【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及電力系統故障模擬，特別涉及一種基于數字孿生的新業態配電網故障模擬方法及系統。
技術介紹
1、隨著智能電網的發展，配電網的復雜性日益增加，傳統的電力系統分析和故障模擬方法已無法滿足現代配電網的管理需求。數字孿生技術作為一種新興的技術，可以實現對物理實體的精確模擬和預測，在配電網的運行和維護中具有廣泛的應用前景。然而，如何將數字孿生技術應用于配電網的故障模擬，以提高配電網的運行穩定性和可靠性，仍是一個亟待解決的問題。
2、現有的故障模擬技術主要是通過對配電網的歷史運行數據進行分析，模擬可能出現的故障場景，以評估配電網的運行風險和優化配電網的運行策略。然而，這些技術往往忽略了配電網的新業態元素，如分布式電源、電動汽車、新型負荷和多元儲能等，或者采用簡化的模型和假設，這可能會導致故障模擬的結果與實際運行情況存在較大偏差。此外，現有的故障模擬技術通常只能模擬單一的故障場景，無法對配網的各種運行場景進行全面的模擬，這可能會影響到故障模擬的準確性和實用性。因此，如何在數字孿生技術中充分考慮配網的新業態元素，以提高故障模擬的準確性和實用性，是當前技術面臨的一個重要問題。
技術實現思路
1、為了克服現有技術中的不足，本專利技術提供一種基于數字孿生的新業態配電網故障模擬方法及系統，通過數字孿生技術，實現對新業態配電網的故障模擬。
2、為了達到上述專利技術目的，解決其技術問題所采用的技術方案如下：
3、本專利技術公開了一種基于數字孿生的新業態配電網故障模
4、步驟s101：獲取目標配電網資源數據；
5、步驟s102：對采集到的數據進行預處理和分析，提取有用信息和特征；
6、步驟s103：根據目標配電網資源數據構建目標配電網數字孿生模型；
7、步驟s104：根據目標配電網故障運行場景構建預想事故集。
8、進一步的，步驟s101中，所述目標配電網資源數據包括涵蓋配電網新元素的拓撲信息、臺賬信息、設備參數、歷史故障數據及電網基礎運行數據。
9、進一步的，步驟s103中，通過綜合考慮目標配電網資源數據中的數據，構建數字孿生模型，將感知的多源數據進行數字化建模和可視化渲染，實現電網運行狀態的動態展示。
10、進一步的，步驟s104中，根據所述目標配電網資源數據分析典型運行場景，包括分布式電源并網消納、電動汽車及新型負荷調節、多元儲能參與電網互動調節、微電網并離網調節場景，構建預想事故集；所述預想事故集包括故障類型和故障影響范圍。
11、進一步的，步驟s104中，綜合考慮分布式能源出力的隨機性和不確定性對配網運行及故障模擬的影響，運用聚類技術對輸入負荷樣本進行聚類，以實現各聚類簇中輸入負荷樣本均具有較小的波動范圍，從而獲取負荷聚類，生成典型負荷；
12、對負荷樣本進行聚類，負荷樣本可以表示為：
13、l＝[l1,l2,...,li，...,lm]
14、其中，li為某一時間的負荷。
15、進一步的，為了獲得典型負荷樣本，采用聚類技術將輸入負荷樣本分為多個簇，該方法包括如下步驟：
16、(1)隨機選取初始聚類中心；
17、(2)計算所有聚類樣本到各聚類中心的歐式距離；
18、每個聚類樣本與聚類中心的距離可以由下面公式計算：
19、
20、式中，d(l,j)為第l個負荷樣本與第j個聚類中心的歐式距離；
21、(3)計算每個簇中負荷樣本的均值，更新聚類中心；
22、(4)重復步驟(2)、(3)，直至聚類簇中的負荷樣本不再改變或達到最大重復次數。
23、進一步的，為了確保聚類效果，采用以下方法確定聚類簇數目和選擇初始聚類中心：
24、(1)聚類簇數目的確定
25、為了選取合適的聚類簇數目k值以保證聚類效果和計算效率，提出一種評估聚類效果的指標，加權平均半徑，其表達式為：
26、
