基于隔离信息阵的配电网故障仿真培训建模方法

摘要

本发明公开了一种基于隔离信息阵的配电网故障仿真培训建模方法，该方法包括：确定实时主动隔离范围集；建立标准主动隔离范围集；根据实时主动隔离范围集与标准主动隔离范围集的关系建立实时被动隔离范围集；根据实时主动隔离范围集、实时被动隔离范围集、重要影响参数建立实时隔离信息阵；根据标准主动隔离范围集、重要影响参数建立标准隔离信息阵；如此，通过实时隔离信息阵和标准隔离信息阵建立了配电网调度员培训仿真的数学模型。该模型能较好的反映调度员故障模拟操作对配电网运行的影响，是配电网调度培训仿真自动评价的基础。

说明书

技术领域

本发明涉及配电网调度员培训仿真领域，具体来说是一种基于隔离信息阵的配电网故障仿真培训建模方法。

背景技术

随着智能电网的发展，配电网的建设规模日趋扩大，监控设备日趋增多，运行流程日趋复杂。为确保供电质量的安全性、经济性和可靠性，对电网调度运行人员的专业水平提出了更高的要求。

调度员培训仿真系统作为调度运行人员日常培训与事故反演的重要手段被广泛应用。而对调度学员的水平及培训过程给出合理的评价一直是调度员培训仿真的难点。目前调度员培训仿真系统主要包括两类，一种是变电站培训仿真系统，另一种是电网培训仿真系统。其评分方法主要包括人工干预评分法、传统加减分法，人工智能匹配法等。

配网调度员培训仿真系统有其自身的特点，其既不同于变电站培训仿真的保护独立性，也不同于主网调度员培训仿真的保护复杂性。当故障恢复及正常情况下倒负荷时，需要进行频繁的负荷转供操作。配电网调度员培训仿真建模是配电网评价分析的基础，是实现配电网培训仿真分析的重要依据。

发明内容

本发明的目的在于解决配电网故障仿真培训建模问题，结合配电网特点，给出一种基于隔离信息阵的配电网故障仿真培训建模方法。

用于实现上述目的的技术方案如下：

一种基于隔离信息阵的配电网故障仿真培训建模方法，包括如下步骤：

步骤一、建立实时主动隔离范围集以描述调度员主动故障隔离操作形成的失电设备集合；

步骤二、建立标准主动隔离范围集以描述教练员制作的标准隔离范围集合；

步骤三、根据实时主动隔离范围集与标准主动隔离范围集的关系建立实时被动隔离范围集，以描述调度员转供操作形成的被动失电范围集合；

步骤四、根据实时主动隔离范围集、实时被动隔离范围集、重要影响参数建立实时隔离信息阵，以描述调度员故障处理过程的相关结果信息；

步骤五、根据标准主动隔离范围集、重要影响参数建立标准隔离信息阵，以描述教练员制作的标准故障处理相关信息。

所述步骤一的具体过程如下：

建立实时主动隔离范围集RAIS描述调度员实时操作隔离设备，而形成的主动隔离范围所包含的设备集合，具体为：

RAIS＝{ra₁,ra₂,ra₃,…,ra_i,…ra_k}

其中，ra_i为实时主动隔离范围集内包含的设备，包括开关、刀闸、跌落式熔断器、配电变压器，k为实时主动隔离范围集所含设备数；

任何调度员操作分闸的设备构成主动隔离范围的边界集合BS，并根据隔离设备子孙节点的类型将隔离设备分为两类，第一类子孙节点中包含联络开关，用集合FS表示，第二类子孙节点中无联络开关，用集合SS表示；具体为：

