CN105785230A - 一种具有容错性的电压暂降源定位方法 - Google Patents

Abstract

一种具有容错性的电压暂降源定位方法，包括：构建信息完备的网络化电能质量监测系统(NPQMS)；基于扰动功率(DP)算法和扰动能量(DE)算法两种独立判据确定其各自的完备方向矩阵；暂降源方向判定结果可靠性影响因素分析和信度评估；各影响因素信度因子和方向信息的融合；方向判定冲突点的信度弱化处理；基于系统扩展覆盖矩阵和融合方向矩阵的验前定位结果确定；分布式电源(DG)接入影响的分析和校正处理。

Description

一种具有容错性的电压暂降源定位方法

技术领域

本发明涉及一种具有容错性的电压暂降源定位方法，属电气工程和电能质量领域。

背景技术

近年来，电能质量问题对于电力系统的经济、安全和能源稳定越来越重要。在现代智能配电网中，网络化电能质量监测系统(NetworkedPowerQualityMonitoringSystem,NPQMS)的应用越来越普及，这为电能质量智能诊断功能的实现提供了可能。电能质量扰动源(PowerQualityDisturbanceSource,PQDS)的自动、准确定位，有助于责任认定、问题快速解决和尽可能降低损失，已成为电能质量智能诊断功能的重要任务。因此，作为影响最重大的电能质量扰动类型之一，电压暂降源的准确定位研究具有重要意义。

目前，与电压暂降源定位相关的研究成果，主要包括基于单电能质量监测点(PowerQualityMonitoring,PQM)的暂降源方向判定和基于NPQMS的暂降源准确定位两大方面。申请号为2013104676593的发明专利提出了一种基于有限PQM的电压暂降源定位方法，申请号为2014101006927的发明专利提出了一种通过计算故障线路两端PQM时间差进行定位的方法，两者均借助故障距离测定降低定位结果的模糊程度；申请号为2008100612549的发明专利提出一种基于NPQMS和特征矩阵的PQDS自动定位方法，但其依赖的扰动方向判别的绝对可靠性和完备性实际上不能得到保证；申请号为201410537526.3的发明专利提出一种基于监测可信度和粒子群优化算法的PQDS矩阵定位改进方法，但未能明确分布式电源(DistributedGenerator,DG)接入对PQDS方向判定和定位的影响规律，也不能融合多种适用扰动方向判定算法；申请号为201510223195.0的发明专利提出一种基于证据融合理论的PQDS定位方法，未考虑DG接入影响和多种方向判定结果冲突点的处理。本发明专利针对电压暂降源方向判定多种适用算法的方向判定结果的信度表征和判据融合方法进行研究，并提出“冲突点信度弱化”和“DG接入误判校正”处理机制，实现含DG接入智能配电网中具有容错性的电压暂降源自动、准确定位。

发明内容

本发明要克服现有电压暂降源定位方法不能有效表征暂降源方向判定可靠性程度、不能融合多种独立判据、未考虑DG接入影响的问题，引入“信度”指标表征多种因素对暂降源方向判定结果的可靠性影响程度，提供一种能够融合多种独立判据的电压暂降源定位决策方法，实现在含DG接入智能配电网中具有容错性的电压暂降源自动、准确定位。

本发明为实现上述目的，提出了一种能够实现多种独立判据融合、冲突点信度弱化、DG接入误判校正的电压暂降源容错性定位方法，如附图1所示，其过程包括如下步骤：

1、构建信息完备的NPQMS；考虑系统构建的经济成本，在含有L条线段的辐射型配电网络中，经过位置布置的优化处理，选择在其中N条线路首端布置实际PQM；其余未布置实际PQM的线段，基于状态估计原理进行电能质量信息完备，并视其布置“虚拟PQM”；系统中包含的所有实际PQM和虚拟PQM的总数量为

2、基于两种独立判据确定其各自的完备方向矩阵；当检测到系统中发生电压暂降事件时，根据扰动功率(DP)算法和扰动能量(DE)算法这两种典型的暂降源方向判据，对步骤1中所有的PQM点分别进行暂降源方向判定；

步骤201，依据DP判据的暂降源方向判定结果构建完备方向矩阵矩阵各元素的赋值方法如式(1)所示：

步骤202，依据DE判据的暂降源方向判定结果构建完备方向矩阵矩阵各元素的赋值方法如式(2)所示：

3、暂降源方向判定结果可靠性影响因素分析和信度评估；采用[0.0～1.0]之间的不同数值作为信度，表征对基于DP、DE两种不同判据的暂降源方向判定结果的置信程度；信度值越大，表征对其方向判定结果的信任程度越高；影响信度的主要因素及其评估方法为：

步骤301，表征电压暂降扰动信号强弱的信度因子；若某PQM监测点与暂降源相距过远，由于受分支线路分流以及线路损耗，其检测到的暂降扰动信号特征量相对微弱，易受噪声干扰而发生误判，其方向判定结果的可信度相对较低；定义表征扰动信号强弱的信度因子α_v,i，并构建其评估函数：

${\mathrm{\α}}_{v,i}=\left\{\begin{array}{cc}1,& k_{v,i}>0.81\\ \frac{8}{9}\sqrt{k_{v,i}}+0.2& 0\≤k_{v,i}\≤0.81\end{array}\right.---\left(3\right)$

其中

k_v,i＝|ΔF_v(i)|/|ΔF_v,max|(4)

式中，v＝1表示采用DP判据，此时ΔF_v(i)表示PQM_i处的DP信号初始峰值；v＝2表示采用DE判据，此时ΔF_v(i)表示PQM_i处的DE信号稳定终值；ΔF_v,max为系统中所有测得的ΔF_v(i)中的最大值；κ_v,i为ΔF_v(i)和ΔF_v,max比值；

