基于动态图投影的大规模复杂配电网故障快速溯源方法

张煜佳; 袁野; 周苏洋; 朱红; 周爱华; 陈清泉

doi:10.7500/AEPS20240112003

您当前的位置：

首页 >

文章列表页 >

基于动态图投影的大规模复杂配电网故障快速溯源方法

研制与开发 | 更新时间：2025-07-14

- 基于动态图投影的大规模复杂配电网故障快速溯源方法
- Fast Fault Back-tracing Method for Large-scale Complex Distribution Networks Based on Dynamic Graph Projection
- 电力系统自动化 2025年49卷第13期页码：177-186
- 作者机构：
  
  1.江苏大学电气信息工程学院，江苏省镇江市 212013
  2.东南大学电气工程学院，江苏省南京市 210096
  3.国网江苏省电力有限公司南京供电分公司，江苏省南京市 210019
  4.国网智能电网研究院有限公司，北京市 102209
  5.香港理工大学工程学院，香港 999077
- 作者简介：
  
  张煜佳(1998—)，女，硕士研究生，主要研究方向：基于图论的配电网故障溯源与恢复。E-mail：13961126415@163.com
  袁野(1991—)，男，通信作者，博士，副教授，博士生导师，主要研究方向：磁悬浮电机系统创新设计与先进控制。E-mail：1000050003@ujs.edu.cn
  周苏洋(1987—)，男，博士，副教授，博士生导师，主要研究方向：综合能源系统、人工智能、需求侧管理等。E-mail：suyang.zhou@seu.edu.cn
- 基金信息：
  
  国家自然科学基金面上项目“跨境综合能源系统分布式协同运行及联合仿真技术研究”(52177076);国家重点研发计划资助项目(2022YFB2404200)
- DOI：10.7500/AEPS20240112003
  中图分类号：
- 收稿：2024-01-12，
  
  修回：2024-12-24，
  
  网络出版：2025-04-23，
  
  纸质出版：2025-07-10
- 稿件说明：
移动端阅览
张煜佳,袁野,周苏洋等.基于动态图投影的大规模复杂配电网故障快速溯源方法[J].电力系统自动化,2025,49(13):177-186.

ZHANG Yujia,YUAN Ye,ZHOU Suyang,et al.Fast Fault Back-tracing Method for Large-scale Complex Distribution Networks Based on Dynamic Graph Projection[J].Automation of Electric Power Systems,2025,49(13):177-186.
张煜佳,袁野,周苏洋等.基于动态图投影的大规模复杂配电网故障快速溯源方法[J].电力系统自动化,2025,49(13):177-186. DOI： 10.7500/AEPS20240112003.

ZHANG Yujia,YUAN Ye,ZHOU Suyang,et al.Fast Fault Back-tracing Method for Large-scale Complex Distribution Networks Based on Dynamic Graph Projection[J].Automation of Electric Power Systems,2025,49(13):177-186. DOI： 10.7500/AEPS20240112003.

摘要

随着配电网规模的快速增长及分布式资源的高度渗透，配电网拓扑结构日益复杂，给配电网故障定位分析带来极大挑战。矩阵算法和智能优化算法应用于故障定位时需要根据变化的拓扑信息构造网络矩阵或建立寻优模型，极大增加了计算量和计算复杂度，数据处理和计算效率低下。文中首先构建了配电网拓扑的图数据模型，通过图投影技术从全景电网图中抽取适配故障溯源任务场景的优化子图；在此基础上，采用Yen最短路径搜索算法，查找电源至异常节点的潜在故障路径，通过遍历线路节点判断电流越限信息确定故障所在区段。所提方法解决了电网拓扑的精确表征和快速搜索问题，实现了面向大规模复杂配电网的故障源快速精准定位，在保证故障溯源准确性的基础上提升了故障搜索效率。

Abstract

With the rapid expansion of distribution network scale and the high penetration of distributed resources

the increasing complexity of distribution network topology poses significant challenges to fault location analysis. Matrix-based algorithms and intelligent optimization algorithms require dynamic construction of network matrices or optimal models based on evolving topological information when applied to fault location

leading to excessive computational burden and complexity

as well as inefficient data processing and computation. This paper first constructs a graph data model for the distribution network topology. Through graph projection techniques

it extracts an optimal subgraph tailored to fault back-tracing task scenarios from the panoramic power grid graph. On this basis

the Yen shortest path search algorithm is employed to identify potential fault paths from the power source to abnormal nodes. By traversing line nodes and analyzing current limit violation information

the fault section is accurately identified. The proposed method addresses the challenges of precise topological representation and rapid searching in power grids

enabling fast and accurate fault location for large-scale complex distribution networks. While ensuring fault back-tracing accuracy

this method significantly enhances fault searching efficiency.

关键词

Keywords

references

GURURAJAPATHY S S ， MOKHLIS H ， ILLIAS H A . Fault location and detection techniques in power distribution systems with distributed generation： a review ［J］. Renewable and Sustainable Energy Reviews ， 2017 ， 74 ： 949 - 958 .

