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基于μPMU电压相位数据的配电网拓扑辨识

电网与清洁能源 2022年第6期38卷 54-63页

作者：王献志李铁成郭少飞刘世岩王心蕊李畅国网河北省电力有限公司电力科学研究院河北石家庄050020 西安交通大学电气工程学院陕西西安710115

为了满足配电网拓扑识别快速准确的要求,提出了一种基于微型同步相量量测装置(micro-synchronous phasor measurement unit,μPMU)的配电网拓扑识别方法。获取拓扑变化前后的电压相位构建拓扑变化辨识参数,辨识出系统拓扑变化时刻;提出... 详细信息

为了满足配电网拓扑识别快速准确的要求,提出了一种基于微型同步相量量测装置(micro-synchronous phasor measurement unit,μPMU)的配电网拓扑识别方法。获取拓扑变化前后的电压相位构建拓扑变化辨识参数,辨识出系统拓扑变化时刻;提出基于相位差异度的拓扑识别算法,借助μPMU获取的数据及潮流计算,分析不同拓扑条件下电压相位与实际相位间的差异,选取差异度最小所对应的拓扑为实际拓扑,实现对配电网的拓扑识别。通过仿真算例验证所提方法的合理性,结果表明,拓扑变化时刻辨识判据正确可靠,所提拓扑识别算法的识别正确率高。

关键词：微型同步相量量测装置配电网结构电压相位拓扑变化时刻拓扑识别

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互联网拓扑的复杂网络特征研究

互联网拓扑的复杂网络特征研究

作者：洪潇翼电子科技大学

学位级别：硕士

如今,互联网已经渗入到我们生活的方方面面。互联网带给我们日益丰富和强大的服务,与此同时,其规模日益庞大,结构日益复杂。对互联网这个庞大而复杂的网络系统实施有效的部署、优化、使用和监管,需要对网络拓扑的特征有足够的认识。通... 详细信息

如今,互联网已经渗入到我们生活的方方面面。互联网带给我们日益丰富和强大的服务,与此同时,其规模日益庞大,结构日益复杂。对互联网这个庞大而复杂的网络系统实施有效的部署、优化、使用和监管,需要对网络拓扑的特征有足够的认识。通过对互联网拓扑的研究,能够更加了解互联网底层拓扑的结构特征和演化规律,为网络的部署和优化及使用等提供指引。互联网是一个典型的复杂网络,使用复杂网络的理论对互联网拓扑进行分析相比传统的分析方法有诸多优势。互联网拓扑的识别和网络健壮性研究是互联网拓扑研究中的两个重要研究内容。论文使用复杂网络的方法研究互联网拓扑的结构特征,发掘节点之间的关系特性、节点所属群体的特征。将这些特征应用到互联网拓扑识别中解决路由器的归属AS识别问题,应用到互联网拓扑的健壮性研究中解决AS级拓扑重要节点分析问题。主要的工作可概括为以下两个部分:1.针对路由器归属AS识别问题,提出基于社团特性的路由器归属AS识别方法。根据路由器归属AS识别问题中数据信息不完备、不充分的特点,提出从节点自身、节点的相似节点、节点所在社团获取信息进行判别的方法。本方法使用较严格的启发式判定规则保障高判定精确率;基于RA指标,提出基于路由器级拓扑中三角结构的RA指标(TriangleRA)来计算路由器节点结构相似性;根据端口和结构相似性发掘相似节点及社团,从中获取额外信息。2.针对互联网的健壮性分析问题,提出基于集体影响力(Collective Influence,CI)的节点重要性自适应快速算法。为了研究互联网面对蓄意攻击时的脆弱表现,对互联网拓扑节点进行重要性分析。将CI算法应用到互联网拓扑重要节点的选择问题中,并对应用结果进行分析,研究CI算法选择出的互联网拓扑节点的特征。针对CI算法在互联网拓扑重要节点选择中存在的不足,基于互联网拓扑的特征以及CI算法参数取值倾向,提出自适应快速CI算法,提升算法的适用性。论文在真实的互联网拓扑上进行实验。使用从CAIDA获取的链路数据,进行路由器归属AS识别,实验结果表明论文的方法比CAIDA的启发式方法在精确率、召回率上分别提升了10.2%和5.4%。使用斯坦福大学提供的AS级拓扑进行重要节点分析,将论文提出的改进算法与其他常见方法对比。实验结果表明论文的改进算法性能稳定,在准确性和计算复杂度上的综合表现优于其他算法。