步骤302，表征信息完备影响的信度因子；基于状态估计法，能够获得系统未布置实际PQM节点以及由于数据采集、通信网络等原因引起的数据错误节点的电气状态量估计值，实现系统的信息完备；但由于状态估计存在误差，基于信息完备的部分节点的方向判定结果可信度降低；定义表征信息完备影响的信度因子β_v,i，并构建其评价函数：

${\mathrm{\β}}_{v,i}=\left\{\begin{array}{cc}1,& {\mathrm{\ρ}}_i=0\\ max\{1-\[g\left(d_i\right)+g(-d_i)\],0.5\},& {\mathrm{\ρ}}_i=1\end{array}\right.---\left(5\right)$

其中

$g\left(d_i\right)=\frac{1}{1+e^{\frac{2k}{\mathrm{\λ}}\[d_i+(1+\frac{\mathrm{\λ}}{2})\]}}---\left(6\right)$

式中，v＝1和v＝2分别表示采用DP判据和DE判据，且β_1,i＝β_2,i；ρ_i＝0和ρ_i＝1分别表示线路L_i处布置的监测装置为实际PQM和虚拟PQM；d_i为任意基于状态估计定义的虚拟测点PQM_i的相对偏离量；g(d_i)为关于d_i的一个系数构造函数，其中k一般取[2～4]之间的实数；λ一般取[1～5]之间实数；

步骤303，表征扰动信号波形特征的信度因子；一般情况下，通常给予DE判据更大信任，但当DE信号的终值绝对值与其峰值绝对值的比值小于80％时，DE判据信任度显著降低，DP判据更值得信任；另外，若DE信号初始峰值与最终值符号不同，则该监测点的方向判定结果可信度降低；定义表征扰动信号波形特征的信度因子χ_v,i，并构建其评价函数：

$\begin{array}{c}{\mathrm{\&chi;}}_{v,i}=\&lsqb;{\mathrm{\&chi;}}_{1,i},{\mathrm{\&chi;}}_{2,i}\&rsqb;\\ =\left\{\begin{array}{cc}\&lsqb;0.8-\frac{q-0.8}{2},1\&rsqb;,& q\&GreaterEqual;0.8\\ \&lsqb;1,\max (q,0.6)\&rsqb;,& q<0.8\&cap;\mathrm{sgn}\left({\mathrm{\&Delta;E}}_I\right(i)\&CenterDot;{\mathrm{\&Delta;E}}_R\left(i\right))=1\\ \&lsqb;1,\max (2q-0.8,0.5)\&rsqb;,& q<0.8\&cap;\mathrm{sgn}\left({\mathrm{\&Delta;E}}_I\right(i)\&CenterDot;{\mathrm{\&Delta;E}}_R\left(i\right))=-1\end{array}\right.\end{array}---\left(7\right)$

其中

q＝|ΔE_I(i)/ΔE_R(i)|(8)

式中，v＝1和v＝2分别表示采用DP判据和DE判据；ΔE_I(i)，ΔE_R(i)分别为PQM_i处DE信号的初始峰值和稳态终值；sgn(·)为符号函数；q为|ΔE_I(i)|和|ΔE_R(i)|的比值；

4、各影响因素信度因子和方向信息的融合；对各影响因素的信度因子，以及步骤2中得到的暂降源方向判定信息进行综合，并进一步实现DP、DE两种判据的信度融合；

步骤401，基于DP判据所得PQM_i处具有信度特性的方向判定结果d_1,i为：

$d_{1,i}=({\mathrm{\&alpha;}}_{1,i}\&CenterDot;{\mathrm{\&beta;}}_{1,i}\&CenterDot;{\mathrm{\&chi;}}_{1,i})\&CenterDot;d_i^{dp}---\left(9\right)$

步骤402，基于DE判据所得PQM_i处具有信度特性的方向判定结果d_2,i为：

$d_{2,i}=({\mathrm{\&alpha;}}_{2,i}\&CenterDot;{\mathrm{\&beta;}}_{2,i}\&CenterDot;{\mathrm{\&chi;}}_{2,i})\&CenterDot;d_i^{de}---\left(10\right)$

步骤403，对DP、DE两种不同判据得到的具有信度特性的电压暂降源方向判定结果d_1,i，d_2,i进行融合：

$d_i=\left\{\begin{array}{cc}{(1-|d_i^{dp}\&CenterDot;d_i^{de}\left|\right)}^{-1}\&CenterDot;|d_i^{dp}\&CenterDot;d_i^{de}|,& s_{1,i}>0\&cap;s_{2,i}>0\\ \left(-1\right)\&times;{(1-|d_i^{dp}\&CenterDot;d_i^{de}\left|\right)}^{-1}\&CenterDot;|d_i^{dp}\&CenterDot;d_i^{de}|,& s_{1,i}<0\&cap;s_{2,i}<0\\ s_{1,i}\&times;{(1-|d_i^{dp}\&CenterDot;d_i^{de}\left|\right)}^{-1}\&CenterDot;|d_i^{dp}\&CenterDot;d_i^{de}|,& s_{1,i}\&CenterDot;s_{2,i}<0\&cap;\left|\frac{d_{1,i}}{d_{2,i}}\right|\&GreaterEqual;1\\ s_{2,i}\&times;{(1-|d_i^{dp}\&CenterDot;d_i^{de}\left|\right)}^{-1}\&CenterDot;|d_i^{dp}\&CenterDot;d_i^{de}|,& s_{1,i}\&CenterDot;s_{2,i}<0\&cap;\left|\frac{d_{1,i}}{d_{2,i}}\right|<1\end{array}\right.---\left(11\right)$

