基于代数关系描述和互补理论的配电网故障定位方法

文档序号:10568907阅读:344来源:国知局
基于代数关系描述和互补理论的配电网故障定位方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于代数关系描述和互补理论的配电网故障定位方法,其步骤如下:利用主站收集配电网各馈线开关的电流越限信息,定义其电流状态特征值,利用开关的电流状态特征值判定各馈线是否发生永久故障;根据馈线开关上传的电流状态特征值信息,对馈线故障区段进行定位;根据馈线故障区段定位结果,主站向故障馈线区段的自动化开关发送分闸命令,对馈线故障区段隔离。本发明采用代数关系建模和逼近关系理论,与矩阵法相比更易于考虑容错性,摆脱了基于逻辑关系建模最优化故障定位方法对群体智能算法的依赖,可应用常规非线性优化实现馈线故障区段的定位,具有好的数值稳定性,具有较高效的故障定位效率,适应于大规模配电网的在线故障定位。
【专利说明】
基于代数关系描述和互补理论的配电网故障定位方法
技术领域
[0001] 本发明涉及电力系统配电网自动化技术领域,更加具体地说,涉及一种基于代数 关系描述和互补理论的配电网故障定位方法,对配电网馈线区段的故障位置进行确定。
【背景技术】
[0002] 配电网故障定位作为配电网自动化的核心内容之一,其故障辨识的准确有效性直 接影响着配电网供电安全可靠性和对用户的供电质量。随着我国配电网改造工程的实施和 智能配电网的建设,在中低压配电网中,大量的自动化设备与监控终端如FTU、TTU、RTU等被 应用,利用其"四遥"功能,可实时动态获取配电网的状态运行信息。基于此,国内电力领域 提出了基于FTU等自动化终端的配电网故障定位新技术,因该类故障定位方法直接利用配 电网FTU等自动化终端采集的相关运行信息,故具有原理简单、实现便捷等优势,已被应用 于配电网自动化馈线区段故障定位领域。目前,基于FTU的配电网馈线故障辨识方法主流有 统一矩阵法和基于群体智能算法的最优化法。
[0003] 统一矩阵法最早由我国著名电力专家刘健1999年提出,其原理为:首先基于配电 网拓扑结构构建网络描述矩阵,然后根据正常运行下馈线最大负荷进行FTU报警电流值的 整定,依据故障报警完备信息生成故障信息矩阵,最后利用矩阵相乘运算并通过规格化处 理得到故障判定矩阵进行故障区段辨识。至今,有关矩阵法围绕着如何提高故障定位效率、 模型适应性和容错性三方面开展研究,取得了丰硕成果。统一矩阵法具有数值稳定性强、故 障辨识效率高和实时性好的优势,但其在考虑配电网复杂多重故障时建模原理复杂,且缺 乏对FTU信息丢失或畸变时的适应性,容易出现错判和漏判。
[0004] 基于群体智能算法的最优化法,1995年文福栓等最早将其应用于输电网的故障定 位,2000年我国学者孙雅明等提出用于配电网故障定位的遗传算法,其故障定位原理为:首 先,基于逼近理论和最小故障诊断集概念,构建基于逻辑关系描述的故障定位离散优化数 学模型;然后,利用群体智能算法决策出最能解释所有自动化设备上传故障电流报警信息 的馈线短路故障区段。该类方法的后续研究焦点在于将新群体智能方法用于逻辑描述故障 定位模型的最优决策。与统一矩阵方法相比,基于群体智能算法的最优化法具有便于考虑 复杂多重故障、容错性好和通用性强等优势,但因采用逻辑关系描述存在以下缺陷:(1)故 障定位模型构建过程复杂;(2)故障辨识效率低,不适合大规模配电网在线应用;(3)只能采 用群体智能优化算法求解,故障定位过程具有强不确定性和数值不稳定性,间接增加故障 区段的错判或漏判率,导致故障停电范围的扩大。因此,提出基于FTU的具有高容错性的配 电网故障定位在线技术已经成为亟待解决的课题。

【发明内容】

[0005] 为了解决上述技术问题,本发明提供了一种基于代数关系描述和互补理论的配电 网故障定位方法,不仅具有高容错性、强适应性,且可避开群体智能优化算法的应用,具有 良好的数值计算稳定性和可靠性,适合于大规模配电网的在线故障定位。
[0006] 为了达到上述目的,本发明的技术方案是:一种基于代数关系描述和互补理论的 配电网故障定位方法,其步骤如下:
[0007] 步骤1:利用主站收集配电网各馈线开关的电流越限信息,若某一开关上传电流越 限信息,则定义该开关的电流状态特征值为1,反之,则定义该开关的电流状态特征值为0; 其次,利用开关的电流状态特征值判定各馈线是否发生永久故障,若为瞬时性故障,故障可 被自动消除,无需启动故障定位,若为永久性故障,执行步骤;
[0008] 步骤2:根据馈线开关上传的电流状态特征值信息,对馈线故障区段进行定位,若 某一馈线区段故障,则定义该区段故障状态特征值为1,反之,定义该馈线区段故障状态特 征值为0,完成馈线故障区段定位后执行步骤3;
[0009] 步骤3:根据步骤2完成的馈线故障区段定位结果,主站向故障馈线区段紧邻的自 动化开关发送分闸命令,实现馈线故障区段的隔离。
[0010] 进一步地,所述利用开关的电流状态特征值判定各馈线是否发生永久故障的方法 是:利用相邻两个采集周期的开关上传的电流越限信息进行判定,当首次采集出现故障状 态时的电流越限信息的特征值为1,且相邻第二次采集的电流越限信息的特征值为0时,可 判定出为瞬时性故障;若相邻两次采集的电流越限信息的特征值都为1,判定为永久性故 障。
[0011] 进一步地,所述对馈线故障区段进行定位的实现方法是:根据配电网的网络拓扑 与FTU位置,并依据电气信号流动特征,建立设备间的因果设备集;基于代数关系描述建立 电流越限信息的开关函数;基于故障诊断最小集和逼近关系理论建立配电网二次规划故障 定位模型;引入馈线状态互补约束条件,建立配电网故障定位的互补约束规划模型;基于常 规非线性最优化实现对馈线故障区段定位。
[0012] 进一步地,所述建立设备间的因果设备集的方法是:依据配电网网络拓扑连通性 和功率流的输送机制,若某一自动化开关K出现故障过电流和馈线区段i发生短路的故障直 接相关,则馈线区段i为自动化开关K的因果设备。
[0013] 进一步地,所述建立电流越限信息的开关函数是采用代数算子加法运算(+ )或减 法运算(_)实现。
[0014] 进一步地,所述建立配电网二次规划故障定位模型是采用开关函数与自动化开关 电流状态特征值间的残差平方和最小实现。
[0015] 进一步地,所述馈线状态互补约束条件为:增加辅助变量y,馈线故障状态特征值 为X,则x丄y = 0。
[0016]进一步地,所述配电网故障定位的互补约束规划模型为采用带扰动因子的互补函 数构建满足KKT极值条件的等价非线性规划模型。
[0017] 进一步地,所述常规非线性最优化求解:采用内点法实现。
[0018] 本发明有益效果:与现有技术相比,本发明采用代数关系建模和逼近关系理论,与 矩阵法相比更易于考虑容错性,同时,摆脱了传统基于逻辑关系建模最优化故障定位方法 对群体智能算法的依赖,可应用常规非线性优化实现馈线故障区段的定位,不仅具有好的 数值稳定性,且具有更加高效的故障定位效率,适应于大规模配电网的在线故障定位。
【附图说明】
[0019] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现 有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本 发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以 根据这些附图获得其他的附图。
[0020] 图1为本发明正常运行的实施例配电网线路图。
[0021] 图2为本繁忙故障运行的实施例配电网线路图。
[0022]图3为本发明公开的基于代数关系描述和互补理论的配电网故障定位方法的流程 图。
[0023 ] 其中,Si为变电站出线的断路器,S2、S3、......、S6和S7为馈线分段开关。
【具体实施方式】
[0024]下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完 整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于 本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他 实施例,都属于本发明保护的范围。
[0025]基于代数关系描述和互补理论的配电网故障定位方法进行故障定位,其步骤如 下:
[0026]步骤1:利用主站收集配电网各馈线开关的电流越限信息,若某一开关上传电流越 限信息,则定义该开关的电流状态特征值为1,反之,则定义该开关的电流状态特征值为〇 ; 利用开关的电流状态特征值判定馈线是否发生永久故障,若为瞬时性故障,故障被自动消 除,无需启动故障定位,若为永久性故障,执行步骤2。
[0027] 如图1所示,馈线区段1-7由变电站SUB供电,SA变电站SUB出线的断路器,S2_S7为 馈线的分段开关,长方块代表断路器,短方块代表负荷开关。图2为图1中配电网线路的馈线 区段5和馈线区段7发生故障时的配电线路图。
[0028] 利用开关的电流状态特征值判定各馈线是否发生永久故障的方法,即瞬时性故障 和永久性故障的判定方法是:利用相邻两个采集周期的开关上传的电流越限信息进行判 定,当首次采集出现故障状态时的电流越限信息的特征值为1,且相邻第二次采集的电流越 限信息的特征值为〇时,可判定出为瞬时故障,若相邻两次采集的电流越限信息的特征值都 为1,判定为永久故障。
[0029] 如图2所示的典型配电网线路,假设在馈线区段5和馈线区段7上发生双重相间短 路故障,主站开始首次采集各馈线开关的电流越限信息,假定馈线开关S 21传的电流越限 信息,由于某种原因发生误报,则首次主站收集到的电流越限信息为[1 0 1 1 1 1 1],其 中馈线开关的序号按照Si、S2、S3、......、S7的顺序排列。经过一个米集时间间隔,一般为15分 钟,主站第二次采集各馈线开关的电流越限信息,若此时采集的开关电流越限信息为[0 0 0 0 0 0 0],则判定为瞬时性故障,若采集的馈线开关上传的电流越限信息为[1 0 1 1 1 1 1],则判定为永久性故障,通过执行步骤2启动基于代数关系描述和互补理论的配电网故 障定位。
[0030] 步骤2:根据馈线开关上传的电流状态特征值,对馈线故障区段进行定位,若某一 馈线区段故障,则定义该区段故障状态特征值为1,反之,定义该馈线区段故障状态特征值 为0,完成馈线故障区段定位后执行步骤3。
[0031 ]其中,馈线故障区段定位的实现方法为:
[0032] a、建立因果关联设备集。当断路器Si的监控点有报警信息上传时,依据网络拓扑 连通性和功率流的输送机制可知,可能是馈线1~7发生短路故障引起,其为造成断路器Si 报警信息的因果设备。同理,可得到分段开关S2~S7的因果设备。建立的因果设备集如表1所 示:
[0033]表1自动化开关的因果设备集
[0035] b、基于代数关系描述建立电流越限信息的开关函数。开关函数优选采用代数算子 加法运算(+ )或减法运算(_)实现。若一分别表示自动化分段开关Si~S7的电流 越限信息的开关函数,x(l)~x(7)分别为馈线1~7的故障运行状态信息,则/ S|(%)~/.s_(Al: 的代数描述数学模型可表示为:
[0036] /s((X) -- .v( 1) + ,v(2) + ,v(3) + -f ,\ (5) + ,\ (6) + .y(7)
[0037] 八」(A'_) = .r(2) + x(3) + .v(4) + x(5)
[0038] /、(A") = .v(3)十.v(4) + .y(5}十.v(6) + .v(7)
[0039] /S|(^)-..v(4)-f.v(5)
[0040] /s,(X) = x{5)
[0041 ] /Vi (.Y) = .v(6) -f .v(7)
[0042] /、、(%') = .r(7)。
[0043] c、基于故障诊断最小集和逼近关系理论建立配电网二次规划故障定位模型。配电 网二次规划故障定位模型优化目标采用开关函数与自动化分段开关的电流状态特征值间 的残差平方和最小实现。依据上述开关函数,基于故障最小集理论即可建立描述因果设备 故障状态信息与自动化分段开关的电流越限信息4 -47间的关联信息的二次逼近关系函 数獅Si(X)为:
[0044] (A ) = [/、. -/、.(;0]2/.二 1,2,…,7
[0045] 以开关函数与自动化分段开关的电流状态特征值间的残差平方和最小,并考虑馈 线运行状态特征值的0-1状态限制,实施例的配电网二次规划故障定位模型为:
[义=[.v(l),x(2),一,.v(7)],.v(/_) e .|0,1!.
