一种基于互补松弛约束模型的配电网故障区段定位方法技术

本发明专利技术提出了一种基于互补松弛约束模型的配电网故障区段定位方法，其步骤如下：构建配电网中馈线所属独立区域集和因果区域集，确定独立区域集的电流越限报警集；建立开关函数与独立区域集的电流越限报警集间逼近关系模型；依据故障诊断最小集理论和馈线状态取值约束条件，建立连续域内的配电网故障定位互补约束规划模型；在互补约束的数学模型中引入松弛因子，建立配电网故障区段定位的互补松弛约束模型；将松弛因子看作常量，采用比例缩减方法逐步减小松弛因子的值，通过交互式优化算法定位出馈线故障区段。本发明专利技术可实现配电网馈线区段单一和多重故障的准确高容错性辨识，且具有数值稳定性好、优化效率高的优点，适合于大规模配电网的故障定位。

A Fault Section Location Method for Distribution Network Based on Complementary Relaxation Constraint Model

【技术实现步骤摘要】
一种基于互补松弛约束模型的配电网故障区段定位方法
本专利技术涉及配电网故障定位的
，尤其涉及一种基于互补松弛约束模型的配电网故障区段定位方法。
技术介绍
配电网故障定位作为智能配电网建设的重要技术分支，对于提升配电网运行的安全可靠性和自动化水平具有重要作用。学术界长期致力于以电气量时变特征为基础的配电网故障定位原理的研究，但因配电网结构及运行特征的复杂性，导致故障测距效果不理想。实践表明，首先利用馈线故障区段辨识技术确定故障发生区段，以便缩减故障测距范围，能够显著提高故障测距精度。目前，基于故障电流信息的馈线故障区段辨识技术因原理简单和实现便捷而成为该领域的研究热点。研究快速高容错性馈线故障区段辨识技术对于提升配电网运行安全可靠性具有重要作用。至今，基于故障电流信息的馈线故障区段辨识方法主要包括直接辨识的矩阵方法、人工智能辨识方法和间接辨识的最优化方法。其中，直接辨识的矩阵方法具有建模方法直观、故障区段定位效率高等优势，但存在容错性较低和通用性不强的显著缺陷；人工智能辨识方法主要有粗糙集理论、人工神经网络、专家系统、数据挖掘方法等，该类方法故障区段辨识时对新的故障类型适应能力弱。间接辨识的最优化技术主要依据报警信息与故障状态的最佳逼近，基于故障诊断最小集理论，进行故障辨识模型最优化建模，与直接辨识矩阵技术和人工智能辨识技术相比，因其在通用性和容错性方法有显著优势，一直是该领域的研究热点。从2000年起，研究人员聚焦于基于逻辑建模的故障区段定位群体智能优化技术的研究，利用群体智能优化算法实现配电网故障的定位和隔离。该类方法虽然具有故障辨识过程无需梯度信息、故障模型通用性和容错性强、对多区域多重故障有强适应性等显著优势，但其面临以下难题：(1)基于逻辑建模描述故障区段与设备间的耦合特性，将导致故障定位模型建模过程复杂，难于契合大规模复杂配电网的故障区段定位；(2)模型受限于逻辑关系运算，需采用群体智能算法决策求解，因算法具有随机性，导致故障定位效率低，故障辨识结果不稳定，会导致故障误判现象发生。基于代数建模的故障区段定位最优化技术，因可跳出逻辑建模理论，能采用数值稳定性好的常规数学规划实现馈线故障区段的准确辨识，已逐渐成为配电网故障定位间接辨识最优化技术的新发展方向。文献[1]---申请号为201610324035.X的中国专利技术专利基于代数关系描述和互补理论的配电网故障定位方法和文献[2]---[何瑞江,胡志坚,李燕,等.含分布式电源配电网故障区段定位的线性整数规划方法[J].电网技术,2018,42(11):3684-3692.]提出配电网故障区段线性整数规划方法，其具有数值稳定好、对单一故障具有高容错性的优点，但因采用线性整数规划决策求解，应用于大规模配电网时故障辨识效率不高，且不适应于多重馈线区段发生故障的情景。文献[3]---申请号为201610345826.0的中国专利技术专利基于故障辅助因子的配电网高容错性在线故障定位方法，构建了基于故障辅助因子建模和牛顿-拉夫逊法求解的馈线故障区段定位新方法，具有容错性好、数值稳定性强、故障辨识效率高的优势，但其不具备多重故障辨识的强适应性。文献[4]---申请号为201610345826.0的中国专利技术专利基于故障辅助因子的配电网高容错性在线故障定位方法，建立了配电网故障区段定位的互补约束模型，可直接在连续空间实现馈线故障区段的辨识，为基于代数建模的配电网故障定位方法提供了新的技术方案，但其存在数值稳定性不好、无多重故障辨识能力等缺陷。文献[5]---[郭壮志，陈涛，黄全振，等.配电网故障定位的层级模型与预测校正算法[J].电力自动化设备，2018，38(7)：93-100.]以文献[4]为基础采用互补理论和分层解耦策略，提出配电网故障定位层级优化模型及预测校正算法，不仅数值稳定性好，且对单一故障和多重故障具有强适应性，但其分层解耦建模过程复杂，难以适应配电网拓扑的动态变化，模型通用性不强。
