一種適用于智能配電網(wǎng)的電壓暫降源精確定位優(yōu)化方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種適用于智能配電網(wǎng)的電壓暫降源精確定位優(yōu)化方法。電壓暫降發(fā)生后，首先基于序功率增量方向原理確定暫降源的候選分布區(qū)域。然后，進行電壓暫降成因辨識，以針對性地指導定位。對于由短路故障引起的電壓暫降，在候選分布區(qū)域內(nèi)，依據(jù)反演思想，基于考慮逆變器接口的新能源接入影響的智能配電網(wǎng)短路電流計算方法，以故障位置、過渡電阻為優(yōu)化變量，以有限觀測點處故障電流、電壓的計算值與觀測值誤差最小為目標，建立尋找最鄰近母線和尋找準確故障位置的分步優(yōu)化模型并采用智能優(yōu)化算法求解，以提高定位精度、實現(xiàn)精確定位。通過上述流程的智能配電網(wǎng)電壓暫降源定位優(yōu)化，本發(fā)明可實現(xiàn)定位精度更高、計算量更小、適用性更好的目標。
【專利說明】
一種適用于智能配電網(wǎng)的電壓暫降源精確定位優(yōu)化方法
技術領域
[0001] 本發(fā)明涉及一種適用于智能配電網(wǎng)的電壓暫降源精確定位優(yōu)化方法。
【背景技術】
[0002] 隨著各類新能源發(fā)電裝置以及電力電子接口設備的廣泛接入，智能配電網(wǎng)表現(xiàn)出 潮流雙向、電能質(zhì)量復雜化等不同于傳統(tǒng)配電網(wǎng)的特點。目前，開展配電自動化和配網(wǎng)調(diào)控 一體化智能技術支持系統(tǒng)建設，全面提升電能質(zhì)量、提高供電可靠性，是配電智能化建設的 主要目標之一。作為最為關注的電能質(zhì)量問題之一，電壓暫降會嚴重影響配電網(wǎng)中各類設 備的正常工作、造成巨大的經(jīng)濟損失。
[0003] 準確的暫降源定位，一方面有助于快速排查問題，以提高供電可靠性；另一方面， 也可明確電壓暫降過程中供電企業(yè)和用戶的責任、分清源頭，更好地協(xié)調(diào)電力市場環(huán)境下 電力部門與用戶之間的糾紛。另外，隨著城市配電網(wǎng)建設，地下電纜化率的不斷提高，精確 的暫降源定位，對于方便故障排除過程中巡檢工作，縮短故障持續(xù)時間、降低故障影響，有 重要意義。
[0004] 近些年來，隨著PQ監(jiān)測系統(tǒng)的廣泛應用，基于該系統(tǒng)采集到的數(shù)據(jù)進行電壓暫降 分析得到廣泛關注。對于電壓暫降源定位問題，現(xiàn)有的基于擾動功率和擾動能量的方法，以 及基于等效阻抗實部法、實部電流法、距離繼電器法、以及系統(tǒng)軌跡斜率法，可通過判斷觀 測點的等效阻抗的實部的極性或者大小的變化來判斷暫降源相對于觀測點的上下游關系。 通過與配電自動化提供的網(wǎng)絡實時信息相結合，以上方法可進行暫降源大致區(qū)域的判斷， 但對于電氣故障類電壓暫降源，無法實現(xiàn)精確定位。
[0005] 目前，基于PQ監(jiān)測系統(tǒng)的數(shù)據(jù)和配電自動化提供的網(wǎng)絡實時信息，基于短路電流 計算，進行配電網(wǎng)電壓暫降源精確定位成為研究熱點之一。但現(xiàn)有方法存在不區(qū)分暫降源 類型，需遍歷所有母線、計算量大，僅適用于單電源輻射型配電網(wǎng)，過渡電阻估計存在偏差、 影響定位精度等不足。
[0006] 針對以上不足，基于PQ監(jiān)測系統(tǒng)的數(shù)據(jù)和配電自動化提供的網(wǎng)絡實時信息，本發(fā) 明創(chuàng)造性地提出一種適應于智能配電網(wǎng)的電壓暫降源精確定位策略。暫降發(fā)生后，首先基 于序功率增量方向原理判斷暫降源相對于各觀測點的上下游關系，以確定其候選分布區(qū) 域、縮小待搜索空間。然后，進行電壓暫降成因辨識，以針對性地指導定位。對于由短路故障 引起的電壓暫降，在候選分布區(qū)域內(nèi)，基于反演思想，以考慮了逆變器接口的分布式電源影 響的電網(wǎng)短路電流計算為基礎，以故障位置、過渡電阻為優(yōu)化變量，建立分步優(yōu)化模型并采 用智能優(yōu)化算法求解，以實現(xiàn)精確定位。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明是采用如下技術方案進行：
[0008] -種適用于智能配電網(wǎng)的電壓暫降源精確定位優(yōu)化方法，其特征在于，包括：
[0009] -個電氣故障類電壓暫降源初步定位的步驟:根據(jù)電壓暫降發(fā)生時刻待分析網(wǎng)絡 的實時拓撲信息、通過判斷暫降源相對于各觀測點的上下游關系、綜合分析得到暫降源候 選分布區(qū)域setl，然后在setl內(nèi)，建立初步定位反演優(yōu)化模型，并基于智能配電網(wǎng)短路電流 計算方法和智能優(yōu)化算法進行求解，以尋得最鄰近母線ne-bus，并得到與其相連的所有支 路所構成的集合set2;
