基于模型识别的有源配电网单相接地故障定位方法

分布式电源(distributed generation,DG)大量接入使配电网继电保护面临严峻挑战。单相接地故障发生概率大,但故障信息十分微弱,特别是在DG多样化故障输出特性的影响下,有源配电网单相故障定位的准确性常难以保证。为此,提出了一种基于模型识别的有源配电网单相接地故障定位方法。分析了配电网单相接地故障下DG的输出特性,建立了在不同故障位置下有源配电网的正序增广网络,构建了故障位置关于馈线出口以及DG输出电流的函数,建立了配电网单相接地故障位置模型,利用不同故障位置下短路电流矢量占比系数的差异性构建了新的故障定位判据。通过将单相接地故障定位问题转化为故障位置模型系数的求解问题,提高了故障定位的准确性和实用性。理论和仿真分析表明,在不同故障位置、不同过渡电阻下均能准确定位单相接地故障,具有原理清晰、故障特征量采集便捷、灵敏性和可靠性高的优点。

基于一维卷积和图神经网络的配电网故障区段定位方法

快速、准确地定位故障区段对配电网的安全运行至关重要。传统故障定位方法容错率低、耗费时间长,多数深度学习算法对拓扑变动的泛化性不足。基于此,提出了一种基于一维卷积神经网络(one-dimensional convolutional neural network,1D-CNN)和图神经网络(graph neural network,GNN)的配电网故障区段定位方法。该方法将配电网原始信息与GNN等深度学习算法相结合进行建模。首先利用基于注意力的时空图卷积网络从不同的时空尺度上对遥测数据进行故障特征提取,使用图注意力网络来融合多源遥信数据。然后,利用1D-CNN来调整特征输出维度以实现节点特征到故障支路的映射。最后,通过增设全连接网络来输出故障区段定位结果。依托于Matlab/Simulink平台搭建10 kV中性点不接地配电网系统进行仿真和测试。结果表明,所提方法具有优越的定位性能,能够灵活适用于各类低、中、高阻性接地故障场景,对系统拓扑变动具有强大的泛化能力以及对故障数据不完备的鲁棒性好。

基于量子蚁群算法的配电网故障区段快速定位技术

分布式电源并入配电网已成为新型电力系统重要特征之一,分布式电源的接入与发电的不确定性使配电网潮流复杂多变,对配电网故障快速定位提出更高的技术要求.然而,现有智能优化算法在解决配电网故障区段定位问题时会出现收敛速度慢、易陷入局部最优等问题.针对这些挑战与问题,提出一种基于量子蚁群算法(QACA)的配电网故障区段快速定位技术.首先,根据状态逼近思想和最小故障集理论构建配电网故障定位的数学模型;其次,针对馈线终端单元上传信息缺失情况提出信息自修正方法,并提出分级定位模型来缩短定位时间;然后,提出3种改进技术对QACA进行针对性改进,改进量子旋转门更新机制,以函数控制形式动态调整旋转角大小,同时引入精英策略加快算法收敛速度.最后,在关键参数确定后验证了改进技术、信息自修正法、分级定位模型的有效性.将所提算法与7种不同算法进行对比,结果表明:改进的QACA可有效完成故障区段定位,具有良好的收敛速度、准确率以及容错性能.

基于多频带多特征融合的配电网单相接地故障选段方法

针对现有配电网单相接地故障选段方法存在的通信负担重、阈值设置困难及故障特征量单一等问题,提出一种基于多频带多特征融合的配电网单相接地故障选段方法。首先,利用小波包变换分别对故障后首半个工频周期的零序电压导数和零序电流进行分解和重构,得到原始波形的不同频带分量。其次,根据不同频带分量间的极性关系分别引入伏安特性特征向量与零序功率累加和作为故障特征。最后,筛选特征频带并构造基于特征频带与故障特征融合的选段判据。仿真实验及现场数据验证结果表明,所提方法能够有效实现单相接地故障免阈值就地选段。

基于机器学习算法的10kV配网断线故障定位方法研究

为减小10kV配网断线故障定位误差,提高定位准确性,利用机器学习算法,提出了一种全新的10kV配网断线故障定位方法。首先,利用数据采集设备,实时采集配网运行数据;其次,从采集到的数据中,选择与断线故障相关性较高、对断线故障敏感且区分度高的特征;在此基础上,利用机器学习算法,初步判定故障区段,进而在该区段内精确定位故障。实验结果表明,提出的方法应用后,断线故障定位最大误差值不超过0.09km,展现出卓越的定位精度和稳定性。

