù)；的極性為，式中，表示故障點(diǎn)反射波；

24、其中，當(dāng) n=1時(shí)，；的極性為，當(dāng) n=1時(shí)，；在第一次反射中，兩種反射波的波頭極性與的極性保持一致；表示對端母線反射波；

25、當(dāng) n=2時(shí)，且，此時(shí)，兩類行波的系數(shù)相反，表明與的極性仍然相同，而與的極性相反；表示故障初始行波；

26、通過極性分析明確區(qū)分故障點(diǎn)反射波一次波頭和對端母線反射波一次波頭到達(dá)線路兩端的時(shí)間。

27、本發(fā)明的第二個(gè)方面提供一種基于時(shí)域差分的配電網(wǎng)多分支線路故障定位系統(tǒng)。

28、一種基于時(shí)域差分的配電網(wǎng)多分支線路故障定位系統(tǒng)，包括：

29、數(shù)據(jù)獲取模塊，其被配置為：獲取故障線路的基本參數(shù)、故障區(qū)段以及線路兩端的故障行波數(shù)據(jù)；所述基本參數(shù)包括波阻抗、單位長度電感和電容；

30、時(shí)域差分模塊，其被配置為：基于線路兩端的故障行波數(shù)據(jù)，得到故障行波線模分量，并進(jìn)行離散化；所述故障行波線模分量包括正弦分量和指數(shù)衰減分量；對離散化的故障電壓行波線模分量進(jìn)行時(shí)域差分運(yùn)算，消除正弦分量，得到故障行波線模分量信號；

31、波頭標(biāo)定模塊，其被配置為：構(gòu)建目標(biāo)函數(shù)，優(yōu)化故障行波線模分量信號，確定故障行波波頭在線路兩端的時(shí)域位置，以標(biāo)定故障行波波頭到達(dá)線路兩端的時(shí)間；

32、故障定位模塊，其被配置為：若為主干線路故障，則基于故障線路的基本參數(shù)和故障區(qū)段，結(jié)合故障行波波頭到達(dá)線路兩端的時(shí)間，建立第一故障點(diǎn)反射波時(shí)序約束，確定故障點(diǎn)反射波波頭到達(dá)線路兩端的時(shí)間；基于故障點(diǎn)反射波波頭到達(dá)線路兩端的時(shí)間，確定故障點(diǎn)位置；若為分支線路故障，確定故障初始行波、故障點(diǎn)反射波以及對端母線反射波分別到達(dá)線路兩端的時(shí)間；在采樣時(shí)窗內(nèi)，根據(jù)第二故障點(diǎn)反射波時(shí)序約束，結(jié)合故障點(diǎn)反射波和對端母線反射波的極性差異，確定故障點(diǎn)反射波和對端母線反射波首次到達(dá)線路兩端的時(shí)間，以確定故障點(diǎn)位置。

33、本發(fā)明的第三個(gè)方面提供了一種計(jì)算機(jī)設(shè)備，該設(shè)備包括：

34、處理器，適于執(zhí)行計(jì)算機(jī)程序；

35、計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)中存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)程序，計(jì)算機(jī)程序被處理器執(zhí)行時(shí)，實(shí)現(xiàn)如上述第一個(gè)方面所述的基于時(shí)域差分的配電網(wǎng)多分支線路故障定位方法中的步驟。

36、本發(fā)明的第四個(gè)方面提供了一種計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，該計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)程序，計(jì)算機(jī)程序適于由處理器加載并執(zhí)行如上述第一個(gè)方面所述的基于時(shí)域差分的配電網(wǎng)多分支線路故障定位方法中的步驟。

37、本發(fā)明的第五個(gè)方面提供了一種計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品或計(jì)算機(jī)程序。

38、本發(fā)明提供了一種計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品或計(jì)算機(jī)程序，該計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品或計(jì)算機(jī)程序包括計(jì)算機(jī)指令，該計(jì)算機(jī)指令存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)中。計(jì)算機(jī)設(shè)備的處理器從計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)讀取該計(jì)算機(jī)指令，處理器執(zhí)行該計(jì)算機(jī)指令，使得該計(jì)算機(jī)設(shè)備執(zhí)行如上述第一個(gè)方面所述的基于時(shí)域差分的配電網(wǎng)多分支線路故障定位方法中的步驟。

39、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

40、本發(fā)明提出一種基于時(shí)域差分的配電網(wǎng)多分支線路故障定位方法，從時(shí)域差分運(yùn)算的角度出發(fā)，通過將故障行波表示為脈沖信號形式進(jìn)行波頭標(biāo)定；同時(shí)探究后續(xù)故障行波波頭和故障線長之間的關(guān)系，僅在主干線首末端配備測量裝置的條件下，基于故障行波波頭的有效信息實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)多分支線路故障定位。

41、本發(fā)明提出一種基于時(shí)域差分的行波波頭標(biāo)定方法。該方法將故障行波表示為疊加在滑動(dòng)時(shí)窗內(nèi)正弦波上的指數(shù)衰減分量，同時(shí)對故障行波線模分量進(jìn)行連續(xù)差分消除正弦分量，從而將故障行波表示為脈沖形式。由于標(biāo)定行波波頭到達(dá)時(shí)間是通過基本的時(shí)域差分運(yùn)算完成的，無需考慮設(shè)置計(jì)算參數(shù)，自適應(yīng)能力強(qiáng)，計(jì)算簡單。

42、本發(fā)明提出基于故障反射波時(shí)序約束的故障定位方法。剖析故障行波在多分支線路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的傳輸機(jī)理，建立故障反射波波頭時(shí)序約束，確定故障反射波波頭到達(dá)時(shí)間。僅需在主干線路兩端配備的行波檢測設(shè)備，依據(jù)其兩端數(shù)據(jù)中多個(gè)后續(xù)波頭的到達(dá)時(shí)間，即可實(shí)現(xiàn)對配電網(wǎng)多分支線路的故障精確定位。相較于傳統(tǒng)方法，該方案大幅減少了檢測設(shè)備的部署數(shù)量，提高故障定位的經(jīng)濟(jì)性。