[发明专利]一种基于残差聚类的配电网行波故障定位方法和系统

说明书

本发明公开了一种基于残差聚类的配电网行波故障定位方法和系统，属于配电网故障检测领域。本发明将可能受到时间误差影响的数据纳入故障区段的残差，再利用DBSCAN算法对故障区段的残差聚类分组，辨识受时间误差影响的不良数据，利用余下的正常数据重新构建优化模型并计算最优解，修正故障定位结果，该方法对时间误差具有强鲁邦性，不受故障条件及分布式电源影响，具有较高的定位精度和可靠性。此外，还利用区段最小残差平方和进行故障区段定位，由于在识别故障区段时，将波速作为未知量进行求解，故障区段的判定结果不受波速误差的影响，具有较高的可靠性。同时，在识别过程中得到与故障区段对应的一组残差，为利用DBSCAN算法实现残差聚类提供了基础。

技术领域

本发明属于配电网故障检测领域，更具体地，涉及一种基于残差聚类的配电网行波故障定位方法和系统。

背景技术

配电网快速、准确的故障定位是加快故障恢复和减少停电时间的关键，对提升电力系统稳定性和供电可靠性具有重要意义。近年来，世界各地的配电系统已经商业化使用分布式能源资源(DERs)。随着DERs和电力电子装置的大规模并网，传统配电网的“径向”结构和无源特性不复存在，电网中部分馈线的功率流向可能由单向改变为双向，故障特征与传统的旋转电机系统有很大的不同，直接导致过电流保护的定值错误和动作配合失效，使配电网的保护和故障定位更加复杂。

目前配电网故障定位方法主要有两种：阻抗法和行波法。阻抗法易受网络结构，CT饱和，线路参数和三相负载不对称的影响，导致阻抗法的定位精确度较低。行波法不受CT饱和，故障条件和负载情况的影响，具有较高的定位精度和明显的理论优势。随着无线通信、PMU测量装置和信号处理技术的发展，行波法体现出巨大的应用潜力。更重要的是，行波法对DERs具有较好的适用性，故障初始行波不受DERs及其控制策略的影响。

由于配电网的拓扑结构复杂且分支众多，定位难度较高。此外，行波波速接近光速，微小的行波到达时间误差就可能导致巨大的定位误差。现有的行波定位方法对时间误差的耐受能力较弱，可能造成定位失败。上述问题影响了配电网行波故障精确定位技术的定位精度和可靠性，限制了该技术的实际工程应用。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种基于残差聚类的配电网行波故障定位方法和系统，其目的在于解决现有配电网行波故障定位方法对时间误差的鲁棒性弱，定位结果的精度和可靠性低的技术问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种基于残差聚类的配电网行波故障定位方法，包括：

S1.提取故障初始行波到达时间；

S2.故障区段定位；

S3.对故障区段的所有残差执行DBSCAN聚类；其中，故障区段的残差定义为：R_xy表示残差，和分别为节点B_j距离行波检测器D_x和D_y的距离；T_x和T_y分别为行波检测器D_x和D_y测量的故障初始行波到达时间，v表示波速；l表示故障距离，d_xy是与检测器位置有关的0-1系数；

S4.选择聚类结果中均值最小的簇，利用该簇中的数据计算得到行波波速和故障距离。

进一步地，步骤S2具体包括：

01.以波速、故障距离作为决策变量，以各个区段的残差平方和最小为目标函数，对配电网中的每个区段构建优化模型；优化模型构建公式为：