关键词：互联网拓扑复杂网络拓扑识别社团发现节点重要性

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网络拓扑探测中的节点部署方法研究

网络拓扑探测中的节点部署方法研究

作者：何俊武电子科技大学

学位级别：硕士

随着网络技术的发展以及用户对网络使用需求的增长与变化,网络的结构与规模也在不断复杂化及扩大化。为了能够有效地监管网络,优化网络结构,以及更进一步地分析网络行为,防范网络攻击,需要对网络拓扑结构有着充分认识。因此网络拓扑识... 详细信息

随着网络技术的发展以及用户对网络使用需求的增长与变化,网络的结构与规模也在不断复杂化及扩大化。为了能够有效地监管网络,优化网络结构,以及更进一步地分析网络行为,防范网络攻击,需要对网络拓扑结构有着充分认识。因此网络拓扑识别成为了网络研究中的基础和重点环节。目前对于网络拓扑识别的研究主要集中于探测方式的改进与创新上,而对于网络探测节点部署的研究较少,因此论文将工作集中在探测节点部署方法上。由于网络拓扑的复杂性,单一的源节点或目的节点的探测结果只能反映出整体网络拓扑的一小部分,为了得到网络拓扑的整体结构,必须综合多源多目的探测的结果。由于在网络中不同节点可探测到的网络范围不同,探测节点的部署也需要一定的开销,因此如何减少部署节点的数量并增加可探测到的网络拓扑范围是一个值得研究的问题。为了正确分析整体网络拓扑与节点探测范围之间的关系对节点部署位置的影响,需要研究在网络拓扑完全已知条件下的节点部署问题;为了能在实际探测过程中应用,需要研究在网络拓扑部分已知条件下的节点部署问题。论文对上述两种情况下的节点部署问题进行研究,成果分别包含以下两个方面:1.针对网络拓扑识别提出启发式探测节点部署方法。论文通过分析整体拓扑与节点探测范围之间的关系,将问题抽象成集合覆盖问题,并在集合覆盖贪婪算法上改进并提出了一种启发式的节点部署方法。该方法与集合覆盖贪婪算法相比能有效减少部署节点个数。该方法也可运用在具有相同探测范围的网络性能探测节点部署问题上。2.提出基于复杂网络特征的探测节点部署方法。论文通过分析路由器级网络拓扑的复杂网络特性,设计了一种利用部分网络拓扑的特性生成实际网络的估计拓扑的方法,并利用该拓扑生成方法与启发式节点部署方法设计出了在拓扑部分已知时的节点部署方法。该方法是对上一种方法的改进,使其可以运用在实际网络拓扑识别过程中。论文利用路由器级网络拓扑生成模型随机生成的拓扑以及NS3仿真工具对上述的节点部署方法和拓扑探测流程进行测试和仿真,实验结果表明论文中提出的网络拓扑探测节点部署方法以及对应的网络拓扑识别流程是有效的。当拓扑完全已知时,与集合覆盖贪婪算法相比,论文中提出的节点部署方法在网络拓扑识别的应用场景下的效果要优于该方法。当拓扑部分已知时,论文中提出的方法在有限的部署节点数的条件下能达到近似拓扑完全已知时的探测效果。

关键词：路由器级拓扑识别探测节点部署启发式算法网络探测

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基于运动平台的高精度测向和定位

基于运动平台的高精度测向和定位

作者：张洪义西安电子科技大学

学位级别：硕士

以飞机为载体的机载侦察系统,具有机动灵活、覆盖范围大、受地形限制少、作用距离远,能够完成地面系统难以胜任的任务等优点,在无线电监测等领域具有十分重要的地位和作用,应用范围越来越广泛。现有的机载侦察定位系统多是单站或多站对... 详细信息