Method of Fault Area ＆ Section Location for Non-solidly Earthed Distribution System

中国中压配电网以架空线为主，多为小电流系统，单相接地故障占到电网故障总数的80％以上，但中国配网自动化系统基本上没有小电流接地故障定位功能，使配网自动化系统在提高可靠性的作用上大打折扣。给出一种小电流接地故障区段定位新方法，在线路上配置广域相量测量固定测点，获取小电流电网单相接地故障特征信息。基于测点相邻矩阵区段起始测点标识向量和故障路径标识向量概念，提出确定故障区间边界节点算法。物理模拟实验和挂网测试表明：该故障分区分段定位方法能够在线求解小电流接地故障段边界节点，缩小线路维护巡视范围。确定故障区间边界节点算法还可用于确定故障区相关负荷开关，为线路维护和馈线自动化提供依据。

基于图注意力网络和一致性风险控制的配电网故障区段定位方法

配电网运行方式灵活、拓扑结构变化频繁,现有基于人工智能算法的配电网故障区段定位方法拓扑泛化性差。该文基于图注意力网络(graph attention network,GAT)构建了配电网故障区段定位底层模型,结合配电网拓扑结构充分挖掘配电网故障特征,以提高模型的拓扑泛化能力。此外,引入了一致性风险控制(conformal risk control,CRC)方法,构建了具备可靠性的配电网故障区段定位模型,使模型的预测风险人为可控。依托IEEE-33节点系统的算例结果表明,基于GAT和CRC的故障区段定位模型具有定位准确率高、鲁棒性强和拓扑泛化性好的优点,在双重故障和高阻故障下均有良好的表现,而且模型对于线路参数变化也具有一定的泛化能力。

联合搜索零序电压变化量的小电阻接地配电网故障测距

针对小电阻接地配电网单相故障后保护直接作用于跳闸,供电可靠性低的问题,提出一种基于零序电压变化量的故障测距方法。首先建立了考虑分布与集总参数相结合的配电线路故障分析模型,分析了零序电压沿线分布规律,推导了故障位置与故障区段首、末端零序电压、电流的关系,根据双端推算零序电压在故障点处差值最小原理来构建故障精确测距方程,采用进退-黄金分割法联合搜索求解故障距离。利用电磁暂态仿真软件搭建改进型IEEE34节点小电阻接地配电网故障仿真模型,同时在10 kV配电网真型故障试验平台进行验证。结果表明,所提方法测距精度高、定位速度快、鲁棒性强,具有良好的应用效果。

架空海缆混合输电线路的闭锁重合闸及测距方法

针对某500 kV架空海缆混合输电线路发生区内故障时未能提供准确测距,分析了保护测距出现较大误差以及行波测距失败的原因。考虑到混合线路保护相关设备安装在无人海岛时存在运维难度大的问题,探讨使用安装在架空线上的电流采集终端采集海缆段两侧的电流,通过5G与混合线两侧保护通信,由混合线两侧保护兼顾海缆段的差动计算,实现闭锁重合闸功能。提出了混合线路两侧保护结合海缆段差动计算结果,并基于长线方程实现海缆和架空线分段测距的方法,PSCAD仿真验证以及保护装置试验表明,该方法具有较高的测距精度。

5G通信架构下适应新能源接入配网的区段定位技术研究

分析了新能源接入对配网结构与传统区段定位的影响,提出了5G通信架构下适应新能源接入配网的区段定位方法。该方法以配网主辅断路器划分Ⅰ、Ⅱ类区域,并结合5G通信网络边缘计算部署与下放功能,构建适用于区段定位的多种5G通信架构,提出基于方向比较的区域故障定位判据和基于开关函数的区段故障定位判据。应用5G网络切片技术,对Ⅰ、Ⅱ类区域分别设计基于5G通信的故障定位实现方式。结合IEEE-119节点配网仿真验证了该方法的准确性、可靠性。

