配電網故障在線智能診斷系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種配電網故障在線智能診斷系統(tǒng)，包括電網監(jiān)測模塊、數據傳輸模塊、信息處理模塊、故障診斷模塊和管理控制模塊，電網監(jiān)測模塊的輸入端與配電網相連接，電網監(jiān)測模塊的輸出端與數據傳輸模塊相連接，數據傳輸模塊的輸出端與信息處理模塊的輸入端相連接，信息處理模塊的輸出端與故障診斷模塊的輸入端相連接，數據傳輸模塊、信息處理模塊、故障診斷模塊的輸出端均與管理控制模塊相連接。本實用新型具有高容錯性、效率高、數值穩(wěn)定性好，實現多重故障定位，可應用于大規(guī)模配電網的在線故障定位，同時判定潛在缺陷FTU的位置，實現了FTU檢修與故障定位工作之間的協(xié)調，提高了FTU的可靠性，降低故障定位時報警信息畸變的可能性。
【專利說明】
配電網故障在線智能診斷系統(tǒng)
技術領域
[0001] 本實用新型涉及智能配電網技術領域，具體而言，涉及一種配電網故障在線智能 診斷系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002] 配電網直接與用戶相連接，同時，因其地理分布覆蓋面積廣、地理環(huán)境復雜多變， 具有故障率高等特點，快速準確地找到配電網故障位置并對其隔離，是提高用戶供電安全 可靠性必不可少的技術措施。
[0003] 隨著智能配電網的全面建設，電力智能監(jiān)控終端Feeder Terminal Unit - FTU被 工程大量應用，以其為基礎可實現配電網故障的診斷。例如，統(tǒng)一矩陣算法、基于群體智能 優(yōu)化的診斷方法等。該類方法具有故障信息獲取直接、技術實現便捷等優(yōu)點，已逐漸被工程 應用。但該類方法賴以的基礎信息源FTU受設備工作外界環(huán)境因素的影響，容易出現信息缺 失或畸變，將會直接導致該類方法的可靠性降低，產生故障的錯判和漏判。因此，要從FTU設 備自身工作可靠性及故障定位算法容錯性雙重角度提高該類方法的故障定位準確性。
[0004] 目前，FTU工作可靠性的提高主要通過定期檢修實現，其會導致一些設備不該檢修 而檢修致使人為可靠性下降，同時也會造成財力和物力的巨大浪費，由定期檢修向狀態(tài)檢 修轉變可有效克服彌補上述缺陷。
[0005] 當前主流的基于FTU的方法中：統(tǒng)一矩陣方法對FTU信息畸變缺乏適應性、處理多 重故障時復雜且缺乏普適性；以群體智能算法為基礎的方法受制于對隨機群體智能算法的 依賴，不僅存在定位效率低的缺陷且因數值不穩(wěn)定性而導致故障定位結果的可靠性降低， 間接擴大故障范圍。
[0006] 此外，一直以來FTU檢修與故障定位兩項工作孤立進行，使得兩者之間存在協(xié)調性 差的不足，即：需要檢修的卻沒有檢修，從而使得FTU運行可靠性降低，因增大信息畸變的可 能性而導致故障定位方法的準確性降低。因此，有必要提高FTU檢修與故障定位源信息間的 協(xié)調性。
[0007] 從以上論述可以看出，在配電網故障自動定位系統(tǒng)中，主流的基于FTU的故障定位 技術還存在顯著不足。因此，研究一種基于FTU的更加可靠高效的故障診斷單元仍然為有待 解決的問題。 【實用新型內容】
[0008] 為了解決上述技術問題，本實用新型提供一種配電網在線智能診斷系統(tǒng)，具有對 FTU信息畸變位置準確辨識的功能，可給FTU的不定期狀態(tài)檢修提供理論指導；能夠同時實 現FTU信息畸變位置和饋線故障區(qū)段的準確辨識;具有效率高、容錯性強、對多重故障具有 強適應性、數值穩(wěn)定性好等特點，可應用于大規(guī)模配電網的在線短路故障診斷。
