配电网恢复范文

配电网恢复范文（精选12篇）

配电网恢复 第1篇

关键词：配电网,故障恢复,修复方法

0 引言

如今的电网系统日益庞大, 电网的结构也更加的稳固, 但也出现了配电网系统同时故障和故障恢复速度较慢的现象, 因此, 电网故障修复系统的研发迫在眉睫, 而电网故障修复系统更成为了电网系统中不可或缺的一部分, 是电网得以安全、高效运行的保障[1]。以下为快速解决配电网故障的方法。

1 利用专家系统进行故障恢复

在电力系统发生故障的时候常常是调度员去处理, 调度员虽然有丰富的经验, 但是日益庞大的配电网系统, 将会使调度员无从下手, 因此, 想要及时地寻找到故障点就必须建立相应的数据库系统, 将配电网的建构、元件及故障的数据, 在故障发生之前输入数据库, 这样在故障发生的时候便可以根据之前输入的数据而进行判断, 找到故障的位置。数据库的产生式以IF...THEN...的形式出现, 而条件和结论则可以通过AND、OR、NOT等逻辑算符进行连接, 无需其他复杂的算法, 只要前提条件符合便能执行恢复算法, 这便是专家系统的基本原理[2]。若之前的数据库无法找到相应的故障类型, 则学习机将会在原有的数据库故障类型上, 自动地学习新故障, 并将新故障予以恢复。因此, 专家系统不能直接与客户相连, 而是与SCADA系统在人机界面中共同与客户相连。

成功运用专家系统处理配电网故障的例子有许多, 如与模糊算法的结合提高了配电网系统的容错能力。但与此同时, 专家系统也有着许多缺点, 例如难以建立完备而庞大的数据库, 当数据库故障数据增多时将推迟分析时间、降低分析的效率。因此, 专家系统虽然是配电网解决故障快速恢复的方法之一, 却需要联合其他算法以增强分析效率, 并不是故障快速恢复的最佳方法。

2 利用遗传算法进行故障恢复

所谓遗传算法, 则是结合医学遗传学中的基本定律, 使配电网的组合能得以优化, 用染色体的符号串代替配电网中的候选解, 并用医学遗传学中的适用度来准确地衡量其优劣。在其计算中有两种方法: (1) 直接将并行的群体与每个节点相结合, 实现从一个节点到另一个节点的移动和繁殖。 (2) 以一个节点为中心, 让其他的节点进行函数的组合、变异和评估[2]。在实际过程中, 遗传算法已经得到了应用, 但传统的遗传算法是以二进制的符号串的形式代表一项配电网的恢复措施, 编法并不实用。而近年来提出的, 以整数表示可控制的开关、以基因0处理甩负荷的方法将使遗传算法可以更有效地处理配电网系统的故障。从整体上来看, 遗传算法不同于其他算法, 没有复杂的计算公式和过程, 而是由医学遗传学中的染色体为模型构建而成, 适应性较强的同时更容易应对出现的配电网故障, 这是其他算法所不具备的。但是遗传算法也具有其弊端, 在遗传算法中变异和操作因其参数的不确定, 将很大程度地影响配电网故障恢复的效率, 不能及时地找到故障的发生点, 因此, 遗传算法还有待于进一步的提高。

3 利用人工神经网络进行故障修复

由于配电网故障常常具有复杂性和难判断性, 因而促使了人工神经网络的产生, 人工神经网络利用了神经元的特点, 具有良好的学习能力并同时能处理隐含问题, 在配电网发生故障时, 神经元间不会相互影响, 具有独立性。

人工神经网络在配电网的故障中常用于粗糙集的处理, 通过故障历史数据的简约性属性, 求得所需要的最小简属性集和核属性集。某一属性的简约可表示为 (X1, X2, , Xn) , 其中X1为核心的属性。 (C1, C2, , Cn) 为人工神经网络的隐节点, (Y1, , Ym) 则为最后的输出值。当配电网发生故障时, 可对故障进行约简分析, 并快速查找到最小属性的约简, 在输入神经元进行记忆后可同时对其他的神经元进行训练, 以便更好地应对故障的出现。

在人工神经网络的实际应用中, 可以响应负荷模式和系统拓扑间的非线性关系, 开辟了配电网故障修复的新思路, 同时也有效地避免了重复计算配电网中的线路状态。但人工神经网络为了恢复故障的信息, 往往需要事先设定阈值, 而在阈值的设定过程中却无法准确地判断其开关状态, 导致最后的结果无法预测。因此, 想要有效地利用人工神经网络进行配电网的故障修复, 就必须研究开关状态的阈值, 才能真正让人工神经系统广泛地运用到故障修复系统中去。

4 利用启发式搜索算法进行故障修复

想要快速地进行配电网故障的修复, 搜索故障的效率是其核心问题, 而启发式的搜索算法是一类可以提高搜索故障效率的算法, 如遇到大规模的配电网系统故障, 启发式的搜素算法将比其他算法有效得多, 不仅可以短时间内搜索出故障的发生点, 缩短搜索的时间, 更不必像其他算法那样受到系统的约束。启发式的搜索算法是指利用以系统网损为最小的目标函数并用网潮流计算的方法得到最优解, 网损目标评价函数可用△P来表示, 在一般的配电网中常常可以忽略联络开关两边电压间的相位差, 则 , 其中I为自变量, 而△P为因变量。并同时根据欧姆定律 (Vk=vj–IjZj) 整理出网络潮流计算结点电压的公式 , 其中j=1, 23, , n-1;k=j+1, j+2, , n) 。

图论、决策树等, 都是启发式搜索算法进行故障修复的成功案例, 但若因调度员的经验不足, 也有可能无法搜素出最优解, 这时启发式搜索算法将无法启动后备方案, 导致故障修复失败。

5 利用混合整数规划法进行故障修复

混合整数规划法常常配合着其他算法一同进行配电网故障的修复, 只要目标的函数存在最优解, 混合整数规划法便能将其寻找出来, 这是别的算法所不具备的。但随着当今配电网系统逐渐地扩大, 若仅仅利用混合整数规划法进行故障的查找, 将会极大地延长故障分析的时间, 不利于故障快速地查找。故在许多文献中提到了重构停电区、停电网的方法, 以解决混合整数规划法较慢的故障查找速率。

6 结语

围绕着配电网故障快速恢复研究这一问题, 本文提出了五种算法, 在这五种算法中, 无法评价出哪一种算法是提高电网故障恢复的最佳方法, 因为每一种算法都具有其特有的优点和缺点, 在不同的适用范围中可以体现出不同的优缺点。而算法的相互结合也能有效地提高修复速度, 如遗传算法和专家系统的结合、专家系统与混合整数规划法的结合, 都在不同的程度上进行了算法的互补, 完善了配电网故障修复的效率, 因此, 建立并行式的算法, 是处理配电网故障的最佳算法。如此一来, 在遇到不同的配电网故障时, 根据不同故障的特点, 来选择不同的算法[3], 必要时结合几种算法共同进行故障的排查, 以提高故障修复的速率。因此, 当务之急是并行式算法系统的建立和完善, 只有开发出完善的并行式算法系统, 才能根本解决配电网修复效率, 使配电网得以运行顺畅。

参考文献

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[2]刘兆林, 张彬, 张振刚.基于启发式遗传算法的多目标配电网故障恢复[J].管理观察, 2009 (22) :328-329.

