【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于電力系統及其自動化，具體涉及基于小波變換和邊緣計算的分布式配電網故障檢測系統。
技術介紹
1、配電網中故障檢測能夠為工作人員提供故障信息，減少人工誤差，極大提高配電網線路檢修效率，保障配電網的可靠穩定運行，現階段，配電網中的故障檢測技術可分為三類：阻抗法，行波法和智能算法；當分布式配電線路出現故障時，應盡快采取必要措施排除故障，恢復供電，目前，大多數通過分布式配電系統各單元配置的智能終端與主系統通信，確定故障位置，一般采用統一矩陣法進行故障定位，此外，隨著云計算等先進計算機數據處理技術的興起，人工智能算法越來越多地用于故障定位，受到越來越多的關注，其中，邊緣計算通過對網絡邊緣的智能處理，融合網絡、計算、存儲和信息技術，在網絡邊緣提供智能服務，適合技術需求如具有海量數據特性的動態服務管理、邊緣安全隱私保護等；目前的研究大多是對故障檢測方法的性能進行研究，將所有的數據源匯聚到云端進行集中計算，并在云端進行各種智能服務，然而，隨著互聯網時代的到來，配電網中邊緣設備產生的數據量迅速增加，對數據傳輸帶寬提出了更高的要求，同時，新的應用對數據處理的實時性提出了更高的要求，傳統的計算模型已經無法有效應對；而且由于終端數量的增加，云計算模型無法有效滿足大規模智能終端采集的海量數據傳輸、計算和存儲的實時性需求；因此，提供一種縮短通信過程、提高數據處理效率、加快故障處理速度、縮短停電時間的基于小波變換和邊緣計算的分布式配電網故障檢測系統是非常有必要的。
技術實現思路
1、本專利技術的目的
2、本專利技術的目的是這樣實現的：基于小波變換和邊緣計算的分布式配電網故障檢測系統，所述系統包括：基于邊緣計算的配電網故障檢測系統河邊緣計算算法執行框架；所述基于邊緣計算的配電網故障檢測系統包括感知層、網絡層、平臺層和應用層；所述感知層包括故障感知終端和邊緣計算節點；所述網絡層包括電力專網、物聯網專網、互聯網和移動互聯網。
3、所述故障感知終端用于采集回路電流、電壓、剩余電流、溫度數據信息，并通過zigbee/lora/rs485通信模式中的一種或多種與所述邊緣計算節點通信，實現當檢測到故障時，可以產生故障告警信號。
4、所述故障感知終端包括用于在外部電源斷電時提供短時供電的儲能模塊，使得所述故障感知終端在完全斷電前將信息上傳到所述邊緣計算節點。
5、所述故障感知終端是一種嵌入式智能終端，所述故障感知終端的輸入是監控電路的三相電流和三相電壓信號；所述故障感知終端采用頻率跟蹤和同步采樣技術，模擬量經過預低通濾波后，通過采樣轉換為數字信號。
6、所述故障感知終端采用基于邊緣計算的分布式配電網線路短路故障檢測技術實現配電網系統線路短路故障檢測，具體為：配電網系統線路發生短路故障時，故障類型主要有兩相和三相短路故障以及兩相和單相接地短路故障，如果需要檢測系統線路的短路故障，則需要根據這些類型進行區分。
7、所述三相短路故障檢測原則為：如果檢測到整個系統的線路電流值大于系統的額定電流，且三相電流電壓對稱的特征沒有改變，則發生的故障類型為三相短路故障；所述兩相短路故障檢測原則為：在發生短路的兩相電路中，流過的電流方向相反，兩者相位角為180°。
8、所述故障感知終端針對配電網故障分析計算采用小波變換算法，具體包括以下步驟：
9、步驟1：邊緣計算節點分布式協調故障處理；
10、步驟2：信號奇點的定義；
11、步驟3：小波變換與信號奇異性。