[0010] -個電氣故障類電壓暫降源精確定位的步驟:在set2內(nèi)，建立精確定位反演優(yōu)化 模型、并求解，以精確定位電氣故障類暫降源位置。
[0011] 在上述的一種適用于智能配電網(wǎng)的電壓暫降源精確定位優(yōu)化方法，所述電氣故障 類電壓暫降源初步定位的步驟中，獲取setl并尋得最鄰近母線ne-bus的具體方法是：
[0012] 步驟1:電能質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)主站實時分析含時標的全部有限個觀測點安裝的電能 質(zhì)量監(jiān)測終端上傳的基波、諧波電壓、電流數(shù)據(jù)，一旦發(fā)生電壓暫降、首先確定電壓暫降發(fā) 生時刻，并向配電自動化主站上傳電壓暫降報警信息、以及全部有限個觀測點電壓暫降前 后基波三相電壓、電流波形數(shù)據(jù)；
[0013] 步驟2:配電自動化主站收到電壓暫降報警信息后，啟動電壓暫降源精確定位;首 先根據(jù)電壓暫降發(fā)生時刻信息，調(diào)集相應時刻的待分析網(wǎng)絡的實時拓撲和參數(shù)信息，基于 序功率增量方向原理判斷暫降源相對于各觀測點的上下游關系，綜合分析得到暫降源候選 分布區(qū)域setl;
[0014] 步驟3:配電自動化主站啟動電壓暫降成因辨識；
[0015] 步驟4:若辨識結果為非電氣故障類暫降源，則可根據(jù)具體暫降源類型確定其相應 的安裝位置集setO,進一步地，通過求setO與setl交集即可確定其位置；
[0016] 步驟5:在配電自動化主站上，若辨識結果為電氣故障類暫降源，首先基于暫降程 度最明顯觀測點暫降發(fā)生后三相基波電壓、電流信息判斷短路類型；
[0017] 步驟6:依托待分析網(wǎng)絡的實時電網(wǎng)結構參數(shù)信息和全部有限個觀測點電壓暫降 后基波三相電壓、電流數(shù)據(jù)，進行分步定位;首先，在set 1內(nèi)，建立初步定位反演優(yōu)化模型， 并基于智能配電網(wǎng)短路電流計算方法和智能優(yōu)化算法進行求解，以尋得最鄰近母線ne-bus ， 并得到與其相連的所有支路所構成的集合 set2。
[0018] 在上述的一種適用于智能配電網(wǎng)的電壓暫降源精確定位優(yōu)化方法所述的步驟2 中，基于序功率增量方向原理判斷暫降源候選分布區(qū)域setl的具體方法是基于定義：
[0019] 正序功率增量APe(1):
[0020]
[0021]
[0022]
[0023]
[0024]
[0025]
[0026]
[0027]式
別為電壓暫降前后觀測點基頻正序電壓、電流變化量；
分別為電壓暫降過程中和暫降發(fā)生前的基頻正序電壓、電流相 量;Θ⑴為Δ&超前于Δ?(1,的角度；Δ?}(2>、4/(2)分別為電壓暫降前后觀測點基頻負序電壓、 電流變化量
分別為電壓暫降過程中和暫降發(fā)生前的基頻負序電 壓、電流相量;Θ⑵為μ}(2)超前于δ/(2)的角度；
[0028]步驟2的方法具體包括：
[0029] 步驟2.1，進行如下判斷：
[0030] 判斷一:針對正序功率增量，進行以下方向判據(jù)：
[0031] a)若APe(1)>0,則暫降源位于上游；
[0032] b)若APe(1)<〇,則暫降源位于下游；
[0033]判斷二:針對負序功率增量，進行以下方向判據(jù)：
[0034] a)若APe(2)<〇,則暫降源位于上游；
[0035] b)若APe(2)>〇,則暫降源位于下游；
[0036] 步驟2.2,對于各個觀測點，基于步驟2.1的判斷結果能夠得到暫降源的上下游相 對位置關系，結合配電自動化給出的待分析網(wǎng)絡實時拓撲信息，綜合進行分析即可以得到 暫降源的候選分布區(qū)域setl。
[0037] 在上述的一種適用于智能配電網(wǎng)的電壓暫降源精確定位優(yōu)化方法所述的步驟3 中，進行電壓暫降源成因辨識的具體方法為：
[0038] 步驟3.1，分析全部有限個觀測點的電壓暫降前后基波電壓數(shù)據(jù)，確定暫降程度最 嚴重的觀測點；
[0039] 步驟3.2,根據(jù)暫降程度最嚴重觀測點的暫降期間基波電壓信息計算三相幅值不 平衡度α和暫降期間幅值恢復程度β;并基于如下判定條件進行成因辨識：
[0040] 判定條件一、若i3<fcet，則暫降源為短路故障；
[0041] 判定條件二、若0<你的且€[>(^的，則暫降源為短路故變壓器投切；
[0042] 判定條件三、若0>你61：且€[<€[861：，則暫降源為感應電機啟動。
[0043] 在上述的一種適用于智能配電網(wǎng)的電壓暫降源精確定位優(yōu)化方法所述的步驟4 中，進行非電氣故障類電壓暫降源定位的具體方法為：
[0044] 步驟4.1，由于非電氣故障類電壓暫降源安裝位置固定，因此，可根據(jù)成因辨識的 結果得到相應的安裝位置集合setO;
[0045] 步驟4.2,通過求setO與候選分布區(qū)域setl的交集，即可實現(xiàn)對于該類暫降源的定 位。