配电网规划综述 第2篇

负荷预测是根据系统的运行特性、增容决策、自然条件与社会影响等诸多因数，在满足一定精度要求的条件下，确定未来某特定时刻的负荷数据，其中负荷是指电力需求量（功率）或用电量。负荷预测是电力系统经济调度中的一项重要内容，是能量管理系统(EMS)的一个重要模块。

电力系统负荷一般可以分为城市民用负荷、商业负荷、农村负荷、工业负荷以及其他负荷等，不同类型的负荷具有不同的特点和规律。

城市民用负荷主要来自城市居民家用电器的用电负荷，它具有年年增长的趋势，以及明显的季节性波动特点，而且民用负荷的特点还与居民的日常生活和工作的规律紧密相关。

商业负荷，主要是指商业部门的照明、空调、动力等用电负荷，覆盖面积大，且用电增长平稳，商业负荷同样具有季节性波动的特性。虽然商业负荷在电力负荷中所占比重不及工业负荷和民用负荷，但商业负荷中的照明类负荷占用电力系统高峰时段。此外，商业部门由于商业行为在节假日会增加营业时间，从而成为节假日中影响电力负荷的重要因素之一。

工业负荷是指用于工业生产的用电，一般工业负荷的比重在用电构成中居于首位，它不仅取决于工业用户的工作方式(包括设备利用情况、企业的工作班制等)，而且与各行业的行业特点、季节因素都有紧密的联系，一般负荷是比较恒定的。

农村负荷则是指农村居民用电和农业生产用电。此类负荷与工业负荷相比，受气候、季节等自然条件的影响很大，这是由农业生产的特点所决定的。农业用电负荷也受农作物种类、耕作习惯的影响，但就电网而言，由于农业用电负荷集中的时间与城市工业负荷高峰时间有差别，所以对提高电网负荷率有好处。

从以上分析可知电力负荷的特点是经常变化的，不但按小时变、按日变，而且按周变，按年变，同时负荷又是以天为单位不断起伏的，具有较大的周期性，负荷变化是连续的过程，一般不会出现大的跃变，但电力负荷对季节、温度、天气等是敏感的，不同的季节，不同地区的气候，以及温度的变化都会对负荷造成明显的影响。

负荷预测的目的就是提供负荷发展状况及水平，同时确定各供电区、各规划

年供用电量、供用电最大负荷和规划地区总的负荷发展水平，确定各规划年用电负荷构成。电力负荷预测是电力企业计划的基础，无论是编制企业的经营计划还是长远发展规划，以及电力基本建设、编制负荷调度曲线等工作都必须以系统负荷为依据，因此，负荷预测是提高企业经营决策的准确性和科学性的重要手段，是电力系统经济运行的基础。在当前电力发展迅速和供应相对紧张的情况下，合理地进行电力负荷预测和系统规划运行显得尤为重要。

电力系统负荷预测包括最大负荷功率、负荷电量及负荷曲线的预测。最大负荷功率预测对于确定电力系统发电设备及输变电设备的容量是非常重要的。为了选择适当的机组类型和合理的电源结构以及确定燃料计划等，还必须预测负荷及电量。负荷曲线的预测可为研究电力系统的峰值、抽水蓄能电站的容量以及发输电设备的协调运行提供数据支持。

负荷预测工作的关键在于收集大量的历史数据，建立科学有效的预测模型，采用有效的算法，以历史数据为基础，进行大量试验性研究，总结经验，不断修正模型和算法，以真正反映负荷变化规律。其基本过程如下：

（1）调查和选择历史负荷数据资料

多方面调查收集资料，包括电力企业内部资料和外部资料，从众多的资料中挑选出有用的一小部分，即把资料浓缩到最小量。挑选资料时的标准要直接、可靠并且是最新的资料。如果资料的收集和选择得不好，会直接影响负荷预测的质量。

（2）历史资料的整理

一般来说，由于预测的质量不会超过所用资料的质量，所以要对所收集的与负荷有关的统计资料进行审核和必要的加工整理，来保证资料的质量，从而为保证预测质量打下基础，即要注意资料的完整无缺，数字准确无误，反映的都是正常状态下的水平，资料中没有异常的“分离项”，还要注意资料的补缺，并对不可靠的资料加以核实调整。

（3）对负荷数据的预处理

在经过初步整理之后，还要对所用资料进行数据分析预处理，即对历史资料中的异常值的平稳化以及缺失数据的补遗，针对异常数据，主要采用水平处理、垂直处理方法。

数据的水平处理即在进行分析数据时，将前后两个时间的负荷数据作为基准，设定待处理数据的最大变动范围，当待处理数据超过这个范围，就视为不良数据，采用平均值的方法平稳其变化；数据的垂直处理即在负荷数据预处理时考虑其24h的小周期，即认为不同日期的同一时刻的负荷应该具有相似性，同时刻的负荷值应维持在一定的范围内，对于超出范围的不良数据修正，为待处理数据的最近几天该时刻的负荷平均值。

（4）建立负荷预测模型

负荷预测模型是统计资料轨迹的概括，预测模型是多种多样的，因此，对于具体资料要选择恰当的预测模型，这是负荷预测过程中至关重要的一步。当由于模型选择不当而造成预测误差过大时，就需要改换模型，必要时，还可同时采用几种数学模型进行运算，以便对比、选择。

在选择适当的预测技术后，建立负荷预测数学模型，进行预测工作。由于从已掌握的发展变化规律，并不能代表将来的变化规律，所以要对影响预测对象的新因素进行分析，对预测模型进行恰当的修正后确定预测值。

电力负荷预测分为经典预测方法和现代预测方法。

一、经典预测方法

（1）趋势外推法

趋势外推法就是根据负荷的变化趋势对未来负荷情况作出预测。电力负荷虽然具有随机性和不确定性，但在一定条件下，仍存在着明显的变化趋势，例如农业用电，在气候条件变化较小的冬季，日用电量相对稳定，表现为较平稳的变化趋势。这种变化趋势可为线性或非线性，周期性或非周期性等等。

（2）时间序列法

时间序列法是一种最为常见的短期负荷预测方法，它是针对整个观测序列呈现出的某种随机过程的特性，去建立和估计产生实际序列的随机过程的模型，然后用这些模型去进行预测。它利用了电力负荷变动的惯性特征和时间上的延续性，通过对历史数据时间序列的分析处理，确定其基本特征和变化规律，预测未来负荷。

时间序列预测方法可分为确定型和随机性两类，确定型时间序列作为模型残差用于估计预测区间的大小。随机型时间序列预测模型可以看作一个线性滤波

器。根据线性滤波器的特性，时间序列可划为自回归(AR)、动平均(MA)、自回归-动平均(ARMA)、累计式自回归-动平均(ARIMA)、传递函数(TF)几类模型，其负荷预测过程一般分为模型识别、模型参数估计、模型检验、负荷预测、精度检验预测值修正5个阶段。

（3）回归分析法

回归分析法就是根据负荷过去的历史资料，建立可以分析的数学模型，对未来的负荷进行预测。利用数理统计中的回归分析方法，通过对变量的观测数据进行分析，确定变量之间的相互关系，从而实现预测。

二、现代负荷预测方法

20世纪80年代后期，一些基于新兴学科理论的现代预测方法逐渐得到了成功应用。这其中主要有灰色数学理论、专家系统方法、神经网络理论、模糊预测理论等。

（1）灰色数学理论

灰色数学理论是把负荷序列看作一真实的系统输出，它是众多影响因子的综合作用结果。这些众多因子的未知性和不确定性，成为系统的灰色特性。灰色系统理论把负荷序列通过生成变换，使其变化为有规律的生成数列再建模，用于负荷预测。

（2）专家系统方法

专家系统方法是对于数据库里存放的过去几年的负荷数据和天气数据等进行细致的分析，汇集有经验的负荷预测人员的知识，提取有关规则。借助专家系统，负荷预测人员能识别预测日所属的类型，考虑天气因素对负荷预测的影响，按照一定的推理进行负荷预测。

（3）神经网络理论

神经网络理论是利用神经网络的学习功能，让计算机学习包含在历史负荷数据中的映射关系，再利用这种映射关系预测未来负荷。由于该方法具有很强的鲁棒性、记忆能力、非线性映射能力以及强大的自学习能力，因此有很大的应用市场，但其缺点是学习收敛速度慢，可能收敛到局部最小点；并且知识表达困难，难以充分利用调度人员经验中存在的模糊知识。

（4）模糊负荷预测

模糊负荷预测是近几年比较热门的研究方向。

模糊控制是在所采用的控制方法上应用了模糊数学理论，使其进行确定性的工作，对一些无法构造数学模型的被控过程进行有效控制。模糊系统不管其是如何进行计算的，从输入输出的角度讲它是一个非线性函数。模糊系统对于任意一个非线性连续函数，就是找出一类隶属函数，一种推理规则，一个解模糊方法，使得设计出的模糊系统能够任意逼近这个非线性函数。

