技术摘要：
本发明涉及一种含DG的配电网故障定位方法，包括以下步骤：S1：构建了基于非逻辑运算的适应DG接入的开关函数；S2：引入了DG投切系数来描述DG的投切；S3：建立含DG的配电网故障区段定位的互补约束模型并求解。本发明提供了一种含DG的配电网故障定位方法和系统，首先构建  全部
背景技术：
随着全球能源互联网的发展，电能将逐步成为人类的主要能源利用形式。作为直 接为用户提供电能的电力网络，配电系统与用户的联系最为密切，其对用户的影响也最为 直接。配电系统的供电可靠性直接影响到用户的安全生产、工业运行等各方面的社会活动。 随着经济社会的快速发展和人民生活水平的不断提高，用户对配电网供电可靠性的提高提 出了更高的要求。据统计，电网发生的各种故障中，约80％～90％发生于配电网。与输电系 统相比，其对供电可靠性的影响更大更直接，配网自动化是提高配电网运行智能化和自愈 性的重要手段。其中，馈线自动化是其主要功能之一，即配电网故障后，根据馈线终端单元 上报的故障信息快速找到故障区段并隔离，迅速恢复非故障失电负荷的供电。配电网故障 定位作为馈线故障区域准确辨识和恢复用户供电的前提，是智能配电网建设的重要组成部 分，对于提高配电系统自愈性和供电可靠性具有重要作用。 基于人工智能技术的故障定位方法，采用最小故障诊断集和状态逼近思想定位馈 线故障区段，具有通用性强和高容错性特征，主要方法有粗糙集理论、人工神经网络、群体 智能算法等。虽群体智能算法因在处理离散变量方面具有独特优势，是该领域研究的焦点。 但该类型方法的建模思想主要是基于故障诊断最小集理论的逻辑值模型构建，有以下不 足：因故障定位模型中含有逻辑关系运算，所以不能应用数值稳定性好的常规优化算法，导 致只能利用具有随机搜索特征的群体智能算法求解，故决策求解时将会出现计算耗时、故 障定位结果不稳定的缺点。
技术实现要素：
本发明为解决现有的障定位方法的故障定位模型中含有逻辑关系运算，不能应用 数值稳定性好的常规优化算法，导致只能利用具有随机搜索特征的群体智能算法求解的问 题，提供一种含DG的配电网故障定位方法和系统。 为实现以上发明目的，采用的技术方案是： 一种含DG的配电网故障定位方法，包括以下步骤： S1：构建了基于非逻辑运算的开关函数； S2：在开关函数中引入了DG投切系数来描述DG的投切，形成新开关函数； S3：通过新开关函数建立含DG的配电网故障区段定位的互补约束模型并定位配电 网故障。 上述方案中，首先构建了基于非逻辑运算的适应DG接入的开关函数，引入了DG投 切系数来描述DG的投切，并建立含DG的配电网故障区段定位的互补约束模型进行求解；适 应于多个DG的投切情况，还在FTU上传的过电流信息发生畸变时，有容错能力；避免了基于 6 CN 111597701 A 说　明　书 2/15 页 逻辑关系的间接故障定位方法在数值稳定性的不足，仿真结果表明故障定位成功率为 100％。 在所述步骤S1中，包括以下算法： Is＝[Is1  I Ts2…IsN] 其中：N为配电网所含开关总数；Isi为第i个开关Si的FTU实际上传的过电流状态 值，Isi定义的故障信息如下：Isi＝1时，表示检测到正方向的故障电流，  Isi＝-1时，表示检 测到反方向的故障电流，Isi＝0时，表示未检测到电流信息；以开关Si为分断点，将配电网分 成上游部分和下游部分，x(1)～x(N)分别为馈线1～  N区段的实际运行状态信息； 为第 i号开关Si的开关函数，其值为开关Si下游所有馈线区段状态值的代数相加运算结果。 开关Si的上游部分定义为包含系统电源的一部分，除去上游部分的部分即为开关 Si的下游部分。 在所述步骤S2中，包括以下算法：引入开关Si的DG投切系数Ki用于表示开关Si下游 部分是否存在DG接入配电网，所述Ki的定义为 K(j)表示表示配电网开关Si下游部分第j个分布式电源的并网状态值，J  为开关Si 下游部分所含分布式电源的总数；П为逻辑“或”运算符号，当K(j)  ＝1时，表示Si下游部分 第j个DG接入配电网，当K(j)＝0时，表示Si下游部分第j个DG未接入配电网；适应DG接入的 新开关函数为： xi(n1)、xi(n2)分别为开关Si下游部分和上游部分的馈线区段状态值；N1、  N2分别 为配电网开关Si下游部分和上游部分的馈线区段总数。 