一种配电网故障动态规划定位方法技术

本发明专利技术提供了一种配电网故障动态规划定位方法，采用因果分析建立自动化设备监控信息和馈线状态间的关联关系模型，构建配电网故障定位数学模型；结合容斥原理对组合优化问题进行状态简化；通过评价函数计算和非故障区间搜索，进行故障定位。本发明专利技术解决了配电网故障定位空间复杂的问题，结合容斥原理对组合优化问题进行状态简化，降低子问题之间的重叠，减少重复计算，提高计算速度。

A method of fault dynamic planning and location in distribution network

【技术实现步骤摘要】
一种配电网故障动态规划定位方法
本专利技术涉及电力系统
，更具体的说是涉及一种配电网故障动态规划定位方法。
技术介绍
随着人民生活水平的不断提升，用户对供电质量和供电可靠性要求越来越高。一旦发生配电系统故障，快速精确的分析、定位和隔离故障对于最小化用户的供电中断、提高供电安全性和可靠性有极其重要的作用。配电网故障定位是配电自动化的重要功能之一。当配电网实际出现故障后，通过故障定位功能可快速找出故障发生的区域，为隔离故障和尽快恢复用户供电提供有效指导，对提高供电可靠性具有重要意义。配电网故障定位一般包括故障告警、故障相关性分析和故障精确定位3个步骤。同时,智能电网的不断发展，配电网中配备了馈线终端单元(FeederTerminalUnit,FTU)和数据采集与监视控制系统(SupervisoryControlAndDataAcquisition,SCADA)。配电网故障区段定位的主要方法就是利用馈线终端单元(FTU)上传到控制中心的故障信息对故障区段进行定位。由于配电网被各个分段开关分成不同的区段，并且在分段开关处加装了FTU，当FTU监测到电流大于整定值时，则认为电网出现了故障。FTU就会将故障信息上传给数据采集监控系统(SCADA)，然后通过对电网进行故障定位。但是，采用上述方法进行故障定位时，由于配电网故障定位空间十分复杂，导致故障信息组合中个别问题容易产生重叠交叉，组合优化过程中需要大量的重复计算，运算量很大，而且处理时间偏长。因此，如何对组合优化问题进行状态简化，降低子问题之间的重叠，减少重复计算，提高计算速度是我们亟待解决的问题。
技术实现思路
针对以上问题，本专利技术的目的在于提供一种配电网故障动态规划定位方法，以解决配电网故障定位空间复杂的问题，结合容斥原理对组合优化问题进行状态简化，降低子问题之间的重叠，减少重复计算，提高计算速度。本专利技术为实现上述目的，通过以下技术方案实现：一种配电网故障动态规划定位方法，包括如下步骤：步骤1：采用因果分析建立自动化设备监控信息和馈线状态间的关联关系模型，构建配电网故障定位数学模型；步骤2：结合容斥原理优化故障数据组合；步骤3：通过计算配电网各个节点的评价函数并进行非故障区间搜索，完成故障定位。进一步，所述步骤1包括：采用馈线支路的状态信息作为内生变量，建立FTU上传的故障电流越限信息与内生变量间的逼近关系模型；为所述逼近关系模型构建含绝对值的非线性规划模型并将其转化为配电网故障定位数学模型。进一步，所述步骤1具体为：建立所述逼近关系模型时，需要通过馈线支路的状态信息逼近FTU所采集到的自动化装置的电流越限信息，因此，以进线断路器、分段开关、联络开关为节点，以馈线支路状态信息作为内生变量，在编码时采取0-1编码方式，采用数字1表示馈线区段故障，数字0表示馈线区段正常；所述逼近关系模型为采用因果分析建立自动化设备监控信息和馈线状态间的关联关系模型，所述配电网为6节点单电源辐射状配电网，假定x(1)～x(6)分别为馈线1～6的运行状态信息，分别表示断路器和分段开关电流越限信息值，当有过电流时取值为1；若断路器S1的FTU采集到故障电流越限信息，依据图论