配电网恢复 第3篇

配电网故障恢复是在隔离故障设备以后，依据当前网络拓扑及潮流分布，在满足系统潮流安全约束的条件下，寻找最优的非故障失电区的恢复方案，对当前故障后的配电网实现重构的过程。因此，恢复供电恢复问题实际上对支路开关0-1状态进行最优组合。

1、基于启发式搜索的故障恢复流程

启发式故障恢复算法的流程图如图1所示。算法首先根据故障后的情况，搜索出受故障影响的供电区域，并根据潮流计算的结果确定电网在恢复前的初始状态，统计停电区域的失电总负荷和优先级较高的负荷，以及各条正常供电馈线的联络线有效备用容量。

图1 算法流程

2、供电恢复方案评价指标

1）开关操作次数（SN）

故障恢复的最终方案由一些开关操作构成，不管开关是否闭合还是断开都要对开关的寿命产生影响。此外，由于我国配电网中手动开关占多数，开关操作次数的是多少影响着恢复时间，因此应该尽量减少对开关的频繁操作。开关操作次数是对方案进行评估的重要指标，其隶属度函数如图2所示，取SN1、SN2分别为1和7。

为了比较不同可行供电恢复方案的优劣，本文仍然认为开关操作次数之差小于或者等于2的恢复方案具备可比性。

2）负荷转移量（LT）

当分区恢复无法完全恢复停电区域的供电，此时需要将停电区域的支持馈线上的一些负荷转移到下一级馈线上去以增加支持馈线的备用容量。但是符合转移涉及开关操作，影响正常供电负荷的切换。在恢复过程中，希望负荷转移对正常供电区域的影响越小越好。

图2 开关操作次数 图3 负荷转移量

负荷转移量LT定义为某方案的负荷转移量之和，LTa为接受负荷转移的馈线的总负荷。隶属度函数如图3所示。

3）馈线容量裕度（M）

制定恢复方案应考虑配电网再次处理故障的能力，为此引入馈线的容量裕度来衡量。馈线的容量裕度是指该馈线再次发生故障时的恢复储备程度，用恢复方案集中馈线的容量裕度指标M的最小值作为评价指标，其中M定义为：

式中LTSj为馈线j相连的联络开关有效备用容量，LL，j为其转移负荷值，N為恢复方案集中联络开关个数。隶属度函数如图4，取M1为5.0。

图4 馈线容量裕度 图5 最大电压降

4）最大电压降（ΔV/V）

最大电压降是指故障后配电网络的所有馈线中电压降落百分数的最大值（图5），该指标是对方案实施后对系统电压质量的评价的重要数据。最大电压降定义为：

式中Vi为节点电压的实际值，V0为系统电源电压。

3、基于启发式搜索和模糊综合评判的配电网供电恢复实例

该算例为某一个实际配电网络，假设故障发生在c1和c2之间，故障隔离后，c2的下游支路构成停电区域。如图6中实线所示，其中虚线为联络开关支路。系统参数包含各馈线的节点参数、各馈线的线路参数和联络开关支路参数。馈线节点参数包含节点编号、节点类型和负荷信息，以及馈线正常状态运行时的电压幅值和相角信息。

图6 某实际配电网接线图

表1 故障恢复候选方案集

当图6中c1和c2之间发生故障时，故障区域发生在3号馈线，失去负荷的节点总数由11个，总共失去有功负荷总量为2.38518kW。采用本文提出的启发式搜索故障恢复算法，可迅速求解出快速恢复供电的候选方案集，见表1。

配电网故障快速恢复方法 第4篇

本文基于配电网故障特点，讨论了包含约束条件的配网故障恢复数学建模，并针对故障分析相关理论进行了进一步分析讨论，编制了35 k V故障快速恢复方案，以实际案例验证了该方案的有效性，证明了该方案具备一定的实际工程应用价值。

1 配电网故障恢复建模及拓扑搜索

1.1 配网故障恢复

配电网故障恢复指配电网故障发生后，针对该故障进行定位、隔离以快速恢复供电的方法[4,5]。

为了实现配电网故障后更多负荷快速恢复供电，同时降低损耗、提高运行可靠性与电压质量，目标函数的建立应尽量考虑重要负荷优先恢复、减少开关操作次数、降低网损等要求，该函数

其中，α、β、γ分别表示恢复量、网损及开关操作次数权重;Hload是负荷恢复总量，Ploss是配电网的网损;Num是恢复开关操作次数。

为满足电气约束与安全约束，以下约束条件为负荷转移需要满足的必要要求:

(1)节点电压

其中，m表示节点总数;Uimin、Ui、Uimax分别为节点电压的下限、节点电压及其上限。

(2)线路容量

其中，Il表示通过元件的电流;Ipl为可通过元件的最大电流。

(3)辐射状运行

其中，gk是目前的网络结构，Gk表示所有辐射状的网络配置集合。

1.2 配电网拓扑搜索

拓扑分析作为电力系统领域高级分析计算的基础[6,7]，可实现基于开关的开合状态，针对电网实时结构网络模型进行分析计算，从而确定节点———开关与母线的连接关系[8,9]。

(1)等值节点分析。针对等值节点进行分析的过程为递归过程，设置节点访问标记以规避重复搜索。根据节点在链表的存储顺序进行节点指针链表访问，首先针对节点进行是否属于某等值节点的判断，如该节点进行等值处理，则访问相邻节点，否则生成新的等值节点，将其添加到指针链表，并进行编号。接着访问该节点的相邻节点，如相邻节点没有进行等值处理，且通过合闸断路器和上一节点相连，则将其存入指针链表。以上循环访问为一个等值节点的处理过程。

(2)电气岛分析。电气岛为通过有阻设备进行连接的等值节点所组成的电气子系统，根据是否包含电源可以分为活岛与死岛。基于等值节点分析，针对等值节点指针链表进行依次访问，进行与该等值节点通过有阻设备所连接的另一等值节点，将其存入电气岛链表，同时进行标号，以上流程的循环为电气岛分析。

(3)配网拓扑搜索。配网拓扑搜索指通过算法对配网节点与支路进行搜索，以判断节点及支路的连通性与连接关系，从而实现配网的区域划分，以便于10 kV单点与多点故障进行馈线供电恢复与35 kV故障进行负荷转移以提供供电恢复。

2 配电网故障定位

2.1 网络拓扑搜索

进行故障定位前，需获取网络拓扑结构的矩阵，该过程需要进行网络拓扑搜索，将拓扑参数导入到拓扑表中[10]。

基于广度搜索原理，从节点编号最小处进行搜索，并针对父节点进行搜索，直到末端，以获取网络矩阵D。

2.2 故障信息矩阵

由终端FTU将故障信息矩阵进行传递，针对各个节点FTU，设定电流整定值与正方向，故障电流通过该节点，可按照以下原则获取故障信息矩阵。

注:若发生故障信息丢失或者变形，需要进行判断，从而进行补充及修正，再进一步进行故障定位。

针对故障信息不足的情况进行故障处理的原则如下:配网中，各个节点信息量发生变化具备内在规律，配网中的测量信息量发生变化，配网亦会发生相应变化以达到稳定值。如配网发生故障，可以通过计算FTU开关处的短路电流，并通过短路电流和缺失信息处短路电流的相关性，弥补缺失故障信息。

3 配电网电源故障恢复策略

3.1 配电网35 k V电源故障恢复策略

35 kV变电站为35 kV中低压配网核心，基于供电可靠性、经济性及灵活性，通常配置2～3台主变压器，对具备重要负荷的变电所，使用两台三绕组变压器。对于一般性变电站，在一台主变停运时，其余主变可保证65%的负荷。每台变电器35 kV进线都采用单母线多电源供电方式，10 k V出线使用单母线多出线的方式，两母线间均具备母联开关，且一般为断开状态。每条10 k V母线存在多条10 kV馈线，以便把电能传输到小区、厂区、大厦等，并根据用户需求以连接10 k V用户。