[0046] 在上述的一種適用于智能配電網(wǎng)的電壓暫降源精確定位優(yōu)化方法所述的步驟6 中，進行電氣故障類電壓暫降源初步定位的反演優(yōu)化模型具體以有限觀測點處的故障后電 壓、電流的理論計算值與實際觀測值的誤差值的總和最小為目標函數(shù)，并基于優(yōu)化變量和 約束條件，具體如下式：
[0047]
[0048] 上式中：Auh(b，rfi)、Δ ih(b，rfi)分別為當故障發(fā)生在setl內(nèi)第b條母線上且過渡 電阻為rfl時，第h個觀測點處的故障后電壓、電流的理論計算值與實際觀測值的誤差值;η為 系統(tǒng)中觀測點總數(shù)；
[0049] 所述優(yōu)化模型以故障發(fā)生母線b和過渡電阻m作為優(yōu)化變量;其中，b為離散型變 量，若setl所含母線總數(shù)為ml，則be [1，2, . . .，k, . . .，ml]，若b = kl，即表示故障發(fā)生在 setl內(nèi)的第kl條母線處;rfi為連續(xù)型變量；
[0050] 所述約束條件基于以下公式組
[0051]
[0052] 上式中，rmax為過渡電阻的取值范圍上限。
[0053] 在上述的一種適用于智能配電網(wǎng)的電壓暫降源精確定位優(yōu)化方法進行電氣故障 類電壓暫降源精確定位的反演優(yōu)化模型具體以觀測點處的故障后電壓、電流的理論計算值 與實際觀測值的誤差值的總和最小為目標函數(shù)，并基于優(yōu)化變量和約束條件，具體如下式：
[0054]
[0055] 上式中：Auh(l，A，rf)、▲^(1，\，^)分別為當故障發(fā)生在 8的2內(nèi)第1條支路上、距 離該支路首端相對距離為λ且過渡電阻為rf2時，第h個觀測點處的故障后電壓、電流的理論 計算值與實際觀測值的誤差值;η為系統(tǒng)中觀測點總數(shù)；
[0056]所述優(yōu)化模型以故障發(fā)生支路1、故障點距支路首段相對距離λ和過渡電阻rf2優(yōu)化 變量;具體地，1為離散型變量，若set2中共含有m2條支路，則le[l，2, . . .，k2,. . .，m2]，當1 =k2時，即表示故障發(fā)生在setl內(nèi)的第k2條支路上;λ、η2均為連續(xù)型優(yōu)化變量；
[0057]所述約束條件基于以下公式組：
[0058]
[0059] 上式中，rmax為過渡電阻的取值范圍上限。
[0060] 在上述的一種適用于智能配電網(wǎng)的電壓暫降源精確定位優(yōu)化方法，進行電氣故障 類電壓暫降源的初步反演優(yōu)化模型和精確定位反演優(yōu)化模型，均基于考慮新能源影響的智 能配電網(wǎng)短路電流計算方法，以下具體以含光伏的配電網(wǎng)短路電流計算為例進行說明：
[0061] 1)對于故障前的正常網(wǎng)絡，任一節(jié)點i的正常電壓正序分量可表示為：
[0062]
[0063] uvTIiuG接入點在內(nèi)的有源節(jié)點的集合，Zlj為節(jié)點i、j之間的正序互阻 抗。
[0065]
[0064] 2)對于故障附加網(wǎng)絡，若節(jié)點k上接有光伏，則應將光伏處理為一等效受控正序電 流源:
[0066]
[0067]
[0068]
[0069]
[0070]
[0071]
[0072]
[0073]
[0074]
[0075]
[0076] 5)根據(jù)電網(wǎng)接地方式，建立負序和(或）零序的相應方程。結合已知的IIDG的故障 前輸出電流，聯(lián)立各光伏接入點、故障點的各序電壓方程以及故障邊界條件方程，即可求得 和故障點的各序短路電流，并可進一步求得各支路的各序短路電流以及各節(jié)點的各序 電壓，進而求得相應相電流、相電壓。
[0077]本發(fā)明具有以下優(yōu)點：1)含電壓暫降成因分析，針對不同類型電壓暫降源采取不 同的定位方法，不僅可準確定位短路故障引起的電壓暫降，也可對非電氣故障類電壓暫降 源進行定位，避免因暫降源類型判斷錯誤影響定位準確性。2)基于序功率增量方向原理判 斷暫降源相對于各觀測點的上下游關系，以確定暫降源的候選分布區(qū)域，縮小了待搜索范 圍、降低了計算量。3)采用含分布式電源的智能配電網(wǎng)短路計算方法，克服了傳統(tǒng)方法對于 各類分布式電源、特別是逆變型分布式電源大量接入的復雜多電源智能配電網(wǎng)難以適用的 不足。4)對于短路故障類電壓暫降源，將其精確定位問題轉化為尋找最鄰近母線集以及尋 找故障準確位置的分步優(yōu)化問題來分析，克服了現(xiàn)有策略在精確定位過程中不對過渡電阻 進行修正導致定位誤差較大的不足，提高了定位準確性。
【附圖說明】
[0078] 圖1是本發(fā)明實施例中所涉及的具體拓撲結構示意圖。
【具體實施方式】
[0079] 下面通過實施例，并結合數(shù)據(jù)分析，對本發(fā)明的技術方案作進一步具體的說明。
[0080] 實施例：
[0081] -、首先介紹本發(fā)明的具體方法：
[0082]本發(fā)明包括：
