基于GIS和Petri技术的低压配电网故障定位系统的制作方法

本发明属于中低压配电网领域，尤其涉及一种基于GIS和Petri技术的低压配电网故障定位系统。

背景技术：

随着社会经济地迅速发展，人民生活水平地不断提高，现代社会对电力系统提出更高的要求-高的可靠性以及良好的电能质量保证。配电便是电力工业“发、输、变、配、用”供用电价值链的一个重要环节。

配电自动化系统(Distribution Automation System,DAS)是配网自动化发展的必然。配网线路如果有故障发生，就需要快速地进行故障诊断(确定故障发生线路、故障设备或者线路上可能断开的开关，即确定故障区域)、故障隔离和恢复供电，最终减少停电时间并降低损失。

然而，配电网的建设一个重要特性是配电设备呈明显的地理属性，如馈线的走向，开关、配电变压器、杆塔和负荷的位置等。这些地理实体在配网中数量巨大，而且分布广。配网中的另外一个重要实体用户，也具有明显的地理属性，如用户所处的街道、楼层，都是与地理位置分不开的。

随着对电力的需求越来越大，对供电质量和供电可靠性的要求也越来越高。由于目前配电网的复杂性，用电用户地理位置分散、数量庞大，使得用电用户在故障发生后，不能在时间上得不到及时的解决和响应。减少停电时间、缩小停电面积是提高供电可靠性的重要手段。故障判断，故障定位与故障隔离是当配电网中的某处发生故障后，配电自动化系统应能快速定位出故障区段，以利于尽快恢复故障区段的供电，保证供电质量。

然而，目前并没有相应的系统来准确的判断出故障的位置，虽然国家知识产权局提供了相应的方法去判断，但是这些方法往往需要大量的计算才可以算出准确的位置，且位置的准确性也有待提高，无法实际满足供电公司的需要，因此，迫切需要一个低压配电网故障定位系统的系统来解决上述技术问题。

技术实现要素：

本发明针对上述的电网故障判断所存在的技术问题，提出一种设计合理、结构简单、成本低廉且运行效果好、判断准确、迅速的基于GIS和Petri技术的低压配电网故障定位系统。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为，本发明提供一种基于GIS和Petri技术的低压配电网故障定位系统，包括相互配合的用于线路信息状态采集的电能量采集部分、用于线路故障分析定位的故障定位部分以及用于整理和提供相关数据的用户管理部分，所述电能量采集部分包括电流采集模块、接地故障采集模块以及信号传输模块，所述故障定位部分包括客户电话故障定位模块、自检定位模块、故障定位分析模块、GIS地图模块，所述用户管理部分包括数据库、服务器以及操作用户端，所述故障定位分析模块包括Petri网故障诊断单元以及贝叶斯故障定位单元。

作为优选，所述电流采集模块通过将数字式故障判断器安装在配电网线路A、B、C三相线路的主干线首段、分段处、支线首端、末端以及故障多发处用于检测线路的负荷电流、异频电流、短路电流。

作为优选，所述接地故障采集模块通过将特频注入装置安装在馈线中用于检测线路中接地故障信息。

作为优选，所述数据库包括信息存储数据库和GIS数据库，所述GIS数据库包括空间数据库单元和设备属性数据库单元，所述空间数据库单元用于存储由点、线、面图库元素组成地图位置信息，所述设备属性数据库单元用于存储对设备的运行的附属属性。

与现有技术相比，本发明的优点和积极效果在于，

1、本发明通过提供一种基于GIS和Petri技术的低压配电网故障定位系统，利用GIS技术的地理信息和Petri网理论的故障诊断，使的本系统能够在极短的时间内判断出电网故障的位置和故障的种类，使后期的调度维修更加的简单、便捷，大大降低了故障发生时，所产生的危害，为人们的用电提供了有效的保障。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为实施例1提供的系统的结构示意图；

图2为实施例1提供的系统的流程图；

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明并不限于下面公开说明书的具体实施例的限制。

首先简单的介绍一下GIS技术和Petri网理论

地理信息技术(GIS)是一个获取、存储、编辑、处理、分析和显示地理数据的空间信息系统，其核心是用计算机来处理和分析地理信息。地理信息系统软件技术是一类军民两用技术，不仅应用于军事领域、资源调查、环境评估等方面，也应用于地域规划，公共设施管理、交通、电信、城市建设、能源、电力、农业等国民经济的重要部分。比如，基于GIS平台的120医疗急救指挥信息系统，就可以利用GIS技术定位呼救点，自动标注发病地点以及会面地点，并按照距离远近推荐5个就诊医院。