基于以上分析，35 kV配电网电源故障的常见故障为:进线、断路器、电容器、母线、变压器等故障，本文重点讨论配电网永久故障。

(1)35 kV进线故障。如果发生35 kV进线故障，首先需要判断故障发生前负荷量及备用电源容量，而后进行自投或切除三级负荷的后备自投，使用拉手开关将切除的负荷转移到其他电源进行供电的10 kV馈线上。在供电进线与备用进线均失电导致母线失电的情况下，闭合35 k V母联开关或将部分优先级较低负荷切除再将35 k V母联开关闭合，使用拉手开关将切除的负荷转移到其他电源供电的10 kV馈线处。

(2)变压器故障。该故障包含单主变故障及多主变故障。单主变故障发生时，若满足容量限制，可闭合10 kV母联开关，把负荷转移到另一台变压器10 k V母线上，也可切除优先级较低的负荷，再进行母联开关闭合。多主变故障发生，只可使用拉手开关，将重要用户进行优先恢复转移到其他电源供电的10 kV馈线处。

(3)10 k V馈线故障。针对10 k V馈线出现的单点或者多点故障，可使用拉手开关进行负荷转移。

3.2 配电网35 kV电源故障恢复步骤

由于配电自动化水平日益提高，含有大量FTU、DTU和RTU，基本可实现“三遥”。因此，可实时采集配电自动化系统的运行情况，将其传至配电SCADA系统，以便为调度部门提供工作参考。针对配电网35 kV电源故障，通常进行以下恢复步骤:

(1)获取故障前后配电网的运行情况数据，如节点电压、网络参数、支路电流、断路器状态、节点负荷等。

(2)35 kV发生进线故障时，优先实现35 k V电压的恢复路径。

(3)若无法实现35 k V电压全部失电负荷的恢复，则将故障区域的10 kV馈线负荷容量及相邻电源点进行恢复。

4 案例分析

本文主要讨论某35 kV进行故障的供电恢复过程。根据上文分析，针对35 k V进线故障情况可知，该故障发生的原因主要有以下两种:(1)由上级电源直接进行供电。(2)由上级电源使用其他变电站母线进行供电。

综上可知，35 kV进线故障恢复过程主要使用两种方案进行供电恢复:(1)使用备用电源供电。(2)使用与上级供电电源连接的电源对其进行供电恢复。

5 结束语

本文讨论了配电网故障数学建模的情况，探讨了配电网的网络拓扑表示与搜索方案，给出了常用的配电网故障定位方法，针对配电网永久故障情况进行了分析总结，结合实际的35 kV配电网进线故障进行了分析研究，给出了具体的故障恢复方案及实现步骤，验证了提出方案的可行性。

摘要：针对快速实现配电网故障恢复的问题,对智能配电网的故障、网络重构及故障恢复进行了分析。通过建立包含约束条件的配电网故障快速恢复数学模型,对网络拓扑搜索进行了研究。利用网络拓扑搜索与故障信息矩阵相结合的方法,解决了配电网故障定位问题。并就常见的35 k V永久配电故障,给出了35 k V电源故障快速恢复方案,针对解决方法进行了实际案例分析,验证了所提出方案的可靠性及有效性。

关键词：配电网故障,网络拓扑搜索,故障恢复,网络重构

参考文献

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配电网安全管理 第5篇

误区一：上头安排多，下面落实少。对于安全生产，企业领导认识高，压力大，抓得紧，但到了基层情况就大不一样了，普遍存在“能过就过，不能过应付着过”的现象，对于上面的安排回答是“点多、线长、面广”难以管理，更有甚者以“常在河边走，哪有不湿鞋”为自己开脱责任。

误区二：基础牢不牢心中没数。作为配电网的运行维护管理者——班站(乡镇供电所)来说，大有顾此失彼的趋向，工作不能统筹安排，营业抄、核、收关系到效益，是必须进行的例行工作，有硬性指标卡着，而设备巡视维护就成了走过程的事了，结果设备运行到底是啥状态，心里模模糊糊，除非有“报修”才不得不去处理，纵使发现缺陷还是一拖再拖。

误区三：口头喊的多，经常工作少。配电网安全责任人人有，安全责任书年年签，但基本都是形式上的东西，事后就丢在一边，出了问题，发生事故，就集中人员开会整顿，当初的安全保证书，背安全规程不知是怎样执行的，殊不知亡羊补牢为时已晚，不知道居安思危，不定期总结，造成管理上不连贯。针对以上种种误区，笔者认为要切实搞好配电网的安全，须尽早走出误区，在预防上下工夫，在防范上求实效。

——分工明确，抓落实。作为运行维护配电网的基层单位——乡镇供电所(配电班)应设线路维护工2－3人(包括工作负责人)，进行专门巡视维护本单位所辖配网设备，发现缺陷隐患及时汇报上级主管部门，并安排时间处理，作为上级主管部门除协调处理缺陷外，对整个工作过程安全进行监控，落实安全措施，形成闭环程序管理，另外，不定期抽查配网设备运行情况，抽查中发现的缺陷隐患限期处理。同时，要对维护单位和个人进行经济考核，严格兑现，使件件工作有落实结果，起码的安全措施不落空。

——杜绝违章，保安全。安全生产是一项复杂而又精密的系统工程，任何一个细小的环节出现问题，就会导致“千里之堤，溃于蚁穴”的严重后果。作为配网上每一个工作人员，哪怕是最简单的抄表工作，都必须具有忧患意识，有超前预防意识，来不得半点侥幸心理和乐观情绪，必须严格遵守各项规章制度，从我做起，从小事做起，从现在做起，从穿工作服、戴安全帽做起，不能出现任何违章，哪怕是一丝一毫，要居安思危，在查处违章上力避形式主义，严谨务实，切忌“自扫门前雪，莫管他人瓦上霜”。

——定期总结，找漏洞。安全管理不是一阵风，风有大有小，有紧有慢，而安全工作在时空上是连贯的，没有断层可言，这就要求我们在实际工作中不断地总结经验，寻找漏洞的根源所在，吸取教训。我们每周规定举行一次的安全活动是对的，目的就是让我们总结工作中的不足，分析研究下一步安全工作的重点，而在实际执行的过程中却走样了，“活动”变成记录。

SDH传送网的保护和恢复策略 第6篇

关键词：生存性(Survivability)；保(Protection)；恢复(Recovery)；自愈环(Self-healing Ring)；数字交叉连接设备(DXC)

中图分类号：TN94文献标识码：ADOI：10.3969/j.issn.1672-0407.2012.01.007

文章编号：1672-0407(2012)01-020-03收稿日期：2011-09-3

一、前言

随着科学技术的发展，现代社会对通信的依赖性越来越大，对通信质量的要求也越来越高。社会各行各业都离不开信息，要求通信网络能及时准确地传递信息，而网络传输的信息越来越多，传输信号的速率也越来越快，一旦网络出现故障将对整个社会造成极大的损坏，因此如何提高网络的生存性是迫切要考虑的重要问题。

近年来，光通信事业飞速发展，SDH体制在传输网中广泛应用，SDH传送网的分层概念，以及网络的拓扑概念很大程度上影响着网络的有效性、可靠性、生存性和经济性。嫩江传输网经过几年的大力建设，完成了高速环网以及高品质传输网等重大工程，特别是高品质传输网DXC设备的引入，使得中国联通在SDH传送网保护的实现上具备了两个原理不同的技术：网络保护和网络恢复。

二、网络保护和网络恢复概念

网络保护：网络保护通常是利用预留的容量，为失效通道提供备用通路，使受影响的业务从备用通路到达目的地。因为这种方式每种可能发生的故障中受影响的业务都有默认的备用传输通路，所以在故障发生后，直接按预定方案操作，恢复受影响业务的时间很快，它是一种静态的保护方式。采用这种技术的网络结构有线型和环型两种，其中SDH的环网，因为具有较完善的保护功能和较灵活的组网方式，是SDH网络结构中应用较广的一种，它有一个专用名称——自愈环(SHR：Self-healing Ring)。

网络恢复：网络恢复通常是利用网络的冗余容量，依据特定的算法，为受故障影响的业务重新分配到达目的地的通路。这种方式与故障时网络当前的时隙分配，业务容量有关，其为受故障影响的业务寻找新路由的过程，是一种动态的过程。恢复受影响业务的时间较慢。这种技术主要用在数字交叉连接设备(DXC)上。