[0009] 為了達到上述目的，本實用新型的技術方案是:一種配電網故障在線智能診斷系 統(tǒng)，包括電網監(jiān)測模塊、數據傳輸模塊、信息處理模塊、故障診斷模塊和管理控制模塊，電網 監(jiān)測模塊的輸入端與配電網相連接，電網監(jiān)測模塊的輸出端與數據傳輸模塊相連接，數據 傳輸模塊的輸出端與信息處理模塊的輸入端相連接，信息處理模塊的輸出端與故障診斷模 塊的輸入端相連接，數據傳輸模塊、信息處理模塊、故障診斷模塊的輸出端均與管理控制模 塊相連接。
[0010] 進一步地，所述電網監(jiān)測模塊包括電流監(jiān)測模塊和網絡拓撲監(jiān)測模塊，電流監(jiān)測 模塊、網絡拓撲監(jiān)測模塊的輸入端均與配電網相連接，電流監(jiān)測模塊與網絡拓撲監(jiān)測模塊 相連接，電流監(jiān)測模塊、網絡拓撲監(jiān)測模塊的輸出端與數據傳輸模塊相連接。
[0011] 進一步地，所述電流監(jiān)測模塊采用FTU監(jiān)控終端實現，電流監(jiān)測模塊安裝于配電網 各饋線的自動化開關處，電流監(jiān)測模塊用于監(jiān)測饋線節(jié)點的工頻故障過電流。
[0012] 進一步地，所述網絡拓撲監(jiān)測模塊采用16位微控制器MAXQ2000實現。
[0013] 進一步地，所述數據傳輸模塊通過FTU區(qū)域工作站實現，數據傳輸模塊包含光纜通 信網絡和若干個并行光纜通信接口。
[0014] 進一步地，所述信息處理模塊包括邏輯比較器、時鐘同步裝置、DSP和存儲設備，邏 輯比較器輸入端與數據傳輸模塊相連接，邏輯比較器輸出端與存儲設備、DSP相連接，DSP與 時鐘同步裝置、故障診斷模塊相連，時鐘同步裝置與管理控制模塊相連接。
[0015] 進一步地，所述邏輯比較器用于電流越限信息的生成；時鐘同步裝置采用電子計 數器實現，為電網監(jiān)測模塊的電流監(jiān)測模塊的電流信號采集提供周期同步控制信號;DSPS 于數據傳輸模塊共享的電流與節(jié)點的連接與動作信息，建立配電網全網拓撲結構連接關系 集及因果關聯設備集;存儲設備采用ROM實現，用于電流越限信息集和配電網拓撲辨識結果 的存儲。
[0016] 進一步地，所述故障診斷模塊采用DSP和基于故障輔助因子的非線性方程組模型 及牛頓-拉夫遜算法，實現對FTU的狀態(tài)評估和配電網饋線區(qū)段定位。
[0017]進一步地，所述管理控制模塊采用高性能計算機并基于Windows的可視化平臺實 現。
[0018] 有益效果:本實用新型采用饋線拓撲的就地監(jiān)測和區(qū)域整合的方案，可簡單高效 的實現配電網拓撲的動態(tài)追蹤，進行配電網故障定位時，利用DSP采用代數關系描述和逼近 關系建模，并采用具有二階收斂特性的牛頓-拉夫遜法求解決策，在進行配電網故障定位時 具有效率高、容錯性強、對多重故障強適應性、數值穩(wěn)定性好等特點，可應用于大規(guī)模配電 網的在線短路故障診斷，同時，故障診斷模塊利用故障位置和拉格朗日乘子信息能夠實現 FTU信息畸變位置的準確辨識，為FTU的狀態(tài)檢修提供了理論指導。
【附圖說明】
[0019] 為了更清楚地說明本實用新型實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例 或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅 是本實用新型的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提 下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。
[0020] 圖1為本實用新型實施例1的結構示意圖。
