本發(fā)明涉及有源配電網(wǎng)的故障定位方法，尤其涉及一種基于改進(jìn)粒子群的有源配電網(wǎng)故障定位方法。

背景技術(shù)：

目前我國(guó)輸電線路故障定位技術(shù)已取得重大進(jìn)展，定位效果較好，但是分布式電源(dg)的接入，使配電網(wǎng)變成一個(gè)功率雙向流動(dòng)的網(wǎng)絡(luò)，其故障電流的特性也發(fā)生很大的變化，會(huì)造成原有的配電網(wǎng)故障定位方案及故障恢復(fù)技術(shù)不能適應(yīng)等問(wèn)題。同時(shí)由于量測(cè)裝置的缺失，故障信息不全和畸變問(wèn)題，特別是分布式電源接入后帶來(lái)的故障信息畸變和缺失，給有源配電網(wǎng)的故障定位帶來(lái)了極大的挑戰(zhàn)，為了在分布式電源接入的情況下準(zhǔn)確進(jìn)行配電網(wǎng)故障定位，必須研究新的故障定位方法，以消除分布式電源接入配電網(wǎng)所帶來(lái)的影響。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

發(fā)明目的：針對(duì)目前分布式電源大量接入配電網(wǎng)，導(dǎo)致傳統(tǒng)配電線路故障定位方法不再適用于現(xiàn)階段電網(wǎng)故障區(qū)域定位的問(wèn)題，本發(fā)明的目的是提供一種用以消除分布式電源接入影響、實(shí)現(xiàn)快速精準(zhǔn)故障定位的基于改進(jìn)粒子群的有源配電網(wǎng)故障定位方法。

技術(shù)方案：一種基于改進(jìn)粒子群的有源配電網(wǎng)故障定位方法，包括如下步驟：

(1)離線區(qū)域劃分；所述離線區(qū)域劃分包括如下具體步驟：

(1.1)根據(jù)配網(wǎng)中已有量測(cè)裝置形成網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，采用灰色關(guān)聯(lián)分析法綜合分析根據(jù)經(jīng)濟(jì)性、可靠性和風(fēng)險(xiǎn)性三個(gè)方面建立的評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行配電網(wǎng)區(qū)域靜態(tài)劃分；

(1.2)針對(duì)分布式電源的接入，采用因素分析法分析分布式電源對(duì)各個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)的影響，建立新的評(píng)價(jià)指標(biāo)，進(jìn)行分布式電源接入的配網(wǎng)區(qū)域動(dòng)態(tài)調(diào)整；

(2)在線故障定位；所述在線故障定位包括如下具體步驟：

(2.1)根據(jù)區(qū)域邊界節(jié)點(diǎn)處的故障信息進(jìn)行冗余信息處理，處理原則為若區(qū)域判別沒(méi)有故障電流流過(guò)，剔除無(wú)效區(qū)域；

(2.2)對(duì)處理后的故障信息進(jìn)行編碼變量?jī)?yōu)化；

(2.3)采用基于禁忌搜索算法優(yōu)化的改進(jìn)粒子群算法實(shí)現(xiàn)故障全局性定位：

步驟(2.3.1)：根據(jù)區(qū)域劃分結(jié)果讀取各區(qū)域邊界節(jié)點(diǎn)故障信息，確定解維度；

步驟(2.3.2)：確定粒子群規(guī)模m，最大迭代次數(shù)n以及粒子群參數(shù)，進(jìn)行粒子群初始化；

步驟(2.3.3)：計(jì)算粒子的適應(yīng)度，將粒子位置帶入評(píng)價(jià)函數(shù)，計(jì)算適應(yīng)度值；

步驟(2.3.4)：通過(guò)迭代計(jì)算更新粒子群的速度和位置；

步驟(2.3.5)：設(shè)置特赦規(guī)則和禁忌表協(xié)調(diào)粒子群算法局部解和全局解；

步驟(2.3.6)：重復(fù)步驟(2.3.4)、(2.3.5)直至實(shí)現(xiàn)故障全局定位。

所述步驟(1.1)中，所述經(jīng)濟(jì)性指在滿足區(qū)域可觀的情況下保證需要安裝的量測(cè)裝置盡可能少，采用經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)eset來(lái)衡量，所述eset的取值取決于需要安裝的量測(cè)裝置的花費(fèi)。

此外，所述經(jīng)濟(jì)性劃分的指標(biāo)還包括節(jié)點(diǎn)故障關(guān)聯(lián)性指標(biāo)re，所述re的取值取決于其連接的支路數(shù)。