[0083] 1、一個電氣故障類電壓暫降源初步定位的步驟:根據(jù)電壓暫降發(fā)生時刻待分析網(wǎng) 絡的實時拓撲信息、通過判斷暫降源相對于各觀測點的上下游關系、綜合分析得到暫降源 候選分布區(qū)域setl，然后在setl內(nèi)，建立初步定位反演優(yōu)化模型，并基于智能配電網(wǎng)短路電 流計算方法和智能優(yōu)化算法進行求解，以尋得最鄰近母線ne-bus，并得到與其相連的所有 支路所構成的集合set2;獲取setl并尋得最鄰近母線ne-bus的具體方法是：
[0084] 步驟1:電能質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)主站實時分析含時標的全部有限個觀測點安裝的電能 質(zhì)量監(jiān)測終端上傳的基波、諧波電壓、電流數(shù)據(jù)，一旦發(fā)生電壓暫降、首先確定電壓暫降發(fā) 生時刻，并向配電自動化主站上傳電壓暫降報警信息、以及全部有限個觀測點電壓暫降前 后基波三相電壓、電流波形數(shù)據(jù)；
[0085] 步驟2:配電自動化主站收到電壓暫降報警信息后，啟動電壓暫降源精確定位;首 先根據(jù)電壓暫降發(fā)生時刻信息，調(diào)集相應時刻的待分析網(wǎng)絡的實時拓撲和參數(shù)信息，基于 序功率增量方向原理判斷暫降源相對于各觀測點的上下游關系，綜合分析得到暫降源候選 分布區(qū)域setl;基于序功率增量方向原理判斷暫降源候選分布區(qū)域setl的具體方法是基 于定義：
[0086]
[0087]
[0088]
[0089]
[0090]
[0091]
[0092]
[0093]
[0094] 式中，U'lh、分別為電壓暫降前后觀測點基頻正序電壓、電流變化量； 、（{/二(1,,/二(1>)分別為電壓暫降過程中和暫降發(fā)生前的基頻正序電壓、電流相量； Θ⑴為Δ?>η)超前于Δ?(1,的角度；Δ?)(2,、Ai (2)分別為電壓暫降前后觀測點基頻負序電壓、電流 變化量；
分別為電壓暫降過程中和暫降發(fā)生前的基頻負序電壓、 電流相量;Θ⑵為M>(2>超前于O角度；
[0095]步驟2的方法具體包括：
[0096] 步驟2.1，進行如下判斷：
[0097]判斷一:針對正序功率增量，進行以下方向判據(jù)：
[0098] a)若APe(1)>〇,則暫降源位于上游；
[0099] b)若APe(1)<〇,則暫降源位于下游；
[0100]判斷二:針對負序功率增量，進行以下方向判據(jù)：
[0101] a)若APe(2)<0,則暫降源位于上游；
[0102] b)若APe(2)>0,則暫降源位于下游；
[0103] 步驟2.2,對于各個觀測點，基于步驟2.1的判斷結果能夠得到暫降源的上下游相 對位置關系，結合配電自動化給出的待分析網(wǎng)絡實時拓撲信息，綜合進行分析即可以得到 暫降源的候選分布區(qū)域setl。
[0104] 步驟3:配電自動化主站啟動電壓暫降成因辨識;進行電壓暫降源成因辨識的具體 方法為：
[0105] 步驟3.1，分析全部有限個觀測點的電壓暫降前后基波電壓數(shù)據(jù)，確定暫降程度最 嚴重的觀測點；
[0106] 步驟3.2,根據(jù)暫降程度最嚴重觀測點的暫降期間基波電壓信息計算三相幅值不 平衡度α和暫降期間幅值恢復程度β;并基于如下判定條件進行成因辨識：
[0107] 判定條件一、若i3<fcet，則暫降源為短路故障；
[0108] 判定條件二、若0<你的且€[>(^的，則暫降源為短路故變壓器投切；
[0109] 判定條件三、若0>你61：且€[<€[861：，則暫降源為感應電機啟動。
[0110] 步驟4:若辨識結果為非電氣故障類暫降源，則可根據(jù)具體暫降源類型確定其相應 的安裝位置集setO,進一步地，通過求setO與set 1交集即可確定其位置;進行非電氣故障類 電壓暫降源定位的具體方法為：
[0111] 步驟4.1，由于非電氣故障類電壓暫降源安裝位置固定，因此，可根據(jù)成因辨識的 結果得到相應的安裝位置集合setO;
[0112] 步驟4.2,通過求setO與候選分布區(qū)域setl的交集，即可實現(xiàn)對于該類暫降源的定 位。
[0113] 步驟5:在配電自動化主站上，若辨識結果為電氣故障類暫降源，首先基于暫降程 度最明顯觀測點暫降發(fā)生后三相基波電壓、電流信息判斷短路類型；
[0114] 步驟6:依托待分析網(wǎng)絡的實時電網(wǎng)結構參數(shù)信息和全部有限個觀測點電壓暫降 后基波三相電壓、電流數(shù)據(jù)，進行分步定位;首先，在set 1內(nèi)，建立初步定位反演優(yōu)化模型， 并基于智能配電網(wǎng)短路電流計算方法和智能優(yōu)化算法進行求解，以尋得最鄰近母線ne-bus，并得到與其相連的所有支路所構成的集合set2;進行電氣故障類電壓暫降源初步定位 的反演優(yōu)化模型具體以有限觀測點處的故障后電壓、電流的理論計算值與實際觀測值的誤 差值的總和最小為目標函數(shù)，并基于優(yōu)化變量和約束條件，具體如下式：