12、所述步驟2中的信號奇點的定義具體為：奇點反映了信號的不規則程度，信號的奇點用lipschitz指數來描述和測量，設n為非負整數，n≤α≤n+1，若存在2個常數α和h0(>0)，且n次多項式pn(t)，則對于任意h≤h0，存在：f(t0+h)-pn(h)|≤ahα(1)，則f(t)在點t0處為lipschitaα，其中，a是常數，用于限制f(t0+h)與pn(h)之間的差值；可以看出，lipschitz指數表征了函數f(t)在點t0處的奇異性，lipschitz指數α越大，函數f(t)越平滑，如果函數f(t)在點t0連續且可微，則其lipschitz指數α＝1，如果點t0不連續但有界，則lipschitz指數α＝0；當lipschitz指數α＜1時，函數f(t)在點t0處奇異。
13、所述步驟3中的小波變換與信號奇異性具體為：小波變換用具有時域和頻域局域性的平移拉伸小波基函數對信號進行卷積，并將信號分解為位于不同頻帶-時間段的分量，如果基本小波函數ψ(t)∈l2(r)，滿足：其中，ψ(ω)為小波函數；ω指頻帶；cψ為小波函數的卷積；則函數f(t)∈l2(r)在尺度s和位置t處的小波變換定義為：其中，s、t分別表示函數的尺度和位置；wf(s,t)為函數在尺度s和位置處t的小波變換值；為可伸縮小波定義中的s＞0比例因子；小波變換對變量ψs＝ψ(s,ω)的傅里葉變換為：wf(s,ω)＝f(ω)·ψs(ω)(4)，從小波變換的特性可以看出，小波變換的值wf(s,t0)強烈依賴于點t0附近場附近信號的f(t)值，尺度s越小，域間隔越小；在合適的尺度下，wf(s,t0)將在t0附近提供所需信號的本地信息；下面的定理給出了信號小波變換沿尺度的衰減與信號的局部lipschitz指數之間的關系，并得到了信號奇異性的特征：為方便起見，假設小波函數ψ(t)為連續可微函數，為實數，有緊支撐集，當|t|→+∞時，
14、定理1：設f(t)∈l2(r)，ψ(t)為基本小波，則f(t)在開區間|wf(s,t0)|≤asα上為lipschitz指數α的充分必要條件；定理1給出了|wf(s,t0)|在s→0上面給出的lipschitaα是信號奇點在區間內的部分雕刻，而不僅僅是實數域上的整體雕刻；
15、定理2：設n為正數，ψ(t)為具有緊支撐集的小波函數，具有n階消失矩且n階連續可微；如果有一個標度s0＞0，那么所有s＜s0和t∈[a,b]；|wf(s,t0)|不存在局部極大值，則對于ε＞0且a＜n,f(t)在區間具有lipschitaα一致。
16、所述故障感知終端可以主動向所述邊緣計算節點報告遠程信號的數量，包括環路斷電/掉電、跳閘、電流限制違規，也可以接收所述邊緣節點查詢，上傳故障記錄數據。
17、本專利技術的有益效果：本專利技術為基于小波變換和邊緣計算的分布式配電網故障檢測系統，在使用中，本專利技術的計算對象為可直接優化頂層配電系統，本身不是系統控制單元的扇區控制單元，因此，相應的通信、判斷等任務可直接在斷面內完成，縮短了部件之間的通信過程，提高了數據處理效率，為電網巡檢部門低壓配電網故障處理提供決策依據，加快故障處理速度，縮短停電時間，提高供電可靠性和用戶滿意度，為配電網故障檢測提供了新的解決方案，有助于提高電本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.基于小波變換和邊緣計算的分布式配電網故障檢測系統，其特征在于：所述系統包括：基于邊緣計算的配電網故障檢測系統河邊緣計算算法執行框架；所述基于邊緣計算的配電網故障檢測系統包括感知層、網絡層、平臺層和應用層；所述感知層包括故障感知終端和邊緣計算節點；所述網絡層包括電力專網、物聯網專網、互聯網和移動互聯網。