以飞机为载体的机载侦察系统,具有机动灵活、覆盖范围大、受地形限制少、作用距离远,能够完成地面系统难以胜任的任务等优点,在无线电监测等领域具有十分重要的地位和作用,应用范围越来越广泛。现有的机载侦察定位系统多是单站或多站对单目标的测向和定位,针对地域通信网的定位和拓扑识别的很少。论文从网络对抗的角度研究地域通信网的定位和拓扑识别具有重要的现实意义。本文主要研究工作包括：(1)介绍长短基线干涉仪测向以及基于相位差变化率及方向角的定位技术、时差双曲交会定位的原理。(2)介绍提高测向精度的几种方法,包括天线阵列误差校准和利用基于MGEKF的测向交会定位算法。(3)对地域通信网系统的组成、技术特点进行了详细的分析,介绍对地域通信网的干线节点进行侦察定位以及拓扑识别的一些研究工作。(4)重点研究基于运动平台的测向定位系统的设计,阐述了设计工作流程和工作原理,详细介绍了系统模型设计、硬件设计方案和工作原理和设备组成以及电磁兼容设计。最后利用飞行试验验证测向定位的精度。

关键词：运动平台阵列误差校正地域通信网测向定位拓扑识别

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互联网拓扑变化感知与重构方法研究

互联网拓扑变化感知与重构方法研究

作者：陈勤文电子科技大学

学位级别：硕士

互联网拓扑是反映网络中真实设备物理连接关系的重要工具,是网络拥塞控制、网络故障定位、均衡网络负载、网络性能评估等进一步研究工作的基础,获取准确的网络拓扑具有重要的现实意义。现有网络拓扑识别的研究很多,已有方法大多根据网... 详细信息

互联网拓扑是反映网络中真实设备物理连接关系的重要工具,是网络拥塞控制、网络故障定位、均衡网络负载、网络性能评估等进一步研究工作的基础,获取准确的网络拓扑具有重要的现实意义。现有网络拓扑识别的研究很多,已有方法大多根据网络一段时间的信息识别某一历史状态的拓扑结构。但是,在实际网络环境中,网络设备的状态可能因网络攻击、自身故障等原因发生改变,进而导致网络拓扑结构发生变化,因此历史的拓扑信息在实际中很快会失去有效性。针对上述问题,本文研究互联网拓扑变化感知与重构问题,在使用约束条件下的别名解析获取符合真实互联网结构的路由器级拓扑的基础上,利用层析成像感知拓扑动态变化并重构拓扑结构,从而实现动态网络拓扑的识别与追踪。主要贡献概括如下:(1)提出了一种先验知识约束下的网络拓扑识别方法。该方法在基于分析推断法的别名解析规则基础上,考虑了真实网络拓扑中的存在的几种关键结构,分析关键结构并将其与Traceroute探测信息中的路径片段集合对应。然后在别名解析的过程中制定新的规则对关键结构对应的路径片段集合进行处理。该方法能够使别名解析识别的网络拓扑更加符合真实的网络拓扑结构。(2)提出了一种基于层析成像的动态网络拓扑高效重构方法。该方法在历史的拓扑信息基础上,通过端到端测量感知网络动态变化对网络中部分拓扑结构的影响。通过针对性地探测收集端到端时延信息,判断受到动态变化影响的网络拓扑分支在动态变化后的网络拓扑中的具体位置,将受到影响的网络拓扑分支重新插入网络拓扑,从而恢复变化后的准确网络拓扑结构。通过仿真验证证明该方法能够利用少量探测快速重构动态变化后的网络拓扑。

关键词：网络测量拓扑识别拓扑结构分析拓扑重构

基于黏菌改进闪电搜索算法的船舶电力系统重构方法研究

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基于黏菌改进闪电搜索算法的船舶电力系统重构方法研究

作者：从浩喆江苏科技大学

学位级别：硕士

目前中压直流舰船综合电力系统作为下一代综合电力推进船舶的发展方向,采用中压直流配电网能够提升船舶综合性能,但对船舶电力系统的稳定性提出了更高要求。船舶电力系统重构技术能够在舰船出现故障时尽可能恢复负载供电,保证船舶的安... 详细信息

