基于松弛优化的配电网故障区间高容错性故障定位方法技术

本发明专利技术提出了一种基于松弛优化的配电网故障区间高容错性故障定位方法，用于解决现有故障定位最优化技术的逻辑方法数值稳定性差，代数方法缺乏多重故障强适应性的问题。本发明专利技术基于故障诊断最小集理论和不等式定理，采用代数建模方法，提出了融入容错因子的配电网故障定位非线性规划模型，具有报警信息畸变时馈线多重故障的强辨识能力，无需应对互补约束的求解问题，可直接在连续域内对离散变量进行优化决策，显著降低故障辨识过程的复杂性；以此为基础，提出一种基于空间伸缩因子的松弛优化技术进行决策求解。本发明专利技术故障辨识能力强、鲁棒性好、数值稳定性强、决策效率高，契合于大规模配电网馈线故障区段定位问题，应用前景广泛。

High Fault Tolerance Fault Location Method for Distribution Network Fault Zone Based on Relaxation Optimization

【技术实现步骤摘要】
基于松弛优化的配电网故障区间高容错性故障定位方法
本专利技术涉及配电网故障定位的
，尤其涉及一种基于松弛优化的配电网故障区间高容错性故障定位方法。
技术介绍
快速准确的馈线故障区段辨识技术已成为提升配电网安全性和可靠性的关键技术手段。随着配电网智能化水平提升，利用馈线智能化终端可便捷获取馈线运行状态信息，以其为基础的馈线故障辨识方法已成为学术界的研究焦点。其中，基于故障电流信息的馈线故障区段定位技术，因原理直接、实现便捷而成为该领域的研究热点。快速高容错性的馈线故障区段定位技术是提高配电网智能化水平的重要环节。至今，学术界对基于故障电流信息的馈线故障区段辨识方法已开展大量研究，采用的建模理论与方法主要有：人工智能技术、矩阵算法和最优化方法等。其中，人工智能故障辨识方法可应用于配电网复杂故障且具有容错性，但其对新的故障类型适应能力弱；矩阵算法的故障辨识方法原理简单、建模直接、故障定位效率高，但其多重故障定位能力和容错性不强；最优化方法的故障辨识技术依据故障诊断最小集理论，利用报警信息与故障状态的最佳逼近，通过最优化决策，实现馈线故障区段位置辨识，其与矩阵算法和人工智能技术相比，在通用性和容错性方面有显著优势，一直以来是该领域研究的重要方向。文献[WenFS，ChangCS.Anewapproachtofaultdiagnosisinelectricaldistributionnetworksusingageneticalgorithm[J].ArtificialIntelligenceinEngineering，1998，12(1)：69-80.]最早提出了基于逻辑建模的故障区段定位群体智能优化方法，因其对于信息畸变和多重故障情景具有强适应性，吸引了众多学者对该类故障辨识方法的研究，并取得了丰硕成果；但其仍面临建模方案难于契合大规模配电网、故障辨识过程和结果具有随机性、故障定位效率低等固有缺陷。研究基于代数建模的故障区段定位最优化技术，已成为克服上述方法不足的关键。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，提出了配电网故障区段定位的光滑优化方法，表明基于代数建模的故障区段定位最优化技术具有可行性，但其决策方法数值稳定性不强。文献[2]---申请号为201610324013.3的中国专利技术专利一种配电网在线故障容错性定位的线性整数规划方法，提出了配电网故障定位的非线性方程组模型和牛顿-拉夫逊求解的故障辨识方法，数值稳定性强、故障辨识效率高。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和文献[4]---[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.]提出数值稳定好、对单故障具有高容错性的配电网故障辨识整数规划方法。但是，当馈线发生多重故障时将会出现漏判或误判现象。文献[5]---申请号为201610979581.7的基于预测校正技术的配电网容错性在线故障定位方法以文献[1]为基础，提出配电网故障定位的预测校正方法，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，对配电网拓扑的动态变化缺乏适应性，模型通用性不强。
技术实现思路