[0115]
[0116] 上式中：Auh(b，m)、Δ ih(b，rfi)分別為當故障發(fā)生在setl內(nèi)第b條母線上且過渡 電阻為rfl時，第h個觀測點處的故障后電壓、電流的理論計算值與實際觀測值的誤差值;η為 系統(tǒng)中觀測點總數(shù)；
[0117] 優(yōu)化模型以故障發(fā)生母線b和過渡電阻rfl作為優(yōu)化變量;其中，b為離散型變量，若 setl所含母線總數(shù)為ml，貝ljbe[l，2,. . .，k,. . .，ml]，若b = kl，即表示故障發(fā)生在setl內(nèi)的 第kl條母線處;rfi為連續(xù)型變量；
[0118] 約束條件基于以下公式組
[0119]
[0120] 上式中，rmax為過渡電阻的取值范圍上限。
[0121] 進行電氣故障類電壓暫降源精確定位的反演優(yōu)化模型具體以觀測點處的故障后 電壓、電流的理論計算值與實際觀測值的誤差值的總和最小為目標函數(shù)，并基于優(yōu)化變量 和約束條件，具體如下式：
[0122]
[0123] 上式中：Auh(lA，rf)、Aih(l，A， rf)分別為當故障發(fā)生在set2內(nèi)第1條支路上、距 離該支路首端相對距離為λ且過渡電阻為r f2時，第h個觀測點處的故障后電壓、電流的理論 計算值與實際觀測值的誤差值;η為系統(tǒng)中觀測點總數(shù)；
[0124] 優(yōu)化模型以故障發(fā)生支路1、故障點距支路首段相對距離λ和過渡電阻rf2優(yōu)化變 量;具體地，1為離散型變量，若set2中共含有m2條支路，則le[l，2,. . .，k2,. . .，m2]，當1 = k2時，即表示故障發(fā)生在setl內(nèi)的第k2條支路上;λ、η2均為連續(xù)型優(yōu)化變量；
[0125] 約束條件基于以下公式組：
[0126]
[0127] 上式中，rmax為過渡電阻的取值范圍上限。
[0128] 二、下面以改進的IEEE34節(jié)點配電網(wǎng)的電壓暫降源精確定位為例說明本發(fā)明。采 用的算例其具體拓撲結構如圖1所示。
[0129] 為方便分析，將電網(wǎng)結構參數(shù)對稱化處理;822、840節(jié)點處加入IIDG(光伏、容量均 為1MW);在進行非電氣故障類電壓暫降源定位測試時，可能會在826、864中某處投入感應電 機(對應setO為826、864)，或在818、838、856中某處投入變壓器(對應setO為818、838、856)， 其余情況下則不予考慮。系統(tǒng)中觀測點分別為808、816、854、834。
[0130] 非電氣故障類暫降源定位算例驗證
[0131] 對于由非電氣故障引起的電壓暫降的定位，具體以下述3個電壓暫降事件為例進 行說明：
[0132] (1)826母線感應電機啟動；
[0133] (2)864母線感應電機啟動；
[0134] (3)856母線上投入變壓器；
[0135] 1)候選分布區(qū)域setl確定
[0136] 電壓暫降發(fā)生后，首先根據(jù)4個觀測點所采集到的電流、電壓波形，基于序功率增 量的方法判斷其上下游關系，具體結果如下表1所示。需要稍作說明的是，對于命名為"a- b"形式的支路，默認a方向為其上游，b方向為其下游。
[0137] 表1基于序功率增量方向的上下游關系判斷
[0139] 進一步地，結合實時網(wǎng)絡拓撲綜合分析，即可得暫降源的候選分布區(qū)域setl。具體 分析過程，以事件1為例進行說明，對于與808相關支路，由于暫降源相對于806-808、808_ 810、808-812的關系分別為下游、上游、下游，所以經(jīng)分析可知暫降源應該在808-812的下游 區(qū)域;類似地，可以判斷出暫降源分別在816-824下游、830-854上游、858-834上游。據(jù)此，對 于事件1，可判斷出setl應包含母線824、826、828、830。類似地，可得上述3個事件的8〇七1信 息，具體如表2所示。
[0140] 表2事件1-3的setl分析結果
[0142] 2)電壓暫降源類型識別
[0143] 在確定了暫降源候選分布區(qū)域setl后，后續(xù)進行電壓暫降成因分析。具體地，針對 以上三個電壓暫降事件，可得其具體的關鍵辨識特征量信息、類型辨識結果以及相應的安 裝位置集setO信息如表3所示：
[0144] 表3電壓暫降源類型辨識結果
[0146] 3)非電氣故障類暫降源定位結果
[0147] 基于以上表3的結果，可知事件1、事件2、事件3分別由感應電機啟動、感應電機啟 動和變壓器投入引起，均為非電氣故障類電壓暫降源。則根據(jù)2.4所述，直接求取setl和 setO的交集，即可得到準確的暫降源位置，具體結果如下表4所示。
[0148] 表4非電氣故障類電壓暫降源定位結果
[0150]從上表可知：電壓暫降事件1、事件2以及事件3,本文方法判斷分別由826上感應電 機啟動、864上感應電機啟動和856上變壓器投入引起。綜上，對于3個非電氣故障引起的電 壓暫降事件，上述定位結果均與實際情況一致。