目前中压直流舰船综合电力系统作为下一代综合电力推进船舶的发展方向,采用中压直流配电网能够提升船舶综合性能,但对船舶电力系统的稳定性提出了更高要求。船舶电力系统重构技术能够在舰船出现故障时尽可能恢复负载供电,保证船舶的安全航行。本文针对船舶中压直流电力系统的特点,研究一种适用于中压直流船舶电力系统的电网重构技术,实现中压直流电网故障情况下的快速恢复。电网重构的前提是获得电网的实时拓扑结构,在此基础上才能够实现故障定位、隔离和恢复。电网拓扑自动识别技术是电网重构的基础,但目前常用的深度优先和广度优先拓扑搜索算法无效搜索过多,效率低下,难以满足电网重构的实时性要求。本文通过分析中压直流船舶电网的特点,改进分层回溯算法应用于船舶电网拓扑搜索过程中,并针对所研究电网进行仿真试验,该方法的搜索次数比深度优先搜索和广度优先搜索算法分别减少了974次,平均搜索时间减少了26.8%,能够有效提升电网拓扑搜索速度。根据研究对象中各个支路的负载特点,对支路进行分类,针对所研究电网提出一种基于支路分类方法的电网故障区域隔离和非故障区域恢复供电策略,在故障定位系统确定故障点后及时隔离故障区域并恢复电网正常运行,最后通过算例验证该策略有效性,可以成功隔离故障区域,恢复或维持非故障区域供电。针对中压直流船舶电力系统特点,引入四种重构指标和约束函数,通过加权方法对其进行整合,构建船舶电力系统优化数学模型。在中压直流船舶电力系统重构问题求解过程中,为提升闪电搜索算法的收敛速度、跳出局部最优解的能力,提出一种基于黏菌改进闪电搜索算法。该算法在闪电搜索算法搜索过程中的分岔阶段,根据设置的粒子评价度,在满足评价度指标的空间放电体周围生成黏菌因子,对放电体周围空间进行探索,从而增强单个放电体对于局部空间的搜索能力,强化算法的全局搜索能力和跳出局部最优解的能力。最后通过仿真证明该算法能够有效跳出局部最优解,收敛速度更快,在100次重复实验中,最优解搜索成功率为100%,算例平均搜索时间为0.57秒,比粒子群算法和标准闪电搜索算法的平均搜索时间分别少0.39秒和0.35秒。本文通过改进分层回溯算法实时识别出船舶电网拓扑结构,针对船舶电力系统提出一种基于支路分类方法的电网故障区域隔离和非故障区域恢复供电策略,能够有效隔离故障恢复供电。通过构建船舶电力系统优化数学模型,提出基于黏菌改进闪电搜索算法的中压直流船舶电网重构方法,实现中压直流船舶电网的故障重构,提高了优化速度,满足了电网重构的可靠性和实时性要求,为船舶的安全航行提供更可靠保障。

关键词：中压直流船舶电力系统拓扑识别故障重构闪电搜索算法

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分布式电源接入配电网故障区段定位

分布式电源接入配电网故障区段定位

作者：马冰中国矿业大学

学位级别：硕士

配电网作为电力系统的重要组成部分,与用户侧直接相连,起着分配电能、均衡负荷的作用。电力系统绝大多数故障发生在配电网,是影响供电稳定性、可靠性、安全性的关键因素。配电网在发生故障之后,对故障区段进行快速、准确的定位,有利于... 详细信息

