一种基于信息熵的分布式电源孤岛检测方法技术

本发明专利技术涉及电力设备检测技术，具体涉及一种基于信息熵的分布式电源孤岛检测方法，该方法通过实时数字仿真系统对包含需要孤岛检测的分布式电源的配电系统进行建模，不同情况下多次仿真得到瞬时有功功率数据集；将数据集拆分为训练集与测试集，以40毫秒和60毫秒为数据长度分别训练两个支持向量机；训练完成后以行波进入检测窗格的时间为基础得到两个支持向量机分类准确率的概率密度曲线；拟合概率密度曲线并分别得到两个支持向量机的信息熵；比较信息熵获得最终孤岛检测结果。该方法对微电网中的分布式电源进行就地孤岛检测，保障了微电网正常稳定运行。提高了分布式电源孤岛检测的准确率，且分类精度高，检测时间短，可信度强。可信度强。可信度强。

【技术实现步骤摘要】
一种基于信息熵的分布式电源孤岛检测方法


[0001]本专利技术属于电力设备检测
，特别涉及一种基于信息熵的分布式电源孤岛检测方法。

技术介绍

[0002]分布式能源的不断发展带来配电系统微电网运行模式，其中，对于非计划性孤岛运行，分布式电源快速、准确地识别孤岛运行状态并退出供电是保障电网设备及人身安全的必要条件。快速可靠、先进有效的分布式电源孤岛检测方法有助于实现微电网稳定可靠运行及高效管理，提高整体微电网安全稳定性，及时消除由于非计划性孤岛对电网运行和人身设备等产生的安全威胁。
[0003]现有的分布式电源孤岛检测方法主要有主动法及被动法。主动法由于注入信号会导致电能质量恶化，以及工程实现上依托电力电子设备，不适用于所有类型的分布式电源，而被动法通过比较电气量信号和阈值大小进行检测，整体存在非所有分布式电源适用、不可检测区域大、误检、漏检、检测效率低等缺点。