BS＝{bs₁,bs₂,bs₃,…,bs_i,…bs_h}

其中，bs_i为调度员实时操作的分闸的隔离设备，h为调度员实时操作的分闸的隔离设备数量；FA_i为以bs_i为父节点的所有子孙节点形成的集合，并且该子孙节点中含有联络开关；p为符合第一类情况的隔离设备的数量，集合FS中各个元素已按照由父到子的顺序排序，即集合元素FA₁是集合FS中所有其他集合元素的父节点集合元素；SB_i为以bs_i为父节点的所有子孙节点形成的集合，并且该子孙节点中无联络开关；w为符合第二类情况的隔离设备的数量；联络开关属于其所联络的两条馈线，可同时出现在其所联络的两条馈线的子节点中；

由上分析可知，实时主动隔离范围集RAIS可进一步描述为集合FA_i、SB_i和BS的运算：

如此，则实时主动隔离范围集RAIS即可由故障发生后调度员操作的分闸设备通过集合运算而定。

步骤二所述的标准主动隔离范围集SAIS为调度员隔离故障所应操作设备的最小主动隔离范围集合，具体为：

SAIS＝{sa₁,sa₂,sa₃,…,sa_i,…sa_q}

其中，sa_i为标准主动隔离范围集内包含的设备，q为标准主动隔离范围集所含设备数。该集合可由教练员手动制定，也可仿照实时主动隔离范围集的方法自动设定。

建立实时被动隔离范围集RPIS描述调度员在转供操作过程中导致馈线再次失电形成的被动隔离范围所含的设备集合，具体为：

RPIS＝{rp₁,rp₂,rp₃,…,rp_i,…rp_z}

其中，rp_i为实时被动隔离范围集内包含的设备，包括开关、刀闸、跌落式熔断器、配电变压器，z为实时被动隔离范围集所含设备数；

根据实时主动隔离范围集RAIS与标准主动隔离范围集SAIS之间的关系可分成8种情况，分别为：上游相离、上游相交、上游相含、相同、下游相含、下游相交、下游相离、分支相离；

所谓上游相离、下游相离分别指指实时主动隔离范围集RAIS处于标准主动隔离范围集SAIS的主路径上游、下游，而两个范围集却无交集；

所谓上游相交、下游相交分别指实时主动隔离范围集RAIS处于标准主动隔离范围集SAIS的主路径上游、下游，而两个范围集有交集；

所谓上游相含、下游相含分别指实时主动隔离范围集RAIS处于标准主动隔离范围集SAIS的主路径上游、下游，且包含标准主动隔离范围集SAIS；

所谓相同是指实时主动隔离范围集RAIS与标准主动隔离范围集SAIS完全相同；

所谓分支相离是指实时主动隔离范围集RAIS处于标准主动隔离范围集SAIS的分支路径；

下游相离和下游相交将会导致故障点上游产生被动隔离范围，具体描述为：

RPIS＝FFS-FA₁

其中，FFS是故障馈线的设备集合；若故障馈线是辐射状馈线，无联络开关，则FA₁为空集，RPIS与FFS相同；

上游相离和上游相交将会导致故障点下游产生被动隔离范围，具体描述为：

RPIS＝FA₁-RAIS+LFS

其中，LFS是失电联络馈线设备集合；若故障馈线是辐射状馈线，无联络开关，则FA₁、LFS为空集，RPIS与RAIS相同。

分支相离将导致故障点上下游皆产生被动隔离范围，具体描述为：

RPIS＝FFS+LFS-RAIS

实时主动隔离范围集RAIS与标准主动隔离范围集SAIS之间的关系为上游相含、下游相含、相同时，实时被动隔离范围集RPIS均为空集。

建立实时隔离信息阵RIIM综合描述调度员故障处理的相关结果信息，具体为：

其中，每一行为一条馈线的故障处理信息，n为故障馈线数，每一条馈线可同时包含多个故障；第1列为实际主动隔离范围集RAIS；第2列为实时被动隔离范围集RPIS；第3列为失电普通负荷数；第4列为失电重要负荷数；第5列为故障损失负荷量；失电负荷数包括中压用户数和低压用户数，损失负荷量指实时损失电流量，不考虑时间持续引起的电量损失。

