一种有源配电网故障拓扑识别方法

本发明涉及一种有源配电网故障拓扑识别方法，属于电力系统继电保护。

背景技术：

1、有源配电网通常是闭环设计、开环运行，正常运行时保持辐射状，当发生故障或者实行最优控制时，分段开关和联络线路动作，配电网的拓扑结构改变，引起部分支路潮流方向发生变化。在目前的配电自动化水平下，配电网部分分段开关处没有配电自动化终端，当这些开关动作后，由于不存在遥信遥测功能，因此需要人工检查上报，导致系统中存储的网络拓扑不能及时更新，从而影响配电网的安全经济运行。同时，随着分布式电源的大量接入，传统的单向潮流变成双向互动潮流，如果不能确定潮流方向，容易引起继电保护装置的误动。近年来，通过加装测量设备或者投入更多的人工成本获取准确的拓扑结构，严重影响了电网公司的经济效益，因此，配电网的拓扑识别得到了越来越多的研究者的关注。

2、目前配电网的拓扑识别方法大致分为数据驱动法和线性规划法等。在缺少大量历史数据时，采用线性规划法是解决多变量最优决策的方法，是在各种相互关联的多变量约束条件下，解决或规划一个对象的线性目标函数最优的问题，即给与一定数量的人力、物力和资源，如何应用而能得到最大经济效益。当资源限制或约束条件表现为线性等式或不等式，目标函数表示为线性函数时，可运用线性规划法进行决策。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题是提供的一种有源配电网故障拓扑识别方法，旨在解决现有有源配电网潮流方向未知和随着分布式电源在电网中的渗透率越来越高，其出力的波动以及节点负荷的变动都会导致节点电压相位发生较大的改变引起继电保护装置的误动和拒动的问题。

2、本发明的技术方案是：一种有源配电网故障拓扑识别方法，将配电网未知的拓扑描述为不确定的有向邻接矩阵，实现电网潮流方向与电网拓扑辨识；再利用节点电压邻接矩阵分析相邻节点电压幅值的下降趋势，以此判断电力信息物理系统物理侧拓扑是否发生变动；最后利用有向支路功率矩阵对故障范围进行辨识。

3、具体步骤为：

4、step1：建立基于有向邻接矩阵的配电网拓扑识别模型，将配电网的未知拓扑描述为不确定的有向邻接矩阵，实现配电网拓扑识别并确定潮流方向。

5、step2：建立节点电压邻接矩阵，并通过分析相邻节点电压幅值的下降趋势判断拓扑是否发生变动。

6、step3：建立基于有向支路功率矩阵对故障范围进行辨识。

7、step4：根据不同测量误差的支路测量功率和节点注入功率组合对拓扑识别结果的影响，对拓扑识别结果进行校验。

8、进一步的，所述step1具体为：

9、step1.1：读取配电网数据，所述配电网数据包括但不限于当前存储的拓扑结构、负荷数据、电压测量数据。

10、step1.2：根据所述配电网数据计算有向邻接矩阵，向邻接矩阵不仅能描述网络节点之间联络关系，还可以描述网络的潮流方向。对于一个含有n个节点的网络，用一个n×n阶的矩阵c来表示网络的拓扑结构，矩阵中的元素cij定义如下：

11、

12、进一步的，所述step2具体为：

13、step2.1：根据step1得到的有邻接矩阵和各个节点电压幅值，构建节点电压邻接矩阵，对于含有n个节点的电力网络，其电压邻接矩阵v中的元素vij为：

14、

15、其中：式中，ui和uj分别为节点i和节点j的电压，k为一个较大的正数。

16、step2.2：当系统中负荷突变会导致某一节点电压发生较大的改变，但其不会改变相邻节点变化趋势。由于节点电压随潮流方向减小，故正确的网络拓扑结构中节点电压邻接矩阵中的非零元素＞0，若出现非零元素，则说明实际拓扑结构与存储结构不一致，其拓扑结构变化判据为：

17、

18、进一步的，所述step3具体为：

19、根据step1得到的有邻接矩阵和采集支路功率数据，基于加权最小二乘法，以最小化多个量测断面的支路功率测值与估计值的加权误差为目标，以有向邻接矩阵和有向支路功率为变量构建了拓扑识别模型，其目标函数为：

20、

21、式中，t为量测断面数，wj,t为节点注入有功、无功功率测量权重，wij,t为线路流过有功、无功功率测量权重，和plj,t分别为第t个断面节点注入有功功率的测量值和估计值，和qlj,t分别为第t个断面节点注入无功功率的测量值和估计值，和pij,t分别为第t个断面线路流过有功功率的测量值和估计值，和qij,t分别为第t个断面线路流过有功功率的测量值和估计值。

22、此时其潮流约束为：

23、

24、式中，pt,i为第t个时间断面节点i注入有功功率，ppv为光伏输出功率，pt,i为第t个时间断面节点i有功负荷，ct,ij为t时刻有向邻接矩阵c中的元素，pt,ij为第t个时间断面支路ij流过的有功功率，k(i)为节点i的子节点集。

25、

26、式中，qt,i为第t个时间断面节点i注入无功功率，qt,i为第t个时间断面节点i无功负荷，qt,ij为第t个时间断面支路ij流过的无功功率。

27、进一步的，所述step4具体为：

28、考虑不同测量误差的支路测量功率和节点注入功率组合对拓扑识别结果的影响，对每种误差组合情况分别进行拓扑识别100次，定义拓扑识别的准确率为：

29、

30、式中：n表示拓扑识别的次数，nc表示正确识别的次数。

31、本发明的有益效果是：本发明为有源电网的故障分析提供依据，防止继电保护装置误动或拒动。能准确识别拓扑并缩小未知拓扑的范围，降低拓扑识别问题的变量规模。本发明考虑实际情况，对于拓扑变动都会包含联络线的动作，因此检测拓扑是否发生变动只需关注联络线的开关状态是否发生改变，即只需要采集到联络线两端的几个节点上的电压，过配电网的拓扑变动检测可以缩小拓扑识别的范围从而减小变量的规模，更快地识别出配电网的拓扑结构；将配电网未知的拓扑描述为不确定的有向邻接矩阵，实现电网潮流方向与电网拓扑准确辨识。

技术特征：

1.一种有源配电网故障拓扑识别方法，其特征在于：

2.根据权利要求1所述的有源配电网故障拓扑识别方法，其特征在于，所述step1具体为：

3.根据权利要求1所述的有源配电网故障拓扑识别方法，其特征在于，所述step2具体为：

4.根据权利要求1所述的有源配电网故障拓扑识别方法，其特征在于，所述step3具体为：

5.根据权利要求1所述的有源配电网故障拓扑识别方法，其特征在于，所述step4具体为：

技术总结
本发明涉及一种有源配电网故障拓扑识别方法，属于电力系统继电保护技术领域。本发明将配电网未知的拓扑描述为不确定的有向邻接矩阵，实现电网潮流方向与电网拓扑辨识；再利用节点电压邻接矩阵分析相邻节点电压幅值的下降趋势，以此判断电力信息物理系统物理侧拓扑是否发生变动；最后利用有向支路功率矩阵对故障范围进行辨识。本发明故障拓扑识别方法为有源电网的故障分析提供依据，防止继电保护装置误动或拒动。

技术研发人员：束洪春,赵学专,赵红芳,唐玉涛,杨永银,许畅
受保护的技术使用者：昆明理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/22