CN109474023A - 智能配电网区段实时更新方法、系统、存储介质及终端 - Google Patents

Abstract

本公开提供了一种智能配电网区段实时更新方法、系统、存储介质及终端，以配电网自动化系统提供的基础拓扑信息和开关状态信息为基础，导入同步相量测量单元的安装位置信息，生成考虑开关影响的配电网全局拓扑矩阵；利用形成的配电网全局拓扑矩阵，确定各相量测量单元之间的路径信息，并使用构造邻接子阵法对多端区段进行识别，形成以同步相量测量单元为结点的多端区段配置矩阵，为故障诊断模块的正确识别奠定基础。

Description

智能配电网区段实时更新方法、系统、存储介质及终端

技术领域

本公开涉及一种智能配电网区段实时更新方法、系统、存储介质及终端。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

随着分布式电源(Distributed Generation，DG)的大量接入，配电网能量流动具有随机性和时变性特点，受电力电子器件限制，DG短路电流容量较小，传统量测装置如FTU、故障指示器等对于故障特征量的收集和提取已经无法满足含DG配电网故障诊断的要求，传统故障诊断方案带来极大的挑战。

高精度同步相量测量单元(Phasor Measurement Units，PMU)可以实现数据的快速提取和同步传输，在配电网电压跌落监测、高阻故障、设备监测和故障测距等方面得到成功应用。通过PMU将各类电气量同步传入主站，对故障特征量进行实时计算和监测，为DG高渗透率下的智能配电网故障定位研究提供了新的思路。然而，故障的精确定位需要以准确的网络拓扑信息为前提，PMU在配电网的应用将使得系统网络的区段将逐渐形成以PMU为端点的划分方式，而配电网拓扑结构的多变和T接线等多端接线方式的分布，对区段信息的实时更新带来巨大挑战。

目前，含DG配电网的区段识别方案主要分为集中式和分布式两种。集中式区段识别方法主要依靠工作人员依据配电网自动化系统的拓扑分析，手动输入各区段配置情况，但无法保证区段配置因网络拓扑结构受电力生产、负荷需求及故障发生影响时发生变化的情况。分布式区段识别方法将将整个配电网的拓扑信息分散到众多分布式智能配电终端，每个配电终端只存储管理安装位置处及相邻配电终端对应的局部拓扑信息，但拓扑信息上传至主站有较大的延时性，无法保证主站故障诊断模块对于区段信息实时性的要求。

发明内容

本公开为了解决上述问题，提出了一种智能配电网区段实时更新方法、系统、存储介质及终端，本公开通过查询配电网络开关结点状态更新拓扑信息，并实时识别基于PMU配置的多端区段信息，为故障诊断的正确识别奠定基础。

根据一些实施例，本公开采用如下技术方案：

一种智能配电网区段实时更新方法，包括以下步骤：

以配电网自动化系统提供的基础拓扑信息和开关实时状态信息为基础，导入同步相量测量单元PMU的安装位置信息，生成考虑开关影响的配电网全局拓扑矩阵；

利用形成的配电网全局拓扑矩阵，确定各相量测量单元之间的路径信息，并使用构造邻接子阵法对多端区段进行识别，形成以同步相量测量单元为结点的多端区段配置矩阵。

上述操作保证了多端区段配置矩阵随配电网全局拓扑矩阵更新而实时更新，为故障诊断的正确识别奠定基础。

作为进一步的限定，所述配电网全局拓扑矩阵的生成过程包括以下步骤：

(a)将由配电网自动化系统获取基础拓扑信息、相量测量单元安装位置信息进行整合；

(b)由配电网自动化系统获取实时的开关状态信息，并通过开关信息更改网络拓扑结构，将因开关断开而无法与配电网相连的拓扑信息删除，从而得到通过考虑开关影响的配电网全局拓扑信息。

作为进一步的限定，所述步骤(a)中，基于深度优先算法对整合信息进行二次过滤，删除多余拓扑信息。

上述操作能够有效避免整合过程中出现重复性拓扑信息。

作为进一步的限定，输入区段实时更新模块的基础拓扑信息矩阵、实时开关状态矩阵和相量测量单元的安装位置信息矩阵均为N*2阶矩阵，N为网络现有的连接关系数目，其中每一行的两个元素表示其代表的结点在网络中为连通关系。

