一种含分布式电源的低压配电网拓扑识别方法与流程

本发明属于低压配电网拓扑识别，涉及一种低压配电网拓扑识别方法，尤其是一种含分布式电源的低压配电网拓扑识别方法。

背景技术：

1、当今的电力系统正面临着许多挑战，包括可再生能源的普及、用电负荷的不断增加和能源供给的不稳定性。

2、为了应对这些挑战，分布式电源(distributed energy resources，der)被广泛应用于现代化电力系统中，其中包括太阳能光伏、风能发电和储能系统等。与此同时，低压配电网(lowvoltage distribution network，lvdn)也成为电力系统中越来越重要的组成部分，它将der连接到了消费者侧，使消费者能够更加方便地使用der提供的电力。

3、然而，在lvdn中，der的数量和种类不断增加，这使得识别lvdn拓扑结构变得非常重要。lvdn的拓扑结构决定了der的接入方式和运行方式，因此，准确识别lvdn拓扑结构可以帮助优化系统配置，提高系统效率和可靠性。

4、目前，传统的含分布式电源的lvdn的拓扑识别方法往往是基于电力线载波通讯拓扑或潮流匹配实现，但是这些方法存在着一些局限性。主要包括以下几个方面：

5、(1)多个供电路径：在某些情况下，一个台区可能存在多个供电路径，这使得确定主要供电路径和备用路径变得复杂。这可能导致基于电力线载波的通讯拓扑存在误辨或漏辨可能，基于潮流匹配的识别算法在决定供电路径时也产生困难。

6、(2)电流方向不明确：在传统的电力系统中，电流是从高电压流向低电压，但在分布式能源系统中，电流方向可能更加复杂，例如由于电池储能系统的放电行为。这可能导致传统电流方向的假设不再成立。

7、(3)随机性和动态性：能源消耗和供给的随机性以及设备的动态行为可能导致台区拓扑随时间变化。这需要识别算法能够适应系统状态的变化。

8、因此，本发明提出了一种基于分布式电源的低压配电网拓扑识别方法，能够克服上述缺陷和不足。

9、经检索，未发现与本发明相同或相似的现有技术中的文献。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有技术的不足，提出一种含分布式电源的低压配电网拓扑识别方法，通过使用电流阶跃特征量进行拓扑识别，不需要对配电网进行大规模改造，可适用于已有的低压配电网，且识别精度高、计算量小。

2、本发明解决其现实问题是采取以下技术方案实现的：

3、一种含分布式电源的低压配电网拓扑识别方法，包括以下步骤：

4、步骤1、在低压配电网的首节点和末节点进行数据监测，采集并计算电流阶跃特征量，获取电流阶跃特征量矩阵；

5、步骤2、基于步骤1的末端节点已形成的电流阶跃特征量矩阵，分析电流方向，判断负荷或电源接入节点的类型；

6、步骤3、基于步骤2所确定的节点类型，根据有源节点户变关系识别方法，完成光伏和储能节点的户变关系识别。

7、步骤4、基于步骤2所确定的节点类型，完成负荷节点的户变关系识别。

8、而且，所述步骤1的在低压配电网的首节点和末节点进行数据监测的具体方法为：通过设置传感器，采集低压配电网首末节点的电压和电流量数据；

9、所述首节点指变压器低压侧，末节点指光伏接入侧、负荷接入侧和电源接入侧。

10、而且，所述步骤1的采集并计算电流阶跃特征量，获取电流阶跃特征量矩阵的具体方法为：

11、通过对采集的电流电压进行处理，计算获取电流阶跃特征量矩阵；

12、所述电流阶跃特征量矩阵每个行对应17个列，包括时间、电流量阶跃量、1～15次谐波量阶跃量17个维度，电流流入末端节点为正，电流流出末端节点为负，电流从高压侧流入首端节点为负，电流从首端节点流入高压侧为正；该电流阶跃特征量矩阵的行数对应一条形成电流阶跃的时间断面，每次电流量阶跃均形成一条行向量；

13、而且，所述步骤2的具体方法为：

14、通过分析步骤1生成的电流阶跃特征量矩阵的电流方向，结合光伏是流向电网侧，负荷是流向负荷侧，储能是双向流动的原理，判断负荷或电源接入节点的类型为光伏节点、储能节点或负荷节点；

15、其具体判断原则为：

16、(1)矩阵的第二列所有数据项，80％以上占比为负，则该节点为光伏系统；

17、(2)矩阵的第二列所有数据项，99％以上占比为正，则该节点为负荷系统；

18、(3)矩阵的第二列所有数据项，为正的数据占比大于40％小于60％，则该节点为储能系统

19、(4)如不满足以上三条，则为待确定。

20、在本实施例中，以上数据项可以根据实际情况进行修正。

21、而且，所述步骤3的具体方法为：

22、将光伏或储能节点的电流阶跃特征量矩阵作为末端矩阵，将参与评估的所有变压器侧电流阶跃特征量矩阵作为参考矩阵，把末端矩阵和参考矩阵进行差异度计算，选择差异度最小的变压器作为光伏或储能节点所属的变压器。