针对现有故障定位最优化技术的逻辑方法数值稳定性差，代数方法缺乏多重故障强适应性的技术问题，本专利技术提出一种基于松弛优化的配电网故障区间高容错性故障定位方法，。为了达到上述目的，本专利技术的技术方案是这样实现的：一种基于松弛优化的配电网故障区间高容错性故障定位方法，其步骤如下：步骤一：根据配电网中自动化开关与因果设备的关系建立因果设备关联信息，根据因果设备关联信息采用加法运算建立开关函数的代数关系模型，依据数学误差测度理论建立开关函数与报警信息间的逼近关系模型；步骤二、将步骤一中逼近关系模型中所有配电网故障二次逼近函数叠加得到配电网故障定位优化方法的目标函数，构建配电网故障定位的非线性整数规划模型；步骤三、在非线性整数规划模型的目标函数中增加容错因子获得基于容错因子的配电网故障定位目标函数，量化容错因子的值，根据量化后的容错因子建立配电网故障定位的容错因子模型，基于数学集合表示方法将配电网故障定位的容错因子模型转化为连续域内配电网故障定位容错因子模型；步骤四、在连续域内配电网故障定位容错因子模型中引入正的松弛因子得到可行域连续的二次凸优化问题，基于空间伸缩因子并采用非线性规划方法求解可行域连续的二次凸优化问题得到配电网故障定位容错因子模型的最优馈线状态值，从而辨识出馈线发生故障的区段。所述步骤一中开关函数与报警信息间的逼近关系模型为：S11：根据配电网的拓扑结构和功率流流动方向，推断出每个自动化开关的因果设备，并通过表示馈线B紧邻馈线A且功率流由A流向B，从而建立因果设备关联信息；S12：建立馈线故障状态集X＝[x(1)x(2)x(3)…x(n)]，其中，x(1)～x(n)分别为馈线1～n的馈线状态信息；x(k)＝0表示馈线状态为运行故障；x(k)＝1表示馈线状态为运行正常；k＝1,2,3…,n，n为馈线的总数；S13：依据因果设备关联信息，采用加法运算进行开关函数建模，得到开关函数代数描述的数学解析模型I1(X),…,Ii(X),…,IN(X)，其中，i＝1,2,3…,N，Ii(X)为自动化开关设备i的开关函数，N为配电网自动化开关设备总数；S14：依据数学误差测度理论，采用开关函数值和故障报警信息间差值的平方衡量其逼近程度：采用I*＝[I1…Ii…IN]表示电流报警信息集，I1～IN分别为自动化开关S1～SN耦合的监控设备上传的报警信息，且Ii＝0表示控制主站没有接收到报警信息，Ii＝1表示控制主站接收到报警信息；S15：以馈线发生单一故障或多重故障为前提，开关函数与报警信息间二次逼近关系模型为：其中，Bi(X)表示自动化开关设备i的开关函数与报警信息的逼近关系。所述步骤二中构建配电网故障定位的非线性整数规划模型的方法为：当辨识出馈线故障区段时，期望所有开关函数I1(X)～IN(X)确定的假定故障过电流信息应和故障报警信息间的最小，采用总体偏差最小化进行衡量：依据统计学中整体偏差的度量方法，采用开关函数值和故障报警信息间残差平方和最小化衡量整体逼近程度，将所有配电网故障二次逼近函数叠加得到配电网故障定位优化方法的目标函数f(X)，加上馈线状态的0/1取值限制，构成了配电网故障定位的非线性整数规划模型为：所述步骤二中非线性整数规划模型从本质上并没做到开关函数Ii(X)与电流报警信息I*间的最佳逼近，从而导致优化结果中目标函数最优值所对应的馈线状态集并非唯一，即存在一值多解问题，而真正故障的馈线状态对应的目标函数值并非最小值，非线性整数规划模型具有不完备性；若性质相同，直接通过权重系数加权和法将多目标问题转化为单目标问题进行优化求解，通过改变权重系数大小，改变最优目标函数值的大小，实现目标函数最优值和馈线状态集的单值对应关系。所述开关函数与报警信息间二次逼近关系模型具有相同性质的多个并列优化目标，借鉴多目标优化问题的权重系本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于松弛优化的配电网故障区间高容错性故障定位方法，其特征在于，其步骤如下：步骤一：根据配电网中自动化开关与因果设备的关系建立因果设备关联信息，根据因果设备关联信息采用加法运算建立开关函数的代数关系模型，依据数学误差测度理论建立开关函数与报警信息间的逼近关系模型；步骤二、将步骤一中逼近关系模型中所有配电网故障二次逼近函数叠加得到配电网故障定位优化方法的目标函数，构建配电网故障定位的非线性整数规划模型；步骤三、在非线性整数规划模型的目标函数中增加容错因子获得基于容错因子的配电网故障定位目标函数，量化容错因子的值，根据量化后的容错因子建立配电网故障定位的容错因子模型，基于数学集合表示方法将配电网故障定位的容错因子模型转化为连续域内配电网故障定位容错因子模型；步骤四、在连续域内配电网故障定位容错因子模型中引入正的松弛因子得到可行域连续的二次凸优化问题，基于空间伸缩因子并采用非线性规划方法求解可行域连续的二次凸优化问题得到配电网故障定位容错因子模型的最优馈线状态值，从而辨识出馈线发生故障的区段。