建立标准隔离信息阵SIIM综合描述教练员制作的标准故障处理相关信息，具体为：

其中，每一行为一条馈线的故障处理信息，n为故障馈线数，每一条馈线可同时包含多个故障；第1列为标准主动隔离范围集SAIS；第2列为实时被动隔离范围集RPIS，全部为空集；第3列为失电普通负荷数；第4列为失电重要负荷数；第5列为故障损失负荷量；失电负荷数包括中压用户数和低压用户数，损失负荷量指实时损失电流量，不考虑时间持续引起的电量损失。

本发明有益技术效果：确定了实时主动隔离范围集描述调度员主动故障隔离操作形成的失电设备集合；通过建立标准主动隔离范围集描述教练员制作的标准隔离范围集合；根据实时主动隔离范围集与标准主动隔离范围集的关系建立实时被动隔离范围集，以描述调度员转供操作形成的被动失电范围集合；根据实时主动隔离范围集、实时被动隔离范围集、重要影响参数建立实时隔离信息阵，以描述调度员故障处理过程的相关结果信息；根据标准主动隔离范围集、重要影响参数建立标准隔离信息阵，以描述教练员制作的标准故障处理相关信息；如此，通过实时隔离信息阵和标准隔离信息阵建立了配电网调度员培训仿真的数学模型。该模型能较好的反映调度员故障模拟操作对配电网运行的影响，是配电网调度培训仿真自动评价的基础。

附图说明

图1为典型配电网络图。

具体实施方式

一种基于隔离信息阵的配电网故障仿真培训建模方法，包括如下步骤：

步骤一、建立实时主动隔离范围集RAIS以描述调度员主动故障隔离操作形成的失电设备集合；

RAIS＝{ra₁,ra₂,ra₃,…,ra_i,…ra_k}

其中，ra_i为实时主动隔离范围集内包含的设备，包括开关、刀闸、跌落式熔断器、配电变压器，k为实时主动隔离范围集所含设备数；

任何调度员操作分闸的设备构成主动隔离范围的边界集合BS，并根据隔离设备子孙节点的类型将隔离设备分为两类，第一类子孙节点中包含联络开关，用集合FS表示，第二类子孙节点中无联络开关，用集合SS表示；具体为：

BS＝{bs₁,bs₂,bs₃,…,bs_i,…bs_h}

其中，bs_i为调度员实时操作的分闸的隔离设备，h为调度员实时操作的分闸的隔离设备数量；FA_i为以bs_i为父节点的所有子孙节点形成的集合，并且该子孙节点中含有联络开关；p为符合第一类情况的隔离设备的数量，集合FS中各个元素已按照由父到子的顺序排序，即集合元素FA₁是集合FS中所有其他集合元素的父节点集合元素；SB_i为以bs_i为父节点的所有子孙节点形成的集合，并且该子孙节点中无联络开关；w为符合第二类情况的隔离设备的数量；联络开关属于其所联络的两条馈线，可同时出现在其所联络的两条馈线的子节点中；

由上分析可知，实时主动隔离范围集RAIS可进一步描述为集合FA_i、SB_i和BS的运算：

如此，则实时主动隔离范围集RAIS即可由故障发生后调度员操作的分闸设备通过集合运算而定。

步骤二、建立标准主动隔离范围集SAIS以描述教练员制作的标准隔离范围集合；

SAIS＝{sa₁,sa₂,sa₃,…,sa_i,…sa_q}

其中，sa_i为标准主动隔离范围集内包含的设备，q为标准主动隔离范围集所含设备数。

步骤三、根据实时主动隔离范围集RAIS与标准主动隔离范围集SAIS的关系建立实时被动隔离范围集RPIS，描述调度员在转供操作过程中导致馈线再次失电形成的被动隔离范围所含的设备集合；