23、而且，所述步骤4的具体方法为：

24、首先，将参与识别的所有台区内光伏节点、储能节点和变压器侧的三个电流阶跃特征量矩阵进行整合处理，得到一个新的电流阶跃特征量矩阵作为对应台区的参考矩阵；然后，将负荷节点的电流阶跃特征量矩阵与所有台区的参考矩阵进行差异度计算，将差异度最小的变压器作为负荷所述的变压器。

25、而且，所述步骤4的将参与识别的所有台区内光伏节点、储能节点和变压器侧的三个电流阶跃特征量矩阵整合处理，得到一个新的电流阶跃特征量矩阵作为对应台区的参考矩阵的具体步骤包括：

26、(1)台区内光伏节点、储能节点和变压器侧的三个电流阶跃特征量矩阵中，如任何一个矩阵的第一列任一值，与其他矩阵第一列所有原色差额均大于15分钟，则值对应整行划入新的参考矩阵，如任何一个矩阵的第一列任一值与其他矩阵第一列的有一值差额小于等于15分钟，则整行除第一各元素，其他元素求和，第一个元素求平均值：

27、如光伏节点的矩阵为

28、储能节点矩阵为

29、变压器节点矩阵为

30、矩阵a的13:02,矩阵b的13:12以及矩阵c的13:04对应的时间小于15分钟，则该三行数据除第一个元素外求和，时间列求平均得到13:06。

31、矩阵a的14:00和矩阵b的14:02对应的时间小于15分钟，则该两行数据除第一个元素外求和，时间列求平均得到14:01。

32、(2)其他行直接并入新的参考矩阵，最终得到新的参考矩阵为：

33、

34、而且，为完成步骤3和步骤4的光伏、储能节点和负荷节点的户变关系识别，差异度计算方法如下：

35、(1)设负荷节点的电流阶跃特征量矩阵为a＝[a1,a2,a3,...,an]，参考矩阵为b＝[b1,b2,b3,...,bn]，其中n表示矩阵的长度；a1～an,以及b1～bn均为m维列向量；

36、(2)分析a1与b1列向量对应量差额小于10分钟的对应的行编号，假设得到w行元素，重新形成a’＝[a1’,a2’,a3’,...,an’]与b’＝[b1’,b2’,b3’,...,bn’]两个对应的w*n维矩阵；

37、(3)差异度dis通过以下公式计算：

38、dis＝∑sqrt(((a2’+b2’)^2+(a3’+b3’)^2+...+(an’+bn’)^2)/x

39、其中，^2表示平方运算，sqrt表示开方运算,∑代表对求得到的所有行求和。

40、本发明的优点和有益效果：

41、1、本发明提出一种含分布式电源的低压配电网拓扑识别方法，首先，在低压配电网的首末节点(变压器侧和负荷或电源接入侧)进行数据监测，采集并计算电流阶跃特征量。然后，通过电流方向分析，结合光伏是流向电网侧，负荷是流向负荷侧，储能是双向流动的原理，识别负荷或电源接入节点的类型。接下来，根据光伏或储能节点的电流阶跃特征量矩阵与参与评估的所有变压器侧电流阶跃特征量矩阵进行匹配差异度，差异度最小的即为光伏和储能节点所属的变压器。最后，将参与识别的所有台区内光伏节点、储能节点和变压器侧的三个电流阶跃特征量矩阵整合处理，负荷节点的电流阶跃特征量矩阵与整合后的电流阶跃特征量矩阵进行差异度比较，差异度最小的即为负荷节点所属变压器。本发明的优点在于使用电流阶跃特征量进行拓扑识别，不需要对配电网进行大规模改造，可适用于已有的低压配电网，且识别精度高、计算量小。

42、2、本发明能够提高配电网拓扑识别的准确性：该方法通过采集和分析低压配电网首末节点的电压和电流数据，结合电流阶跃特征量的计算和节点类型识别，能够准确确定节点的类型和归属，从而实现对配电网拓扑的精确识别。相比传统的拓扑识别方法，该方法考虑了分布式电源的影响，能够更准确地反映实际网络结构。解决

43、3、本发明能够提高识别效率和自动化程度：该方法采用了自动化的数据采集和处理技术，可以快速获取节点的电流阶跃特征量，并利用电流方向和差异度计算等算法进行节点类型和归属的识别。相比传统的识别方法，该方法能应对电流方向不明确、多个供电路径等难题，能够大大提高识别的效率和准确性，减少人为因素的干扰。

44、4、本发明适用性广泛：该方法适用于含分布式电源的低压配电网拓扑识别，可以应用于不同规模和复杂度的配电网系统。无论是小型的城市配电网还是大型的工业配电网，都可以利用该方法进行拓扑识别，实现对分布式电源的准确管理和优化运行。

45、5、本发明能够促进分布式电源的集成和应用：该方法可以帮助系统操作员更好地理解和掌握低压配电网中分布式电源的分布和影响，为分布式电源的集成和应用提供支持。通过准确识别分布式电源节点和其所属的变压器，可以更好地进行分布式电源的规划、优化调度和故障管理，促进可再生能源的接入和利用。综上所述，该含分布式电源低压配电网拓扑识别方法的专利具有提高拓扑识别准确性、提高识别效率和自动化程度，适用性广泛以及促进分布式电源集成和应用等有益效果。