步驟(1.1)中，所述可靠性指在滿足區(qū)域劃分后對(duì)各個(gè)區(qū)域內(nèi)的負(fù)荷進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并建立負(fù)荷重要等級(jí)指標(biāo)：

其中：pi表示負(fù)荷i的重要性等級(jí)，n表示某個(gè)區(qū)域內(nèi)所有的負(fù)荷數(shù)，m表示區(qū)域劃分的區(qū)域數(shù)。

所述各個(gè)區(qū)域內(nèi)的負(fù)荷重要等級(jí)指標(biāo)均勻，即保證各個(gè)區(qū)域的總負(fù)荷重要等級(jí)相差不太，以劃分后各個(gè)區(qū)域的負(fù)荷重要等級(jí)指標(biāo)之差的和為衡量標(biāo)準(zhǔn)，所述ep應(yīng)盡可能的接近于零。

步驟(1.1)中，所述風(fēng)險(xiǎn)性指在滿足區(qū)域劃分后建立各個(gè)區(qū)域內(nèi)負(fù)荷故障風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)：

其中：ri表示負(fù)荷i的發(fā)生故障的可能性，n表示某個(gè)區(qū)域內(nèi)所有的負(fù)荷數(shù)，所述ri由歷史數(shù)據(jù)計(jì)算得到。

所述各個(gè)區(qū)域內(nèi)的負(fù)荷故障風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)均勻，即保證各個(gè)區(qū)域的總負(fù)荷故障風(fēng)險(xiǎn)相差不太，以劃分后各個(gè)區(qū)域的負(fù)荷故障風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)之差的和為衡量標(biāo)準(zhǔn)，所述er應(yīng)盡可能的接近于零。

所述步驟(1.2)中還包括：采用分布式電源期望功率pdgev評(píng)估其對(duì)各個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)的影響，進(jìn)行區(qū)域劃分動(dòng)態(tài)調(diào)整，考慮到新能源的波動(dòng)性，所述分布式電源期望功率pdgev的取值取決于分布式能源長(zhǎng)時(shí)間尺度的發(fā)電功率預(yù)測(cè)模型，所述長(zhǎng)時(shí)間尺度模型包括冬大、冬小、冬腰、夏大、夏小、夏腰。

步驟(2.2)中，規(guī)定由系統(tǒng)電源提供的故障電流方向?yàn)檎较?，?dāng)故障發(fā)生后，ij＝1表示該開(kāi)關(guān)流過(guò)正方向故障電流；ij＝-1表示該開(kāi)關(guān)流過(guò)負(fù)方向故障電流；ij＝0表示沒(méi)有故障電流。

利用禁忌搜索的特赦規(guī)則和禁忌表優(yōu)化粒子群尋優(yōu)路徑對(duì)高故障風(fēng)險(xiǎn)和重要負(fù)荷進(jìn)行優(yōu)先定位，在當(dāng)粒子群算法陷入局部最優(yōu)的情況下時(shí)，設(shè)置禁忌表以跳出局部最優(yōu)解，產(chǎn)生新的隨機(jī)解。

有益效果：和現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下顯著優(yōu)勢(shì)：1、在建立配電網(wǎng)故障定位數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上，建立了負(fù)荷重要等級(jí)指標(biāo)和負(fù)荷故障風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)，對(duì)高故障風(fēng)險(xiǎn)負(fù)荷和重要負(fù)荷進(jìn)行重點(diǎn)監(jiān)測(cè)，保證了高故障風(fēng)險(xiǎn)負(fù)荷和重要負(fù)荷的用電可靠性；2、采用靜態(tài)劃分與動(dòng)態(tài)調(diào)整相結(jié)合的區(qū)域劃分方法，迭代優(yōu)化劃分結(jié)果，保證故障定位的準(zhǔn)確性；3、考慮了量測(cè)裝置不能全網(wǎng)絡(luò)覆蓋，采用基于區(qū)域劃分的定位方案，利用盡可能少的故障信息盡可能準(zhǔn)確的定位故障；4、采用基于禁忌搜索優(yōu)化的粒子群算法，能夠協(xié)調(diào)粒子群算法局部解和全局解并提高其收斂性，定位迅速而準(zhǔn)確。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明的方法流程示意圖；

圖2是本發(fā)明的基于改進(jìn)粒子群算法的故障定位流程圖；

圖3是本發(fā)明一個(gè)實(shí)例中的配電網(wǎng)拓?fù)淠Ｐ蛨D。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步說(shuō)明。