Petri网是一种适合于描述异步并发现象的系统模型，它既有严格的数学定义，又有直观的图形表示，既有丰富的系统描述手段和系统行为分析技术，又为计算机科学提供坚实的概念基础。

Petri网理论在故障诊断中体现出的优点有：(1)利用Petri网理论建立的故障诊断模型简单、清晰易懂，故障诊断的结果可以直观地用图形表示出来；(2)电网故障信息中元件、保护装置、断路器是相互依赖的，而且它们都是离散数据，而Petri网理论善于描述这种依赖关系和处理离散事件；(3)采用Petri网理论不用建立知识规则库，系统更加方便进行构建和维护；(4)运用Petri网理论的矩阵分析法来描述故障网络，运算过程简单，不需要在庞大的规则库或解空间中搜索匹配的规则或最优解；(5)Petri网理论的鲁棒性及适应性都比较好、诊断速度较快，有利于满足动态电网对时效性的要求。

本发明的重点就是有效的将两种技术进行有效的结合，并运用到电网故障的诊断和定位中，这两种技术都是现有技术，由于其内容较为复杂，本发明再对其进行描述的过程中，仅描述相应的重点内容。

实施例1，如图1、图2所示，基于GIS和Petri技术的低压配电网故障定位系统，包括相互配合的用于线路信息状态采集的电能量采集部分、用于线路故障分析定位的故障定位部分以及用于整理和提供相关数据的用户管理部分，其中，电能量采集部分包括电流采集模块、接地故障采集模块以及信号传输模块，具体的说，电流采集模块通过将数字式故障判断器安装在配电网线路A、B、C三相线路的主干线首段、分段处、支线首端、末端以及故障多发处用于检测线路的负荷电流、异频电流、短路电流，接地故障采集模块通过将特频注入装置安装在馈线中用于检测线路中接地故障信息，具体实施时，整个电能量采集部分主要由以下五部分组成：数字式故障判断器、高压取能装置、中继器、特频源以及主站监控中心，其中，数字式故障判断器为一组三个分别安装在A、B、C三相电力线上，与中继器通过无线射频组网进行通讯；判断器分散安装在配电网线路主干线首段、分段处、支线首端、末端以及故障多发处等等，主要用于检测线路的负荷电流、异频电流、短路电流；高压取能装置从高压取电给中继器供电，同时兼做电压互感器；中继器与一组判断器通过无线射频组网通讯，对判断器上传的数据进行初步分析了解故障情况，中继器同时与主站通过GSM/GPRS通信，特频注入装置安装在馈线中用于检测线路中接地故障信息，特频源实时检测配电网线路的三相电压，发生接地故障时注入异频信号，与主站通过GSM/GPRS通讯；主站监控中心对中继器发上来的负荷信息和故障信息进行智能分析和统计，依据配电网线路对配电网的基础数据进行管理，并将其发送到故障定位部分。

故障定位部分包括客户电话故障定位模块、自检定位模块、故障定位分析模块、GIS地图模块，为了能够及时了解故障信息，除了利用电器设备的自行诊断，那么就是通过电话报障了，为此，电网系统开辟了客服95598系统，本模块主要是用于与客服95598系统进行连接，获取电话保障的信息，而自检定位模块则是根据电能量采集部分的数据，判断是否发生故障，而故障定位分析模块则主要包括Petri网故障诊断单元以及贝叶斯故障定位单元，其中，Petri网故障诊断单元主要步骤可以分为8步，1、画出故障线路所对应的Petri网故障诊断模型；2、根据故障诊断模型写出关联矩阵C

3、由故障线路得出初始标识向量M₀

4、由M₀得到第一触发序列U₁

5、根据Petri网动态行为过程的状态方程M₁＝M₀+CU₁，得出托肯转移的第一过程M₁

6、由步骤5得出第二触发序列U2

7、由M＝M₁+CU₂得出故障诊断模型的终态标识向量M

8、分析终态标识向量M得出结论，以上Petri网理论模型中，库所P由输电线或母线、断路器组成。变迁T由故障变迁、时间标记(从检测到故障电流到使断路器动作)组成。P是某段输电线，M₁、M₂分别是其上开关，通过Petri网故障诊断单元即可有效的判断故障。