技术实现思路
针对现有定位方法对单一故障和多重故障适应性不强，模型通用性不强，计算复杂度高的技术问题，本专利技术提出一种基于互补松弛约束模型的配电网故障区段定位方法，具有多重故障能力，能够准确地定位出其短路故障位置，且在故障定位效率、可靠性和定位能力等方面具有优越性。为了达到上述目的，本专利技术的技术方案是这样实现的：一种基于互补松弛约束模型的配电网故障区段定位方法，其步骤如下：步骤一：构建配电网中馈线所属独立区域集，基于功率流特性和因果关联分析构建因果区域集；基于馈线故障电流并联叠加特性建立可动态追踪开关函数所确定报警值的独立区域集的电流越限报警集的数学解析模型；步骤二：利用开关函数建模方法，建立开关函数与步骤一确定的独立区域集的电流越限报警集的逼近关系模型；步骤三：依据故障诊断最小集理论，根据步骤二的逼近关系模型确定故障区段定位目标函数；以馈线状态的0/1整数取值约束条件，构成代数建模的配电网故障区段定位非线性整数规划模型；基于等价变换和互补理论，将配电网故障区段定位非线性整数规划模型转化为连续域内的配电网故障定位互补约束规划模型；步骤四、在步骤三得到的连续域内的配电网故障定位互补约束规划模型的互补约束的数学模型中引入松弛因子，建立配电网故障区段定位的互补松弛约束模型；步骤五、当配电网发生故障时，将松弛因子看作常量，采用比例缩减方法逐步减小松弛因子的值，通过交互式优化算法求解步骤三中引入松弛因子的互补约束松弛约束模型，定位出馈线故障区段。所述步骤一中构建独立区域集和因果区域集的方法为：定义独立区域集：以耦合节点为标志，则耦合节点与相邻电源间支路构成独立区域；耦合节点和相邻耦合节点间支路构成独立区域；耦合节点与支路末端节点间支路构成独立区域；依据独立区域集的定义，将配电网中的n个馈线划分为N1个独立区域集Z1,...,Zi1...,ZN1，其中，Zi1为第i1个独立区域集，i1＝1,···,N1；根据因果设备建模理念，当配电网独立区域集Zi1出现报警信息时，存在报警信息的独立区域集作为独立区域集Zi1的因果区域集；其中：Zi1>Zj表示独立区域集Zj紧邻独立区域集Zi1且功率流由Zi1流向Zj；(Zi1)||(Zj)表示Zi1与Zj为同一因果区域集中并列的子因果区域集，i,j＝1,···,N1。所述步骤一中电流越限报警集的数学解析模型的构建方法为：基于馈线的独立区域集及其因果区域集间的耦合关系，构建独立区域的电流报警集的数学解析模型：由因果区域集及独立区域集间的功率流作用关系，依据并列因果区域集故障报警信息的并联叠加特性，得到各独立区域集电流报警值IZi间的关系，且每个独立区域集电流报警值IZi等于其因果区域集内各并列子因果区域集中最末端独立区域集报警值之和；当馈线发生故障时，其对应监控点上传的报警值应和所属独立区域集的报警值相等，基于故障电流并联叠加特性，根据独立区域的电流报警集和实际报警值I＝[I1I2I3I4I5I6I7I8I9]间的适应性，建立电流越限报警集的数学解析模型。所述步骤二的实现方法为：基于辨识故障时最期望状态为依据馈线状态确定开关函数报警值Ii(X)和电流越限报警集之间的偏差为0的理念，以因果设备故障状态信息确定的开关函数值和电流越限报警信息本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于互补松弛约束模型的配电网故障区段定位方法，其特征在于，其步骤如下：步骤一：构建配电网中馈线所属独立区域集，基于功率流特性和因果关联分析构建因果区域集；基于馈线故障电流并联叠加特性建立可动态追踪开关函数所确定报警值的独立区域集的电流越限报警集的数学解析模型；步骤二：利用开关函数建模方法，建立开关函数与步骤一确定的独立区域集的电流越限报警集的逼近关系模型；步骤三：依据故障诊断最小集理论，根据步骤二的逼近关系模型确定故障区段定位目标函数；以馈线状态的0/1整数取值约束条件，构成代数建模的配电网故障区段定位非线性整数规划模型；基于等价变换和互补理论，将配电网故障区段定位非线性整数规划模型转化为连续域内的配电网故障定位互补约束规划模型；步骤四、在步骤三得到的连续域内的配电网故障定位互补约束规划模型的互补约束的数学模型中引入松弛因子，建立配电网故障区段定位的互补松弛约束模型；步骤五、当配电网发生故障时，将松弛因子看作常量，采用比例缩减方法逐步减小松弛因子的值，通过交互式优化算法求解步骤三中引入松弛因子的互补约束松弛约束模型，定位出馈线故障区段。

