[发明专利]海底观测网海缆故障在线诊断和定位方法

权利要求书

1.一种海底观测网海缆故障在线诊断和定位方法，用于对海底观测网主干缆发生故障时进行检测和定位，其特征在于，具体步骤如下：

(1)系统根据海底观测网的建设信息，获取海底观测网电力系统拓扑结构；所述拓扑结构由海岸基站、分支单元和海底主基站组成，分支单元和海底主基站数量相同，均为若干个，相邻的分支单元通过主干缆连接，每个分支单元通过分支缆与相应的海底主基站连接；

(2)步骤(1)中所述海岸基站和海底主基站内安装的电压传感器和电流传感器分别测量海岸基站和海底主基站的电压值和电流值，并将所得的电压值和电流值发送给数据采集模块；

(3)数据采集模块的探测模块判断当前时刻海岸基站或海底主基站的电压值和电流值是否有变化，若有变化，判断该变化是否超过阈值，若超过阈值，则认为电力系统海缆发生故障，故障产生故障电阻和故障电流；若变化没有超过阈值，则认为当前没有故障，不进行故障定位操作；

(4)对步骤(3)中判断故障发生后，进行第一次状态估计，求解每个分支单元处的电压值和电流值；

(5)根据第一次状态估计得到的分支节单元处的电压值和电流值，先对步骤(3)故障进行预判断，确定故障发生在哪两个相邻分支单元之间，以此确定故障发生后电力系统的拓扑结构，具体为：

(5.1)依次计算各个相邻分支单元之间海缆的故障判定因子η；

(5.2)当某段海缆的故障判定因子满足0η1时，认为该段海缆发生故障；如不满足0η1，则认为该段海缆没有故障，计算下一段海缆的故障判断因子；

(5.3)分析故障发生后电力系统的拓扑结构；

(6)将步骤(5)得到的故障位置作为未知量，结合步骤(5.3)故障发生后的拓扑结构进行第二次状态估计，得到故障发生的确定位置；

(7)结合海底观测网铺设信息和GIS系统，将步骤(6)得到的故障发生的确定位置显示在地图上，方便进一步的维修工作。

2.根据权利要求1所述的故障在线诊断和定位方法，其特征在于，利用进行两次状态估计实现故障定位，具体为：

(1)步骤(4)中进行第一次状态估计时，将海岸基站和海底主基站获取的电压值和电流值作为已知量，将海底观测网分支单元处的电压值和电流值作为未知量，根据电力系统拓扑结构和基尔霍夫定律构建电力系统测量方程(1)；

z₁＝h₁(x)+υ₁ (1)

式中z₁表示已知量，x表示未知量，h₁(·)表示根据系统拓扑结构和基尔霍夫定律得到的已知量与未知量之间的关系式，ν₁表示残差；

(2)步骤(6)中第二次状态估计时，将海岸基站和海底主基站获取的电压值和电流值值作为已知量，未知量为分支单元处的电压值、故障距离和故障电流，根据故障发生后电力系统拓扑结构和基尔霍夫定律构建电力系统测量方程(2)；

z₂＝h₂(x)+υ₂ (2)

式中z₂表示已知量，x表示未知量，h₂(·)表示根据系统拓扑结构和基尔霍夫定律得到的已知量与未知量之间的关系式，ν₂表示残差；

(3)分别建立第一次状态估计所需的目标函数(3)和第二次状态估计所需的目标函数(4):

J₁(x)＝[z₁-h₁(x)]^TR₁^-1[z₁-h₁(x)] (3)

J₂(x)＝[z₂-h₂(x)]^TR₂^-1[z₂-h₂(x)] (4)

式中J₁(x)、J₂(x)分别表示第一次状态估计的目标函数和第二次状态估计的目标函数，R^-1与测量误差相关量σ_i²相关，测量误差根据测量所用的传感器的参数获得；

目标函数是第一次状态估计和第二次状态估计未知量所追求的目标，认为未知量使得第一次状态估计所需的目标函数和第二次状态估计所需的目标函数的值最小时所得到的未知量结果，即为第一次状态估计和第二次状态估计的结果；

(4)为未知量赋予初始值后，进行迭代计算，当目标函数满足时输出结果。