但为了保险起见，本实施例，还设置了贝叶斯故障定位单元，贝叶斯网络BN(Bayesian Network)最早是1985年由珀尔提出来的。它是一种不确定性知识表达的模型，是基于图论和严格的概率理论。BN由节点和弧组成，节点代表变量。BN可反映变量间的定性信息，也可以反应定量信息。定性信息由有向弧表示，定量信息由变量间的关系强度表示。BN算法清晰、直观、便于理解。近年来，已有许多学者把贝叶斯网络方法应用在系统故障诊断中。基于BN的故障诊断方法，是把故障问题表示为不确定或者不完备信息下的决策问题，建立分布式地处理模型，对不确定性进行量化，从而实现故障诊断。将贝叶斯网络应用到故障诊断系统，该诊断系统清晰直观便于理解，本实施例所提供贝叶斯故障定位单元就是就是基于贝叶斯网络而设计，由于贝叶斯网络已经在国网的定位系统中有使用，故在本实施例中，不加详细的描述，其公式为：

P(S_i|G)即为当开关S_i发生故障的时，系统收到故障信息G的概率，但要计算P(S)与P(G)是很难得。因此，由假设得：

公式中：gj是上传的故障信号，假设推广到多条支线路，即P(S_i|G)(i＝1,2,3......n),P(S*|G)＝max{P(S_i|G)}是故障概率P(S_i|G)取开关S_i在线路L_i的故障支路，通过运算即可。

而GIS地图模块则主要是GIS地图显示部分，其也为现有技术，故在本实施例中，不加详细的描述。

上述两部分的得以正确的实施，在于用户管理部分的准确设置，用户管理部分包括数据库、服务器以及操作用户端，其中，操作用户端用于一些信息的录入和账号的登陆，服务器在本实施例中，采用主流的B/S(即浏览器和服务器)的软件结构，大大简化了客户端电脑载荷，减轻了系统维护与升级的成本和工作量，降低了用户的总体成本，实现不同的人员，从不同的地点，以不同的接入方式(比如等)访问和操作共同的数据库。从而实现一个基于互联网地图显示、查询、编辑、分析等全功能的系统。数据库包括信息存储数据库和GIS数据库，信息存储数据库用于存储大量的实时数据和历史数据，而GIS数据库则主要用于存在GIS地理信息，其包括空间数据库单元和设备属性数据库单元，空间数据库单元用于存储由点、线、面图库元素组成地图位置信息，设备属性数据库单元用于存储对设备的运行的附属属性，具体的说，空间数据库单元的基础地图是购买的电子地图，电力配电网图是通过GPS采集仪釆集设备经纬度数据，然后通过SuperMapDeskpro导入采集数据生成配电图，形成点、线、面图库元素组成地图位置信息，设备属性数据库单元是对空间实体特征包括实体名称、编号、数量、说明等的描述信息，是一个地理实体区别于其他实体的具体体现如配电线路的长度、电缆型号、线路编号等，属性数据库主要是依靠外键与空间数据库相关联，这些属性数据为配电系统提供分析、查询等功能。属性数据用二维表形式表示，存储在关系型数据库中，主要包括配电线路、配电变压器、杆塔、开关刀闸等主要设备的属性表。

具体工作时，故障定位接受来自两个方面的信息，自动检测实时信息和用户投诉故障信息。这些信息进入故障定位分析模块后，首先查找现有的停电报告与停电计划，初步确定故障和非故障停电判断。若是故障，则利用进行etri网故障诊断单元和贝叶斯故障定位单元定位分析，得到结果后，将结果以特殊颜色展示在GIS地图模块上，并在地图上显示故障线路及故障影响区域，并进行声音报警。故障信息存入数据库。故障短信通知给维修人员。

当故障信息为真实故障时，系统自动列表统计故障影响区域的用户信息。若故障是计划停电引起，系统列表统计停电影响用户数、停电持续时间，并在区划地形图上特殊颜色展示停电影响区域。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例应用于其它领域，但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。