TAN Z H ， GE L ， KANG T L ， et al . An accurate fault location method of smart distribution network ［C］// 2014 China International Conference on Electricity Distribution（CICED）， September 23-26 ， 2014 ， Shenzhen， China ： 916 - 920 .

刘健，倪建立，杜宇 . 配电网故障区段判断和隔离的统一矩阵算法［J］. 电力系统自动化， 1999 ， 23 （ 1 ）： 31 - 34 .

LIU Jian ， NI Jianli ， DU Yu . A unified matrix algorithm for fault section detection and isolation in distribution system ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 1999 ， 23 （ 1 ）： 31 - 34 .

王飞，孙莹 . 配电网故障定位的改进矩阵算法［J］. 电力系统自动化， 2003 ， 27 （ 24 ）： 45 - 46 .

WANG Fei ， SUN Ying . An improved matrix algorithm for fault location in distribution network of power systems ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2003 ， 27 （ 24 ）： 45 - 46 .

梅念，石东源，杨增力，等 . 一种实用的复杂配电网故障定位的矩阵算法［J］. 电力系统自动化， 2007 ， 31 （ 10 ）： 66 - 70 .

MEI Nian ， SHI Dongyuan ， YANG Zengli ， et al . A practical matrix-based fault location algorithm for complex distribution network ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2007 ， 31 （ 10 ）： 66 - 70 .

黄佳乐，杨冠鲁 . 配电网故障区间定位的改进矩阵算法［J］. 电力系统保护与控制， 2014 ， 42 （ 11 ）： 41 - 45 .

HUANG Jiale ， YANG Guanlu . Modified matrix algorithm for fault section location of distribution network ［J］. Power System Protection and Control ， 2014 ， 42 （ 11 ）： 41 - 45 .

胡福年，孙守娟 . 基于图论的矩阵算法在配电网故障定位中的应用［J］. 中国电力， 2016 ， 49 （ 3 ）： 94 - 98 .

HU Funian ， SUN Shoujuan . Fault location of distribution network by applying matrix algorithm based on graph theory ［J］. Electric Power ， 2016 ， 49 （ 3 ）： 94 - 98 .

郑涛，马龙，李博文 . 基于馈线终端装置信息畸变校正的有源配电网故障区段定位［J］. 电网技术， 2021 ， 45 （ 10 ）： 3926 - 3934 .

ZHENG Tao ， MA Long ， LI Bowen . Fault section location of active distribution network based on feeder terminal unit information distortion correction ［J］. Power System Technology ， 2021 ， 45 （ 10 ）： 3926 - 3934 .

王小君，窦嘉铭，刘曌，等 . 可解释人工智能在电力系统中的应用综述与展望［J］. 电力系统自动化， 2024 ， 48 （ 4 ）： 169 - 191 .

WANG Xiaojun ， DOU Jiaming ， LIU Zhao ， et al . Review and prospect of explainable artificial intelligence and its application in power systems ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2024 ， 48 （ 4 ）： 169 - 191 .

杜红卫，孙雅明，刘弘靖，等 . 基于遗传算法的配电网故障定位和隔离［J］. 电网技术， 2000 ， 24 （ 5 ）： 52 - 55 .

DU Hongwei ， SUN Yaming ， LIU Hongjing ， et al . Fault section diagnosis and isolation of distribution networks based on genetic algorithm ［J］. Power System Technology ， 2000 ， 24 （ 5 ）： 52 - 55 .

卫志农，何桦，郑玉平 . 配电网故障区间定位的高级遗传算法［J］. 中国电机工程学报， 2002 ， 22 （ 4 ）： 128 - 131 .

WEI Zhinong ， HE Hua ， ZHENG Yuping . A refined genetic algorithm for the fault sections location ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2002 ， 22 （ 4 ）： 128 - 131 .

刘鹏程，李新利 . 基于多种群遗传算法的含分布式电源的配电网故障区段定位算法［J］. 电力系统保护与控制， 2016 ， 44 （ 2 ）： 36 - 41 .

LIU Pengcheng ， LI Xinli . Fault-section location of distribution network containing distributed generation based on the multiple-population genetic algorithm ［J］. Power System Protection and Control ， 2016 ， 44 （ 2 ）： 36 - 41 .

颜景斌，夏赛，王飞，等 . 基于改进遗传算法的有源配电网故障定位分析［J］. 电力系统及其自动化学报， 2019 ， 31 （ 6 ）： 107 - 112 .

YAN Jingbin ， XIA Sai ， WANG Fei ， et al . Analysis of fault location for active distribution network based on improved genetic algorithm ［J］. Proceedings of the CSU-EPSA ， 2019 ， 31 （ 6 ）： 107 - 112 .

YU Y ， LI M S ， JI T Y ， et al . Fault location in distribution system using convolutional neural network based on domain transformation ［J］. CSEE Journal of Power and Energy Systems ， 2021 ， 7 （ 3 ）： 472 - 484 .

