[发明专利]基于二进制混合算法的配电网故障区段定位方法

摘要

本发明针对配电网中接入分布式电源导致传统的故障区段定位方法不再适用的问题，通过构建新的开关函数，提出了基于二进制混合算法的配电网故障区段定位方法。该方法能够动态适应分布式电源的投切，对多重故障进行定位时仅仅需要确定一次正方向，且能够对含分布式电源的配电网中的单一和多重故障进行准确定位，具有一定的理论价值和工程意义。

主权项

一种基于二进制混合算法的配电网故障区段定位方法，其特征是，它包括以下内容：1)二进制混合算法原理(a)二进制粒子群算法基本原理二进制粒子群算法(PSO)综合利用种群信息和个体经验，不断更新粒子的位置和速度，以便向最优或较优解逼近，利用二进制粒子群算法在n维空间寻找最优解，其中第i个粒子在空间中的位置si和速度vi表示为：si＝(s1i,s2i,L sni)   (1)vi＝(v1i,v2i,L vni)   (2)其中，i为[1，PS1]范围内的正整数，PS1为PSO种群规模，s1i,v1i分别表示第1维空间中第i个粒子的位置和速度；s2i,v2i分别表示第2维空间中第i个粒子的位置和速度；sni,vni分别表示第n维空间中第i个粒子的位置和速度，寻优的过程中可按式(3)进行迭代： vt+1ni＝wvtni+b1rt1(ptbni‑xtni)+b2rt2(gtbn‑xtni)   (3)xt+1ni=1rt+1ni<sigmoid(vt+1ni)xt+1ni=0rt+1ni≥sigmoid(vt+1ni)---(4)]]>其中，t表示迭代次数，vtni、xtni分别表示第i个粒子迭代到第t次时在第n维空间中的速度和位置；ptbni表示第i个粒子迭代到第t次时在第n维空间中的当前个体最优位置；gtbn表示在迭代到第t次时在第n维空间中所有粒子的当前群体最优位置；w为惯性权重；b1、b2是加速因子；rt1、rt2、rtni都表示第t次迭代中随机生成的[0，1]范围内的实数；sigmoid是一个阈值函数，sigmoid(vnit+1)的函数定义为：sigmoid(vnit+1)=0.98vnit+1>411+e-vnit+1-4≤vnit+1≤4-0.98vnit+1<4---(5)]]>(b)二进制差分进化算法基本原理二进制差分进化算法(DE)的基本原理是从原始种群开始，通过变异、交叉、选择等遗传操作来生成新的种群，并经过逐步迭代，不断进化，可获得全局最优解，二进制差分进化算法迭代过程如下：①变异操作随机在种群中选取两个个体xta1,y、xta2,y，a1、a2为随机产生的两个[1，PS2]范围内的正整数，PS2为DE种群规模，y＝[1,2.3…N]，N是种群个体的维度，vtj,y表示第j个个体第t次迭代后得到的第y维空间的变异个体，利用式(6)、式(7)计算得到第t次迭代时第y维空间的最优解xtb,y需要变异的维数W：S＝f·s   (6)其中，s表示xta1,y与xta2,y之间的海明距离，S为缩放后的海明距离，f为缩放因子，是[0，2]范围内的实数；int(S)表示S向下取整数，随机在xtb,y上选择W位，如果选中的位置上是1，则将其置0，否则置1，完成此操作之后便得到变异个体②交叉操作变异个体与父代个体进行交叉操作:其中，表示第t次迭代产生的新个体，JC为交叉概率，是[0,1]内的实数，rand[0,1]为随机产生的[0,1]内的整数，rand[0,N]为随机产生的[0,N]内的整数，③选择操作将新个体与父代个体的适应值进行比较，选择适应值较小作为下一代的个体xt+1j,y：xt+1j,y=xtj,yfitness[xtj,y]<fitness[utj,y]utj,yfitness[xtj,y]>fitness[utj,y]---(9)]]>其中，fitness[]是matlab求解适应值的函数；(c)基于双种群进化策略和信息交换机制实现二进制粒子群和差分进化算法的求解步骤是：①初始化参数：其中包括PSO种群规模PS1、DE种群规模PS2、种群空间维数n、加速因子b、惯性权重w、最大迭代次数Tb、交叉概率JC、缩放因子f；②初始化PSO种群及DE种群：确定PSO种群的初始全局最优位置、初始个体最优位置、初始个体最优适应值、初始全局最优适应值；确定DE种群的初始最优解和初始最优适应值；③令t＝1，进行迭代计算；④根据式(1)～式(3)计算PSO种群中个体的位置及速度，进而形成新一代的群体，且获得PSO种群的当前最优解gtbn，根据式(4)～式(7)对DE种群的个体进行变异、交叉、选择操作，进而形成新一代的群体，获得DE种群的当前最优解xtb,n；⑤比较个体gtbn的适应值与个体xtb,y的适应值大小，选择适应值较小的当做两个种群共同的最优解，并进行下一代的进化计算，令t＝t+1，若满足迭代结束条件则停止计算，输出最优解和最优适应值；若不满足，转入第④步；2)配电网故障区段定位数学模型针对配电网的故障定位问题，构建其评价函数：Fit(x)=|I1-I*1(x)|+|I2+I*2(x)|+L+|Ik-I*k(x)|+L+|IV-I*V(x)|+WC(|x1|+L+|xD|+L+|xR|)---(10)]]>其中，Ik是第k号开关处的馈线终端单元(FTU)实际检测到的状态信息值，I*k(x)为第k号开关的期望状态函数，V为开关总数量，xD为第D个馈线区段的故障状态，WC为权系数，R为配电网中馈线区段的总数；对于含分布式电源配电网的多重故障定位问题，在构建评价函数时必须充分考虑整个故障定位过程中的效率问题，通过引入电源开关系数使得评价函数能够动态地适应配电网中分布式电源的投切；构建的一种新的开关函数，如式(10)，I*k(x)=[Σs1Ts1(1-Σi1xk,s1(i1))]·ΣnMxk(n)-[Σs2Ts2(1-Σi2xk,s2(i2))]·ΣmMxk(m)---(11)]]>其中，∑表示逻辑或运算；将第k号开关作为分断点，将配电网分成两大区域，含有系统电源的一部分称为第k号开关的上半区，另一部分称为第k号开关的下半区；Ts1、Ts2为电源开关系数，表示第k号开关上、下半区的电源是否接入配电网，若某电源接入配网则对应的电源系数取1，否则取0；xk,s1、xk,s2分别表示从第k号开关到上半区电源S1与下半区电S2路径上所经过的馈线区段状态值；xk(m)、xk(n)分别为第k号开关上、下半区中的馈线区段状态值；M、N分别为第k号开关上、下半区中的馈线区段总数，当某馈线区段上发生故障时，该馈线区段状态值取1，否则取0，令系统电源指向用户端的方向为正方向，第k号开关处FTU上传的状态信息表示为其中，利用式(11)和式(12)作为式(10)中的I*k(x)和Ik，即完成评价函数的构建。