[0021 ]圖2為本實用新型實施例2的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0022]下面將結合本實用新型實施例中的附圖，對本實用新型實施例中的技術方案進行 清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本實用新型一部分實施例，而不是全部的 實施例?；诒緦嵱眯滦椭械膶嵤├?，本領域普通技術人員在沒有付出創(chuàng)造性勞動前提下 所獲得的所有其他實施例，都屬于本實用新型保護的范圍。
[0023] 實施例1
[0024] 如圖1所示，一種配電網故障在線智能診斷系統(tǒng)，包括電網監(jiān)測模塊1、數據傳輸模 塊2、信息處理模塊3、故障診斷模塊4和管理控制模塊5,電網監(jiān)測模塊1的輸入端與配電網6 相連接，電網監(jiān)測模塊1的輸出端與數據傳輸模塊2的輸入端相連接、數據傳輸模塊2的輸出 端與信息處理模塊3的輸入端相連接，信息處理模塊3的輸出端與故障診斷模塊4的輸入端 相連接，數據傳輸模塊2、信息處理模塊3、故障診斷模塊4的輸出端均與管理控制模塊5相連 接。
[0025] 工作過程：電網監(jiān)測裝置1動態(tài)檢測配電網6的監(jiān)測點的電流和配電網的拓撲結構 變化情況，若存在故障過電流或拓撲結構變化情況，通過數據傳輸模塊2將故障過電流或拓 撲結構變化情況上傳至信息處理模塊3實現信息共享;信息處理模塊3通過信息處理裝置自 動形成配電網全網拓撲結構連接關系集及因果關聯設備集，并將其上傳至故障診斷模塊4; 故障診斷模塊4通過基于故障輔助因子的配電網故障定位算法找出饋線故障位置和拉格朗 日乘子的值，基于拉格朗日乘子法和故障位置信息辨識出有潛在缺陷的FTU位置，實現對 FTU的狀態(tài)評估，并將其上傳至管理控制模塊5;管理控制模塊5依據故障診斷模塊4的定位 結果和缺陷FTU狀態(tài)評估結果，發(fā)出故障隔離指令，隔離饋線故障，并生成資源搶修調度和 工作票，完成線路的故障檢修和FTU缺陷裝置的狀態(tài)檢修。
[0026] 實施例2
[0027] 如圖2所示，一種配電網故障在線智能診斷系統(tǒng)，包括電網監(jiān)測模塊1、數據傳輸模 塊2、信息處理模塊3、故障診斷模塊4和管理控制模塊5,電網監(jiān)測模塊1的輸入端與配電網6 相連接，電網監(jiān)測模塊1的輸出端與數據傳輸模塊2的輸入端相連接、數據傳輸模塊2的輸出 端與信息處理模塊3的輸入端相連接，信息處理模塊3的輸出端與故障診斷模塊4的輸入端 相連接，數據傳輸模塊2、信息處理模塊3、故障診斷模塊4的輸出端均與管理控制模塊5相連 接。
[0028] 優(yōu)選地，電網監(jiān)測模塊1包括電流監(jiān)測模塊101和網絡拓撲監(jiān)測模塊102,電流監(jiān)測 模塊1 〇 1、網絡拓撲監(jiān)測模塊1 〇 2的輸入端與配電網6相連接，電流監(jiān)測模塊101與網絡拓撲 監(jiān)測模塊102相互連接，電流監(jiān)測模塊101、網絡拓撲監(jiān)測模塊102的輸出端與數據傳輸模塊 2相連接。
[0029] 電流監(jiān)測模塊101采用FTU監(jiān)控終端實現，并安裝于配電網各饋線自動化開關處， 用于監(jiān)測饋線節(jié)點的工頻故障過電流。網絡拓撲監(jiān)測模塊102采用16位微控制器MAXQ2000 實現，優(yōu)勢在于可依據需要進行動態(tài)程序修改并支持高效快速地處理數據，與FTU監(jiān)控終端 一起安裝于配電網各饋線自動化開關處，用于監(jiān)測饋線節(jié)點處自動化開關的動作與連接情 況，高效追蹤網絡拓撲變化。