基于多暂态特征量聚类的配电网接地故障区段定位方法

谐振接地系统发生单相接地故障时,线路健全区段与故障区段的零序电压电流的伏安特性和零序功率方向存在差异。单相接地故障的影响因素多,且呈现随机性,采用单一接地故障特征量的区段定位方法准确率不高。为此,本文提出一种基于多暂态特征量聚类的接地故障区段免阈值定位方法。首先求取发生故障后线路各区段首半波暂态零序电压导数与暂态零序电流之间的伏安特性特征向量和零序功率特征向量,再对两特征量做归一化处理并融合得到综合特征向量,最后由免阈值设定的模糊C均值聚类算法判别健全区段与故障区段。通过仿真案例验证了所提方法的有效性。

基于边缘计算和深度学习的有限信息配电网单相接地故障区段定位

目前围绕量测条件受限的配电网展开的故障定位研究较少,且传统的主站集中式故障定位系统在实时性与安全性等方面存在不足。针对上述问题,提出一种基于边缘计算和深度学习的单相接地故障区段定位方法。首先,构建基于分区修正的边缘计算单元配置多目标优化模型。该模型通过分区修正方法降低了故障定位系统的通信时延,提升了数据传输安全性,进而保障配电网安全运行。其次,将基于数据驱动的智能算法应用于配电网故障区段定位,选择易获取的相电流稳态有效值在故障前后的变化量作为故障特征,利用全连接型深度神经网络学习样本特征与标签间的映射关系,得到离线训练好的定位模型并储存在边缘节点以实现快速故障定位。最后,以IEEE33节点系统为例进行仿真。算例结果表明该模型在分布式电源接入、高阻故障、噪声干扰以及拓扑改变等情况下均具有良好表现。

基于曼哈顿平均距离和余弦相似度的配网单相接地故障定位

针对有源配电网谐振接地系统发生单相接地故障时现有定位算法灵敏度不足的问题,文中提出一种基于曼哈顿平均距离和余弦相似度的故障定位方法。首先,明确分布式电源(distributed generator,DG)的中性点接地方式,并分析了DG接入的影响;其次,对故障馈线各区段两端的暂态零序电流进行小波包分解,利用曼哈顿平均距离计算其幅值相似度,并基于余弦相似度比较其波形差异,从而构造综合相似度判据,与设定阈值进行比较即可区分出故障区段;最后,利用DIgSILENT PowerFactory搭建仿真模型。仿真结果表明该方法在不同故障位置、不同故障时刻以及不同过渡电阻下均能实现准确定位。

基于Dijkstra算法的电力光通信网络智能运维设备脱网故障区段定位方法

智能运维设备发生脱网故障后,往往难以定位,为实现脱网故障区段与故障电流分布间映射关系的确定、寻找脱网故障区段与故障电流分布间映射关系的最短路径,设计一种基于Dijkstra算法的电力光通信网络智能运维设备脱网故障区段定位方法。选择数据驱动方法中的LightGBM算法,通过大量样本确定离网故障区段与故障电流分布之间的映射关系。基于Dijkstra算法寻找映射关系的最短路径,实施脱网故障区段搜索。设计电力光通信网络智能运维设备脱网故障区段定位平台,实现脱网故障点即智能运维设备信号丢失的定位与告警。对比实验显示,在SDH环网电路区域中的光缆中断导致的脱网故障区段定位、多路由段的光缆故障下的脱网故障区段定位,以及在环状电力区域中的多路由段的光缆故障下的脱网故障区段定位场景中,该方法的定位结果与实际位置最贴近,定位最准确。

基于量子退火算法的配电网故障定位

由于分布式电源在配电网的高渗透给有源配电网的保护技术和策略带来了挑战,致使传统方法在故障诊断中稍显逊色。针对此现状提出了基于量子隧穿效应的量子退火算法实现故障诊断,并通过对量子退火算法进行优化以改善其在复杂配电网故障诊断中有小概率陷入局部极小值的问题。首先将故障定位模型的适应度函数映射为量子退火算法的评价函数;其次利用混沌优化获得动态的初始磁场强度和初始温度,利用自适应公式计算扰动次数,并设计陷入局部最优时的扰动方法来跳出当前最优可行解;接着构造具备升温特点的温度衰减函数,选择合适形式的磁场衰减函数;最后将改进的量子退火算法进行三种经典函数的测试,并分别应用于33节点单电源和33节点含分布式电源配电网两个故障场景中。模拟仿真表明,改进量子退火算法在故障定位问题中具备可行性,能够适应联络开关的开闭变化和多个含分布式电源的投切,表现出良好的定位准确率,容错性和全局寻优能力等。