【技术特征摘要】
1.一种基于松弛优化的配电网故障区间高容错性故障定位方法，其特征在于，其步骤如下：步骤一：根据配电网中自动化开关与因果设备的关系建立因果设备关联信息，根据因果设备关联信息采用加法运算建立开关函数的代数关系模型，依据数学误差测度理论建立开关函数与报警信息间的逼近关系模型；步骤二、将步骤一中逼近关系模型中所有配电网故障二次逼近函数叠加得到配电网故障定位优化方法的目标函数，构建配电网故障定位的非线性整数规划模型；步骤三、在非线性整数规划模型的目标函数中增加容错因子获得基于容错因子的配电网故障定位目标函数，量化容错因子的值，根据量化后的容错因子建立配电网故障定位的容错因子模型，基于数学集合表示方法将配电网故障定位的容错因子模型转化为连续域内配电网故障定位容错因子模型；步骤四、在连续域内配电网故障定位容错因子模型中引入正的松弛因子得到可行域连续的二次凸优化问题，基于空间伸缩因子并采用非线性规划方法求解可行域连续的二次凸优化问题得到配电网故障定位容错因子模型的最优馈线状态值，从而辨识出馈线发生故障的区段。2.根据权利要求1所述的基于松弛优化的配电网故障区间高容错性故障定位方法，其特征在于，所述步骤一中开关函数与报警信息间的逼近关系模型为：S11：根据配电网的拓扑结构和功率流流动方向，推断出每个自动化开关的因果设备，并通过表示馈线B紧邻馈线A且功率流由A流向B，从而建立因果设备关联信息；S12：建立馈线故障状态集X＝[x(1)x(2)x(3)…x(n)]，其中，x(1)～x(n)分别为馈线1～n的馈线状态信息；x(k)＝0表示馈线状态为运行故障；x(k)＝1表示馈线状态为运行正常；k＝1,2,3…,n，n为馈线的总数；S13：依据因果设备关联信息，采用加法运算进行开关函数建模，得到开关函数代数描述的数学解析模型I1(X),…,Ii(X),…,IN(X)，其中，i＝1,2,3…,N，Ii(X)为自动化开关设备i的开关函数，N为配电网自动化开关设备总数；S14：依据数学误差测度理论，采用开关函数值和故障报警信息间差值的平方衡量其逼近程度：采用I*＝[I1…Ii…IN]表示电流报警信息集，I1～IN分别为自动化开关S1～SN耦合的监控设备上传的报警信息，且Ii＝0表示控制主站没有接收到报警信息，Ii＝1表示控制主站接收到报警信息；S15：以馈线发生单一故障或多重故障为前提，开关函数与报警信息间二次逼近关系模型为：其中，Bi(X)表示自动化开关设备i的开关函数与报警信息的逼近关系。3.根据权利要求2所述的基于松弛优化的配电网故障区间高容错性故障定位方法，其特征在于，所述步骤二中构建配电网故障定位的非线性整数规划模型的方法为：当辨识出馈线故障区段时，期望所有开关函数I1(X)～IN(X)确定的假定故障过电流信息应和故障报警信息间的最小，采用总体偏差最小化进行衡量：依据统计学中整体偏差的度量方法，采用开关函数值和故障报警信息间残差平方和最小化衡量整体逼近程度，将所有配电网故障二次逼近函数叠加得到配电网故障定位优化方法的目标函数f(X)，加上馈线状态的0/1取值限制，构成了配电网故障定位的非线性整数规划模型为：4.根据权利要求1所述的基于松弛优化的配电网故障区间高容错性故障定位方法，其特征在于，所述步骤二中非线性整数规划模型从本质上并没做到开关函数Ii(X)与电流报警信息I*间的最佳逼近，从而导致优化结果中目标函数最优值所对应的馈线状态集并非唯一，即存在一值多解问题，而真正故障的馈线状态对应的目标函数值并非最小值，非线性整数规划模型具有不完备性；若性质相同，直接通过权重系数加权和法将多目标问题转化为单目标问题进行优化求解，通过改变权重系数大小，改变最优目标函数值...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭壮志，李小魁，薛鹏，陈涛，雷万忠，程辉，郭会平，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