作为进一步的限定，在生成全局拓扑矩阵后，还包括以下步骤：将全局拓扑矩阵中含有断开的开关结点及受所述开关结点影响无法与主网结点连通的连接关系标志位置0，其他连接关系置1；删除标志位为0的连接关系，得到优化后的配电网全局拓扑矩阵。

作为进一步的限定，基于构造邻接子阵法的多端区段生成过程具体包括：

(1)基于Dijkstra算法对任意两相量测量单元的最短路径进行遍历，以确定任意两相量测量单元的直接连接关系，并形成两端区段配置矩阵，若路径中含有其他相量测量单元的连接关系，则不输出当前两相量测量单元的连接关系；

(2)基于构造邻接子阵法，使用两端区段配置矩阵信息整合为多端区段连接关系，最终输出的多端区段配置矩阵。

作为进一步的限定，所述步骤(2)中，基于Dijkstra算法计算各相量测量单元到主网接入点的最短路径长度，将距离初始节点最短的相量测量单元编号放置于该区段的第一位，通过路径长度确定各区段端点的上下游，以满足故障定位算法的要求，并在形成的相量测量单元多端区段信息中加入区段类型和区段编号，最终形成多端区段配置矩阵。

上述描述中，区段类型代表当前区段是否为两端区段、三端区段、四端区段等情况，区段编号为算法为所生成区段进行编号，以方便区段信息的调取和输出。

一种智能配电网区段实时更新系统，运行于处理器或存储器上，被配置为执行以下指令：

以配电网自动化系统提供的基础拓扑信息和开关状态信息为基础，导入同步相量测量单元的安装位置信息，生成考虑开关影响的配电网全局拓扑矩阵；

利用形成的配电网全局拓扑矩阵，确定各相量测量单元之间的路径信息，生成两段区段配置矩阵；并使用构造邻接子阵法对其中的多端区段进行识别，形成以同步相量测量单元为结点的多端区段配置矩阵。

一种计算机可读存储介质，其中存储有多条指令，所述指令适于由终端设备的处理器加载并执行所述的一种智能配电网区段实时更新方法。

一种终端设备，包括处理器和计算机可读存储介质，处理器用于实现各指令；计算机可读存储介质用于存储多条指令，所述指令适于由处理器加载并执行所述的一种智能配电网区段实时更新方法。

与现有技术相比，本公开的有益效果为：

本公开简化了配电网自动化系统生成全局拓扑信息的步骤。传统配电网自动化系统在系统拓扑发生改变时使用各类搜索法进行全局遍历，而拓扑改变时往往只有开关动作，多数拓扑结构并没有发生改变，从而对主站系统运算和管理造成了较大负担。由于本公开所要解决的关键问题为向故障诊断模块提高实时区段信息，因此极大简化了拓扑分析步骤，同时采用局部搜索的方法，仅对转变状态的开关进行调整，简化了配电网全局拓扑信息生成的运算量，可以更加快速的为故障诊断模块提供拓扑信息，有效防止开关状态改变对故障诊断算法准确性的影响。

本公开提出一种适用于多端区段信息生成的区段实时更新算法。主要依靠工作人员依据配电网自动化系统的拓扑分析，手动输入各区段配置情况，但无法保证区段配置因网络拓扑结构受电力生产、负荷需求及故障发生影响时发生变化的情况。本公开基于对各PMU节点邻接矩阵构造子阵的方法进行多端区段识别，无须进行全网节点的邻接矩阵生成，无须进行较高维数矩阵的乘法运算，极大简化了区段生成步骤的运算，且多端区段的生成大大提高了基于PMU配置的智能配电网故障诊断模块的适用性。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。