2.如權利要求1所述的基于小波變換和邊緣計算的分布式配電網故障檢測系統，其特征在于：所述故障感知終端用于采集回路電流、電壓、剩余電流、溫度數據信息，并通過zigbee/LoRa/RS485通信模式中的一種或多種與所述邊緣計算節點通信，實現當檢測到故障時，產生故障告警信號。
3.如權利要求2所述的基于小波變換和邊緣計算的分布式配電網故障檢測系統，其特征在于：所述故障感知終端包括用于在外部電源斷電時提供短時供電的儲能模塊，使得所述故障感知終端在完全斷電前將信息上傳到所述邊緣計算節點。
4.如權利要求3所述的基于小波變換和邊緣計算的分布式配電網故障檢測系統，其特征在于：所述故障感知終端的輸入是監控電路的三相電流和三相電壓信號；所述故障感知終端采用頻
5.如權利要求4所述的基于小波變換和邊緣計算的分布式配電網故障檢測系統，其特征在于：所述故障感知終端采用基于邊緣計算的分布式配電網線路短路故障檢測技術實現配電網系統線路短路故障檢測，具體為：配電網系統線路發生短路故障時，故障類型主要有兩相和三相短路故障以及兩相和單相接地短路故障，如果需要檢測系統線路的短路故障，則需要根據這些類型進行區分。
6.如權利要求5所述的基于小波變換和邊緣計算的分布式配電網故障檢測系統，其特征在于：所述三相短路故障檢測原則為：如果檢測到整個系統的線路電流值大于系統的額定電流，且三相電流電壓對稱的特征沒有改變，則發生的故障類型為三相短路故障；所述兩相短路故障檢測原則為：在發生短路的兩相電路中，流過的電流方向相反，兩者相位角為180°。
7.如權利要求5所述的基于小波變換和邊緣計算的分布式配電網故障檢測系統，其特征在于：所述故障感知終端針對配電網故障分析計算采用小波變換算法，具體包括以下步驟：
8.如權利要求7所述的基于小波變換和邊緣計算的分布式配電網故障檢測系統，其特征在于：所述步驟2中的信號奇點的定義具體為：奇點反映了信號的不規則程度，信號的奇點用Lipschitz指數來描述和測量，設n為非負整數，n≤α≤n+1，若存在2個常數α和h0，且n次多項式Pn(t)，則對于任意h≤h0，存在：|f(t0+h)-Pn(h)|≤A|h|α(1)，則f(t)在點t0處為Lipschitaα，其中，A是常數，用于限制f(t0+h)與Pn(h)之間的差值；可以看出，Lipschitz指數表征了函數f(t)在點t0處的奇異性，Lipschitz指數α越大，函數f(t)越平滑，如果函數f(t)在點t0連續且可微，則其Lipschitz指數α＝1，如果點t0不連續但有界，則Lipschitz指數α＝0；當Lipschitz指數α＜1時，函數f(t)在點t0處奇異。
9.如權利要求7所述的基于小波變換和邊緣計算的分布式配電網故障檢測系統，其特征在于：所述步驟3中的小波變換與信號奇異性具體為：小波變換用具有時域和頻域局域性的平移拉伸小波基函數對信號進行卷積，并將信號分解為位于不同頻帶-時間段的分量，如果基本小波函數ψ(t)∈L2(R)，滿足：其中，ψ(ω)為小波函數；ω指頻帶；Cψ為小波函數的卷積；則函數f(t)∈L2(R)在尺度s和位置t處的小波變換定義為：其中，s、t分別表示函數的尺度和位置；Wf(s,t)為函數在尺度s和位置處t的小波變換值；為可伸縮小波定義中的s＞0