其中

s_1,i＝sgn(d_1,i)，s_2,i＝sgn(d_2,i)(12)

式中，s_1,i，s_2,i分别为PQM_i处d_1,i和d_2,i的符号函数结果；d_i为PQM_i处DP、DE两种判据的融合信度；

5、方向判定冲突点的信度弱化处理；若出现DP、DE两种判据的判定结果方向冲突的情景，应减低该监测点方向判定结果的信度，从而减小其对暂降源定位结果的影响权重；为此，提出一种冲突点信度弱化策略：

步骤501，将系统方向判定融合结果集合按照信度绝对值|d_i|进行从大到小排序，选择其前30％元素组成强信度子集

步骤502，检查中各元素对应的PQM_i，判断其对应的两个方向判定结果是否存在方向冲突；若存在冲突，转入步骤503；若不存在冲突，转至步骤504；

步骤503，将该类监测点的信度绝对值降低20％，并将其降低的信度值按平均分配原则增至中其他不存在方向冲突的监测点信度值中，形成新的转回步骤501；

步骤504，输出此时的并将其赋值给调整后的方向判定融合信度集合

6、验前定位结果确定；根据系统拓扑、PQM布置位置信息以及各监测点方向判定融合信度，通过矩阵算法可获得电压暂降源的验前定位结果：

步骤601，确定系统扩展覆盖矩阵；构建用以表征所有线路L_j与各PQM_i相对位置关系的系统完备覆盖矩阵其元素c_ji的赋值原则如下：

步骤602，确定系统融合方向矩阵；基于步骤504输出的方向判定融合信度集合构建用以表征暂降源与各PQM_i相对位置关系的系统融合方向矩阵

$D_{\stackrel{\&OverBar;}{N}\&times;1}={\&lsqb;d_1^{\&prime;},d_2^{\&prime;},...,d_{\stackrel{\&OverBar;}{N}}^{\&prime;}\&rsqb;}^T---\left(14\right)$

步骤603，验前定位结果矩阵计算；基于矩阵乘法运算，得到验前定位结果矩阵：

$R_{L\&times;1}=C_{L\&times;\stackrel{\&OverBar;}{N}}\&CenterDot;D_{\stackrel{\&OverBar;}{N}\&times;1}---\left(15\right)$

矩阵R_L×1中的最大值元素r_j＝max[r₁,r₂,...,r_L]对应的线路L_j，即为系统中电压暂降源的验前定位位置；

7、DG接入影响的分析和校正处理；DG接入使配电网从单电源网络变成多电源网络，将对系统中各PQM处的扰动信号强度产生影响，甚至在部分节点发生方向误判并影响暂降源定位结果的正确性；DG接入影响的分析和校正处理过程：

步骤701，提出DG接入对暂降源方向判定影响的规律：当暂降源F位于网络主电源G至DG的主链路link(G-DG)上时，对于位于link(G-DG)上的各PQM，若存在分流网络且其吸收的扰动能量过大，会引起该部分PQM方向误判；对于其他情景，DG接入只能影响各PQM的扰动信号强度，不会使其方向判定结果反转；

步骤702，构造校验因子；根据步骤701分析得到规律，可构建校验因子δ_j进行验前定位结果正确性的校验：

${\mathrm{\&delta;}}_j=\left\{\begin{array}{cc}-1,& L_j\&Element;link\left(G-DG\right)\&cap;\frac{\left|{\mathrm{\&Delta;E}}_j^p\right|}{\left|{\mathrm{\&Delta;E}}_{\max }^p\right|}=1\\ +1,& L_j\&NotElement;link\left(G-DG\right)\&cup;\&lsqb;L_j\&Element;link\left(G-DG\right)\&cap;\frac{\left|{\mathrm{\&Delta;E}}_j^p\right|}{\left|{\mathrm{\&Delta;E}}_{\max }^p\right|}=0\&rsqb;\end{array}\right.---\left(16\right)$

其中，

${\mathrm{\&Delta;E}}_j^p={\mathrm{\&Delta;E}}_j-{\mathrm{\&Delta;E}}_{Lj}-{\mathrm{\&Sigma;\&Delta;E}}_j^{out}---\left(17\right)$

式中，为定义的线路L_j上的局部扰动能量；ΔE_j为L_j处PQM测得的DE信号终值；ΔE_Lj为L_j上的DE损耗值；为与L_j相连的下游母线所有出线支路的DE值累加；

步骤703，验前定位结果校验；若根据步骤603得到的验前定位结果L_j位于link(G-DG)上，则需判断该L_j处对应的校验因子δ_j值；如果该δ_j值等于-1，则该验前定位结果经校验无误，确定其为暂降源的验后定位结果；如果该δ_j值等于+1，则表示验前定位结果经校验有误，需计算系统link(G-DG)上所有线路对应的校验因子值，将其中唯一的值等于-1的找出并标注为δ_j'；δ_j'对应的线路L_j'即为验后暂降源定位结果。

本发明的有益效果主要表现在：1、针对DP、DE两种不同电压暂降源方向判据，提出了具有信度特征的暂降源方向判定结果表征方法，并获得更可信的融合方向判定结果；2、实现方向判定冲突点的信度弱化处理，合理降低冲突点对定位结果的影响；3、实现DG接入对暂降源定位影响的分析、校正处理；4、在同时考虑多种信度影响因素、可能存在部分方向误判情况下，实现含DG接入智能配电网中具有容错性的电压暂降源自动、准确定位。