【技术特征摘要】
1.一种基于互补松弛约束模型的配电网故障区段定位方法，其特征在于，其步骤如下：步骤一：构建配电网中馈线所属独立区域集，基于功率流特性和因果关联分析构建因果区域集；基于馈线故障电流并联叠加特性建立可动态追踪开关函数所确定报警值的独立区域集的电流越限报警集的数学解析模型；步骤二：利用开关函数建模方法，建立开关函数与步骤一确定的独立区域集的电流越限报警集的逼近关系模型；步骤三：依据故障诊断最小集理论，根据步骤二的逼近关系模型确定故障区段定位目标函数；以馈线状态的0/1整数取值约束条件，构成代数建模的配电网故障区段定位非线性整数规划模型；基于等价变换和互补理论，将配电网故障区段定位非线性整数规划模型转化为连续域内的配电网故障定位互补约束规划模型；步骤四、在步骤三得到的连续域内的配电网故障定位互补约束规划模型的互补约束的数学模型中引入松弛因子，建立配电网故障区段定位的互补松弛约束模型；步骤五、当配电网发生故障时，将松弛因子看作常量，采用比例缩减方法逐步减小松弛因子的值，通过交互式优化算法求解步骤三中引入松弛因子的互补约束松弛约束模型，定位出馈线故障区段。2.根据权利要求1所述的基于互补松弛约束模型的配电网故障区段定位方法，其特征在于，所述步骤一中构建独立区域集和因果区域集的方法为：定义独立区域集：以耦合节点为标志，则耦合节点与相邻电源间支路构成独立区域；耦合节点和相邻耦合节点间支路构成独立区域；耦合节点与支路末端节点间支路构成独立区域；依据独立区域集的定义，将配电网中的n个馈线划分为N1个独立区域集Z1,...,Zi1...,ZN1，其中，Zi1为第i1个独立区域集，i1＝1,…,N1；根据因果设备建模理念，当配电网独立区域集Zi1出现报警信息时，存在报警信息的独立区域集作为独立区域集Zi1的因果区域集；其中：Zi1>Zj表示独立区域集Zj紧邻独立区域集Zi1且功率流由Zi1流向Zj；(Zi1)||(Zj)表示Zi1与Zj为同一因果区域集中并列的子因果区域集，i,j＝1,…,N1。3.根据权利要求2所述的基于互补松弛约束模型的配电网故障区段定位方法，其特征在于，所述步骤一中电流越限报警集的数学解析模型的构建方法为：基于馈线的独立区域集及其因果区域集间的耦合关系，构建独立区域的电流报警集的数学解析模型：由因果区域集及独立区域集间的功率流作用关系，依据并列因果区域集故障报警信息的并联叠加特性，得到各独立区域集电流报警值IZi间的关系，且每个独立区域集电流报警值IZi等于其因果区域集内各并列子因果区域集中最末端独立区域集报警值之和；当馈线发生故障时，其对应监控点上传的报警值应和所属独立区域集的报警值相等，基于故障电流并联叠加特性，根据独立区域的电流报警集和实际报警值I＝[I1I2I3I4I5I6I7I8I9]间的适应性，建立电流越限报警集的数学解析模型。4.根据权利要求1或3所述的基于互补松弛约束模型的配电网故障区段定位方法，其特征在于，所述步骤二的实现方法为：基于辨识故障时最期望状态为依据馈线状态确定开关函数报警值Ii(X)和电流越限报警集之间的偏差为0的理念，以因果设备故障状态信息确定的开关函数值和电流越限报警信息间差值的二次方描述其逼近关系Bi(X)，其数学模型为：为馈线故障状态集，x(1)～x(n)分别为馈线1～n的馈线状态信息，解析模型Ii(X)为自动化开关i所有因果馈线设备待确定馈线状态信息x(i)的代数和，n为馈线的总数，N为配电网自动化开关的总数。5.根据权利要求4所述的基于互补松弛约束模型的配电网故障区段定位方法，其特征在于，所述步骤三中连续域内的配电网故障定位互补约束规划模型的构建方法为：依据故障诊断最小集理论，基于残差和最小化来衡量开关函数值和电流越限报警信息间总体逼近程度，得到故障区...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭壮志，骆继明，陈涛，卢金燕，薛鹏，任鹏飞，徐其兴，
申请(专利权)人：河南工程学院，
类型：发明
国别省市：河南,41