图1是基于PMU的配电网网络接线图；

图2是考虑开关影响的配电网全局拓扑矩阵生成过程示意图；

图3是构造邻接子阵法示例；

图4是区段实时更新算法示意图；

图5是本实施例的流程图；

图6是本实施例中多端区段配置矩阵示意图；

具体实施方式：

下面结合附图与实施例对本公开作进一步说明。

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

正如背景技术中所述的由于智能配电网开关操作频繁，拓扑结构多变，无法在拓扑结构改变时实时更新基于PMU配置的区段信息；另外，T接线及多端接线方式广泛分布，而多端交汇结点处无法安装量测装置，导致区段信息包含多端形式。针对上述问题，本实施例提出了基于PMU配置的智能配电网区段实时更新方法，通过查询配电网络开关结点状态更新拓扑信息，并实时识别基于PMU配置的多端区段信息，为故障诊断模块的正确识别奠定基础。

主要改进点包括：

包括以下几点：

(1)基于开关状态信息的拓扑更新方法改进。传统配电网自动化系统的拓扑分析模块对于开关操作、运行方式改变等情况下需要人工重新配置拓扑信息，拓扑信息更新的快速性和灵活性较差、与实际拓扑关系不对应时难以及时发现。本实施例以配电网自动化系统提供的基础拓扑信息和开关状态信息为基础，导入PMU安装位置信息，生成考虑开关影响的配电网全局拓扑矩阵。由于基础拓扑信息与PMU安装位置信息在配电网运行时不发生改变，因此本实施例仅以开关信息即可完成全局拓扑遍历更新，具有较高的灵活性和快速性。

(2)基于构造邻接子阵法生成多端区段信息。配电网中T接线等多端接线方式广泛分布，传统区段配置信息主要由人工手动输入，且为两端或单端区段，无法依据当前开关状态自动更新区段信息，且没有考虑因多端接线方式存在而造成的多端区段形式。本实施例基于Dijkstra算法探索各PMU结点之间的路径信息，并使用构造邻接子阵法对多端区段进行识别，得到多端区段配置矩阵，从而快速精确地为各类故障诊断算法提供其所需要的网络拓扑结构和区段配置信息。

(1)基于开关状态信息的拓扑更新方法改进

步骤1)：将由配电网自动化系统获取基础拓扑信息、PMU安装位置信息进行整合，为避免整合过程中出现重复性拓扑信息，基于深度优先算法对整合信息进行重新搜索，以删除多余拓扑信息。

步骤2)：由配电网自动化系统获取实时的开关状态信息，并通过开关信息更改网络拓扑结构，将因开关断开而无法与配电网相连的拓扑信息删除，从而得到通过考虑开关影响的配电网全局拓扑信息。

其中，输入区段实时更新模块的基础拓扑信息矩阵、实时开关状态矩阵和PMU安装位置信息矩阵均为N*2阶矩阵，其中每一行的两个元素表示其代表的结点在网络中为连通关系。以图1所示基于PMU的配电网网络接线图为例，得出各拓扑信息的配置情况如图2所示。图1中，N₁～N₉为配电网节点，P_a～P_d为PMU安装位置。

如图2所示，获取基础拓扑信息矩阵，将其与输入PMU安装位置信息矩阵整合为考虑PMU安装位置的静态全局拓扑矩阵。由于合并过程中将出现[N₁,N₂；N₁,P_a；P_a,N₂；]形式的错误环网结构，因此使用深度优先搜索算法遍历全网拓扑，删除如图2深色区域标注的冗杂连接关系。形成全局拓扑矩阵后查看实时开关状态矩阵，此处假设开关结点N₆断开，则将全局拓扑矩阵中含有N₆结点及受N₆结点影响无法与主网结点连通的连接关系标志位置0(如图2中浅灰色区域标注)，其他连接关系置1。删除标志位为0的连接关系，则可得到配电网全局拓扑矩阵。

(2)基于构造邻接子阵法的多端区段生成方法

步骤1)：利用形成的配电网全局拓扑矩阵形成以PMU为结点的两端区段配置矩阵。图1中4个PMU经排列组合可得任意两PMU之间含有6种组合方式，但由图中P₁和P₃的位置关系可知，某些以PMU为结点的区段中含有其他PMU而不能作为两段区段形式使用。因此基于Dijkstra算法对任意两PMU的最短路径进行遍历，并删除路径中含有其他PMU的连接关系。图1中形成的两端区段配置矩阵为[P_a,P_b；P_b,P_c；P_b,P_d；P_c,P_d；]。