配电网作为电力系统的重要组成部分,与用户侧直接相连,起着分配电能、均衡负荷的作用。电力系统绝大多数故障发生在配电网,是影响供电稳定性、可靠性、安全性的关键因素。配电网在发生故障之后,对故障区段进行快速、准确的定位,有利于隔离故障、恢复非故障区段供电,提高供电可靠性。大量分布式电源(Distributed Generation,DG)接入配电网,使配电网结构从单电源辐射状网络变成复杂的多源网络,功率双向流动、DG动态投切、馈线终端单元(Feeder Terminal Unit,FTU)上报故障信息不完备等因素,使传统故障定位方法失效。因此,本文对DG接入配电网故障区段定位展开研究。首先,本文介绍DG的基本概念以及接入准则,就配电网发生各种短路故障时的故障电流特性进行分析,讨论DG接入对配电网故障定位带来的影响。通过Matlab/Simulink仿真分析,改变DG接入位置、DG接入容量、发生故障类型等,验证DG接入对配电网故障电流特性产生影响,给出了适合于DG接入配电网的FTU上传各类故障电流编码的整定原则,为下文DG接入的配电网故障区段定位提供基础和依据。其次,由于负荷转供、故障隔离等因素,配电网结构时常发生改变,而准确的故障定位需要获取实时的拓扑结构,为此本文研究了一种基于智能FTU自动识别馈线拓扑的方法。利用智能FTU配置的静态拓扑信息和相邻智能FTU的信息,最终完成配电网的实时拓扑识别,该方案具有灵活度高、反应快速等优点。然后,针对DG接入后配电网拓扑更加复杂的问题,构建适用于DG接入的配电网故障定位的故障电流编码、开关函数以及适应度函数。为了解决传统智能算法容易陷入局部最优的问题,研究了适用于DG接入配电网故障区段定位的免疫粒子群算法,并阐述该算法的主要思想和实现过程。以IEEE-33节点配电网为例,分别对单重故障、多重故障、FTU上报故障信息错误等情况下的定位准确性进行了验证。最后通过算法对比,表明免疫粒子群算法在配电网故障区段定位中具有较高容错能力、运行效率和准确率等优势。最后结合免疫粒子群算法与配电网运行机制,设计了配电网故障定位系统。在确定系统的设计原则和基本功能的基础上,分别对该系统的硬件、软件和人机交互部分进行了设计。该系统不仅可实现基于免疫粒子群算法的配电网故障区段定位,还可将定位结果实时报送给操作人员,提高了工作效率,保证了电力系统运行的稳定性与可靠性。本文有公式59个,图76幅,表11个,参考文献86篇。

关键词：分布式电源拓扑识别故障定位免疫粒子群算法定位系统

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乐山电网电力调度管理系统的设计与实现

乐山电网电力调度管理系统的设计与实现

作者：帅雷电子科技大学

学位级别：硕士

近年来,随着国家电网规模越来越大、网架结构越来越复杂,配电网安全稳定运行的客观环境正在发生巨变:配电网负荷快速增长,大区配电网互联已经形成;电力系统运行体制正在发生深刻变化,厂网分开、智能化配电网、电力市场建设的不断推进等... 详细信息

近年来,随着国家电网规模越来越大、网架结构越来越复杂,配电网安全稳定运行的客观环境正在发生巨变:配电网负荷快速增长,大区配电网互联已经形成;电力系统运行体制正在发生深刻变化,厂网分开、智能化配电网、电力市场建设的不断推进等对配电网安全稳定、配电网调度及其管理工作提出了新的挑战。乐山电网电力调度运行管理是有效的系统优化措施,而分布式配电网作为集中大电网供电的有益补充,正被越来越多的引入乐山电网,乐山电网的重构也逐渐向含分布式配电网的乐山电网电力调度管理系统方向转移,这也正是本文的研究重点。本文首先引入调度算法,提出乐山电网转换成网路拓扑图的简化策略,利用广度优先和深度优先搜索算法举例说明了拓扑图的识别过程,作为后续研究的基础。文中将乐山地区分布式配电网视为PQ节点,选用基于支路的前推回代法计算乐山电网电力调度潮流分布。对比各种算法的特点,利用随机生成法产生初始种群以保障个体的多样性,以优化目标函数的倒数作为适应度函数以避免引入其他参数造成影响。在基因操作时,引入轮盘赌选择算子法以提高保留优良基因的概率和算法收敛的速度。对获得的结果需进行乐山电网电力调度管理辐射状判定,本文给出避免环网和孤岛的判定条件及流程。最后,通过IEEE-33和IEEE-69节点乐山电网电力调度管理系统算例验证了重构和本文提出方法的正确性和有效性。