[0151]短路故障類暫降源定位算例驗證
[0152] 對于由于短路故障引起的電壓暫降，為了說明該定位算法的有效性與適應性，分 別通過以下四種不同電壓暫降場景進行分析：
[0153] (1)在828-830線路上離828母線50%處發(fā)生A相接地短路故障，過渡電阻為4.0歐 姆；
[0154] (2)852母線上發(fā)生AB兩相短路故障，過渡電阻為3.0歐姆；
[0155] (3)832-858線路上在離832母線70%處發(fā)生AB兩相短路接地故障，過渡電阻為 3.0歐姆；
[0156] (4)在846母線處發(fā)生三相接地短路故障，過渡電阻為0.4歐姆。
[0157] 以下以場景1為例，根據(jù)本文策略所述步驟進行詳細的定位結果說明。
[0158] 1)候選分布區(qū)域setl確定以及暫降源辨識
[0159] 針對以上四個場景，均可基于序功率增量方向原理得到暫降源的候選分布區(qū)域， 在此不再詳述，對于場景1，可得其setl包含母線824、826、828、830。
[0160] 進一步地，應進行電壓暫降成因分析。具體地，由于以上四個場景的β分別為 0.00002、0.00003、0.00004、0.00002，均小于整定值feet，故均可判斷出暫降源為短路故 障。
[0161] 2)電氣故障類電壓暫降源初步定位
[0162] 根據(jù)上述分析結果可知，場景1為短路故障引起的電壓暫降，其setl包含母線824、 826、828、830,后續(xù)應先進行以尋找最鄰近母線為目的的初步定位。
[0163] 首先，可判斷其具體故障類型為A相單相接地短路、以指導短路電流計算。在此基 礎上，為在set 1內(nèi)尋找最鄰近母線集ne-bus，需求解相應的初步優(yōu)化模型。通過優(yōu)化，所得 最優(yōu)結果如下表5。 「Π1Α41 志￡^+1縣 1 縣次獨縣/fK士申.
[0166] 從表5優(yōu)化結果可知，對于場景1，初步優(yōu)化得到的最鄰近母線ne-bus為母線828， 相應的過渡電阻為4.6071歐姆。
[0167] 為說明上述結果的正確性，在表6中給出了當假設故障分別發(fā)生在824、826、828、 830母線上、僅以過渡電阻為優(yōu)化變量時，相對應的目標函數(shù)最優(yōu)情況。
[0168] 表6場景Isetl內(nèi)假設故障在各母線時最優(yōu)值
[0170] 從表6可知，當故障依次發(fā)生在母線824、826、828、830，相對應的最優(yōu)值依次為 47.8017、34.4537、16.3887、19.7438?？梢园l(fā)現(xiàn)，對于場景1，母線828確實為最鄰近母線。
[0171] 3)電氣故障類電壓暫降源精確定位
[0172] 進一步地，可進行電氣故障類電壓暫降源精確位置的確定。根據(jù)上述結果，對于場 景1，由于ne-bus為母線828,可知與其相連的支路集set2由824-828、828-830組成。在set2 內(nèi)，通過建立精確定位優(yōu)化模型并求解，所得結果如下表7。需要稍作說明的是，對于命名為 "a-b"形式的支路，默認a為其首段，b為其末端。
[0173] 表7場景1暫降源精確定位結果
[0175] 根據(jù)表7可知，對于場景1，精確定位結果為暫降源位于828-830線路上離828母線 50.06 %處。顯然，上述定位結果與實際設置情況高度吻合。
[0176] 類似地，對于其他四個場景，本發(fā)明方法也可準確進行定位，詳細的各場景定位結 果詳見下表8。
[0177] 表8各場景暫降源定位結果 I
[0180] 從表8可知，具體到各個場景的距首段相對距離，優(yōu)化結果與實際值誤差分別為 0·06%、0·029%、0·05%、0·03%，最大誤差僅為0.06%。
[0181] 4)本發(fā)明方法優(yōu)越性體現(xiàn)
[0182] 將上述結果與現(xiàn)有方法的結果進行對比，有以下結果：
[0183] 1)通過引入電壓暫降源識別，對于非電氣故障電壓暫降源，本發(fā)明也可準確定位， 且可避免由于暫降源類型不對應導致判斷誤差較大。
[0184] 2)定位電氣故障類電壓暫降源時，基于序功率增量方法求取候選分布區(qū)域setl 后，初步定位時所需搜索的母線數(shù)大為減小。以4個場景為例，本文方法所需搜索母線數(shù)為 分別為4、6、6、4,而現(xiàn)有方法則均需搜索34條母線。
[0185] 3)如表8所示結果，通過引入含分布式電源的智能配電網(wǎng)短路計算方法，對于復雜 多電源智能配電網(wǎng)，對于各類短路故障引起的電壓暫降，本文方法均可實現(xiàn)精確定位，不再 限制于單電源輻射型配電網(wǎng)。
[0186] 4)由于在精確定位過程中，通過優(yōu)化對過渡電阻進行了修正，對于短路故障引起 的電壓暫降，本方法定位精度更高。以場景1為例，在本發(fā)明方法的基礎上，不考慮在精確定 位過程中對于尋找最鄰近母線得到的過渡電阻值(4.6071歐姆)進行修正，則所得精確定位 結果見表9?？梢钥吹?，其定位誤差較大、達到2.20%，而本發(fā)明方法的定位誤差僅為 0.06%，定位精度明顯較優(yōu)。
