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专利号: 2019105061930
申请人: 河南工程学院
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 测量;测试
更新日期:2024-02-29
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于互补松弛约束模型的配电网故障区段定位方法,其特征在于,其步骤如下:步骤一:构建配电网中馈线所属独立区域集,基于功率流特性和因果关联分析构建因果区域集;基于馈线故障电流并联叠加特性建立可动态追踪开关函数所确定报警值的独立区域集的电流越限报警集的数学解析模型;

步骤二:利用开关函数建模方法,建立开关函数与步骤一确定的独立区域集的电流越限报警集的逼近关系模型;

步骤三:依据故障诊断最小集理论,根据步骤二的逼近关系模型确定故障区段定位目标函数;以馈线状态的0/1整数取值约束条件,构成代数建模的配电网故障区段定位非线性整数规划模型;基于等价变换和互补理论,将配电网故障区段定位非线性整数规划模型转化为连续域内的配电网故障定位互补约束规划模型;

步骤四、在步骤三得到的连续域内的配电网故障定位互补约束规划模型的互补约束的数学模型中引入松弛因子,建立配电网故障区段定位的互补松弛约束模型;

步骤五、当配电网发生故障时,将松弛因子看作常量,采用比例缩减方法逐步减小松弛因子的值,通过交互式优化算法求解步骤三中引入松弛因子的互补约束松弛约束模型,定位出馈线故障区段。

2.根据权利要求1所述的基于互补松弛约束模型的配电网故障区段定位方法,其特征在于,所述步骤一中构建独立区域集和因果区域集的方法为:定义独立区域集:以耦合节点为标志,则耦合节点与相邻电源间支路构成独立区域;耦合节点和相邻耦合节点间支路构成独立区域;耦合节点与支路末端节点间支路构成独立区域;依据独立区域集的定义,将配电网中的n个馈线划分为N1个独立区域集Z1,...,Zi1...,ZN1,其中,Zi1为第i1个独立区域集,i1=1,…,N1;

根据因果设备建模理念,当配电网独立区域集Zi1出现报警信息时,存在报警信息的独立区域集作为独立区域集Zi1的因果区域集;其中:Zi1>Zj表示独立区域集Zj紧邻独立区域集Zi1且功率流由Zi1流向Zj;(Zi1)||(Zj)表示Zi1与Zj为同一因果区域集中并列的子因果区域集,i,j=1,…,N1。

3.根据权利要求2所述的基于互补松弛约束模型的配电网故障区段定位方法,其特征在于,所述步骤一中电流越限报警集的数学解析模型的构建方法为:基于馈线的独立区域集及其因果区域集间的耦合关系,构建独立区域的电流报警集的数学解析模型:由因果区域集及独立区域集间的功率流作用关系,依据并列因果区域集故障报警信息的并联叠加特性,得到各独立区域集电流报警值IZi间的关系,且每个独立区域集电流报警值IZi等于其因果区域集内各并列子因果区域集中最末端独立区域集报警值之和;

当馈线发生故障时,其对应监控点上传的报警值应和所属独立区域集的报警值相等,基于故障电流并联叠加特性,根据独立区域的电流报警集 和实际报警值I=[I1I2I3I4I5I6I7I8I9]间的适应性,建立电流越限报警集 的数学解析模型。

4.根据权利要求1或3所述的基于互补松弛约束模型的配电网故障区段定位方法,其特征在于,所述步骤二的实现方法为:基于辨识故障时最期望状态为依据馈线状态确定开关函数报警值Ii(X)和电流越限报警集 之间的偏差为0的理念,以因果设备故障状态信息确定的开关函数值和电流越限报警信息 间差值的二次方描述其逼近关系Bi(X),其数学模型为: 为馈线故障状态集,x(1)~x(n)分别为馈线1~n的馈线状态信息,解析模型Ii(X)为自动化开关i所有因果馈线设备待确定馈线状态信息x(i)的代数和,n为馈线的总数,N为配电网自动化开关的总数。