连通性和电力系统潮流分布特征易知，电流越限信号可能是由馈线1～6发生短路故障引起的；因此，馈线1～6的设备状态信息与S1的FTU电流越限状态直接相关，即x(1)～x(6)是导致IS1值为1的直接原因，称馈线1～6是的因果设备；依据上述因果设备的状态关联信息，以单故障假设为前提，基于故障最小集理论即可建立描述因果设备状态信息与断路器和分段开关的电流越限信息间的关联信息逼近关系模型；X为馈线状态向量，为对应自动化设备的逼近函数；符号∨表示逻辑“或”，构建的逼近关系模型为：分析可得：上述开关模型能正确有效反映因果设备间的关联关系，但是并不满足故障诊断最小集理论。因此，将因为存在“多对一”的关系而产生误判。对其进行改进，虽然实现了“一对一”的状态逼近，但因基于逻辑值理论进行构建，使得模型构建复杂，且不能应用基于数值稳定性好的常规优化方法进行决策计算，因求解效率和数值不稳定原因存在，限制了在大规模配电网中的应用。依据以上公式，将模型中逻辑运算∨改为减法运算，可得出新的逼近关系模型为：式中，符号“-”除了直接表示代数相减运算外，还直接蕴含了因果关联设备的运行状态信息对上传报警信息耦合作用的并联叠加特性；由所建逼近关系模型和逻辑模型比较可以看出，模型不仅满足设备间的因果关联关系且避免了逻辑关系运算。X为馈线状态向量，当具有N个自动化装置时，含绝对值的配电网故障定位非逻辑关系模型可表示为：s.t.X＝[x(1),x(2),…,x(n)]x(i)＝0/1,X∈Rn式中：Sj0为配电网自动化设备Sj下游第一个因果关联馈线所在节点位置；为Sj因果关联设备数目；与辐射状配电网不同，环网开环运行配电网具有多个配电区域且不同区域间不存在电气联系，当多个区域同时发生故障时需进行多次定位。为避免上述情况发生，对其进行故障定位时，采用故障诊断最小集理论、配电区域的统一标号思想和独立配电区域划分，将配电网形成多个单电源辐射型配电网络，然后按照因果设备关联信息确定、逼近关系模型构建、目标函数和约束条件的线性规划模型转换3个步骤建立环网开环运行配电网的故障定位统一数学模型。馈线1～m属于独立配电区域1；馈线m+1～n属于独立配电区域2；根据理论分析和因果关联设备信息，建立的双电源环网开环运行配电网故障定位新数学模型为：x(i)＝0/1。进一步，所述步骤2结合容斥原理对组合优化问题进行状态简化。采用容斥原理在动态规划子问题划分过程中，降低子问题之间的重叠，减少重复计算，提高计算速度。为了降低空间复杂度，结合容斥原理对组合优化问题进行状态简化，使问题能够在多项式时间内完成，并且可以在O(2k)时间以及多项式空间解决，提高计算速度。采用的容斥原理具体为：指给定集合U且其中U叫全集，A1,…An叫做需求，则成立。进一步，所述步骤3中，采用动态规划进行非故障区间划分主要包括两个阶段：评价函数计算和最优非故障区间搜索，具体包括：步骤31：按照深度优先遍历顺序计算配电网各个节点的评价函数值；步骤32：利用各个节点的评价函数值,按照深度优先遍历的逆过程逐个判断各个节点是否会被选入到最优非故障区间。进一步，所述评价函数为：其中，Lk＝{0,1,…,k}为V的一个节点子集。是由这些节点生成的T的子树，是这个子树弧的集合。节点av是否被选入到供电恢复区域取决于下式是否成立：式中，其中，T(av)表示以节点av为根的子树，H为最大的节点数。进一步本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种配电网故障动态规划定位方法，其特征在于，包括如下步骤：/n步骤1：采用因果分析建立自动化设备监控信息和馈线状态间的关联关系模型，构建配电网故障定位数学模型；/n步骤2：结合容斥原理优化故障数据组合；/n步骤3：通过计算配电网各个节点的评价函数并进行非故障区间搜索，完成故障定位。/n