RPIS＝{rp₁,rp₂,rp₃,…,rp_i,…rp_z}

其中，rp_i为实时被动隔离范围集内包含的设备，包括开关、刀闸、跌落式熔断器、配电变压器，z为实时被动隔离范围集所含设备数；

根据实时主动隔离范围集RAIS与标准主动隔离范围集SAIS之间的关系可分成8种情况，分别为：上游相离、上游相交、上游相含、相同、下游相含、下游相交、下游相离、分支相离；

所谓上游相离、下游相离分别指指实时主动隔离范围集RAIS处于标准主动隔离范围集SAIS的主路径上游、下游，而两个范围集却无交集；

所谓上游相交、下游相交分别指实时主动隔离范围集RAIS处于标准主动隔离范围集SAIS的主路径上游、下游，而两个范围集有交集；

所谓上游相含、下游相含分别指实时主动隔离范围集RAIS处于标准主动隔离范围集SAIS的主路径上游、下游，且包含标准主动隔离范围集SAIS；

所谓相同是指实时主动隔离范围集RAIS与标准主动隔离范围集SAIS完全相同；

所谓分支相离是指实时主动隔离范围集RAIS处于标准主动隔离范围集SAIS的分支路径；

下游相离和下游相交将会导致故障点上游产生被动隔离范围，具体描述为：

RPIS＝FFS-FA₁

其中，FFS是故障馈线的设备集合；若故障馈线是辐射状馈线，无联络开关，则FA₁为空集，RPIS与FFS相同；

上游相离和上游相交将会导致故障点下游产生被动隔离范围，具体描述为：

RPIS＝FA₁-RAIS+LFS

其中，LFS是失电联络馈线设备集合；若故障馈线是辐射状馈线，无联络开关，则FA₁、LFS为空集，RPIS与RAIS相同。

分支相离将导致故障点上下游皆产生被动隔离范围，具体描述为：

RPIS＝FFS+LFS-RAIS

实时主动隔离范围集RAIS与标准主动隔离范围集SAIS之间的关系为上游相含、下游相含、相同时，实时被动隔离范围集RPIS均为空集。

步骤四、根据实时主动隔离范围集、实时被动隔离范围集、重要影响参数建立实时隔离信息阵RIIM，以描述调度员故障处理过程的相关结果信息；

其中，每一行为一条馈线的故障处理信息，n为故障馈线数，每一条馈线可同时包含多个故障；第1列为实际主动隔离范围集RAIS；第2列为实时被动隔离范围集RPIS；第3列为失电普通负荷数；第4列为失电重要负荷数；第5列为故障损失负荷量；失电负荷数包括中压用户数和低压用户数，损失负荷量指实时损失电流量，不考虑时间持续引起的电量损失。

步骤五、根据标准主动隔离范围集、重要影响参数建立标准隔离信息阵SIIM，以描述教练员制作的标准故障处理相关信息。

其中，每一行为一条馈线的故障处理信息，n为故障馈线数，每一条馈线可同时包含多个故障；第1列为标准主动隔离范围集SAIS；第2列为实时被动隔离范围集RPIS，全部为空集；第3列为失电普通负荷数；第4列为失电重要负荷数；第5列为故障损失负荷量；失电负荷数包括中压用户数和低压用户数，损失负荷量指实时损失电流量，不考虑时间持续引起的电量损失。

如图1所示，其中A～N为分段开关，O为联络开关，S1、S2为变电站出线开关，故障发生在分段开关E、F之间的区域。实线环0为标准主动隔离范围，虚线环1～8为8种实时主动隔离范围。图1

所示的各种情况下的被动隔离范围集如表1所示。各最小配电区域所

含用户数、负荷量如表2所示，其中第1行表示最小配电区域，第2

行表示最小配电区域所含普通用户数，第3行表示最小配电区域所含

重要用户数，第4行表示最小配电区域所含负荷量(A)。

表1 实时被动隔离范围表

表2 最小配电区域负荷分布表

若最小配电区域EF发生故障，而调度员误判故障区间为DE，则实时隔离信息阵RIIM和标准隔离信息阵SIIM分别为：

RIIM＝[{D,E},{F-O,S2},335,22,199.1]