[0030] 優(yōu)選地，所述數據傳輸模塊2通過FTU區(qū)域工作站實現，包含光纜通信網絡和若干 個并行光纜通信接口。數據傳輸模塊2采用通用的SC11801、⑶T、DNP、Modbus和y4F規(guī)約實現 對信息處理模塊的信息轉發(fā)與共享。
[0031] 優(yōu)選地，所述信息處理模塊3采用邏輯比較器301、時鐘同步裝置302、DSP303和存 儲設備304共同實現。邏輯比較器301輸入端與數據傳輸模塊2相連接，邏輯比較器301輸出 端與存儲設備304、DSP303相連，DSP303與時鐘同步裝置302、故障診斷模塊4相連，時鐘同步 裝置302與管理控制模塊5相連接。邏輯比較器301用于電流越限信息的生成，時鐘同步裝置 302采用電子計數器實現，為電流監(jiān)測模塊的電流信號采集提供周期同步控制信號。DSP303 利用其高速的信號處理特性，基于數據傳輸模塊共享的電流與節(jié)點的連接與動作信息，采 用圖論鄰接矩陣描述，建立配電網全網拓撲結構連接關系集及因果關聯設備集。存儲設備 304采用ROM實現，用于電流越限信息集和配電網拓撲辨識結果的存儲。
[0032] 優(yōu)選地，所述故障診斷模塊4采用DSP實現，采用基于故障輔助因子的非線性方程 組模型和牛頓-拉夫遜2階收斂迭代算法實現，從而得到故障定位結果，基于拉格朗日乘子 法和故障位置信息辨識出有潛在缺陷的FTU位置，實現對FTU的狀態(tài)評估。
[0033]優(yōu)選地，所述管理控制模塊5采用高性能計算機并基于Windows的可視化平臺實 現，利用Vc++編程完成其控制和管理功能。控制功能主要實現電流參考量、FTU地址和節(jié)點 編號的設置、配電網故障隔離等遠程動作控制指令的發(fā)出，信息的主動讀取;管理功能主要 實現潛在缺陷FTU狀態(tài)檢修計劃的生成與執(zhí)行。
[0034] 進一步地，個配電網饋線狀態(tài)變量列矩陣，海曜，:樣為自 動化開關i上傳的報警信息集，4 U0表示自動化開關&的電流越限信息的開關函數集，蘆 為故障輔助因子，:?為郎格朗日乘子。上述配電網的故障診斷模塊4利用含0-1整數變量的 基于故障輔助因子的非線性方程組模型為：
[0035]
[0036] 上述模型采用代數關系建模，且為非線性方程組模型，變量的取值僅為0或1，以數 值計算方法中的牛頓-拉夫遜法進行求解，可快速穩(wěn)定地找到配電網的故障位置，且因故障 定位的線性方程組模型蘊含逼近關系思想，具有高的容錯性能、多重故障定位能力。
[0037] 更進一步地，ψ表示梯度，牛頓-拉夫遜法用于故障定位模型迭代求解的數學模型 為：
[0038]
[0039]
[0040] 由上述描述可知，本實用新型建模過程因蘊含逼近關系建模，具有高容錯性，且因 采用代數關系描述和非線性方程組實現故障定位模型的建模，并采用具有二階收斂特性的 牛頓-拉夫遜法求解，具有效率高，數值穩(wěn)定性好的優(yōu)勢，并可實現多重故障定位，可應用于 大規(guī)模配電網的在線故障定位，有效克服了現有基于群體智能優(yōu)化的故障定位算法因對群 體智能優(yōu)化的依賴而導致的數值不穩(wěn)定性，容易導致錯判或漏判，效率不高，不能應用于在 線大規(guī)模配電網故障定位等難題。此外，利用拉格朗日乘子爲的非零值及其位置、饋線故障 位置、目標函數值共同確定存在缺陷FTU的設備位置，為狀態(tài)檢修提供理論指導，實現了 FTU 檢修與故障定位兩項工作之間的協(xié)調性，有助于提高FTU的可靠性，降低故障定位時報警信 息畸變的可能性。
[0041] 以上所述，僅為本實用新型較佳的【具體實施方式】，但本實用新型的保護范圍并不 局限于此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本實用新型揭露的技術范圍內，可輕易想到 的變化或替換，都應涵蓋在本實用新型的保護范圍之內。
【主權項】