27、式中，r為聚類后各簇的加權平均半徑；pi為第i個簇中樣本的數量占總樣本的比例；ri為第i個簇的半徑；
28、當聚類簇數目k位于某一區間時，r的值隨著k的增大而減小，對聚類效果的提升效果顯著；當k達到某一數值時后再增大k時，r值的減小趨勢變緩，對聚類的提升效果不明顯；選取此時k的值作為聚類簇數目，既能保證聚類的效果，同時又能減少計算的時間；
29、(2)初始聚類中心的選擇
30、通過預處理對聚類進行優化，隨機選取10％的樣本進行聚類，所得每個簇的聚類中心能夠一定程度上反映全部樣本的分布情況；同時，僅選取10％的樣本進行聚類的計算時間較短，可將預先處理的聚類得到的聚類中心作為全部樣本聚類的初始聚類中心。
31、進一步的，在故障模擬時，考慮配電網自動化配置類型對停電范圍及停電時間的影響，區分故障時不同自動化配置類型對應不同的故障隔離與轉供時長，該方法包括以下步驟：
32、(1)首先考慮每個設備的故障停電，對上下游設備的影響范圍進行統計；
33、(2)根據故障點上、下游自動化配置類型，確定故障定位隔離時長；
34、(3)根據故障定位隔離時間和故障修復時間確定故障段及上游停電時間；
35、(4)根據故障下游是否存在轉供路徑及聯絡開關自動化水平，進而確定轉供時間和恢復供電時間；
36、(5)最終得到不同自動化配置類型對應的停電范圍和停電時間。
37、本專利技術還公開了一種基于數字孿生的新業態配電網故障模擬系統，包括數據輸入模塊、數據預處理模塊、數字孿生構建模塊、故障模擬模塊，其中：
38、所述數據輸入模塊，用于獲取目標配電網資源數據；
39、所述數字預處理模塊，用于對目標配電網資源數據進行數據清洗，補全缺失值并處理異常值；
40、所述數字孿生構建模塊，用于根據所述目標配電網資源數據構建目標配電網數字孿生模型；
41、所述故障模擬模塊，用于根據電網實時運行狀態模擬各種故障場景。
42、進一步的，所述數據輸入模塊包括臺區總表、臺區智能融合終端、智能電表、hplc、故障錄波器。
43、進一步的，所述目標配電網資源數據包括涵蓋配電網新元素的拓撲信息、臺賬信息、設備參數、歷史故障數據及電網基礎運行數據，其中：
44、所述拓撲信息包括配電網的物理布局和連接方式；
45、所述臺賬信息包括變電站臺賬、線路臺賬、配變臺賬、分布式電源臺賬、柔性負荷臺賬；
46、所述設備參數包括設備的型號、額定電壓、額定電流；
47、所述歷史故障數據包括故障類型、故障時間、故障位置、故障影響范圍、故障風險等級等；
48、所述電網基礎運行數據包括電壓、電流、負荷。
49、進一步的，所述數字孿生構建模塊通過對融合新業態電網元素的運本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種基于數字孿生的新業態配電網故障模擬方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據權利要求1所述的一種基于數字孿生的新業態配電網故障模擬方法，其特征在于，步驟S101中，所述目標配電網資源數據包括涵蓋配電網新元素的拓撲信息、臺賬信息、設備參數、歷史故障數據及電網基礎運行數據。
3.根據權利要求1所述的一種基于數字孿生的新業態配電網故障模擬方法，其特征在于，步驟S103中，通過綜合考慮目標配電網資源數據中的數據，構建數字孿生模型，將感知的多源數據進行數字化建模和可視化渲染，實現電網運行狀態的動態展示。
4.根據權利要求1所述的一種基于數字孿生的新業態配電網故障模擬方法，其特征在于，步驟S104中，根據所述目標配電網資源數據分析典型運行場景，包括分布式電源并網消納、電動汽車及新型負荷調節、多元儲能參與電網互動調節、微電網并離網調節場景，構建預想事故集；所述預想事故集包括故障類型和故障影響范圍。
5.根據權利要求1所述的一種基于數字孿生的新業態配電網故障模擬方法，其特征在于，步驟S104中，綜合考慮分布式能源出力的隨機性和不確定性對配網