步骤2)：基于构造邻接子阵法，使用两端区段配置矩阵信息整合为多端区段连接关系，最终输出的多端区段配置矩阵。以图1中P_b为例，具体步骤如图3所示。

将两端区段配置矩阵转变为0-1邻接矩阵，并将矩阵对角线全部置1。图1中假设当前运算结点为P_b，遍历改进后的邻接矩阵中P_b所在行可得与P_b生成两端区段的为P_a、P_c、P_d。以上述4个PMU的编号为行和列构造邻接矩阵子阵，若此阵为四维三角矩阵，且非零元素全为1，则确定上述4个PMU为四端区段形式。若不满足三角矩阵结构，则将P_a、P_c、P_d进行两两组合并与P_b组合成3种三端区段假设，分别验证各假设构造的邻接矩阵子阵是否为三角矩阵结构。若某一假设符合要求，则输出此3个PMU为三端区段形式，并输出当前运算结点P_b与另外的PMU合成为两端区段形式；若三种假设均不符合要求，则将P_b分别与其他3个PMU组合，生成3个两端区段形式。图1中运算结点为P_b时，可得三端区段[P_b,P_c,P_d；]与两端区段[P_a,P_b；]。

步骤3)：考虑区段信息的上下游情况，基于Dijkstra算法计算各PMU到系统初始结点(即主网接入点)的最短路径长度，将距离初始节点最短的PMU编号放置于该区段的第一位，以满足故障定位算法的要求，并在形成的PMU多端区段信息中加入区段类型和区段编号，最终形成M*7的多端区段配置矩阵，其中M为区段数。图1所示配电网络形成的多端区段配置矩阵为如图6所示的形式。

上述矩阵中，从左开始，第一个框中区域储存多端区段的多端区段的端点构成，第二个框圈中区域储存各区段的编号，第三个框圈中区域储存各区段类型信息。多端区段配置矩阵随配电网全局拓扑矩阵更新而实时更新，将其输出可供故障定位模块等功能模块进行使用。

基于PMU的智能配电网短路故障定位算法需要将同步量测数据集中至配电网自动化系统主站进行统一运算，对主站区段信息的实时性和精确性要求较高。本文所提区段实时更新算法利用配电网自动化系统的拓扑信息，结合PMU测量数据，可以快速精确地为各类故障诊断算法提供其所需要的网络拓扑结构和区段配置信息。所提算法基本思路如图4所示。

如图5所示，将由配电网自动化系统获取基础拓扑信息、PMU安装位置信息进行整合，为避免整合过程中出现重复性拓扑信息，基于深度优先算法对整合信息进行重新搜索，以删除多余拓扑信息。由配电网自动化系统获取实时的开关状态信息，并通过开关信息更改网络拓扑结构，将因开关断开而无法与配电网相连的拓扑信息删除。通过考虑开关影响的配电网全局拓扑信息可以得出任意两PMU之间的连接关系，若两PMU连接路径中不包含其他PMU，则可以认为此两PMU之间可以构成两端区段形式。找出所有以PMU为端点的两端区段形式，对其进行一定运算可得到配电网中多端区段的配置信息。基于基尔霍夫电流定律使用PMU量测数据，以区段内电流消耗不大于最大负荷电流为原则对生成区段进行验证，若验证失败则返回两端区段配置矩阵生成部分进行修正。所得多端区段配置矩阵输出至故障诊断模块等功能模块进行使用。

所提区段实时更新算法以0-1邻接矩阵子阵的结构形式为突破口，深入挖掘邻接矩阵在表达多结点连通性方面的优势，可实时对网络拓扑结构及区段信息进行更新，保证了后续故障定位算法的可靠性。

一种智能配电网区段实时更新系统，运行于处理器或存储器上，被配置为执行以下指令：

以配电网自动化系统提供的基础拓扑信息和开关状态信息为基础，导入同步相量测量单元的安装位置信息，生成考虑开关影响的配电网全局拓扑矩阵；

利用形成的配电网全局拓扑矩阵，确定各相量测量单元之间的路径信息，并使用构造邻接子阵法对多端区段进行识别，形成以同步相量测量单元为结点的多端区段配置矩阵。

一种计算机可读存储介质，其中存储有多条指令，所述指令适于由终端设备的处理器加载并执行所述的一种智能配电网区段实时更新方法。

一种终端设备，包括处理器和计算机可读存储介质，处理器用于实现各指令；计算机可读存储介质用于存储多条指令，所述指令适于由处理器加载并执行所述的一种智能配电网区段实时更新方法。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