本發(fā)明的一種基于改進(jìn)粒子群的有源配電網(wǎng)故障定位方法，其主要包含離線區(qū)域劃分和在線故障定位兩個(gè)部分。

首先，離線區(qū)域劃分包括：

(1)根據(jù)配網(wǎng)中已有量測(cè)裝置形成網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，從經(jīng)濟(jì)性、可靠性和風(fēng)險(xiǎn)性三個(gè)方面建立評(píng)價(jià)指標(biāo)，進(jìn)行配電網(wǎng)區(qū)域靜態(tài)劃分：

其中，經(jīng)濟(jì)性指在滿足區(qū)域可觀的情況下盡可能的保證需要安裝的量測(cè)裝置盡可能少，即保證eset盡可能??；此外，經(jīng)濟(jì)性劃分指標(biāo)還包括節(jié)點(diǎn)故障關(guān)聯(lián)性指標(biāo)re，節(jié)點(diǎn)的故障關(guān)聯(lián)性越高，該節(jié)點(diǎn)作為量測(cè)點(diǎn)能夠反映的故障信息就越多，作為量測(cè)安裝位置就越能保證eset的減少；節(jié)點(diǎn)故障關(guān)聯(lián)性指標(biāo)re的取值取決于其連接的支路數(shù)，即re1＝1,2,3,4,…。

可靠性指滿足區(qū)域劃分后各個(gè)區(qū)域內(nèi)的負(fù)荷，特別是重要負(fù)荷得到及時(shí)的監(jiān)測(cè)，即建立負(fù)荷重要等級(jí)指標(biāo)：

式中：pi表示負(fù)荷i的重要性等級(jí)，n表示某個(gè)區(qū)域內(nèi)所有的負(fù)荷數(shù)，m表示區(qū)域劃分的區(qū)域數(shù)；

應(yīng)保證各個(gè)區(qū)域內(nèi)的負(fù)荷重要性盡可能均勻，即盡可能小。

風(fēng)險(xiǎn)性指滿足區(qū)域劃分后各個(gè)區(qū)域內(nèi)的負(fù)荷風(fēng)險(xiǎn)性盡可能平均，即建立負(fù)荷故障風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)：

式中：ri表示負(fù)荷i的發(fā)生故障的可能性(根據(jù)歷史數(shù)據(jù)得到)；n表示某個(gè)區(qū)域內(nèi)所有的負(fù)荷數(shù)。

應(yīng)保證各個(gè)區(qū)域內(nèi)的負(fù)荷故障風(fēng)險(xiǎn)性盡可能均勻，即盡可能小。

采用灰色關(guān)聯(lián)分析法對(duì)各個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)分析。

(2)考慮分布式電源(dg)接入，采用dg期望功率pdgev對(duì)各個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)的影響，采用因素分析法分析分布式電源對(duì)各個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)的影響，建立新的評(píng)價(jià)指標(biāo)，進(jìn)行dg接入的配網(wǎng)區(qū)域動(dòng)態(tài)調(diào)整；同時(shí)還考慮到新能源的波動(dòng)性，建立分布式能源長(zhǎng)時(shí)間尺度的發(fā)電功率預(yù)測(cè)模型，所述長(zhǎng)時(shí)間尺度模型包括冬大、冬小、冬腰、夏大、夏小、夏腰。

其次，在線故障定位步驟包括：

(1)根據(jù)區(qū)域邊界節(jié)點(diǎn)處的故障信息進(jìn)行冗余信息處理，剔除無(wú)效區(qū)域；具體為判別沒(méi)有故障電流流過(guò)的區(qū)域，將其剔除，降低解維度。

(2)對(duì)處理后的故障信息進(jìn)行編碼變量?jī)?yōu)化；規(guī)定由系統(tǒng)電源提供的故障電流方向?yàn)檎较?，?dāng)故障發(fā)生后，ij可能有三種情況：ij＝1表示該開(kāi)關(guān)流過(guò)正方向故障電流。ij＝-1表示該開(kāi)關(guān)流過(guò)負(fù)方向故障電流，ij＝0表示沒(méi)有故障電流。