[0187] 表9基于現(xiàn)有方法思路場景1暫降源精確定位結果
[0189]本文中所描述的具體實施例僅僅是對本發(fā)明精神作舉例說明。本發(fā)明所屬技術領 域的技術人員可以對所描述的具體實施例做各種各樣的修改或補充或采用類似的方式替 代，但并不會偏離本發(fā)明的精神或者超越所附權利要求書所定義的范圍。
【主權項】
1. 一種適用于智能配電網(wǎng)的電壓暫降源精確定位優(yōu)化方法，其特征在于，包括： 一個電氣故障類電壓暫降源初步定位的步驟:根據(jù)電壓暫降發(fā)生時刻待分析網(wǎng)絡的實 時拓撲信息、通過判斷暫降源相對于各觀測點的上下游關系、綜合分析得到暫降源候選分 布區(qū)域setl，然后在setl內(nèi)，建立初步定位反演優(yōu)化模型，并基于智能配電網(wǎng)短路電流計算 方法和智能優(yōu)化算法進行求解，W尋得最鄰近母線ne-bus，并得到與其相連的所有支路所 構成的集合set2; 一個電氣故障類電壓暫降源精確定位的步驟:在set2內(nèi)，建立精確定位反演優(yōu)化模型、 并求解，W精確定位電氣故障類暫降源位置。2. 根據(jù)權利要求1所述的一種適用于智能配電網(wǎng)的電壓暫降源精確定位優(yōu)化方法，其 特征在于，所述電氣故障類電壓暫降源初步定位的步驟中，獲取setl并尋得最鄰近母線ne- bus的具體方法是： 步驟1:電能質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)主站實時分析含時標的全部有限個觀測點安裝的電能質(zhì)量 監(jiān)測終端上傳的基波、諧波電壓、電流數(shù)據(jù)，一旦發(fā)生電壓暫降、首先確定電壓暫降發(fā)生時 亥IJ，并向配電自動化主站上傳電壓暫降報警信息、W及全部有限個觀測點電壓暫降前后基 波Ξ相電壓、電流波形數(shù)據(jù)； 步驟2:配電自動化主站收到電壓暫降報警信息后，啟動電壓暫降源精確定位;首先根 據(jù)電壓暫降發(fā)生時刻信息，調(diào)集相應時刻的待分析網(wǎng)絡的實時拓撲和參數(shù)信息，基于序功 率增量方向原理判斷暫降源相對于各觀測點的上下游關系，綜合分析得到暫降源候選分 布區(qū)域setl; 步驟3:配電自動化主站啟動電壓暫降成因辨識； 步驟4:若辨識結果為非電氣故障類暫降源，則可根據(jù)具體暫降源類型確定其相應的安 裝位置集setO,進一步地，通過求setO與setl交集即可確定其位置； 步驟5:在配電自動化主站上，若辨識結果為電氣故障類暫降源，首先基于暫降程度最 明顯觀測點暫降發(fā)生后Ξ相基波電壓、電流信息判斷短路類型； 步驟6:依托待分析網(wǎng)絡的實時電網(wǎng)結構參數(shù)信息和全部有限個觀測點電壓暫降后基 波Ξ相電壓、電流數(shù)據(jù)，進行分步定位;首先，在set 1內(nèi)，建立初步定位反演優(yōu)化模型，并基 于智能配電網(wǎng)短路電流計算方法和智能優(yōu)化算法進行求解，W尋得最鄰近母線ne-bus，并 得到與其相連的所有支路所構成的集合set2。3. 根據(jù)權利要求2所述的一種適用于智能配電網(wǎng)的電壓暫降源精確定位優(yōu)化方法，其 特征在于，所述的步驟2中，基于序功率增量方向原理判斷暫降源候選分布區(qū)域setl的具體 方法是基于定義： 正序功率增量Δ PeU): Δ Pe(i)= Δ U山 Δ I(i)cos(目山）負序功率增量Δ PeC): Δ Pe(2)= A 恥）Δ I(2)COS(0C))式中，、W'w分別為電壓暫降前后觀測點基頻正序電壓、電流變化量； 心…Λ·…)、（<.u,，Ci,)分別為電壓暫降過程中和暫降發(fā)生前的基頻正序電壓、電流相 量;θ(ι)為超前于^1>的角度；、^4>分別為電壓暫降前后觀測點基頻負序電壓、 電流變化量；（聽、典;分別為電壓暫降過程中和暫降發(fā)生前的基頻負序電 壓、電流相量;Θ<2歷Δ如,超前于.4。的角度； 步驟2的方法具體包括： 步驟2.1，進行如下判斷： 判斷一:針對正序功率增量，進行W下方向判據(jù)： a) 若APe山>0,則暫降源位于上游； b) 若APeU)<0,則暫降源位于下游； 判斷二:針對負序功率增量，進行W下方向判據(jù)： a) 若APeC)<0,則暫降源位于上游； b) 若APeC)>0,則暫降源位于下游； 步驟2.2,對于各個觀測點，基于步驟2.1的判斷結果能夠得到暫降源的上下游相對位 置關系，結合配電自動化給出的待分析網(wǎng)絡實時拓撲信息，綜合進行分析即可W得到暫降 源的候選分布區(qū)域setl。4. 