ALI BUKHARI S B ， KIM C H ， MEHMOOD K K ， et al . Convolutional neural network-based intelligent protection strategy for microgrids ［J］. IET Generation ， Transmission & Distribution， 2020 ， 14 （ 7 ）： 1177 - 1185 .

戴志辉，耿宏贤，韩健硕，等 . 基于矩阵算法和BP神经网络的智能站二次系统故障定位方法［J］. 华北电力大学学报（自然科学版）， 2022 ， 49 （ 6 ）： 1 - 10 .

DAI Zhihui ， GENG Hongxian ， HAN Jianshuo ， et al . Fault location method of secondary system in smart substation based on matrix algorithm and BP neural network ［J］. Journal of North China Electric Power University （Natural Science Edition）， 2022 ， 49 （ 6 ）： 1 - 10 .

郑涛，潘玉美，郭昆亚，等 . 基于免疫算法的配电网故障定位方法研究［J］. 电力系统保护与控制， 2014 ， 42 （ 1 ）： 77 - 83 .

ZHENG Tao ， PAN Yumei ， GUO Kunya ， et al . Fault location of distribution network based on immune algorithm ［J］. Power System Protection and Control ， 2014 ， 42 （ 1 ）： 77 - 83 .

陈奎，张云，王洪寅，等 . 基于免疫算法的含分布式电源配电网的故障定位［J］. 电力系统保护与控制， 2017 ， 45 （ 24 ）： 57 - 62 .

CHEN Kui ， ZHANG Yun ， WANG Hongyin ， et al . Fault-section location of distribution network containing distributed generation based on immune algorithm ［J］. Power System Protection and Control ， 2017 ， 45 （ 24 ）： 57 - 62 .

高锋阳，李昭君，袁成，等 . 量子计算和免疫优化算法相结合的有源配电网故障定位［J］. 高电压技术， 2021 ， 47 （ 2 ）： 396 - 406 .

GAO Fengyang ， LI Zhaojun ， YUAN Cheng ， et al . Fault location for active distribution network based on quantum computing and immune optimization algorithm ［J］. High Voltage Engineering ， 2021 ， 47 （ 2 ）： 396 - 406 .

束洪春，孙向飞，司大军 . 基于粗糙集理论的配电网故障诊断研究［J］. 中国电机工程学报， 2001 ， 21 （ 10 ）： 73 - 77 .

SHU Hongchun ， SUN Xiangfei ， SI Dajun . A study of fault diagnosis in distribution line based on rough set theory ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2001 ， 21 （ 10 ）： 73 - 77 .

车延博，郁舒雁，葛磊蛟 . 基于RS-IA数据挖掘的配电网故障定位模型［J］. 电力自动化设备， 2017 ， 37 （ 5 ）： 122 - 128 .

CHE Yanbo ， YU Shuyan ， GE Leijiao . Fault locating model based on RS-IA data mining for distribution network ［J］. Electric Power Automation Equipment ， 2017 ， 37 （ 5 ）： 122 - 128 .

郭壮志，吴杰康 . 配电网故障区间定位的仿电磁学算法［J］. 中国电机工程学报， 2010 ， 30 （ 13 ）： 34 - 40 .

GUO Zhuangzhi ， WU Jiekang . Electromagnetism-like mechanism based fault section diagnosis for distribution network ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2010 ， 30 （ 13 ）： 34 - 40 .

KUMAR R ， SAXENA D . A literature review on methodologies of fault location in the distribution system with distributed generation ［J］. Energy Technology ， 2020 ， 8 （ 3 ）： 1901093 .

李鹏，余涛，李立浧，等 . 电力人工智能的演变与展望——从专业智能走向通用智能［J］. 电力系统自动化， 2024 ， 48 （ 16 ）： 1 - 17 .

LI Peng ， YU Tao ， LI Liying ， et al . Evolution and outlook of power artificial intelligence-from specialized intelligence to general intelligence ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2024 ， 48 （ 16 ）： 1 - 17 .

DAI R C ， LIU G Y . Graph database and graph computing for power system analysis ［M］. Hoboken， America ： Wiley ， 2023 .

RAVIKUMAR G ， KHAPARDE S A . A common information model oriented graph database framework for power systems ［J］. IEEE Transactions on Power Systems ， 2016 ， 32 （ 4 ）： 2560 - 2569 .

YEN J Y . An algorithm for finding shortest routes from all source nodes to a given destination in general networks ［J］. Quarterly of Applied Mathematics ， 1970 ， 27 （ 4 ）： 526 - 530 .

浏览量

下载量

CSCD

文章被引用时，请邮件提醒。

提交

工具集

关联资源

基于零序突变量的配电网单相接地故障检测与定位方法

基于改进时空图神经网络的高渗透率有源配电网故障定位

考虑负荷停电差异化的配电自动化终端混合优化配置方法