5.根据权利要求4所述的基于互补松弛约束模型的配电网故障区段定位方法,其特征在于,所述步骤三中连续域内的配电网故障定位互补约束规划模型的构建方法为:依据故障诊断最小集理论,基于残差和最小化来衡量开关函数值和电流越限报警信息间总体逼近程度,得到故障区段定位目标函数f(X)为:馈线状态的0/1整数取值为约束,构成代数建模的配电网故障区段定位非线性整数规划模型为:其中,Bi(X)为逼近关系,X=[x(1) … x(n)]为馈线故障状态集,x(k)分别为馈线k的馈线状态信息,k=1,2,…,n,n为馈线的总数,R为n维的实数域;

依据馈线故障状态的互斥性,利用互补理论将0/1整数约束条件等价转化为连续空间中的非线性约束,互补约束非线性数学模型为:将互补约束非线性数学模型替换非线性整数规划模型中0/1整数约束条件,得到连续域内的配电网故障定位互补约束规划模型为:

6.根据权利要求5所述的基于互补松弛约束模型的配电网故障区段定位方法,其特征在于,所述步骤四中配电网故障区段定位的互补松弛约束模型的建立方法为:利用互补约束的正则松弛化方法对连续域内的配电网故障定位互补约束规划模型进行松弛:引入松弛因子t后,互补松弛约束模型为:将互补松弛约束模型替换连续域内的配电网故障定位互补约束规划模型中的互补约束非线性数学模型,得到满足常规非线性规划约束规格且隐含互补约束的配电网故障区段定位互补松弛约束模型:

7.根据权利要求6所述的基于互补松弛约束模型的配电网故障区段定位方法,其特征在于,所述步骤五中互补松弛约束模型中,满足0≤X≤1和t≥0时,约束条件(X+t)(1-X+t)≥t2始终被满足,为了松弛约束,而约束条件X(1-X)≤t2的约束特性和松弛因子t值大小紧密相关:由0≤X≤1可知,X≥0和1-X≥0成立,利用不等式定理可知: 且X与

1-X相等时等式成立,此时集合X的值为0.5,X(1-X)的值为0.25;当t≥0.5时,X(1-X)≤t2可始终被满足,为松约束;当t<0.5时,X(1-X)≤t2为紧约束,可行域不再是0≤X≤1的连续域,将会被压缩,松弛因子t越小其可行域越小;当t=0时,可行域被压缩到最小,只有馈线故障状态集X的值为0或1时,约束X(1-X)≤t2才成立;

当满足0≤X≤1和t<0.5的条件时,由(X+t)(1-X+t)≥t2可得到:或

可行域被压缩为:

当t<0.5时,可行域是以连续域0≤X≤1的中点0.5为临界点,以 压缩量率同时进行左右等量压缩的。

8.根据权利要求7所述的基于互补松弛约束模型的配电网故障区段定位方法,其特征在于,当t≥0.5时,配电网故障区段定位互补松弛约束模型转化为0≤X≤1连续域内的优化问题,此时令最优解为 以空间压缩后最优解 是否为可行解两种情况:a.当空间压缩后最优解 仍为可行解,其是连续域内的全局最优解,因此,此时最优解保持不变;

b.当空间压缩后最优解 为非可行解,此时,以最优解 为初始点在压缩后的可行域中进行寻优,最优解 与可行空间的距离分别为:若 则距离d1<d2,若 则d1>d2,且上述关系和松弛因子t的值无

关;

当d1<d2则依据二次凸函数的对称结构,只有沿d1的方向寻优才会使满足约束条件的目标函数值下降;同理,若 则d1>d2,只有沿d2的方向寻优才会使目标函数下降;

已知当前最优解 沿上述下降方向寻优,找到新的最优解 缩小松弛因子t的值,以最优解 为初始点在可行域中的唯一下降方向重复进行寻优,直到松弛因子t的值为0时,即可找到满足约束条件最优解。

9.根据权利要求8所述的基于互补松弛约束模型的配电网故障区段定位方法,其特征在于,当配电网发生故障时,配电网故障区段定位互补松弛约束模型的求解步骤为:(1)根据步骤一建立电流越限报警集

(2)初始化松弛因子t、缩减因子η,随机产生0≤x(k)≤1馈线故障状态并组成初始解集X,设置算法允许误差ξ;

(3)利用非线性规划对配电网故障区段定位互补松弛约束模型进行决策求解,得到当前松弛因子t时的互补松弛优化模型最优解X*;

(4)若t>ξ,则t=ξt,X=X*转入步骤(3),若t≤ξ,算法收敛,从而辨识出馈线故障区段。