附图说明

图1为本发明方法的具体实施流程图。

图2为PQM前向区域与后向区域划分图。

图3为一个13节点辐射型配电网的拓扑结构图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步的详细说明，但本发明的实施方式不限于此。实施例中一种具有容错性的电压暂降源定位方法的总体框图如附图1所示，包括以下步骤：

1、构建信息完备的NPQMS；考虑系统构建的经济成本，在含有L条线段的辐射型配电网络中，经过位置布置的优化处理，选择在其中N条线路首端布置实际PQM；其余未布置实际PQM的线段，基于状态估计原理进行电能质量信息完备，并视其布置“虚拟PQM”；系统中包含的所有实际PQM和虚拟PQM的总数量为

2、基于两种独立判据确定其各自的完备方向矩阵；当检测到系统中发生电压暂降事件时，根据扰动功率(DP)算法和扰动能量(DE)算法这两种典型的暂降源方向判据，对步骤1中所有的PQM点分别进行暂降源方向判定；对于拓扑结构确定的电力网络，PQM前向区域与后向区域的划分规则如附图2所示；

步骤201，依据DP判据的暂降源方向判定结果构建完备方向矩阵矩阵各元素的赋值方法如式(1)所示；

步骤202，依据DE判据的暂降源方向判定结果构建完备方向矩阵矩阵各元素的赋值方法如式(2)所示；

3、暂降源方向判定结果可靠性影响因素分析和信度评估；采用[0.0～1.0]之间的不同数值作为信度，表征对基于DP、DE两种不同判据的暂降源方向判定结果的置信程度；信度值越大，表征对其方向判定结果的信任程度越高；影响信度的主要因素及其评估方法为：

步骤301，表征电压暂降扰动信号强弱的信度因子；若某PQM监测点与暂降源相距过远，由于受分支线路分流以及线路损耗，其检测到的暂降扰动信号特征量相对微弱，易受噪声干扰而发生误判，其方向判定结果的可信度相对较低；定义表征扰动信号强弱的信度因子α_v,i，并构建其评估函数如式(3)、(4)所示；

步骤302，表征信息完备影响的信度因子；基于状态估计法，能够获得系统未布置实际PQM节点以及由于数据采集、通信网络等原因引起的数据错误节点的电气状态量估计值，实现系统的信息完备；但由于状态估计存在误差，基于信息完备的部分节点的方向判定结果可信度降低；定义表征信息完备影响的信度因子β_v,i，并构建其评价函数如式(5)、(6)所示；

步骤303，表征扰动信号波形特征的信度因子；一般情况下，通常给予DE判据更大信任，但当DE信号的终值绝对值与其峰值绝对值的比值小于80％时，DE判据信任度显著降低，DP判据更值得信任；另外，若DE信号初始峰值与最终值符号不同，则该监测点的方向判定结果可信度降低；定义表征扰动信号波形特征的信度因子χ_v,i，并构建其评价函数如式(7)、(8)所示；

4、各影响因素信度因子和方向信息的融合；对各影响因素的信度因子，以及步骤2中得到的暂降源方向判定信息进行综合，并进一步实现DP、DE两种判据的信度融合；

步骤401，基于DP判据所得PQM_i处具有信度特性的方向判定结果d_1,i如式(9)所示；

步骤402，基于DE判据所得PQM_i处具有信度特性的方向判定结果d_2,i如式(10)所示；

步骤403，对DP、DE两种不同判据得到的具有信度特性的电压暂降源方向判定结果d_1,i，d_2,i进行融合，如式(11)、(12)所示；

5、方向判定冲突点的信度弱化处理；若出现DP、DE两种判据的判定结果方向冲突的情景，应减低该监测点方向判定结果的信度，从而减小其对暂降源定位结果的影响权重；为此，提出一种冲突点信度弱化策略：

步骤501，将系统方向判定融合结果集合按照信度绝对值|d_i|进行从大到小排序，选择其前30％元素组成强信度子集

步骤502，检查中各元素对应的PQM_i，判断其对应的两个方向判定结果是否存在方向冲突；若存在冲突，转入步骤503；若不存在冲突，转至步骤504；

步骤503，将该类监测点的信度绝对值降低20％，并将其降低的信度值按平均分配原则增至中其他不存在方向冲突的监测点信度值中，形成新的转回步骤501；

步骤504，输出此时的并将其赋值给调整后的方向判定融合信度集合

6、验前定位结果确定；根据系统拓扑、PQM布置位置信息以及各监测点方向判定融合信度，通过矩阵算法可获得电压暂降源的验前定位结果：

步骤601，确定系统扩展覆盖矩阵；构建用以表征所有线路L_j与各PQMi相对位置关系的系统完备覆盖矩阵其元素c_ji的赋值原则如式(13)所示；

步骤602，确定系统融合方向矩阵；基于步骤504输出的方向判定融合信度集合构建用以表征暂降源与各PQM_i相对位置关系的系统融合方向矩阵如式(14)所示；

步骤603，验前定位结果矩阵计算；基于矩阵乘法运算，得到验前定位结果矩阵，如式(15)所示；矩阵R_L×1中的最大值元素r_j＝max[r₁,r₂,...,r_L]对应的线路L_j，即为系统中电压暂降源的验前定位位置；

7、DG接入影响的分析和校正处理；DG接入使配电网从单电源网络变成多电源网络，将对系统中各PQM处的扰动信号强度产生影响，甚至在部分节点发生方向误判并影响暂降源定位结果的正确性；DG接入影响的分析和校正处理过程：