关键词：遗传算法分布式配电网拓扑识别电力调度网损

基于馈线自动化信息的配电网故障区段定位方法研究

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基于馈线自动化信息的配电网故障区段定位方法研究

作者：李冠斌山东大学

学位级别：硕士

新兴智能技术为我国电网的改造和发展提供了前所未有的契机,与此同时社会对电网供电可靠性的需求也变得越来越高。供电可靠性作为衡量电网平稳运行能力的重要指标,是电网持续供电能力的集中体现。现如今,保持输电系统和配电系统的供电... 详细信息

新兴智能技术为我国电网的改造和发展提供了前所未有的契机,与此同时社会对电网供电可靠性的需求也变得越来越高。供电可靠性作为衡量电网平稳运行能力的重要指标,是电网持续供电能力的集中体现。现如今,保持输电系统和配电系统的供电可靠性是一个十分重要的问题。但是相较于输电系统而言,配电系统的规模则要大得多,并且在配电系统中分支众多,线路错综复杂,因此配电系统中更容易发生故障。据统计,有接近80%的电力系统运行故障发生于配电系统之中。且配电网直接与用户相连,这就要求配电网要保证更高的供电可靠性与供电质量。当配电网发生故障时,馈线自动化能够自动完成对故障的定位、隔离以及对非故障区域供电恢复,是配电网自动化中至关重要的一项功能,能够最大限度地减少配电线路发生故障给用户带来的不利影响。本文以应用最为广泛的就地式和集中式馈线自动化为研究对象,对其工作原理和优缺点进行了介绍。其中就地式馈线自动化系统无需通讯或仅需要弱通讯,只能完成自动对故障进行隔离和非故障区域的供电恢复,并不能够远程定位故障所在位置。故障发生后往往需要检修人员沿线查找开关状态来人为确定故障所在位置,费时费力。因此本文针对就地式馈线自动化系统进行的工作和取得的成果如下:其一,提出了一种就地式馈线自动化配电系统的改造方法。在考虑成本的前提下,仅需在线路中安装具有简单通信功能的智能开关,当开关闭合或断开时,自动将动作信息发送给主站。主站根据接收到的开关动作信息,借助智能算法进行故障定位并下达后续操作指令。其二,故障后短时间内会产生多条动作信息,为此提出了一种开关动作信息的处理方法和一种线路拓扑的列表表示方法,实现了对线路拓扑和开关实时状态的列表描述和存储。其三,提出了一种基于就地式馈线自动化信息的故障定位算法和一种信息丢失检测算法,并在MATLAB中进行了程序实现。经大量仿真验证,该算法不仅能定位线路中的单一故障、双重故障乃至更多重故障,并且当开关动作信息存在丢失时,同样能够快速准确定位故障所在区段。考虑到集中式馈线自动化系统的故障定位速率直接取决于算法的运算速度,同时由于FTU等设备长期安装在户外,故障信息在采集和传输过程中经常发生信息丢失,从而导致故障定位算法定位失败。为此,本文针对集中式馈线自动化系统进行的工作和取得的成果如下:其一,传统分析电气量的方法往往十分复杂,且容易受到故障类型和系统参数的影响。因此,本文提出利用FTU等故障指示设备状态信息的定位方法,将其采集到的电气量信息转化为开关量进行分析,降低了故障定位方法在配电网中应用的难度。其二,由于配电线路的拓扑结构变化频繁,提出了一种能够动态表示配电线路拓扑结构的设备状态列表构建方法,对线路拓扑和故障指示设备的实时状态实现了列表描述。其三,基于拓扑搜索迭代的方法,提出了一种故障区段定位算法和一种信息丢失检测算法。经大量仿真,本文所提的故障定位算法能够快速有效地定位单一故障、双重故障乃至更多重故障,当分布式电源存在时同样适用。并且,信息丢失检测算法可以提前检测并修改错误的设备状态信息,从而提高故障定位方法的准确性。最后,对影响故障定位算法运行速率的因素进行了研究,发现本文所提算法的运行时间仅取决于电源和故障点之间故障指示设备和分支的数量。当配电线路的节点规模扩大时,算法所需的运行时间不一定增加。因此,在一些情况下,即使配电线路节点规模庞大,本文所提出的故障定位方法也能够快速准确定位故障。

关键词：配电网馈线自动化拓扑识别故障定位智能算法