(3)采用基于禁忌搜索算法優(yōu)化的改進(jìn)粒子群算法實(shí)現(xiàn)故障全局性定位；利用禁忌搜索的特赦規(guī)則和禁忌表優(yōu)化粒子群尋優(yōu)路徑，對(duì)高故障風(fēng)險(xiǎn)和重要負(fù)荷進(jìn)行優(yōu)先定位，實(shí)現(xiàn)細(xì)化搜索；在當(dāng)粒子群算法陷入局部最優(yōu)的情況下時(shí)，設(shè)置禁忌表以跳出局部最優(yōu)解，產(chǎn)生新的隨機(jī)解。

采用改進(jìn)粒子群算法進(jìn)行故障定位算法過(guò)程具體包括：

步驟(3.1)：根據(jù)區(qū)域劃分結(jié)果讀取各區(qū)域邊界節(jié)點(diǎn)故障信息，確定解維度；

步驟(3.2)：確定粒子群規(guī)模m，最大迭代次數(shù)n以及粒子群參數(shù)，進(jìn)行粒子群初始化；

步驟(3.3)：計(jì)算粒子的適應(yīng)度，將粒子位置帶入評(píng)價(jià)函數(shù)，計(jì)算適應(yīng)度值；

步驟(3.4)：通過(guò)迭代計(jì)算更新粒子群的速度和位置；

步驟(3.5)：設(shè)置特赦規(guī)則和禁忌表協(xié)調(diào)粒子群算法局部解和全局解；

步驟(3.6)：重復(fù)步驟(3.4)、(3.5)直至實(shí)現(xiàn)故障全局定位。

如圖3，為某地區(qū)配電網(wǎng)拓?fù)淠Ｐ蛨D，該配電網(wǎng)包含33個(gè)開(kāi)關(guān)，圖中接入四個(gè)分布式電源，分別在11、18、22、27，其上開(kāi)關(guān)俱為dg接入配電網(wǎng)的斷路器，其余節(jié)點(diǎn)均為分段開(kāi)關(guān)；本系統(tǒng)共有33個(gè)路段，編號(hào)為l1到l33，節(jié)點(diǎn)3和10處負(fù)荷為重要負(fù)荷。

假設(shè)線路l5上發(fā)生故障，根據(jù)本發(fā)明對(duì)其進(jìn)行故障定位的流程如下：

離線區(qū)域劃分：根據(jù)配網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)負(fù)荷數(shù)據(jù)和歷史故障數(shù)據(jù)建立各個(gè)節(jié)點(diǎn)的評(píng)價(jià)指標(biāo)，然后進(jìn)行區(qū)域劃分，dg為接入之前，區(qū)域靜態(tài)劃分的結(jié)果為：區(qū)域1-(0,1,2)，區(qū)域2-(2,3,4)，區(qū)域3-(4,5,6,7,8,9)，區(qū)域4-(9,10,11,12,13,14)，區(qū)域5-(2,15,16,17,18,)，區(qū)域6-(2,19,20,21,22,23,24,32,31,30)，區(qū)域7-(4,25,26,27,28,29)，安裝量測(cè)裝置的配網(wǎng)節(jié)點(diǎn)為(2,4,9)；dg接入后，對(duì)分區(qū)進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整之后返分區(qū)發(fā)生了變化，主要表現(xiàn)在：區(qū)域4-(9,10,11,12,13,14)變?yōu)閰^(qū)域4-(9,10,11)，區(qū)域8-(11,12,13,14)；區(qū)域6-(2,19,20,21,22,23,24,32,31,30)變?yōu)閰^(qū)域6-(2,19,20,21,22)，區(qū)域9-(22,23,24,32,31,30)；區(qū)域7-(4,25,26,27,28,29)分區(qū)變?yōu)閰^(qū)域7-(4,25,26,27)，區(qū)域10-(27,28,29)，安裝量測(cè)裝置的配網(wǎng)節(jié)點(diǎn)為(2,4,9,11,18,22,27)。

在線故障定位：首先進(jìn)行區(qū)域故障信息冗余信息處理，剔除無(wú)故障信息的區(qū)域10和區(qū)域8；然后讀取剩余各個(gè)區(qū)域節(jié)點(diǎn)故障信息，采用基于禁忌搜索算法優(yōu)化的改進(jìn)粒子群算法進(jìn)行故障定位，確定故障區(qū)域?yàn)閰^(qū)域3。

如上所述，盡管參照特定的優(yōu)選實(shí)施例已經(jīng)表述和闡明了本發(fā)明，但其不得解釋為對(duì)本發(fā)明自身的限制。在不脫離所附權(quán)利要求定義的本發(fā)明的精神和范圍前提下，可對(duì)其在形式上和細(xì)節(jié)上作出各種變化。