保护和恢复概念的区别：保护是利用传送节点预先安排的容量，用一定的备用容量去保护一定的主用容量，备用资源无法在网络大范围内共享；恢复是可以利用节点间的任何可用容量来恢复业务，当链路或节点失效时，网络可以用重新选择路由的算法，广泛调用网络中的任何可用容量来恢复业务。

三、SDH传送网的保护

SDH保护分为子网连接保护(SNCP)和路径保护。路径保护包括线性的复用段保护、环网的复用段保护、环网的通道保护。目前采用的主要保护方法是线性复用段保护1十1、复用段共享保护环(MSSPRING)、子网连接保护。

(一)线性复用段保护

线性复用段保护是一种专用或共用的保护机制，它保护复用段层并适用于点到点的物理网络。一个复用段保护可用于保护几个工作复用段，但不能对节点故障提供保护，它可按单向或双向方式操作，此外复用段保护在备用状态时还可用来开通无需保护的额外业务。线性复用段保护采用APS(自动保护倒换)协议。

实际应用：适用于两点间业务量大且比较重要的情况。如两个长途枢纽楼间的长长中继系统。

(二)复用段共享保护环

复用段共享保护环的工作通道传送业务，其保护通道则留作业务信号的保护之用，复用段共享保护环需要使用APS协议，其保护倒换时间为50ms，分为二纤双向复用段共享保护环和四纤双向复用段共享保护环两种保护方式。四纤环可以抗多点失效。

复用段共享保护环多用于STM-16和STM-64干线网以及中继网。它的主要优点是：在业务量呈均匀分布的情况下有些容量可重复利用，这种情况下，同样的保护容量适用于不同的故障情况，故复用段共享保护环保护方式能提供高容量使用效率。另一方面，复用段共享保护环只能用于环形网络拓扑结构，而且节点数最多不能超过16个。

实际应用：嫩江联通高速环网SDH系统大多采用二纤双向复用段共享保护环，因二纤环无抗多点失效的能力，因此需要集中控制管理，特别是在有多点光缆割接情况下。

(三)通道保护环

通道保护环的业务保护是以通道为基础的，是否进行保护倒换要根据出、入环的通道信号质量的优劣来决定。通道保护环一般采用1+1保护方式，即工作通道与保护通道在发送端永久性地桥接在—起，接收端则从中选取质量好的信号作为工作信号。不需要使用APS协议，其保护倒换时间小于50ms。常用的通道保护环有二纤单向通道保护环和二纤双向通道保护环两种。

通道保护环与复用段保护环的重要区别：通道保护环的桥接和倒换动作发生于相关通道的两个端节点。而复用段保护环的桥接和倒换动作发生于失效跨距段的端节点。

实际应用：适用于业务容量低，大部分业务量汇集在一两个节点的用户接入网部分。

对上述三种典型的自愈环特性的简要比较如表1所示。

(四)子网连接保护(SNCP)

子网连接保护是指对某一子网连接预先安排专用的保护路由，这样一旦子网发生故障，专用保护路由便取代子网担当在整个网络中的传送任务。其保护结构为1+1方式。SNCP是通过在业务的接收端对业务发送端双发过来的两个业务源实行检测选收来实现保护的功能，因此双发选收是SNCP的特点，和通道保护相似。SNCP和通道保护的区别：从具体实现上看，通道保护在收端选收业务时，由支路板完成选收判断的动作，而SNCP保护则是在交叉板上完成选收判断的动作。因此SNCP可以对线路上的业务进行保护，而通道保护只能保护下到本地的支路上的业务。

子网连接保护是一种专用的保护机理。它可用于任何物理结构(网状网、环或混合结构)及分层网中的任何通道层。它可用于保护通道的一部分或者整个的端到端通道。它支持的业务类型相当齐全，既可以支持VC3等低阶业务，也可以支持VC4等高阶业务。子网连接保护不需要在一个复用段中对所有的VC采用。在网络中的配置保护连接方面具有很大的灵活性，并且SNCP保护是以单个业务作为基本单位的，各SNCP保护业务的逻辑、状态之间相互独立，独立性强。

四、SDH传送网的恢复

实现网络恢复的前提有3个：一是网络中要有DXC作为网络节点设备，传送业务依靠DXC设备的调度和管理；二是网络中要有一定的备用资源；三是网络管理系统要具备网络恢复功能。中国电信以DXC设备组建的传输网具备了实现网络恢复的3个前提条件。

网络故障情况多种多样，这里简单概括为链路失效和节点失效两种情况。链路失效可进一步分为单条链路失效和多条链路同时失效。单条链路失效情况下可利用网络上的备用资源采用恢复算法加以恢复。多条链路同时失效情况将视多条链路在网络中的优先级区别处理，如有必要优先级高的失效链路可以抢占优先级低的在用链路。节点失效情况下在该点上下的业务将无法用现有网络资源恢复，经由该节点转界的业务可以通过其他节点和链路疏通。

下面给出了自愈环与DXC的简要特性比较如表2所示。

高品质传输网可包含4种电路：

(1)不恢复：不进行重新路由和恢复，如备用冗余电路。

(2)恢复：可快速寻找替代路由加以恢复，恢复时间<1s。

(3)SNCP(等效传统SNCP+恢复)：首选传统的SNCP保护方式，即主用路由失效，备用路由完好，执行倒换，恢复时间<50ms；次选恢复方式，即主用、备用路由同时失效，或主用失效倒换至备用路由后，主用路由尚未恢复备用路由又失效，采用恢复方式重新路由，恢复时间<1s。

(4)PRC(保护和恢复)：始终保证有一条完好的备用路由，因此能够避免多次或同时发生的故障，并保证恢复时间始终<50ms，也是最高电路等级。

高品质传输网是一个保护和恢复相结合的自愈网络，大大提高了传输网络的生存性和灵活性，满足了对重要客户的特别保护需要。

五、结束语

含分布式电源的配电网故障恢复模型 第7篇

虽然目前理论界对智能电网的定义尚未统一,但分布式电源在配电网中的广泛渗透已成为智能电网的重要特征之一。目前已有大量文献就分布式电源对配电网的影响展开了研究,包括含分布式电源的潮流计算、含分布式电源的配电网规划运行、可靠性分析等。

具体到配电网故障恢复问题上,考虑到分布式电源对配电网故障恢复策略的影响,文献[1]提出了“在按照传统的故障恢复策略不能完全恢复停电负荷之后,可利用失电区域中具有黑启动能力的分布式电源对未恢复的负荷进行恢复”的思路,并给出了在不同恢复阶段不同类型的分布式电源的投、切方案。文献[2]在此基础上应用启发式算法对如何在配电网故障时充分利用分布式电源进行孤岛划分问题进行了求解。但这两篇文章均忽视了主网恢复策略和孤岛恢复策略之间的相互影响,将孤岛恢复范围限制在主网未能恢复的负荷中,因此所得到的方案并不一定能充分发挥分布式电源的恢复能力。考虑分布式电源对支路潮流和节点电压的影响,文献[3]对配电网故障恢复模型进行了改进,在约束条件中增加了分布式电源出力约束,强调在进行“线路潮流约束和电压约束”校验时,需将分布式电源纳入配电网潮流计算中,并应用遗传算法对所建立的模型进行了求解,但这篇文章未能从整体上对含分布式电源的配电网故障恢复问题进行建模。

本文将在充分考虑分布式电源对配电网故障恢复问题的影响的基础上,建立更为完善的优化模型,并通过数值仿真计算验证所提出模型的正确性和有效性。

1 问题分析

1.1 分布式电源的分类[4]

根据分布式电源对配电网故障恢复的影响,可将分布式电源按以下标准进行分类:

(1)按是否具有黑启动能力分为BDG(Blackstart DG)和NBDG(Non Black-start DG)。

(2)按是否具备与配电网调度中心的通信能力及控制协议分为CDG(Controllable DG)和NCDG(Non-Controllable DG)。

(3)按是否可在故障发生后保持与主网的连接分为SDG(Survived DG)和NSDG(Non-Survived DG)。

(4)按使用的一次能源分成RDG(Renewable DG)和NRDG(Non-Renewable DG)。

1.2 分布式电源对配电网故障恢复的影响

分布式电源对配电网故障恢复的影响体现在以下两个方面:

(1)分布式电源孤岛运行

为提高配电系统供电可靠性,IEEE出台了解决孤岛问题的标准IEEE1547-2003。在该标准中不再禁止有意识的孤岛存在,而是鼓励供电方和用户尽可能通过技术手段实现孤岛运行,并在经济方面达成共识。因此,在进行配电网故障恢复时,若主网无法完全恢复失电负荷,应尽量利用CDG中的BDG机组进行孤岛运行,以最大程度地恢复失电负荷。

(2)最大程度地利用可再生能源

在化石能源日益枯竭的背景下,充分利用可再生能源发电已是各国能源战略的发展方向。在中国,《能源法》更是明确电网公司需全额收购可再生能源机组的上网电量。因此,在进行配电网故障恢复时,应最大程度地保证SDG中的RDG机组上网发电。

2 优化模型

根据以上分析,本文所建立的优化模型如下。

2.1 目标函数

(1)尽量避免重要负荷停电f1

(2)尽量减少停电负荷f2

(3)最大化可再生能源机组出力f3

2.2 约束条件

(1)机组出力限制

(2)配电网辐射运行约束

(3)支路潮流约束

(4)节点电压约束

其中:M为失电区域重要负荷节点集合;A为失电区域全部负荷节点集合;C为可再生能源机组集合;g为故障恢复后的网络拓扑结构;G为辐射状网络拓扑结构;PLi为节点i的负荷;iB为节点i的状态,1表示连接,0表示断开;PGi,PiGmin,PiGmax为机组i的实际出力,最小出力和最大出力;Si,Simax为故障恢复后支路i实际通过的潮流和最大允许通过潮流;iV,Vimax,iVmin为故障恢复后节点i的电压和电压上下限。

3 基于NSGA-II算法的优化计算流程

3.1 优化算法的选择

配电网故障恢复问题是典型的多目标多约束优化问题。目前用来求解该问题的算法尤以启发式算法[5,6,7]和现代智能算法[8,9,10,11,12]为主。启发式算法求解速度很快,但往往不能收敛到全局最优解;现代智能算法全局寻优能力较强,但在处理多目标优化问题时因常需要利用权系数将多目标问题转换成单目标,使得最优解较大地受到权系数的影响;同时,所得到的最优解只是各目标协调优化的妥协解,不能提供充分的信息供调度员参考。

近年来多目标优化算法取得了长足的发展,在众多多目标优化算法中,Deb等人的NSGA-II算法[10]因其良好的寻优性能是迄今为止被SCI引用次数最多的多目标优化算法之一(截止2007年底被引用321次)。因此本文将应用NSGA-II算法对所建立的优化模型进行求解。考虑到已有众多文献对NSGA-II优化算法进行了详尽的介绍[13,14],因而本文不再赘述。

3.2 算法流程设计

含分布式电源的配电网故障恢复包含有两种恢复策略:其一利用主网恢复失电负荷;其二利用失电区域的分布式电源孤岛运行恢复失电负荷。在以往的研究中往往将其作为两个独立的优化问题,也即是首先利用主网进行恢复,然后再利用孤岛对未能恢复的负荷进行恢复,这将会在一定程度上造成不必要的停电。

主网恢复和孤岛恢复两者之间相互影响,为充分发挥分布式电源的作用,在优化的过程中应将两者结合起来,作为一个整体进行优化求解。计算流程如下:

Step1:随机产生初始解。

Step2:进行交叉和变异操作,产生后代种群。

Step3:进行辐射状校验,去除环网。

Step4:根据种群中的解修改相应的开关状态,确定未恢复区域。

Step5:若未恢复区域中包含有具备孤岛运行能力的分布式电源,通过孤岛运行进一步恢复负荷。

Step6:根据Step5和Step6的结果,计算目标函数,校验约束条件。

Step7:进行选择操作,产生新的种群。

Step8:若满足终止条件,则输出最优解;否则,返回Step2。

需指出的是,本文所设计的算法中Step5虽然也是利用孤岛进一步恢复负荷,但却与以往研究中孤岛恢复发生在主网恢复之后不同,体现在以下两个方面:

(1)以往研究中孤岛恢复优化问题的初始状态是已经通过主网进行恢复的网络,是一个确定状态。而本文的孤岛恢复只是算法的子优化模块,孤岛恢复问题的初始网络结构随着种群的进化不断发生变化。

(2)本文的孤岛恢复方案将影响到目标函数值的计算,继而影响着主网优化方案,主网优化方案将会根据孤岛恢复能力进行调整。

3.3 关键技术

(1)染色体编码

染色体采用二进制编码,1表示开关闭合,0表示开关断开。假设系统中有u个备选联络开关,v个分段开关,则染色体中的前1~u个基因表征联络开关的状态,剩下的基因表征分段开关的状态。

(2)交叉和变异操作

本文应用均匀交叉和均匀变异策略。但需强调的是,由于个体中包含有两种不同类型的优化变量(联络开关状态和分段开关状态),所以在进行交叉和变异操作时,至少需在1~u和u+1~u+v中分别产生1个交叉点或变异点。

(3)辐射状校验

在优化计算之前,将首先通过网络拓扑分析得到备用联络开关之间的通路,生成“潜在环路集合”,以便于算法在优化计算的过程中快速进行“辐射状检验”。例如,在图2中同时闭合联络开关TS1和TS2,节点9~16以及19~23将构成环路L1-2。

当优化计算过程中产生的个体有两个及以上的备用联络开关状态为1时,需检验该个体是否能够满足配电网辐射运行的约束。具体方法如下:从某个闭合的联络开关开始向下搜索,若所搜索到的支路包括其他闭合的联络开关,表明这两个联络开关之间构成了环路。调用“潜在环路集合”,随机断开相应环路上的某个分段开关即可。

(4)孤岛恢复

从未恢复区域中某个具备孤岛运行能力的机组所在节点开始进行广度优先搜索。为说明本文采用的孤岛恢复方法,假设在图2中对应于某个解支路21-22,20-21,7-8和10-11断开。孤岛恢复过程如下:

Level 1:19

Level 2:20,9

Level 3:10,8

Level 4:17(由于在进行以上3步恢复后机组容量不足以同时恢复节点7和17,而节点17的负荷大于7,所以算法选择恢复节点17)

Level 5:18(机组剩余容量为0.035 5 MW)

(5)最优解集的形成

最优解集对应的是算法最后一次迭代生成的种群中等级为1的解的集合。

当种群中仅有唯一的等级为1的解,表明该解使得各个优化目标均达到了最优,也即是最优解。当种群中存在多个等级为1的解时,为便于调度人员根据实际情况自主决定恢复方案,算法将从这些等级为1的解中选择使得每个优化目标达到最小值的解作为输出结果,并给出相应的目标函数值以供调度员参考。

4 算例分析

本文的测算系统如图1所示。系统基准电压为12.66 k V,系统总的有功负荷为4.06 MW,无功负荷为2.32 Mvar。节点负荷、支路阻抗以及支路最大允许通过的潮流等数据请参见附录。

假设支路5-6发生故障。在失电区域内,节点6,7,26和27为重要负荷。分布式电源类型如表1所示。

因此,在进行故障恢复时,为减少对DG2出力的影响,应尽量保证DG2与主网的连接。而在主网无法完全恢复失电区域负荷时,可通过DG1进行孤岛运行以最大程度地恢复负荷。

为验证本文所建立模型的有效性,本文应用NSGA-II算法对其进行求解,得到的优化方案如表2所示。

各方案的目标函数值如表3所示。

由以上计算结果可以看出,方案一切断了DG2与主网的连接影响了DG2的出力,但却保证了重要负荷的供电;方案二总的停电负荷最小,但却不能保证重要负荷节点26和27的供电;方案三能保证所有的分布式电源均按最大出力发电,但造成了全部的重要负荷停电。