【技术特征摘要】
1.一种配电网故障动态规划定位方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1：采用因果分析建立自动化设备监控信息和馈线状态间的关联关系模型，构建配电网故障定位数学模型；
步骤2：结合容斥原理优化故障数据组合；
步骤3：通过计算配电网各个节点的评价函数并进行非故障区间搜索，完成故障定位。


2.根据权利要求1所述的配电网故障动态规划定位方法，其特征在于，所述步骤1包括：采用馈线支路的状态信息作为内生变量，建立FTU上传的故障电流越限信息与内生变量间的逼近关系模型；为所述逼近关系模型构建含绝对值的非线性规划模型并将其转化为配电网故障定位数学模型。


3.根据权利要求1所述的配电网故障动态规划定位方法，其特征在于，所述步骤1具体为：
建立所述逼近关系模型时，需要通过馈线支路的状态信息逼近FTU所采集到的自动化装置的电流越限信息，因此，以进线断路器、分段开关、联络开关为节点，以馈线支路状态信息作为内生变量，在编码时采取0-1编码方式，采用数字1表示馈线区段故障，数字0表示馈线区段正常；
所述逼近关系模型为采用因果分析建立自动化设备监控信息和馈线状态间的关联关系模型，所述配电网为6节点单电源辐射状配电网，假定x(1)～x(6)分别为馈线1～6的运行状态信息，分别表示断路器和分段开关电流越限信息值，当有过电流时取值为1；若断路器S1的FTU采集到故障电流越限信息，依据图论连通性和电力系统潮流分布特征易知，电流越限信号可能是由馈线1～6发生短路故障引起的；因此，馈线1～6的设备状态信息与S1的FTU电流越限状态直接相关，即x(1)～x(6)是导致IS1值为1的直接原因，称馈线1～6是的因果设备；
依据上述因果设备的状态关联信息，以单故障假设为前提，基于故障最小集理论即可建立描述因果设备状态信息与断路器和分段开关的电流越限信息间的关联信息逼近关系模型；X为馈线状态向量，为对应自动化设备的逼近函数；符号∨表示逻辑“或”，构建的逼近关系模型为：


















依据以上公式，将模型中逻辑运算∨改为减法运算，可得出新的逼近关系模型为：


















式中，符号“-”除了直接表示代数相减运算外，还直接蕴含了因果关联设备的运行状态信息对上传报警信息耦合作用的并联叠加特性；
X为馈线状态向量，当具有N个自动化装置时，含绝对值的配电网故障定位非逻辑关系模型可表示为：



s.t.X＝[x(1),x(2),…,x(n)]
x(i)＝0/1,X∈Rn
式中：Sj0为配电网自动化设备Sj下游第一个因果关联馈线所在节点位置；为Sj因果关联设备数目；
与辐射状配电网不同，环网开环运行配电网具有多个配电区域且不同区域间不存在电气联系，当多个区域同时发生故障时需进行多次定位。为避免上述情况发生，对其进行故障定位时，采用故障诊断最小集理论、配电区域的统一标号思想和独立配电区域划分，将配电网形成多个单电源辐射型配电网络，然后按照因果设备关联信息确定、逼近关系模型构建、目标函数和约束条件的线性规划模型转换3个步骤建立环网开...

【专利技术属性】
技术研发人员：张成龙，王效平，刘军，田兴华，王国维，董波，
申请(专利权)人：国网山东省电力公司寿光市供电公司，国网山东省电力公司潍坊供电公司，国家电网有限公司，
类型：发明
国别省市：山东;37