步骤701，提出DG接入对暂降源方向判定影响的规律：当暂降源F位于网络主电源G至DG的主链路link(G-DG)上时，对于位于link(G-DG)上的各PQM，若存在分流网络且其吸收的扰动能量过大，会引起该部分PQM方向误判；对于其他情景，DG接入只能影响各PQM的扰动信号强度，不会使其方向判定结果反转；

步骤702，构造校验因子；根据步骤701分析得到规律，可构建校验因子δ_j进行验前定位结果正确性的校验，如式(16)、(17)所示；

步骤703，验前定位结果校验；若根据步骤603得到的验前定位结果L_j位于link(G-DG)上，则需判断该L_j处对应的校验因子δ_j值；如果该δ_j值等于-1，则该验前定位结果经校验无误，确定其为暂降源的验后定位结果；如果该δ_j值等于+1，则表示验前定位结果经校验有误，需计算系统link(G-DG)上所有线路对应的校验因子值，将其中唯一的值等于-1的找出并标注为δ_j'；δ_j'对应的线路L_j'即为验后暂降源定位结果。

以拓扑结构如附图3的13节点配电网为例，基于MATLAB/simulink的电力系统仿真套件进行仿真，进一步说明本发明的实施过程。为验证DG接入对电压暂降源定位影响，在系统中L₁₇下游母线处接入一个容量为系统容量10％的DG。

根据步骤1，在系统中布置13个实际PQM，基于状态估计定义5个虚拟PQM，即设置2个不同电压暂降扰动事件：1)F₁：在线路L₅处，引入单相接地短路，模拟产生电压暂降扰动事件；2)F₂：在线路L₁处，引入大功率电机启动，模拟产生电压暂降扰动事件。并在系统中部分PQM监测点加入均值为系统暂降事件发生前的稳态功率值1％～5％大小的随机噪声干扰。

根据步骤2，针对F₁、F₂两种不同类型暂降事件，依据DP、DE两种不同判据分别构建系统完备方向矩阵：

对于事件F₁，系统完备方向矩阵为：

$D_{\stackrel{\&OverBar;}{N}\&times;1}^{dp}={\&lsqb;+1,+1,+1,-1,+1,-1,+1,-1,-1,+1,-1,-1,-1,-1,-1,-1,-1,-1\&rsqb;}^T$

$D_{\stackrel{\&OverBar;}{N}\&times;1}^{de}={\&lsqb;+1,+1,-1,-1,+1,-1,-1,-1,-1,+1,-1,-1,-1,-1,-1,-1,-1,-1\&rsqb;}^T$

对于事件F₂，系统完备方向矩阵为：

$D_{\stackrel{\&OverBar;}{N}\&times;1}^{dp}={\&lsqb;+1,-1,-1,+1,-1,-1,-1,-1,-1,-1,-1,-1,-1,-1,-1,-1,+1,-1\&rsqb;}^T$

$D_{\stackrel{\&OverBar;}{N}\&times;1}^{de}={\&lsqb;-1,-1,-1,+1,-1,-1,-1,-1,-1,-1,-1,-1,-1,-1,-1,-1,+1,-1\&rsqb;}^T$

根据步骤3、4，计算F₁、F₂两种不同暂降事件各自的α_v,i、χ_v,i、β_v,i，并对其进行融合得到暂降方向判定融合结果集合然后根据步骤5执行方向判定冲突点的信度弱化处理。步骤3，4，5包含的所有信度因子的数值如表1所示。

表1F₁、F₂事件中各信度因子及融合信度值

根据表1数据分析，F₁、F₂两种不同原因的电压暂降事件发生后，暂降源方向判定的误判点和冲突点情况如表2所示。

表2误判点和冲突点

表1和表2结果显示：F₁和F₂扰动事件中，均存在DP、DE两种判据方向判定结果的冲突点；且其信度较高，均需触发步骤5中的冲突点信度弱化处理机制。两种电压暂降事件调整后的方向判定融合结果，如表1中两组所示。可以看出，执行信度弱化处理后的冲突点信度值得到明显降低。

根据步骤601和图3所示的系统拓扑结构及其PQM布置信息，确定系统完备覆盖矩阵

$C_{L\&times;\stackrel{\&OverBar;}{N}}=\left[\begin{array}{cccccccccccccccccc}+1& -1& -1& -1& -1& -1& -1& -1& -1& -1& -1& -1& -1& -1& -1& -1& -1& -1\\ +1& +1& -1& -1& -1& -1& -1& -1& -1& -1& -1& -1& -1& -1& -1& -1& -1& -1\\ +1& -1& +1& -1& -1& -1& -1& -1& -1& -1& -1& -1& -1& -1& -1& -1& -1& -1\\ +1& -1& -1& +1& -1& -1& -1& -1& -1& -1& -1& -1& -1& -1& -1& -1& -1& -1\\ +1& +1& -1& -1& +1& -1& -1& -1& -1& -1& -1& -1& -1& -1& -1& -1& -1& -1\\ +1& +1& -1& -1& +1& +1& -1& -1& -1& -1& -1& -1& -1& -1& -1& -1& -1& -1\\ +1& -1& +1& -1& -1& -1& +1& -1& -1& -1& -1& -1& -1& -1& -1& -1& -1& -1\\ +1& -1& +1& -1& -1& -1& -1& +1& -1& -1& -1& -1& -1& -1& -1& -1& -1& -1\\ +1& -1& +1& -1& -1& -1& -1& -1& +1& -1& -1& -1& -1& -1& -1& -1& -1& -1\\ +1& -1& +1& -1& -1& -1& +1& -1& -1& +1& -1& -1& -1& -1& -1& -1& -1& -1\\ +1& -1& +1& -1& -1& -1& +1& -1& -1& -1& +1& -1& -1& -1& -1& -1& -1& -1\\ +1& -1& +1& -1& -1& -1& +1& -1& -1& +1& -1& +1& -1& -1& -1& -1& -1& -1\\ +1& -1& +1& -1& -1& -1& +1& -1& -1& -1& +1& -1& +1& -1& -1& -1& -1& -1\\ +1& -1& +1& -1& -1& -1& -1& +1& -1& -1& -1& -1& -1& +1& -1& -1& -1& -1\\ +1& -1& +1& -1& -1& -1& -1& -1& +1& -1& -1& -1& -1& -1& +1& -1& -1& -1\\ +1& -1& +1& -1& -1& -1& -1& -1& +1& -1& -1& -1& -1& -1& +1& +1& -1& -1\\ +1& -1& -1& +1& -1& -1& -1& -1& -1& -1& -1& -1& -1& -1& -1& -1& +1& -1\\ +1& -1& -1& +1& -1& -1& -1& -1& -1& -1& -1& -1& -1& -1& -1& -1& +1& +1\end{array}\right]$