[0047] d、引入馈线状态互补约束条件,建立配电网故障定位的互补约束规划模型,增加 馈线故障状态X(i)的辅助变量K(i),利用x(i)取值只能为0-1的特点构建线性等式约束条 件且保证只有当x(i)和K(i)取值为0或1时等式成立,实施例中基于代数关系和互补理论的 配电网故障定位模型为: min人7>'(.\,)
[0048] , X + K = i,X X = [,v( 1), .v(2), ? ? , .v(7)], r = [/l-( 1), r(2), ? ? , r( 7)] X,k>0
[0049] e、引入馈线状态互补约束条件,建立配电网故障定位的互补约束规划模型。配电 网故障定位的互补约束规划模型采用非线性最优化求解,首先采用带扰动因子的互补函数 构建满足KKT极值条件的等价非线性规划模型,然后采用常规非线性规划求解,优选内点法 实现。
[0050]引入扰动因子的Fischer-Bumeister辅助函数=功')+.??- 士⑴2 -1 A-(i): + 2冰)2 , 实施例中基于连续空间的带扰动因子的互补函数构建满足KKT极致条件的等价非线性规划 模型为:
[0052]非线性规划模型中,e(i)为馈线i的扰动因子,为非负值为扰动因子偏差评 价函数。
[0053]然后,直接利用内点法进行故障定位,¥?、行1〇、?1^分别表示预设故障位置、目标 函数值、最大约束违背量和定位出的故障位置,其故障定位结果如表2所示,可定位出馈线 区段5和馈线区段7发生故障。
[0054]表2故障定位结果
[0056]因此,如步骤1所假定的双重故障,应用故障区段定位得到馈线故障定位结果为:
[0000101]。
[0057]步骤3:根据步骤2完成的馈线故障区段的定位结果,主站向故障馈线区段紧邻自 动化开关即馈线区段5和馈线区段7两端的自动化开关发送分闸命令,实现馈线故障区段的 隔离。
[0058]以上所述,仅为本发明较佳的【具体实施方式】,但本发明的保护范围并不局限于此, 任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内,可轻易想到的变化或替换, 都应涵盖在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1. 一种基于代数关系描述和互补理论的配电网故障定位方法,其特征在于,其步骤如 下: 步骤1:利用主站收集配电网各馈线开关的电流越限信息,若某一开关上传电流越限信 息,则定义该开关的电流状态特征值为1,反之,则定义该开关的电流状态特征值为0;其次, 利用开关的电流状态特征值判定各馈线是否发生永久故障,若为瞬时性故障,故障可被自 动消除,无需启动故障定位程序,若为永久性故障,执行步骤2; 步骤2:根据馈线开关上传的电流状态特征值信息,对馈线故障区段进行定位,若某一 馈线区段故障,则定义该区段故障状态特征值为1,反之,定义该馈线区段故障状态特征值 为〇,完成馈线故障区段定位后执行步骤3; 步骤3:根据步骤2完成的馈线故障区段定位结果,主站向故障馈线区段紧邻的自动化 开关发送分闸命令,实现馈线故障区段的隔离。2. 根据权利要求1所述的基于代数关系描述和互补理论的配电网故障定位方法,其特 征在于,所述利用开关的电流状态特征值判定各馈线是否发生永久故障的方法是:利用相 邻两个采集周期的开关上传的电流越限信息进行判定,当首次采集出现故障状态时的电流 越限信息的特征值为1,且相邻第二次采集的电流越限信息的特征值为〇时,可判定出为瞬 时性故障;若相邻两次采集的电流越限信息的特征值都为1,判定为永久性故障。3. 根据权利要求1所述的基于代数关系描述和互补理论的配电网故障定位方法,其特 征在于,所述对馈线故障区段进行定位的实现方法是:根据配电网的网络拓扑与FTU位置, 并依据电气信号流动特征,建立设备间的因果设备集;基于代数关系描述建立电流越限信 息的开关函数;基于故障诊断最小集和逼近关系理论建立配电网二次规划故障定位模型; 引入馈线状态互补约束条件,建立配电网故障定位的互补约束规划模型;基于常规非线性 最优化实现对馈线故障区段定位。4. 根据权利要求3所述的基于代数关系描述和互补理论的配电网故障定位方法,其特 征在于,所述建立设备间的因果设备集的方法是:依据配电网网络拓扑连通性和功率流的 输送机制,若某一自动化开关出现故障过电流和馈线区段i发生短路的故障直接相关,则 馈线区段i为自动化开关崩勺因果设备。5. 根据权利要求3所述的基于代数关系描述和互补理论的配电网故障定位方法,其特 征在于,所述建立电流越限信息的开关函数是采用代数算子加法运算(+)或减法运算(-)实 现。6. 根据权利要求3所述的基于代数关系描述和互补理论的配电网故障定位方法,其特 征在于,所述建立配电网二次规划故障定位模型是采用开关函数与自动化开关电流状态特 征值间的残差平方和最小实现。7. 根据权利要求3所述的基于代数关系描述和互补理论的配电网故障定位方法,其特 征在于,所述馈线状态互补约束条件为:增加辅助变量/,馈线故障状态特征值为I则 X 丄)' =0 〇8. 根据权利要求3所述的基于代数关系描述和互补理论的配电网故障定位方法,其特 征在于,所述配电网故障定位的互补约束规划模型为采用带扰动因子的互补函数构建满足 KKT极致条件的等价非线性规划模型。9. 根据权利要求8所述的基于代数关系描述和互补理论的配电网故障定位方法,其特 征在于,所述常规非线性最优化求解:采用内点法实现。
【文档编号】G01R31/08GK105929306SQ201610324035
【公开日】2016年9月7日
【申请日】2016年5月16日
【发明人】郭壮志, 张秋慧, 陈涛, 薛鹏, 詹自熬, 徐其兴, 肖海红
【申请人】河南工程学院
网友询问留言 已有0条留言
  • 还没有人留言评论。精彩留言会获得点赞!
1