配电网自动化综合仿真与故障处理系统

资 源 简 介

该项目是一套集成化的配电网自动化分析与仿真程序，主要针对现代配电网在运行监控、故障处理及网架优化方面的需求开发。

详 情 说 明

配电网自动化综合仿真与故障处理系统

项目介绍

本系统是一套专为现代配电网设计的集成化分析与仿真平台。它针对配电网在运行监控、故障快速处理以及网架结构优化方面的核心需求，提供了一套完整的解决方案。系统以标准 IEEE 33 节点配电系统为算例，涵盖了从基础潮流计算到高级故障自愈、网络重构及可靠性评估的全过程仿真分析。

主要功能特性

1. 潮流计算引擎：内置改进的前推回代算法，专门针对配电网的放射状结构设计，支持多节点分布式电源（DG）的接入与标幺化参数计算，能够准确获取系统电压分布与损耗情况。
2. 自动化故障定位：模拟远方终端单元（FTU）的信号采集过程，利用矩阵搜索思想和特征信号识别技术，在复杂的馈线结构中快速锁定故障区段。
3. 故障隔离与供电恢复：在识别出故障点后，系统能够自动模拟断路器动作，并根据预设的电压约束与网损指标，智能搜索最优的联络开关合闸方案，实现非故障区域的快速复电。
4. 网络重构优化：应用启发式搜索策略，通过调整联络开关与分段开关的状态（支路交换法），在满足系统安全约束的同时，以最小化网损为目标对网络拓扑进行优化。
5. 系统可靠性评估：基于元件故障率与平均修复时间，定量评估配电网运行的可靠水平，输出 SAIFI、SAIDI 及 ASAI 等关键可靠性指标。
6. 综合结果分析与可视化：提供直观的控制台数据输出以及图形化的仿真结果，包括网络拓扑示意图、故障状态标识以及全网电压质量监测曲线。

详细功能实现逻辑

系统的执行逻辑严格遵循配电网自动化的标准处理流程：

1. 参数配置阶段：初始化 IEEE 33 节点系统的拓扑结构、阻抗参数（R, X）、各节点有功与无功负荷。配置 3 组分布式电源（分别分布在 6, 16, 32 号节点），并将所有物理量转化为标幺值进行后续计算。
2. 初始状态分析：在系统处于原始放射状结构时，执行基准潮流计算，建立系统在健康运行状态下的电压剖面与损耗基准。
3. 故障仿真与精准定位：系统模拟在特定支路（如第 7 支路）发生短路故障的情景。通过逻辑判断模拟 FTU 过流信号的分布，定位算法通过捕捉信号流的跳变临界点，精准识别出故障所在的具体支路编号。
4. 供电恢复决策：在确认故障并进行逻辑隔离后，系统自动进入自愈决策模式。程序会遍历系统中所有的联络开关，尝试在保证系统不发生过电压或欠电压（最低 0.9 p.u.）且满足放射性约束的前提下，找到能够闭合的最佳开关组合。
5. 全局网架重构：系统进一步探索通过优化开关组合降低运行成本的可能性。通过在联络开关与普通树支之间进行模拟交换，筛选出能使全网总网损降至最低的新拓扑，并确保电压水平处于更优阶段（>0.92 p.u.）。
6. 可靠性指标量化：模拟系统全年的运行统计特性，根据已选定的网架结构，计算全网用户的平均停电频率、停电持续时间以及系统的供电可用率。

关键算法与技术细节

1. 改进前推回代潮流算法：

该算法通过“回代”计算电流与功率，“前推”更新各节点电压。系统在计算过程中将分布式电源处理为 PQ 模型，并考虑了支路阻抗对损耗的非线性影响，通过收敛迭代（误差限 1e-5）确保计算精度。

1. 矩阵式故障搜索逻辑：

算法构建了节点-支路关联矩阵 D 的逻辑框架。通过检测支路首末端 FTU 信号的逻辑状态，寻找过流特征信号的逻辑“消失点”，从而在多分支结构中准确定位故障。

1. 恢复策略的离散优化：

在供电恢复模块中，系统采用穷举与启发式相结合的策略。程序会动态验证每一个试探性拓扑的收敛性，并根据计算出的网损 L 和各节点电压 V 进行多目标综合筛选。

1. 可靠性建模：

引入故障率 lambda（针对单位长度支路）和平均修复时间 r。系统通过对活动支路状态的累积分析，计算出反映电网整体可靠性的标准工业指标。

系统要求

1. 版本要求：建议使用 MATLAB R2016a 或更高版本。
2. 计算资源：常规桌面计算环境，系统内存建议 8GB 及以上以确保可视化绘图流畅。
3. 环境配置：无需安装额外的 MathWorks 工具箱，代码采用标准 MATLAB 语法编写，具有良好的平台兼容性。

使用方法说明

1. 运行主体程序：在 MATLAB 环境下运行该系统的主函数。
2. 实时监测：运行过程中，控制台（Command Window）将分步显示故障检测结果、定位编号、恢复建议开关以及最终的网损优化数据。
3. 图形交互：仿真结束后，系统将自动弹出两个可视化窗口。上半部显示配电网的拓扑状态图（红色虚线表示断开开关，紫色粗线表示故障支路）；下半部显示 33 个节点在优化后的电压分布曲线，黑虚线标明了电压安全限值。