根据步骤602，针对F₁和F₂两个扰动事件，分别确定系统融合方向矩阵：

对于事件F₁：

$\begin{array}{c}{D}_{\stackrel{\&OverBar;}{N}\&times;1}=\&lsqb;0.2461,0.0963,0.0274,-0.0240,0.2053,-0.1124,\\ 0.0287,-0.0230,-0.0249,0.0249,-0.0211,-0.0229,\\ -0.0210,-0.0282,-0.0187,-0.0248,-0.0318,-0.0173{\&rsqb;}^T\end{array}$

对于事件F₂：

$\begin{array}{c}{D}_{\stackrel{\&OverBar;}{N}\&times;1}=\&lsqb;0.0549,-0.0362,-0.1589,0.0174,-0.0313,-0.0361,\\ -0.0843,-0.0710,-0.0650,-0.0495,-0.0469,-0.0632,\\ -0.0466,-0.0893,-0.0420,-0.0648,0.0220,-0.0222{\&rsqb;}^T\end{array}$

根据步骤603和式(15)，可计算得验前定位结果矩阵，并据此获得电压暂降源的验前定位位置，如表3所示。

表3定位结果矩阵及定位结果

对于事件F₁，验前定位结果L₅不在link(G-DG)上，无需进行DG接入的校正；对于事件F₂，验前定位结果L₁₇位于link(G-DG)上，需进行DG接入的校正。事件F₂的校正结果显示，对应于L₁₇的校验因子δ₁₇＝+1，说明验前定位结果L₁₇经校验有误；进一步计算link(G-DG)上所有线路对应的校验因子值，发现仅δ₁＝-1。因此，可判定其对应的线路L₁为验后暂降源定位结果。对比表2中暂降源位置可判定：F₁事件，暂降源定位正确；F₂事件，经校正后的验后定位结果正确。

算例分析显示，本发明所提方法能够进行电压暂降源方向判定结果的信度表征，实现多种不同方向判定算法的信度融合。在系统中各PQM处暂降方向判定结果的可靠性受外部多种因素影响、可能存在误判的情况下，仍可实现电压暂降源自动、正确定位。特别是，冲突点信度弱化和DG接入误判校正处理机制显著提升了方法的容错性和适应性。

如上所述，便可较好地实现本发明，上述实施例仅为本发明的典型实施例，并非用来限定本发明的实施范围，即凡依本发明内容所作的均等变化与修饰，都为本发明权利要求所要求保护的范围所涵盖。

Claims (1)

1.一种具有容错性的电压暂降源定位方法，包括如下步骤：

步骤1、构建信息完备的网络化电能质量监测系统；考虑系统构建的经济成本，在含有L条线段的辐射型配电网络中，经过位置布置的优化处理，选择在其中N条线路首端布置实际电能质量监测装置，电能质量监测装置简称PQM；其余未布置实际PQM的线段，基于状态估计原理进行电能质量信息完备，并视其布置“虚拟PQM”；系统中包含的所有实际PQM和虚拟PQM的总数量为

步骤2、基于两种独立判据确定其各自的完备方向矩阵；当检测到系统中发生电压暂降事件时，根据扰动功率算法和扰动能量算法这两种典型的暂降源方向判据，对步骤1中所有的PQM点分别进行暂降源方向判定；扰动功率简称DP，扰动能量简称DE；

步骤201，依据DP判据的暂降源方向判定结果构建完备方向矩阵矩阵各元素的赋值方法如式(1)所示：

步骤202，依据DE判据的暂降源方向判定结果构建完备方向矩阵矩阵各元素的赋值方法如式(2)所示：

步骤3、暂降源方向判定结果可靠性影响因素分析和信度评估；采用[0.0～1.0]之间的不同数值作为信度，表征对基于DP、DE两种不同判据的暂降源方向判定结果的置信程度；信度值越大，表征对其方向判定结果的信任程度越高；影响信度的主要因素及其评估方法为：

步骤301，表征电压暂降扰动信号强弱的信度因子；若某PQM监测点与暂降源相距过远，由于受分支线路分流以及线路损耗，其检测到的暂降扰动信号特征量相对微弱，易受噪声干扰而发生误判，其方向判定结果的可信度相对较低；定义表征扰动信号强弱的信度因子α_v,i，并构建其评估函数：

${\mathrm{\&alpha;}}_{v,i}=\left\{\begin{array}{cc}1,& k_{v,i}>0.81\\ \frac{8}{9}\sqrt{k_{v,i}}+0.2,& 0\&le;k_{v,i}\&le;0.81\end{array}\right.---\left(3\right)$