由此可见,当在配电网故障恢复问题中考虑分布式电源的影响后,故障恢复方案将更加多样化。一方面,充分发挥具有孤岛运行能力的分布式电源的发电能力将有利于保证重要负荷供电,减少停电负荷;另一方面,在某些情况下,为保证可再生能源机组上网发电将有可能导致部分负荷停电。到底是牺牲负荷还是牺牲机组的发电能力取决于调度员依据相关市场规则对两者重要程度的判断,特别是在智能电网的背景下,大量可中断负荷参与市场运行后,调度员在切负荷和保证机组供电之间的选择将更为灵活。

此外,当主网恢复与孤岛恢复独立进行时,在第一阶段进行主网恢复时,所得到的优化方案为方案三,原因在于保持DG1与主网的连接将得到该阶段的最优解。但所造成的结果是无法进行第二阶段的孤岛恢复,从而也就丧失了方案一和方案二的选择机会。

5 结论

本文建立了考虑分布式电源影响的配电网故障恢复模型,并应用NSGA-II算法对所建立的模型进行了求解。算例结果表明所建立的模型是正确有效的。

相对于以往的研究,本文在以下两个方面进行了改进:第一,在优化模型中增加了“尽量减少对可再生能源机组出力的影响”的优化目标,使得在某些情况下可通过牺牲负荷来保证机组供电。在越来越多的可中断负荷参与市场运行的智能电网背景下,切负荷与调整机组出力都将成为系统的调度手段之一,该目标的加入使得调度员可根据实际情况,在不同的恢复方案中自主选择,使得故障恢复方案更加灵活。第二,将孤岛恢复问题和主网恢复问题作为一个整体进行研究。以往的研究往往是将两者作为独立的两个优化问题,在进行主网恢复之后再进行孤岛恢复,但正如本文第3.2节所述,最终的恢复方案可能将导致不必要的停电。本文将主网恢复作为主优化问题,在求解的过程中调用孤岛恢复优化模块,实现了两者的统一,并最终得到全局最优解。

附录

Ω,MVA

摘要：分布式电源的广泛接入对配电网的运行产生了深远的影响,从分布式电源对配电网故障恢复的影响角度展开研究。一方面当主网恢复容量不足以完全恢复停电负荷时,可利用具有孤岛运行能力的分布式电源对失电负荷进行恢复,有利于保证重要负荷的供电,减少负荷停电;但另一方面,在当前化石能源日益枯竭的背景下,充分利用可再生能源发电是未来能源战略的发展方向,在进行故障恢复时应尽可能保证可再生能源机组发电,避免系统故障对这些机组发电出力的影响。根据上述分析,建立了含分布式电源的配电网故障恢复模型,并应用NSGA-II算法对其进行了求解,算例结果证明了所提出模型的正确性和有效性。

配电网恢复 第8篇

传统配电网的故障恢复大多依靠相邻馈线或分布式电源等集中对非故障区负荷进行抢修恢复[1,2]。随着主动配电系统的建设和发展,用户参与恢复的技术手段将逐渐成熟,对于大规模配电系统来说,故障后恢复方案的灵活性大大增加。因此,根据网络拓扑结构和所连接的源荷特性实现分区恢复,将极大提高恢复的速度和质量,减少恢复的复杂性。

目前,对故障恢复的研究由传统的整区集中式恢复逐渐向分区分布式恢复转变,已有学者对该方向做了一些研究,并取得了很好的成果。文献[3]采用搭接式分区方法在配电网发生故障前对网络支路进行实时分区,当故障发生后各分区内采用蚁群算法进行优化求解。文献[4]中将系统分区策略与其内部节点的恢复路径、恢复顺序结合起来,采用最短路径法与遗传算法求解最优分区恢复方案。但文献[3,4]中分区恢复仅限于分区内的恢复,并不能保证找到最优解,未考虑区域间协作对恢复的影响。随着多代理技术迅速发展,由于其超强的自主能力和沟通能力[5],在电力系统控制与保护、故障抢修与恢复和电力市场等多个领域得到广泛应用[6,7,8,9]。文献[10]将每条母线作为一个代理,提出一种完全分布式的多代理系统恢复方法。文献[11]分别将开关和馈线作为代理,建立了电网的自愈控制模型,实现多代理控制。但文献[10,11]均未充分体现代理之间的协调作用。在考虑负荷特性方面,文献[12,13,14,15]在孤岛划分过程中考虑负荷重要程度和可中断特性的影响,但对可中断负荷的研究并不深入,只简单地停留在量的问题上。文献[15]在对孤岛合并过程中考虑可中断负荷的协调作用,但其投切的过程对可中断负荷缺乏选择性。

针对以上文献存在的问题,本文提出了一种考虑DG和负荷特性的分区动态故障恢复策略,并建立了分层分布式多代理协调优化模型。该模型以各电源为单位进行分区,各区域代理采用动态规划算法求得区域最优解并进行区域检测和协调,最后全局协调代理根据可中断负荷对恢复目标和开关操作次数的影响,按照中断评价指标选择中断方式确定最终恢复方案。

2 配电网故障恢复模型

2.1 可中断负荷处理

可中断负荷在配电网故障恢复中具有重要的意义。本文将可中断负荷等效成可控和不可控两部分,不可控部分采用虚拟节点的形式并联接入,即

式中,Pc为可中断部分负荷;Pnc为不可中断部分负荷;P为可中断负荷总功率值。

可中断负荷参与动态协调恢复时,在尽量减少中断量的前提下,中断价值最大。

2.2 目标函数

配电网在突发性事故后造成大面积断电或连锁故障时,运行人员关心的首要问题是在保障重要负荷优先供电的前提下,如何更快地将尽可能多的失电负荷转移到正常电源上,使损失尽量降到最低。但各时段负荷是变化的,从电网整体利益出发,本文在保证优先恢复重要负荷前提下,以实现整个故障期间恢复价值最大为目标,即

式中,Nt为故障期间划分的总时段数;ωi为第i个负荷权重值;Pi为第i个负荷实际恢复电量;n为失电区负荷节点个数;xit为t时段第i个负荷的状态,1为恢复供电状态,0为失电状态。

2.3 约束条件

(1)不含DG情况下的辐射状运行结构

式中,gk为配电网当前运行的网络结构;Gk为配电网中所有辐射状运行结构的集合。

(2)支路的容量约束(这里以有功功率作为支路容量表达)

式中,Pi为支路i的实际功率;Pimax为支路i的最大容量限值;n为支路数。

(3)节点电压约束

式中,Ui为第i个节点电压;Uimin为网络中第i个节点电压的下限;Uimax为网络中第i个节点电压的上限;m为节点数。

(4)分布式电源出力约束

式中,PGi为第i个分布式电源出力;PiGmin为第i个分布式电源出力下限;PiGmax为第i个分布式电源出力上限;t为分布式电源的个数。

(5)整个故障期间开关操作次数约束

式中,Ntotal为整个故障期间开关操作的总次数;Nmax为开关操作总次数的最大允许值。

2.4 配电网动态分区

从现有故障分区恢复的研究中可知,非故障失电区的分区恢复不仅降低了问题的复杂度而且提高了恢复效率,但现有文献中的分区恢复都是对网络结构的分区,且其恢复或是独立的分区恢复,或是对分区并没有明确的划分原则。鉴于以上两点,本文提出以下动态分区原则:将故障时间以1h为间隔进行时段划分,以非故障停电区内发电单元接入节点为根节点,以该时刻发电单元相应的发电量为半径进行深度优先搜索确定功率圆的范围,以此作为该发电单元的故障恢复区,非故障失电区内所有发电单元的功率圆构成了该时刻总的分区恢复方案。33节点网络某时刻分区示意图如图1所示。

此分区方式主要基于以下两点考虑:

(1)由于网络的复杂性和不同方案负荷等级不同,在求解满足目标函数的最优解集过程中,避免了因固定分区划分遗漏掉任何一个优化方案,可搜索到所有满足该发电单元功率约束的可行解集。

(2)由于我国配电网中负荷随时间的变化波动很大,且光伏等各种可再生能源发电的出力具有随机性,每个时刻发电单元的供电范围是不断变化的,因此采用动态的分区方案确定每个时段各发电单元的分区。

3 多代理系统(MAS)