根據(jù)權利要求1所述的一種適用于智能配電網(wǎng)的電壓暫降源精確定位優(yōu)化方法，其 特征在于，所述的步驟3中，進行電壓暫降源成因辨識的具體方法為： 步驟3.1，分析全部有限個觀測點的電壓暫降前后基波電壓數(shù)據(jù)，確定暫降程度最嚴重 的觀測點； 步驟3.2,根據(jù)暫降程度最嚴重觀測點的暫降期間基波電壓信息計算Ξ相幅值不平衡 度α和暫降期間幅值恢復程度β;并基于如下判定條件進行成因辨識： 判定條件一、若0<^et，則暫降源為短路故障； 判定條件二、若0<化6*且〇>〇36*，則暫降源為短路故變壓器投切； 判定條件Ξ、若0>化日1：且〇<〇361：，貝11暫降源為感應電機啟動。5. 根據(jù)權利要求1所述的一種適用于智能配電網(wǎng)的電壓暫降源精確定位優(yōu)化方法，其 特征在于，所述的步驟4中，進行非電氣故障類電壓暫降源定位的具體方法為： 步驟4.1，由于非電氣故障類電壓暫降源安裝位置固定，因此，可根據(jù)成因辨識的結果 得到相應的安裝位置集合setO; 步驟4.2,通過求setO與候選分布區(qū)域setl的交集，即可實現(xiàn)對于該類暫降源的定位。6. 根據(jù)權利要求1所述的一種適用于智能配電網(wǎng)的電壓暫降源精確定位優(yōu)化方法，其 特征在于，所述的步驟6中，進行電氣故障類電壓暫降源初步定位的反演優(yōu)化模型具體W有 限觀測點處的故障后電壓、電流的理論計算值與實際觀測值的誤差值的總和最小為目標函 數(shù)，并基于優(yōu)化變量和約束條件，具體如下式：上式中：Auh(b，rfl)、Δih(b，rfl)分別為當故障發(fā)生在setl內(nèi)第b條母線上且過渡電阻 為時，第h個觀測點處的故障后電壓、電流的理論計算值與實際觀測值的誤差值;η為系統(tǒng) 中觀測點總數(shù)； 所述優(yōu)化模型W故障發(fā)生母線b和過渡電阻作為優(yōu)化變量;其中，b為離散型變量，若 setl所含母線總數(shù)為ml,貝化e[l,2,. . . ,k,. . . ,ml]，若b = kl，即表示故障發(fā)生在setl內(nèi)的 第kl條母線處;打1為連續(xù)型變量； 所述約束條件基于W下公式組上式中，rmax為過渡電阻的取值范圍上限。7. 根據(jù)權利要求1所述的一種適用于智能配電網(wǎng)的電壓暫降源精確定位優(yōu)化方法，其 特征在于，進行電氣故障類電壓暫降源精確定位的反演優(yōu)化模型具體W觀測點處的故障后 電壓、電流的理論計算值與實際觀測值的誤差值的總和最小為目標函數(shù)，并基于優(yōu)化變量 和約束條件，具體如下式：上式中：Δuh(l，λ，rf)、Δih(l，λ，rf)分別為當故障發(fā)生在set2內(nèi)第l條支路上、距離該 支路首端相對距離為λ且過渡電阻為?2時，第h個觀測點處的故障后電壓、電流的理論計算 值與實際觀測值的誤差值;η為系統(tǒng)中觀測點總數(shù)； 所述優(yōu)化模型W故障發(fā)生支路1、故障點距支路首段相對距離λ和過渡電阻優(yōu)化變 量;具體地，1為離散型變量，若set2中共含有m2條支路，則le[l，2,. . .，k2,. . .，m2]，當1 = k2時，即表示故障發(fā)生在setl內(nèi)的第k2條支路上；λ、κ2均為連續(xù)型優(yōu)化變量； 所述約束條件基于W下公式組：上式中，rmax為過渡電阻的取值范圍上限。8. 根據(jù)權利要求1所述的一種適用于智能配電網(wǎng)的電壓暫降源精確定位優(yōu)化方法，其 特征在于，進行電氣故障類電壓暫降源的初步反演優(yōu)化模型和精確定位反演優(yōu)化模型，均 基于考慮新能源影響的智能配電網(wǎng)短路電流計算方法，W下具體W含光伏的配電網(wǎng)短路電 流計算為例進行說明： 1)對于故障前的正常網(wǎng)絡，任一節(jié)點i的正常電壓正序分量可表示為：上式中，Gi為含IIDG接入點在內(nèi)的有源節(jié)點的集合，Zu為節(jié)點i、j之間的正序互阻抗； 2) 對于故障附加網(wǎng)絡，若節(jié)點k上接有光伏，則應將光伏處理為一等效受控正序電流源 心服；上式中，在L、'^戰(zhàn)分別力故障發(fā)A前劇城伏的E辯俞出皆流； 3) 據(jù)此可知，任一節(jié)點i的正序電壓故障分量為：上式中，G2僅為IIDG接入點的集合； 4) 則發(fā)生故障后，節(jié)點i的實際正序電壓為：5) 根據(jù)電網(wǎng)接地方式，建立負序和(或）零序的相應方程;結合已知的IIDG的故障前輸 出電流，聯(lián)立各光伏接入點、故障點的各序電壓方程W及故障邊界條件方程，即可求得 和故障點的各序短路電流，并可進一步求得各支路的各序短路電流W及各節(jié)點的各序電 壓，進而求得相應相電流、相電壓。
【文檔編號】G01R31/08GK105842580SQ201510819753
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2015年11月20日
【發(fā)明人】林濤, 陳汝斯, 葉婧, 畢如玉, 徐遐齡
【申請人】武漢大學, 湖北工業(yè)大學