其中

k_v,i＝|ΔF_v(i)|/|ΔF_v,max|(4)

式中，v＝1表示采用DP判据，此时ΔF_v(i)表示PQM_i处的DP信号初始峰值；v＝2表示采用DE判据，此时ΔF_v(i)表示PQM_i处的DE信号稳定终值；ΔF_v,max为系统中所有测得的ΔF_v(i)中的最大值；κ_v,i为ΔF_v(i)和ΔF_v,max比值；

步骤302，表征信息完备影响的信度因子；基于状态估计法，能够获得系统未布置实际PQM节点以及由于数据采集、通信网络等原因引起的数据错误节点的电气状态量估计值，实现系统的信息完备；但由于状态估计存在误差，基于信息完备的部分节点的方向判定结果可信度降低；定义表征信息完备影响的信度因子β_v，i，并构建其评价函数：

${\mathrm{\&beta;}}_{v,i}=\left\{\begin{array}{cc}1,& {\mathrm{\&rho;}}_i=0\\ max\{1-\&lsqb;g\left(d_i\right)+g(-d_i)\&rsqb;,0.5\},& {\mathrm{\&rho;}}_i=1\end{array}\right.---\left(5\right)$

其中

$g\left(d_i\right)=\frac{1}{1+e^{\frac{2k}{\mathrm{\&lambda;}}\&lsqb;d_i+(1+\frac{\mathrm{\&lambda;}}{2})\&rsqb;}}---\left(6\right)$

式中，v＝1和v＝2分别表示采用DP判据和DE判据，且β_1,i＝β_2,i；ρ_i＝0和ρ_i＝1分别表示线路L_i处布置的监测装置为实际PQM和虚拟PQM；d_i为任意基于状态估计定义的虚拟测点PQM_i的相对偏离量；g(d_i)为关于d_i的一个系数构造函数，其中k一般取[2～4]之间的实数；λ一般取[1～5]之间实数；

步骤303，表征扰动信号波形特征的信度因子；一般情况下，通常给予DE判据更大信任，但当DE信号的终值绝对值与其峰值绝对值的比值小于80％时，DE判据信任度显著降低，DP判据更值得信任；另外，若DE信号初始峰值与最终值符号不同，则该监测点的方向判定结果可信度降低；定义表征扰动信号波形特征的信度因子χ_v,i，并构建其评价函数：

$\begin{array}{c}{\mathrm{\&chi;}}_{v,i}=\&lsqb;{\mathrm{\&chi;}}_{1,i},{\mathrm{\&chi;}}_{2,i}\&rsqb;\\ =\left\{\begin{array}{cc}\&lsqb;0.8-\frac{q-0.8}{2},1\&rsqb;,& q\&GreaterEqual;0.8\\ \&lsqb;1,\max (q,0.6)\&rsqb;,& q<0.8\&cap;\mathrm{sgn}\left({\mathrm{\&Delta;E}}_I\right(i)\&CenterDot;{\mathrm{\&Delta;E}}_R(i\left)\right)=1\\ \&lsqb;1,\max (2q-0.8,0.5)\&rsqb;,& q<0.8\&cap;\mathrm{sgn}\left({\mathrm{\&Delta;E}}_I\right(i)\&CenterDot;{\mathrm{\&Delta;E}}_R(i\left)\right)=-1\end{array}\right.\end{array}---\left(7\right)$

其中

q＝|ΔE_I(i)/ΔE_R(i)|(8)

式中，v＝1和v＝2分别表示采用DP判据和DE判据；ΔE_I(i)，ΔE_R(i)分别为PQM_i处DE信号的初始峰值和稳态终值；sgn(·)为符号函数；q为|ΔE_I(i)|和|ΔE_R(i)|的比值；

步骤4、各影响因素信度因子和方向信息的融合；对各影响因素的信度因子，以及步骤2中得到的暂降源方向判定信息进行综合，并进一步实现DP、DE两种判据的信度融合；

步骤401，基于DP判据所得PQM_i处具有信度特性的方向判定结果d_1,i为：

$d_{1,i}=({\mathrm{\&alpha;}}_{1,i}\&CenterDot;{\mathrm{\&beta;}}_{1,i}\&CenterDot;{\mathrm{\&chi;}}_{1,i})\&CenterDot;d_i^{dp}---\left(9\right)$

步骤402，基于DE判据所得PQM_i处具有信度特性的方向判定结果d_2，i为：

$d_{2,i}=({\mathrm{\&alpha;}}_{2,i}\&CenterDot;{\mathrm{\&beta;}}_{2,i}\&CenterDot;{\mathrm{\&chi;}}_{2,i})\&CenterDot;d_i^{de}---\left(10\right)$

步骤403，对DP、DE两种不同判据得到的具有信度特性的电压暂降源方向判定结果d_1,i，d_2,i进行融合：

$d_i=\left\{\begin{array}{cc}{(1-|d_i^{dp}\&CenterDot;d_i^{de}\left|\right)}^{-1}\&CenterDot;|d_i^{dp}\&CenterDot;d_i^{de}|,& s_{1,i}>0\&cap;s_{2,i}>0\\ (-1)\&times;{(1-|d_i^{dp}\&CenterDot;d_i^{de}\left|\right)}^{-1}\&CenterDot;|d_i^{dp}\&CenterDot;d_i^{de}|,& s_{1,i}<0\&cap;s_{2,i}<0\\ s_{1,i}\&times;{(1-|d_i^{dp}\&CenterDot;d_i^{de}\left|\right)}^{-1}\&CenterDot;|d_i^{dp}\&CenterDot;d_i^{de}|,& s_{1,i}\&CenterDot;s_{2,i}<0\&cap;\left|\frac{d_{1,i}}{d_{2,i}}\right|\&GreaterEqual;1\\ s_{2,i}\&times;{(1-|d_i^{dp}\&CenterDot;d_i^{de}\left|\right)}^{-1}\&CenterDot;|d_i^{dp}\&CenterDot;d_i^{de}|,& s_{1,i}\&CenterDot;s_{2,i}<0\&cap;\left|\frac{d_{1,i}}{d_{2,i}}\right|<1\end{array}\right.---\left(11\right)$