1. 一種配電網故障在線智能診斷系統(tǒng)，其特征在于:包括電網監(jiān)測模塊（1)、數據傳輸 模塊(2)、信息處理模塊(3)、故障診斷模塊(4)和管理控制模塊(5)，電網監(jiān)測模塊（1)的輸 入端與配電網(6)相連接，電網監(jiān)測模塊(1)的輸出端與數據傳輸模塊(2)相連接，數據傳輸 模塊(2)的輸出端與信息處理模塊(3)的輸入端相連接，信息處理模塊(3)的輸出端與故障 診斷模塊(4)的輸入端相連接，數據傳輸模塊(2)、信息處理模塊(3)、故障診斷模塊(4)的輸 出端均與管理控制模塊(5)相連接。2. 根據權利要求1所述的配電網故障在線智能診斷系統(tǒng)，其特征在于，所述電網監(jiān)測模 塊（1)包括電流監(jiān)測模塊（101)和網絡拓撲監(jiān)測模塊（102)，電流監(jiān)測模塊（101)、網絡拓撲 監(jiān)測模塊（102)的輸入端均與配電網（6)相連接，電流監(jiān)測模塊（101)與網絡拓撲監(jiān)測模塊 (102)相連接，電流監(jiān)測模塊（101)、網絡拓撲監(jiān)測模塊（102)的輸出端與數據傳輸模塊(2) 相連接。3. 根據權利要求2所述的配電網故障在線智能診斷系統(tǒng)，其特征在于，所述電流監(jiān)測模 塊（101)采用FTU監(jiān)控終端實現，電流監(jiān)測模塊（101)安裝于配電網各饋線的自動化開關處， 電流監(jiān)測模塊(101)用于監(jiān)測饋線節(jié)點的工頻故障過電流。4. 根據權利要求2所述的配電網故障在線智能診斷系統(tǒng)，其特征在于，所述網絡拓撲監(jiān) 測模塊(102)采用16位微控制器MAXQ2000實現。5. 根據權利要求1所述的配電網故障在線智能診斷系統(tǒng)，其特征在于，所述數據傳輸模 塊(2)通過FTU區(qū)域工作站實現，數據傳輸模塊(2)包含光纜通信網絡和若干個并行光纜通 信接口。6. 根據權利要求2所述的配電網故障在線智能診斷系統(tǒng)，其特征在于，所述信息處理模 塊(3)包括邏輯比較器(301)、時鐘同步裝置(302)、DSP(303)和存儲設備(304)，邏輯比較器 (301)輸入端與數據傳輸模塊（2)相連接，邏輯比較器（301)輸出端與存儲設備（304)、DSP (303)相連接，DSP(303)與時鐘同步裝置(302)、故障診斷模塊(4)相連，時鐘同步裝置(302) 與管理控制模塊(5)相連接。7. 根據權利要求6所述的配電網故障在線智能診斷系統(tǒng)，其特征在于，所述邏輯比較器 (301)用于電流越限信息的生成；時鐘同步裝置(302)采用電子計數器實現，為電網監(jiān)測模 塊（1)的電流監(jiān)測模塊（101)的電流信號采集提供周期同步控制信號;DSP(303)基于數據傳 輸模塊(2)共享的電流與節(jié)點的連接與動作信息，建立配電網全網拓撲結構連接關系集及 因果關聯設備集;存儲設備(304)采用ROM實現，用于電流越限信息集和配電網拓撲辨識結 果的存儲。8. 根據權利要求1所述的配電網故障在線智能診斷系統(tǒng)，其特征在于，所述故障診斷模 塊(4)采用DSP和基于故障輔助因子的非線性方程組模型及牛頓-拉夫遜算法，實現對FTU的 狀態(tài)評估和配電網饋線區(qū)段定位。9. 根據權利要求1所述的配電網故障在線智能診斷系統(tǒng)，其特征在于，所述管理控制模 塊(5 )采用高性能計算機并基于Wi ndows的可視化平臺實現。
【文檔編號】G01R31/08GK205622328SQ201620467499
【公開日】2016年10月5日
【申請日】2016年5月23日
【發(fā)明人】郭壯志, 陳濤, 周成虎, 張秋慧, 黃全振, 薛鵬, 徐其興, 肖海紅
【申請人】河南工程學院