在所述步骤S3中，根据适应DG接入的新开关函数，因假设故障情况均为单点故障， 故增加约束： 7 CN 111597701 A 说　明　书 3/15 页 得到含DG的配电网故障区段定位的互补约束模型为： 其中：κ(i)为辅助变量，ε(i)2是馈线i的扰动因子，为非负值，由于在ε(i)2＝0时方 可保证配电网故障定位的互补约束光滑化模型取得最优解，所以在构建故障定位互补约束 光滑化模型时，要保证优化过程中ε(i)逐渐收敛于0；之后运用内点法定位配电网故障。 所述内点法的具体步骤为： S31：由配电网中的DG接入情况，确定开关Si的DG投切系数Ki； S32：由FTU、RTU装置，得到实际上传的过电流信息Isi； S33：根据所研究配电网拓扑结构，将新开关函数解析； S34：将上述数据及约束条件导入内点算法参数中，决策求解后，根据结果分析可 得故障位置。 一种含DG的配电网故障定位系统，所述系统应用了一种含DG的配电网故障定位方 法，包括开关函数模块、DG投切模块和互补约束模型模块；所述开关函数模块输出端与所述 DG投切模块输入端进行信息传输，所述DG投切模块输出端与所述互补约束模型模块的输入 端进行信息传输。 所述开关函数模块包括以下算法：包括以下算法： Is＝[I Ts1  Is2…IsN] 8 CN 111597701 A 说　明　书 4/15 页 其中：N为配电网所含开关总数；Isi为第i个开关Si的FTU实际上传的过电流状态 值，Isi定义的故障信息如下：Isi＝1时，表示检测到正方向的故障电流，  Isi＝-1时，表示检 测到反方向的故障电流，Isi＝0时，表示未检测到电流信息；以开关Si为分断点，将配电网分 成上游部分和下游部分，x(1)～x(N)分别为馈线1～  N区段的实际运行状态信息； 为第 i号开关Si的开关函数，其值为开关Si下游所有馈线区段状态值的代数相加运算结果。 所述DG投切模块包括以下算法：引入开关Si的DG投切系数Ki用于表示开关Si下游 部分是否存在DG接入配电网，所述Ki的定义为 K(j)表示表示配电网开关Si下游部分第j个分布式电源的并网状态值，J  为开关Si 下游部分所含分布式电源的总数；П为逻辑“或”运算符号，当K(j)  ＝1时，表示Si下游部分 第j个DG接入配电网，当K(j)＝0时，表示Si下游部分第j个DG未接入配电网；适应DG接入的 新开关函数为： xi(n1)、xi(n2)分别为开关Si下游部分和上游部分的馈线区段状态值；N1、  N2分别 为配电网开关Si下游部分和上游部分的馈线区段总数。 所述互补约束模型模块根据适应DG接入的新开关函数，因假设故障情况均为单点 故障，故增加约束： 得到含DG的配电网故障区段定位的互补约束模型为： 9 CN 111597701 A 说　明　书 5/15 页 其中：κ(i)为辅助变量，ε(i)2是馈线i的扰动因子，为非负值，由于在ε(i)2＝0时方 可保证配电网故障定位的互补约束光滑化模型取得最优解，所以在构建故障定位互补约束 光滑化模型时，要保证优化过程中ε(i)逐渐收敛于0；之后运用内点法定位配电网故障，之 后运用内点法定位配电网故障； 所述内点法的具体步骤为： S31：由所研究配电网中的DG接入情况，确定开关Si的DG投切系数Ki； S32：由FTU、RTU装置，得到实际上传的过电流信息Isi； S33：根据所研究配电网拓扑结构，将新开关函数解析； S34：将上述数据及约束条件导入内点算法参数中，决策求解后，根据结果分析可 得故障位置。 在不含DG的非逻辑值表示的配电网故障定位模型中，以单电源辐射型配电网来展 示单一故障为前提的基于代数关系的配电网故障定位建模方案。 Is＝[Is1  Is2…IsN]T 10 CN 111597701 A 说　明　书 6/15 页 N为配电网所含开关总数(含断路器和分段开关)总数；Isi为第i个开关Si的  FTU实 际上传的过电流状态值，在单电源辐射型配电网中发生短路故障时，故障电流方向唯一，由 系统电源指向线路末端。