技术实现思路

[0004]针对
技术介绍
存在的问题，本专利技术提供一种基于信息熵的分布式电源孤岛检测方法。
[0005]为解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案：一种基于信息熵的分布式电源孤岛检测方法，包括以下步骤：
[0006]步骤1、利用实时数字仿真系统对包含需要检测的分布式电源进行建模，通过不同的孤岛及非孤岛条件进行n次仿真并取监测点瞬时有功功率，得到分布式发电孤岛检测数据集；
[0007]步骤2、将分布式发电孤岛检测数据集拆分为训练集和测试集，在训练集中以采样时间40毫秒和采样时间60毫秒为数据长度、选择高斯核函数分别训练第一支持向量机和第二支持向量机；
[0008]步骤3、分别以不同的行波进入时间得到第一支持向量机和第二支持向量机的分类准确率的概率密度函数；
[0009]步骤4、采用多项式拟合概率密度函数曲线，求得第一支持向量机和第二支持向量机的信息熵，比较信息熵取小者得到孤岛检测结果。
[0010]在上述基于信息熵的分布式电源孤岛检测方法中，步骤1的实现包括以下步骤：
[0011]步骤1.1、监测点瞬时有功功率通过孤岛检测点采样电压u
a
,u
b
,u
c
和电流i
a
,i
b
,i
c
计算得到；计算的Clark变换过程如下：
[0012][0013][0014][0015]p
km
＝u
αkm
i
αkm
+u
βkm
i
βkm
[0016]其中，k∈[1,n]，m∈[1,L]，L表示仿真总时长，n表示仿真总次数，p
km
表示第k次仿真第m毫秒的瞬时有功功率，u
akm
,u
bkm
,u
ckm
分别表示第k次仿真第m毫秒的A相电压、B相电压、C相电压，i
akm
,i
bkm
,i
ckm
分别表示第k次仿真第m毫秒的A相电流、B相电流、C相电流，u
αkm
,u
βkm
分别表示经过Clark变换后的α相电压、β相电压，i
αkm
,i
βkm
分别表示经过Clark变换后的α相电流、β相电流；
[0017]步骤1.2、不同的孤岛及非孤岛条件进行n次仿真分以下情况进行：
[0018]I.孤岛运行：
[0019]1)有功功率不匹配：
[0020][0021]其中，ΔP表示有功功率缺额，P
DG
表示分布式发电有功功率输出；
[0022]2)无功功率不匹配：
[0023][0024]其中，ΔQ表示无功功率缺额，Q
DG
表示分布式发电无功功率输出；
[0025]II.非孤岛运行：
[0026]1)正常运行；
[0027]2)故障：包含单相接地故障、相间故障、两相接地故障、三相故障、三相接地故障；故障过程中：
[0028]R
f
＝1～50Ω
[0029]其中，R
f
表示故障过渡电阻；
[0030]3)负荷切换：运行过程中线路负载投切；
[0031]4)电容投切：运行过程中电容投切；
[0032]步骤1.3、分布式发电孤岛检测数据集来自于需要孤岛检测的分布式发电输出侧，第一支持向量机和第二支持向量机的仿真一致，时间窗口长度不同；
[0033]分布式发电孤岛检测数据集表示为：
[0034][0035]其中，Γ表示通过仿真得到的瞬时有功功率数据集，用于第一支持向量机，检测窗口时长为两个周波40ms，每个向量共20个数据点，a
m_i
表示第m毫秒第i种情况下的监测点瞬时有功功率值，i∈[1,l]，l表示仿真情况的总数；
[0036][0037]其中，Ψ表示通过仿真得到的瞬时有功功率数据集，用于第二支持向量机，检测窗口时长为三个周波60ms，每个向量共30个数据点，a
m_i
代表第m毫秒第i种情况下的监测点瞬时有功功率值，i∈[1,l]，l表示仿真情况的总数。
[0038]在上述基于信息熵的分布式电源孤岛检测方法中，步骤2的实现包括以下步骤：
[0039]步骤2.1、高斯核函数属于径向基函数，即：
[0040]K(x
i
,x
j
)＝exp(
‑
γ||x
i
‑
x
j
||2)
[0041]其中i,j∈[1,n]，x
i
,x
j
表示特征向量，K(x
i
,x
j
)表示核函数，γ∈(0,+∞)是支持向量机的核函数参数；
[0042]步骤2.2、第一支持向量机和第二支持向量机的训练过程如下：
[0043]求解分隔超平面的权重与偏置，寻求最大间隔，引入拉格朗日乘子表示为如下对偶问题：
[0044][0045]其中，ω表示超平面权重向量，b表示超平面偏置，y
i
∈{
‑
1,1}表示对应孤岛检测的人工标定结果，
‑
1表示非孤岛，1表示孤岛，引入拉格朗日乘子ξ
i
，可用偏微分求解极值问题，过程如下：
[0046][0047][0048]最终支持向量机求解结果如下：
[0049][0050]其中，ω表示超平面权重向量，b表示超平面偏置，i,j∈[1,n]，x
i
,x
j
表示特征向量，y
i
,y
j
∈{
‑
1,1}表示对应孤岛检测的人工标定结果，
‑
1表示非孤岛，1表示孤岛，ξ
i
,ξ
j...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于信息熵的分布式电源孤岛检测方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1、利用实时数字仿真系统对包含需要检测的分布式电源进行建模，通过不同的孤岛及非孤岛条件进行n次仿真并取监测点瞬时有功功率，得到分布式发电孤岛检测数据集；步骤2、将分布式发电孤岛检测数据集拆分为训练集和测试集，在训练集中以采样时间40毫秒和采样时间60毫秒为数据长度、选择高斯核函数分别训练第一支持向量机和第二支持向量机；步骤3、分别以不同的行波进入时间得到第一支持向量机和第二支持向量机的分类准确率的概率密度函数；步骤4、采用多项式拟合概率密度函数曲线，求得第一支持向量机和第二支持向量机的信息熵，比较信息熵取小者得到孤岛检测结果。2.根据权利要求1所述基于信息熵的分布式电源孤岛检测方法，其特征在于：步骤1的实现包括以下步骤：步骤1.1、监测点瞬时有功功率通过孤岛检测点采样电压u
a
,u
b
,u
c
和电流i
a
,i
b
,i
c
计算得到；计算的Clark变换过程如下：得到；计算的Clark变换过程如下：得到；计算的Clark变换过程如下：p
km
＝u
αkm
i
αkm
+u
βkm
i
βkm
其中，k∈[1,n]，m∈[1,L]，L表示仿真总时长，n表示仿真总次数，p
km
表示第k次仿真第m毫秒的瞬时有功功率，u
akm
,u
bkm
,u
ckm
分别表示第k次仿真第m毫秒的A相电压、B相电压、C相电压，i
akm
,i
bkm
,i
ckm
分别表示第k次仿真第m毫秒的A相电流、B相电流、C相电流，u
αkm
,u
βkm
分别表示经过Clark变换后的α相电压、β相电压，i
αkm
,i
βkm
分别表示经过Clark变换后的α相电流、β相电流；步骤1.2、不同的孤岛及非孤岛条件进行n次仿真分以下情况进行：I.孤岛运行：1)有功功率不匹配：其中，ΔP表示有功功率缺额，P
DG
表示分布式发电有功功率输出；2)无功功率不匹配：
其中，ΔQ表示无功功率缺额，Q
DG
表示分布式发电无功功率输出；II.非孤岛运行：1)正常运行；2)故障：包含单相接地故障、相间故障、两相接地故障、三相故障、三相接地故障；故障过程中：R
f
＝1～50Ω其中，R
f
表示故障过渡电阻；3)负荷切换：运行过程中线路负载投切；4)电容投切：运行过程中电容投切；步骤1.3、分布式发电孤岛检测数据集来自于需要孤岛检测的分布式发电输出侧，第一支持向量机和第二支持向量机的仿真一致，时间窗口长度不同；分布式发电孤岛检测数据集表示为：其中，Γ表示通过仿真得到的瞬时有功功率数据集，用于第一支持向量机，检测窗口时长为两个周波40ms，每个向量共20个数据点，a
m_i
表示第m毫秒第i种情况下的监测点瞬时有功功率值，i∈[1,l]，l表示仿真情况的总数；其中，Ψ表示通过仿真得到的瞬时有功功率数...

【专利技术属性】
技术研发人员：尚磊，董旭柱，谌立坤，韩春伊，王波，刘承锡，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：