其中

s_1,i＝sgn(d_1,i)，s_2,i＝sgn(d_2,i)(12)

式中，s_1,i，s_2,i分别为PQM_i处d_1,i和d_2,i的符号函数结果；d_i为PQM_i处DP、DE两种判据的融合信度；

步骤5、方向判定冲突点的信度弱化处理；若出现DP、DE两种判据的判定结果方向冲突的情景，应减低该监测点方向判定结果的信度，从而减小其对暂降源定位结果的影响权重；为此，提出一种冲突点信度弱化策略：

步骤501，将系统方向判定融合结果集合按照信度绝对值|d_i|进行从大到小排序，选择其前30％元素组成强信度子集

步骤502，检查中各元素对应的PQM_i，判断其对应的两个方向判定结果是否存在方向冲突；若存在冲突，转入步骤503；若不存在冲突，转至步骤504；

步骤503，将该类监测点的信度绝对值降低20％，并将其降低的信度值按平均分配原则增至中其他不存在方向冲突的监测点信度值中，形成新的转回步骤501；

步骤504，输出此时的并将其赋值给调整后的方向判定融合信度集合

步骤6、验前定位结果确定；根据系统拓扑、PQM布置位置信息以及各监测点方向判定融合信度，通过矩阵算法可获得电压暂降源的验前定位结果：

步骤601，确定系统扩展覆盖矩阵；构建用以表征所有线路L_j与各PQM_i相对位置关系的系统完备覆盖矩阵其元素c_ji的赋值原则如下：

步骤602，确定系统融合方向矩阵；基于步骤504输出的方向判定融合信度集合构建用以表征暂降源与各PQM_i相对位置关系的系统融合方向矩阵

$D_{\stackrel{\&OverBar;}{N}\&times;1}={\&lsqb;d_1^{\&prime;},d_2^{\&prime;},...,d_{\stackrel{\&OverBar;}{N}}^{\&prime;}\&rsqb;}^T---\left(14\right)$

步骤603，验前定位结果矩阵计算；基于矩阵乘法运算，得到验前定位结果矩阵：

$R_{L\&times;1}=C_{L\&times;\stackrel{\&OverBar;}{N}}\&CenterDot;D_{\stackrel{\&OverBar;}{N}\&times;1}---\left(15\right)$

矩阵R_L×1中的最大值元素r_j＝max[r₁,r₂,...,r_L]对应的线路L_j，即为系统中电压暂降源的验前定位位置；

步骤7、分布式电源接入影响的分析和校正处理，分布式电源简称DG；DG接入使配电网从单电源网络变成多电源网络，将对系统中各PQM处的扰动信号强度产生影响，甚至在部分节点发生方向误判并影响暂降源定位结果的正确性；DG接入影响的分析和校正处理过程：

步骤701，提出DG接入对暂降源方向判定影响的规律：当暂降源F位于网络主电源G至DG的主链路link(G-DG)上时，对于位于link(G-DG)上的各PQM，若存在分流网络且其吸收的扰动能量过大，会引起该部分PQM方向误判；对于其他情景，DG接入只能影响各PQM的扰动信号强度，不会使其方向判定结果反转；

步骤702，构造校验因子；根据步骤701分析得到规律，可构建校验因子δ_j进行验前定位结果正确性的校验：

${\mathrm{\&delta;}}_j=\left\{\begin{array}{cc}-1,& L_j\&Element;link(G-DG)\&cap;\frac{\left|{\mathrm{\&Delta;E}}_j^p\right|}{\left|{\mathrm{\&Delta;E}}_{\max }^p\right|}=1\\ +1,& L_j\&NotElement;link(G-DG)\&cup;\&lsqb;L_j\&Element;link(G-DG)\&cap;\frac{\left|{\mathrm{\&Delta;E}}_j^p\right|}{\left|{\mathrm{\&Delta;E}}_{\max }^p\right|}=0\&rsqb;\end{array}\right.---\left(16\right)$

其中，

${\mathrm{\&Delta;E}}_j^p={\mathrm{\&Delta;E}}_j-{\mathrm{\&Delta;E}}_{Lj}-{\mathrm{\&Sigma;\&Delta;E}}_j^{out}---\left(17\right)$

式中，为定义的线路L_j上的局部扰动能量；ΔE_j为L_j处PQM测得的DE信号终值；ΔE_Lj为L_j上的DE损耗值；为与L_j相连的下游母线所有出线支路的DE值累加；

步骤703，验前定位结果校验；若根据步骤603得到的验前定位结果L_j位于link(G-DG)上，则需判断该L_j处对应的校验因子δ_j值；如果该δ_j值等于-1，则该验前定位结果经校验无误，确定其为暂降源的验后定位结果；如果该δ_j值等于+1，则表示验前定位结果经校验有误，需计算系统link(G-DG)上所有线路对应的校验因子值，将其中唯一的值等于-1的找出并标注为δ_j'；δ_j'对应的线路L_j'即为验后暂降源定位结果。