假设x(1)～x(N)分别为馈线1～N区段的实际运行状态信息。 为第i号开关Si的开关函数， 是关于x的函数，其值为开关Si下游所有馈线区段状态值 的代数相加运算结果，例如 在仿真实验中，预设故障位置后 即可得到x的过电流状态向量，根据开关函数就能得出各开关的过电流信息。 随着大量DG接入，系统的潮流分布及短路电流方向也发生变化,配电网的故障电 流方向不再唯一，因此需要规定正方向来对故障电流方向加以区分，正方向定为以系统电 源指向负载的方向，即以单电源情况下故障发生时的故障电流方向假定为正方向。Isi定义 的故障信息如下： 以开关Si为分断点，将配电网分成上游和下游部分，开关Si的上游部分定义为包含 系统电源的一部分，剩下的部分即为开关Si的下游部分。引入开关Si的  DG投切系数Ki用于 表示开关Si下游部分是否存在DG接入配电网，Ki的定义为： K(j)表示配电网开关Si下游部分第j个分布式电源的并网状态值，J为开关  Si下游 部分所含分布式电源的总数；П为逻辑“或”运算。故适应DG接入的新的开关函数为： xi(n1)、xi(n2)分别为开关Si下游、上游部分的馈线区段状态值；N1、N2分别为配电 网开关Si下游、上游部分的馈线区段总数。 存在离散变量，故求解较为复杂，故需将离散模型转 换成连续模型。现构建辅助互补约束条件，将其的离散变量转换成连续变量。先引入辅助变 量κ(i)，据x(i)＝0/1的特性，构建等式约束使得当且仅当x(i)和κ(i)＝0/1时成立，等式约 束为x(i) κ(i)＝1；x(i)·κ(i)＝0。 将等式约束代入上述式子后即形成了配电网故障定位的互补约束规划模型： 11 CN 111597701 A 说　明　书 7/15 页 由于已有的非线性规划不能获得互补约束优化问题在KKT条件下的局部最优点， 故需将互补约束优化模型光滑化，将互补约束条件光滑化的方法常用  Fischer-Burmeiste 辅助函数，基于扰动因子的Fischer-Burmeister辅助函数Φε[x(i) ,κ(i)]的数学模型为： 将Φε[x(i) ,κ(i)]＝0替代约束条件，可得： x(i)·κ(i)＝ε(i)2 式中ε(i)2是馈线i的扰动因子，为非负值。由于在ε(i)2＝0时方可保证配电网故障 定位的互补约束光滑化模型取得最优解，所以在构建故障定位互补约束光滑化模型时，要 保证优化过程中ε(i)逐渐收敛于0。故将ε(i)融入到目标函数中，构建配电网故障定位互补 约束光滑化模型的目标函数： 考虑到发生信息畸变时f(X)>0，应增加新约束条件 使得ε (i)收敛于零： 故互补约束故障定位的光滑化模型可表示为： 12 CN 111597701 A 说　明　书 8/15 页 可在MATLAB中采用内点法进行优化求解。 在DG接入配电网后，配电网故障定位互补约束光滑化模型的开关函数将用 代替，另外本模型假设故障情况均为单点故障，故应增加约束 故考虑DG接入的配电网故障定位的互补约束光滑化模型为： 针对本文的含DG的配电网故障定位的互补约束光滑化模型运用内点法优化求解， 所述内点法的具体步骤为： S31：由所研究配电网中的DG接入情况，确定开关Si的DG投切系数Ki； S32：由FTU、RTU装置，得到实际上传的过电流信息Isi； S33：根据所研究配电网拓扑结构，将开关函数解析； 13 CN 111597701 A 说　明　书 9/15 页 S34：将上述数据及约束条件导入内点算法参数中，决策求解后，根据结果分析可 得故障位置。 与现有技术相比，本发明的有益效果是： 本发明提供了一种含DG的配电网故障定位方法和系统，首先构建了基于非逻辑运 算的适应DG接入的开关函数，引入了DG投切系数来描述DG的投切，并建立含DG的配电网故 障区段定位的互补约束模型进行求解；适应于多个DG 的投切情况，还在FTU上传的过电流 信息发生畸变时，有容错能力；避免了基于逻辑关系的间接故障定位方法在数值稳定性的 不足，仿真结果表明故障定位成功率为100％。 附图说明 图1为该发明的方法流程图； 图2为该发明的单电源辐射型配电网图； 图3为该发明的30节配电网图； 图4为该发明的对30节点配电网运用内点法仿真结果图。