比例因子；小波變換對變量ψs＝ψ(s,ω)的傅里葉變換為：Wf(s,ω)＝f(ω)·ψs(ω)(4)，從小波變換的特性可以看出，小波變換的值Wf(s,t0)強烈依賴于點t0附近場附近信號的f(t)值，尺度s越小，域間隔越小；在合適的尺度下，Wf(s,t0)將在t0附近提供所需信號的本地信息；下面的定理給出了信號小波變換沿尺度的衰減與信號的局部Lipschitz指數之間的關系，并得到了信號奇異性的特征：為方便起見，假設小波函數ψ(t)為連續可微函數，為實數，有緊支撐集，當|t|→+∞時，
10.如權利要求3所述的基于小波變換和邊緣計算的分布式配電網故障檢測系統，其特征在于：所述故障感知終端可以主動向所述邊緣計算節點報告遠程信號的數量，包括環路斷電/掉電、跳閘、電流限制違規，也可以接收所述邊緣節點查詢，上傳故障記錄數據。
...【技術特征摘要】
1.基于小波變換和邊緣計算的分布式配電網故障檢測系統，其特征在于：所述系統包括：基于邊緣計算的配電網故障檢測系統河邊緣計算算法執行框架；所述基于邊緣計算的配電網故障檢測系統包括感知層、網絡層、平臺層和應用層；所述感知層包括故障感知終端和邊緣計算節點；所述網絡層包括電力專網、物聯網專網、互聯網和移動互聯網。
2.如權利要求1所述的基于小波變換和邊緣計算的分布式配電網故障檢測系統，其特征在于：所述故障感知終端用于采集回路電流、電壓、剩余電流、溫度數據信息，并通過zigbee/lora/rs485通信模式中的一種或多種與所述邊緣計算節點通信，實現當檢測到故障時，產生故障告警信號。
3.如權利要求2所述的基于小波變換和邊緣計算的分布式配電網故障檢測系統，其特征在于：所述故障感知終端包括用于在外部電源斷電時提供短時供電的儲能模塊，使得所述故障感知終端在完全斷電前將信息上傳到所述邊緣計算節點。
4.如權利要求3所述的基于小波變換和邊緣計算的分布式配電網故障檢測系統，其特征在于：所述故障感知終端的輸入是監控電路的三相電流和三相電壓信號；所述故障感知終端采用頻率跟蹤和同步采樣技術，模擬量經過預低通濾波后，通過采樣轉換為數字信號。
5.如權利要求4所述的基于小波變換和邊緣計算的分布式配電網故障檢測系統，其特征在于：所述故障感知終端采用基于邊緣計算的分布式配電網線路短路故障檢測技術實現配電網系統線路短路故障檢測，具體為：配電網系統線路發生短路故障時，故障類型主要有兩相和三相短路故障以及兩相和單相接地短路故障，如果需要檢測系統線路的短路故障，則需要根據這些類型進行區分。
6.如權利要求5所述的基于小波變換和邊緣計算的分布式配電網故障檢測系統，其特征在于：所述三相短路故障檢測原則為：如果檢測到整個系統的線路電流值大于系統的額定電流，且三相電流電壓對稱的特征沒有改變，則發生的故障類型為三相短路故障；所述兩相短路故障檢測原則為：在發生短路的兩相電路中，流過的電流方向相反，兩者相位角為180°。
7.如權利要求5所述的基于小波變換和邊緣計算的分布式配電網故障檢測系統，其特征在于：所述故障感知終端針對配電網故障分析計算采用小波變換算法，具體包括以下步驟：
8.如權利要求7所述的基于小波變換和邊緣計算的...
【專利技術屬性】
技術研發人員：閆林鳳，楊貴營，龍潔，劉濤，郭琳，馬紅星，葛欣，李貴州，霍妍妍，李笑冬，郭楠，
申請(專利權)人：國網河南省電力公司焦作供電公司，
類型：發明
國別省市：
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