[发明专利]一种配电网CPS故障全过程快速仿真方法和系统

说明书

本发明提出的一种配电网CPS故障全过程快速仿真方法和系统，包括：根据配电网CPS状态和预先建立的多目标优化模型，分别选择配电网CPS故障过程进行仿真时故障前、故障中和故障后的仿真步长；分别获取配电网CPS故障过程进行仿真时故障前、故障中和故障后的仿真步长对应的配电网CPS仿真模型；利用所述配电网CPS故障过程进行仿真时故障前、故障中和故障后的仿真步长对应的配电网CPS仿真模型对配电网CPS进行故障全过程仿真；本发明基于有限状态机实现了配电网CPS故障事前、故障事中、故障事后等全过程的仿真，解决了故障全过程仿真中的步长、模型的优选匹配问题，大幅提升了仿真效率。

技术领域

本发明属于配电网信息物理系统技术领域，具体涉及一种配电网CPS故障全过程快速仿真方法和系统。

背景技术

配电网由于其网络结构复杂，运行方式不同，导致其故障类型多种多样。典型的配电网故障包括单相接地、两相短路、三相短路、断线等，给配电网安全稳定运行带来很大风险。配电网信息物理系统(Cyber Physical System，CPS)的故障处理功能依托于配电终端、通信网络和配电主站三部分的协同合作。配电网CPS的信控层主站系统可以实现对物理层配电网络系统运行状态监测与控制，对电能质量进行监视和分析，对功率因数的监视和控制等一大批功能。在故障处理方面主要是基于馈线自动化功能，通过分析终端采集上传的物理网络参数，借助集中式故障处理算法，实现准确的故障定位、隔离和供电恢复等功能。配电终端设备是实现配电网CPS中物理系统和信息系统数据交互的关键设备，在故障处理过程中，终端采集监测点的电气量信息，通过简单地数据处理后上传到配电网CPS通信网络，最终到达主站系统，供主站系统进行故障处理算法运算。因此，配电网CPS故障仿真是考虑配电网电力物理层、终端、通信网络、主站控制等多元素复杂对象的问题。

配电网CPS故障全过程可以分为故障前、故障中以及故障后等3个状态，在故障前配电网处于相对平稳状态，故障中电压电流处于剧烈变化过程中，故障后逐步过渡到稳态状态，因此，如何实现配电网CPS故障全过程仿真中信息通信事件驱动以及物理过程的连续时间过程之间的协调统一，加速仿真过程，是目前CPS仿真领域的亟需解决的关键技术难题。

发明内容

为克服上述现有技术的不足，本发明提出一种配电网CPS故障全过程快速仿真方法，包括：

根据配电网CPS状态和预先建立的多目标优化模型，分别选择配电网CPS故障过程进行仿真时故障前、故障中和故障后的仿真步长；

分别获取配电网CPS故障过程进行仿真时故障前、故障中和故障后的仿真步长对应的配电网CPS仿真模型；

利用所述配电网CPS故障过程进行仿真时故障前、故障中和故障后的仿真步长对应的配电网CPS仿真模型对配电网CPS进行故障全过程仿真，得到仿真结果；

其中，所述多目标优化模型是基于最小化仿真截断误差、最小化采用仿真步长仿真计算一次所用时间和最小化采用仿真步长仿真计算一次所用仿真资源建立的。

优选的，所述多目标优化模型的建立，包括：

以仿真截断误差最小、采用仿真步长仿真计算一次所用时间最小和采用仿真步长仿真计算一次所用仿真资源最小为目标函数，并基于所述目标函数，以仿真稳定性约束、仿真状态切换时间约束、截断误差允许约束和仿真资源约束为约束条件，建立多目标优化模型。

优选的，所述多目标优化模型的计算式如下：