6.根據權利要求5所述的一種基于數字孿生的新業態配電網故障模擬方法，其特征在于，為了獲得典型負荷樣本，采用聚類技術將輸入負荷樣本分為多個簇，該方法包括如下步驟：
7.根據權利要求6所述的一種基于數字孿生的新業態配電網故障模擬方法，其特征在于，為了確保聚類效果，采用以下方法確定聚類簇數目和選擇初始聚類中心：
8.根據權利要求5所述的一種基于數字孿生的新業態配電網故障模擬方法，其特征在于，在故障模擬時，考慮配電網自動化配置類型對停電范圍及停電時間的影響，區分故障時不同自動化配置類型對應不同的故障隔離與轉供時長，該方法包括以下步驟：
9.一種基于數字孿生的新業態配電網故障模擬系統，其特征在于，包括數據輸入模塊、數據預處理模塊、數字孿生構建模塊、故障模擬模塊，其中：
10.根據權利要求9所述的一種基于數字孿生的新業態配電網故障模擬系統，其特征在于，所述數據輸入模塊包括臺區總表、臺區智能融合終端、智能電表、HPLC、故障錄波器。
11.根據權利要求9所述的一種基于數字孿生的新業態配電網故障模擬系統，其特征在于，所述目標配電網資源數據包括涵蓋配電網新元素的拓撲信息、臺賬信息、設備參數、歷史故障數據及電網基礎運行數據，其中：
12.根據權利要求9所述的一種基于數字孿生的新業態配電網故障模擬系統，其特征在于，所述數字孿生構建模塊通過對融合新業態電網元素的運行狀態進行監測，使虛擬電網與物理電網同步運行，將感知的多源數據進行數字化建模和可視化渲染，實現電網運行狀態的動態展示。
13.根據權利要求9所述的一種基于數字孿生的新業態配電網故障模擬系統，其特征在于，所述故障場景包括分布式電源并網消納場景、電動汽車及新型負荷調節場景、多元儲能參與電網互動調節場景、微電網并離網調節場景；所述預想事故集包括故障類型和故障影響范圍。
...【技術特征摘要】
1.一種基于數字孿生的新業態配電網故障模擬方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據權利要求1所述的一種基于數字孿生的新業態配電網故障模擬方法，其特征在于，步驟s101中，所述目標配電網資源數據包括涵蓋配電網新元素的拓撲信息、臺賬信息、設備參數、歷史故障數據及電網基礎運行數據。
3.根據權利要求1所述的一種基于數字孿生的新業態配電網故障模擬方法，其特征在于，步驟s103中，通過綜合考慮目標配電網資源數據中的數據，構建數字孿生模型，將感知的多源數據進行數字化建模和可視化渲染，實現電網運行狀態的動態展示。
4.根據權利要求1所述的一種基于數字孿生的新業態配電網故障模擬方法，其特征在于，步驟s104中，根據所述目標配電網資源數據分析典型運行場景，包括分布式電源并網消納、電動汽車及新型負荷調節、多元儲能參與電網互動調節、微電網并離網調節場景，構建預想事故集；所述預想事故集包括故障類型和故障影響范圍。
5.根據權利要求1所述的一種基于數字孿生的新業態配電網故障模擬方法，其特征在于，步驟s104中，綜合考慮分布式能源出力的隨機性和不確定性對配網運行及故障模擬的影響，運用聚類技術對輸入負荷樣本進行聚類，以實現各聚類簇中輸入負荷樣本均具有較小的波動范圍，從而獲取負荷聚類，生成典型負荷；
6.根據權利要求5所述的一種基于數字孿生的新業態配電網故障模擬方法，其特征在于，為了獲得典型負荷樣本，采用聚類技術將輸入負荷樣本分為多個簇，該方法包括如下步驟：
7.根據權利要求6所述的一種基于數字孿生的新業態配電網故...
【專利技術屬性】
技術研發人員：柴煒，楊帆，茅華萍，袁秋實，劉俊，陸冰冰，
申請(專利權)人：國網上海市電力公司，
類型：發明
國別省市：
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