上述虽然结合附图对本公开的具体实施方式进行了描述，但并非对本公开保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本公开的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本公开的保护范围以内。

Claims (10)

1.一种智能配电网区段实时更新方法，其特征是：包括以下步骤：

以配电网自动化系统提供的基础拓扑信息和开关状态信息为基础，导入同步相量测量单元的安装位置信息，生成考虑开关影响的配电网全局拓扑矩阵；

利用形成的配电网全局拓扑矩阵，确定各相量测量单元之间的路径信息，并使用构造邻接子阵法对多端区段进行识别，形成以同步相量测量单元为结点的多端区段配置矩阵。

2.如权利要求1所述的一种智能配电网区段实时更新方法，其特征是：所述配电网全局拓扑矩阵的生成过程包括以下步骤：

(a)将由配电网自动化系统获取基础拓扑信息、相量测量单元安装位置信息进行整合；

(b)由配电网自动化系统获取实时的开关状态信息，并通过开关信息更改网络拓扑结构，将因开关断开而无法与配电网相连的拓扑信息删除，从而得到通过考虑开关影响的配电网全局拓扑信息。

3.如权利要求2所述的一种智能配电网区段实时更新方法，其特征是：所述步骤(a)中，基于深度优先算法对整合信息进行二次过滤，删除多余拓扑信息。

4.如权利要求1所述的一种智能配电网区段实时更新方法，其特征是：输入区段实时更新模块的基础拓扑信息矩阵、实时开关状态矩阵和相量测量单元的安装位置信息矩阵均为N*2阶矩阵，其中每一行的两个元素表示其代表的结点在网络中为连通关系，N为网络现有的连接关系数目。

5.如权利要求1所述的一种智能配电网区段实时更新方法，其特征是：在生成全局拓扑矩阵后，还包括以下步骤：将全局拓扑矩阵中含有断开的开关结点及受所述开关结点影响无法与主网结点连通的连接关系标志位置0，其他连接关系置1；删除标志位为0的连接关系，得到优化后的配电网全局拓扑矩阵。

6.如权利要求1所述的一种智能配电网区段实时更新方法，其特征是：基于构造邻接子阵法的多端区段生成过程具体包括：

(1)基于Dijkstra算法对任意两相量测量单元的最短路径进行遍历，以确定任意两相量测量单元的直接连接关系，并形成两端区段配置矩阵，若路径中含有其他相量测量单元的连接关系，则不输出当前两相量测量单元的连接关系；

(2)基于构造邻接子阵法，使用两端区段配置矩阵信息整合为多端区段连接关系，最终输出的多端区段配置矩阵。

7.如权利要求1所述的一种智能配电网区段实时更新方法，其特征是：所述步骤(2)中，基于Dijkstra算法计算各相量测量单元到主网接入点的最短路径长度，将距离初始节点最短的相量测量单元编号放置于该区段的第一位，以满足故障定位算法的要求，并在形成的相量测量单元多端区段信息中加入区段类型和区段编号，最终形成多端区段配置矩阵。

8.一种智能配电网区段实时更新系统，其特征是：运行于处理器或存储器上，被配置为执行以下指令：

以配电网自动化系统提供的基础拓扑信息和开关状态信息为基础，导入同步相量测量单元的安装位置信息，生成考虑开关影响的配电网全局拓扑矩阵；

利用形成的配电网全局拓扑矩阵，确定各相量测量单元之间的路径信息，并使用构造邻接子阵法对多端区段进行识别，形成以同步相量测量单元为结点的多端区段配置矩阵。

9.一种计算机可读存储介质，其中存储有多条指令，其特征是：所述指令适于由终端设备的处理器加载并执行所述的一种智能配电网区段实时更新方法。

10.一种终端设备，包括处理器和计算机可读存储介质，处理器用于实现各指令；计算机可读存储介质用于存储多条指令，其特征是：所述指令适于由处理器加载并执行所述的一种智能配电网区段实时更新方法。