基于SOM和K均值聚类的谐振接地系统故障选线及区段定位方法

谐振接地系统发生单相接地故障时的故障电流微弱,环境噪声会进一步弱化故障电流,导致现场数据不易获取。本文提出一种基于自组织神经网络(SOM)和K均值聚类的故障选线及区段定位方法。该方法是非监督学习算法,与监督学习算法相比,其能更快地提取故障特征且不需要大量训练样本。将利用SOM算法提取的故障特征作为K均值聚类的输入,无需设置阈值来识别故障线路及定位故障区段。考虑不同接地电阻、故障角、故障距离,以及环境噪声和采样不同步的影响,进行仿真分析和实验数据验证。仿真和实验结果表明,该方法能够有效识别故障线路并定位故障区段。

基于模拟竹林生长算法的多源配电网故障定位研究

为解决含分布式电源的多源配电网故障定位,提出一种基于模拟竹林生长算法的故障定位方法。首先随机生成初始生长点,然后沿着该点双向生长,在满足局部最优解重复出现次数后更新生长点,然后重新生成新1根竹子,直至满足竹林的收敛条件,最后输出定位结果。该算法改善了模拟植物生长算法因树状生长结构需从初始生长点依次搜索,导致迭代次数多、计算效率低的问题。算例验证表明,基于模拟竹林生长算法的多源配电网故障区段定位方法具有高准确性、高容错性的特点。

基于算术优化算法的低压配电网故障区段定位方法

为了提高低压配电网故障区段定位的准确性和快速性,保证居民用电安全,文中提出一种基于算术优化算法实现故障区段定位的方法。算术优化算法具有结构简单、收敛速度快以及精确度高等优点。选取IEEE33节点的配电网模型,使用MATLAB对此模型节点支路、节点开关状态和适应度函数进行编程仿真。对单点故障和多点故障以及存在信号畸变的单多点故障进行仿真计算,并对仿真结果进行分析。结果表明,利用算术优化算法的局部搜索和全局搜索分开进行的特点对故障区段定位问题进行局部充分搜索,可实现准确定位,准确度达到97%,优于二进制粒子群算法、遗传算法和改进鲸鱼优化算法。

小电阻接地系统单相接地故障的处理与区段定位

通过对配电网小电阻接地系统单相接地故障各电气特征量的分析,探讨了小电阻接地系统因无法识别故障性质造成的供电可靠性低、发生高阻接地故障时零序保护拒动和无法实施故障区段定位的难题,提出了基于智能电阻接地成套装置和节点零序电流幅值比较模型的小电阻接地系统单相接地故障处理与区段定位方法。通过多电气特征量关联启动法对故障进行识别处理,采用差异化延时消弧法使瞬时性故障快速恢复,提高了供电可靠性。当发生永久性接地故障时,通过智能电阻接地装置向配电自动化主站上报故障选线报文,利用故障馈线中的配电自动化终端获取各节点的零序电流值,构建基于节点零序电流比较法的区段定位判据,实现故障区段定位。利用MATLAB/Simulink仿真环境搭建了配电网经电阻接地方式的故障区域定位模型,仿真试验表明,该方法能确定故障上下游的参数特征及对故障区段进行有效定位,可为配电网小电阻接地系统单相接地故障处理问题的解决提供有效方案。

基于同步时频特征分析的配电网接地故障定位方法

针对谐振接地网络发生高阻、小故障角度单相接地故障时故障特征不显著等问题,利用同步相量测量技术,提出了基于广义S变换时频分析的接地故障区段识别方法。利用广义S变换提取某一高频段内的频域特征量,计算故障后1/4工频周期各测量点在该时频窗内的零序电流时频特征量,计算不同测量点零序信号之间时频特征分布相似度,构建综合时频特征分布相关系数矩阵,结合模糊C均值聚类,实现接地故障区段的识别。结果表明,所提方法能准确定位出故障区段,不受故障距离、故障初相角等因素影响。