深圳杯C题1
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2022-08-03
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配电网可靠性和故障软自愈研究
张荣凯、倪诗宇、张朝阳
摘要
电网是全国民生、工业基础，由发、输、变、配、用各环节构成统一整体。运行需
要有较高的稳定性来保证供电质量，并且在时空拓扑结构不断变化的情况下，要能够对
故障能够进行判断和处理。本文利用加权无向拓扑图数据结构，对实际电网的结构进行
建模，将电网问题转变为图论问题，直接对拓扑图上信息进行计算处理。并且能够在业
务流动过程中，不断并入新的电网，实现业务拓展，即图节点与边的增删改。基于指标
和图拓扑对可靠性进行分析，并且给出了基于连续时空拓扑的智能化配电网软自愈控制
方案。
针对问题一：
本文采用最小路和等值法的混合算法进行可靠性评估：首先给出负荷点以及配电系
统的可靠性评估指标。然后使用等值法把复杂配电网结构转化成一个简单的配电网结
构，在简化的基础上，将其抽象为无向图。在无向图结构上求解以电源为源点到各个负
荷点的最小路，将负荷点的可靠性计算分为最小路上以及非最小路上的计算，并且把非
最小路上的元件故障率等价到最小路上的点上，然后根据公式计算出该层负荷点可靠
性，递归计算等值法中每一层的各个负荷点的指标, 从而得到所有负荷点的指标，再进
一步利用负荷点可靠性指标计算配电系统的可靠性指标。最后，对于拓扑信息进行了灵
敏度分析，给出了定性分析和定量的计算方式，举出算例说明结果。
针对问题二：
配电网在任意时刻本质上都是一张拓扑图，因此我们首先将配电网抽象成具有拓扑
结构的图。根据不同元件的的拓扑关系，推导出电网元件之间动作的因果关系，从而构
建因果网络。然后，将因果网络中包含的因果信息保存在规则矩阵 R 中。之后根据电网
检测系统获取的电网警告信息建立状态向量 T ，通过将规则矩阵 R 的转置矩阵 R
T
与向
量 T 进行逻辑乘，计算出故障向量信息 T
∗
。最后，统计出可能故障的节点，并保存在
向量 F 中。我们将 T
∗
与 F 按位相与，得到最终故障节点向量 F
∗
，F
∗
中为 1 的节点就
是故障节点。该模型具有极快的运算速度和较好的鲁棒性。同时，在原有模型上进行改
进，提高了模型的准确性。
针对问题三：
本文首先将馈线以及开关建模为加权无向拓扑图 G 上的点和边，其中权值 Cost
m
(I, t)
是根据 t 时刻电流值得到的。然后本文给出了故障的定义和分析，将故障的情况对应到
图上边的权值异常。根据图 G 中的边权检测来推测出故障点，实现故障判断。接着对
故障点附近的开关进行断开，实现故障自动隔离，之后通过连通分支个数判断因故障隔
离产生的无故障段“孤岛”的个数，通过开关闭合把“孤岛”并入连通分支，实现无故
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