代理是一种具有自治性、社会性和反应性的实体,可根据周围环境的变化和自身知识来协调自己的行为实现自身目标,具有一定的智能性[16]。多代理系统是由多个代理组成的代理联盟,在这个联盟中,各代理相互对立且具有自治性,它们通过竞争或磋商等手段协调解决各代理成员目标和行为之间的矛盾和冲突[17],共同完成一个或多个任务。

MAS技术善于处理分布式问题和动态问题,结合本文的研究内容,充分利用MAS的特性,建立了一种包含协调层、时窗优化层、空间优化层和受控单元层四个代理层的分层分布式的多代理系统模型,使用该模型来处理配电网故障分区、动态恢复问题。MAS系统结构图如图2所示。

(1)全局协调代理。对所有时段的最优解进行约束条件校验,若不满足约束,则发送命令给每个工作代理进行优化,根据优化结果调整最优解,并直接通知受控单元执行操作。

(2)工作代理。设置一个时段为一个工作代理,包含该时段优化解集,当区域代理间有冲突时由工作代理实现整合运算,同时与相邻工作代理进行信息交互,对解集评估计算。

(3)区域代理。以一个电源的区域划分为工作环境,存储每个时段该电源的动态分区和优化数据,时段解集调整时调用相应时段数据并计算,每次优化需与其他区域代理交互,无冲突时独立优化,有冲突则整合所有时段信息上报相应工作代理。

(4)负荷代理。存储负荷动态数据和节点特性信息,上报所有区域代理作为划分依据,同时根据区域代理指令控制负荷操作。

4 时段静态解获取

4.1 区域方案求解

本文将文献[18]中动态重构的动态规划算法应用到分区代理的恢复方案求解中,这样可快速方便地得到最优解。为了实现算法的应用,需要对分区结构进行等效处理,以图1中分区1为例说明算法的具体应用过程。

分区网络等效图如图3所示。节点4位置接入DG,在实时性要求较高时为了加快求解速度,根据电源接入节点的度数将其分成两部分,单独求解互不干扰,节点4的度为2,因此将其分成右侧两部分,分别从电源接入处单独进行优化计算。为了不遗漏掉任何一个解,两部分划分中分别含有电源节点4,并相应地在电源中增加节点4的负荷值,PG1和PG2为虚拟电源,两者功率之和为PG的值。

每个分区内用于恢复失电负荷的最大功率为:

式中,PDG为分布式电源出力;PL.S为电源接入处节点的负荷值。

将电源接入点的度数作为阶段数,每一阶段中,根据选择节点的顺序不同形成不同的节点串。例如上述举例每个阶段的节点串分别为{(4);(4,3);(4,3,2);(4,3,23)}、{(4);(4,3);(4,3,23);(4,3,2)}和{(4);(4,5);(4,5,6);(4,5,6,7);(4,5,6,7,26)}、{(4);(4,5);(4,5,6);(4,5,6,26);(4,5,6,26,7)}、{(4);(4,5)(4,5,26);(4,5,26,6);(4,5,26,6,7)},利用动态规划算法通过选择不同的节点串确定节点的恢复顺序,找到最优解。

4.2 区域协调寻优

由于非故障失电区网络结构、发电单元与负荷输出功率的变化,同一时段内的分区情况不同,具体如下:

(1)任意两个发电单元的恢复分区中的元素不相同,即Ωi∩Ωj=Φ,Ωi、Ωj分别为发电单元i、j分区的节点集合。

(2)分区中有相同的元素,即Ωi∩Ωj=Ψ,集合Ψ为相同元素集合。

针对情况(1),各分区代理独立完成各自的寻优过程,所得静态解集中无相同节点。此时工作代理对两个分区电源的剩余容量进行检测,若剩余容量总和可恢复相连路径上未恢复的所有失电节点,则将两个区域代理进行动态组合,获得最终解,并将最终解发送给工作代理,由工作代理完成方案间的协调;否则将两个区域代理各自解发送工作代理。

若分区节点存在相交则有两种情况:

1)各分区代理分别进行优化求解,所得各解集中无相同节点元素,则同上述方法发送给工作代理。

2)分区代理解集中有相同节点元素,此时启动工作代理,将分区代理中含有相同节点的解进行合并,将解中所有节点等效为一个电源节点,所有电源的容量和等效为新电源容量,对剩余网络进行优化求解,最终得到的结果和分区代理原解中所有节点作为该工作代理的一个可行解,通过比较找到最优解,同时更新各分区代理中的最优解。

5 全局解协调寻优

5.1 可中断负荷评价指标

由于本文考虑可中断负荷协调故障恢复方案不满足开关约束条件的情况,可中断负荷的投切具有多样性和灵活性,同时分区间和时段间方案的开关操作变化受网络结构和恢复方案节点变化的影响很大。因此针对切除可中断负荷的多种选择方案提出了如下指标:

(1)在减少相同开关数量要求时,若存在多个同等重要度的负荷可供选择的情况,就需要对这些负荷的优先切除顺序进行确定,为此,给出了切除同等级可中断负荷优先性指标:

式中,I、J分别为可中断负荷节点m、n到电源点所经的节点集合;Pmi、Pnj分别为流过节点i、j的电量;li、lj分别为节点i、j与其父节点之间的线路阻抗模值;Zm、Zn分别为节点m、n到电源点的电气距离;λ1、λ2为两个分量的权重值,且λ1+λ2=1。

优先性指标的物理意义是用来比较两个可中断负荷切除单位电量对配电网经济性和安全性的有效程度,W>1表示切除节点m对电网更有效,反之切除节点n贡献较大。

(2)在协调恢复方案时,中断不同重要度和不同功率的负荷可能获得不同的开关减少量和相应的恢复价值量,为了从各种可中断负荷切除方案中选择对目标函数和恢复价值更高的方案,本文给出负荷切除方案相对贡献度指标:

式中,Ωmc、Ωnc为执行方案m、n需中断的可中断负荷集合;Ωmh、Ωnh和Km、Kn分别为执行方案m、n后调节恢复的负荷集合和开关操作减少个数;λ1、λ2为两个分量的权重值,且λ1+λ2=1,根据实际恢复中情况人为决定。

相对贡献度指标的物理意义是用来比较两个方案切除单位价值可中断负荷对配电网恢复价值和可行度的影响,W>1表示执行方案m对电网恢复贡献度大,反之执行方案n对电网恢复贡献度大。

5.2 动态解协调求解

各工作代理在求解完成后,将最优解上报给全局协调代理,全局协调代理在接收各时段最优解后计算最优解的开关动作次数,进行开关约束条件校验,若校验结果满足要求,则此时的最优解即为整个故障恢复期间各时段的最优供电恢复方案;若校验结果不满足开关约束条件,计算需要调整的开关数量,然后根据以下步骤进行可中断负荷操作找到最优解:

(1)各工作代理分别与相邻的工作代理进行信息交互得到最优解的开关变化个数。开关操作个数的变化与各时段的解有关,以当前时刻的某解为例,由前一时刻的网络状态过渡到当前时刻的网络状态有开关变化,同时当前时刻状态过渡到下一时刻网络状态也有开关变化,两次开关变化的次数之和构成该解的开关变化个数。

(2)工作代理将开关变化个数传送给各分区代理,分区代理接收到信息后,分别读取各时段该分区的最优解,在本代理中与相邻时刻的最优解进行比较确定开关变化个数,如步骤(1)所示。

(3)各分区代理分别计算各时刻减少一次开关操作要切除的最小可中断负荷价值,可中断负荷价值按照式(9)和式(10)中断评价指标进行选择性中断,各分区代理将计算结果上报给相应的工作代理。

(4)工作代理接收到分区代理的中断负荷计算价值后进行排序,将排序结果上报给全局协调代理,由全局协调代理比较所有工作代理上报的值并进行总的中断价值排序,根据中断价值量的排序从最小值开始依次由小到大选择对应的解,并将选择的解反馈给相应的工作代理。

(5)若所有需要进行中断负荷操作的解分别存在于不相邻的工作代理,或者相邻的工作代理的不同分区中,则直接进行可中断负荷操作,更新这些解在各代理中的节点集合,得到最终的动态恢复方案;若部分解位于相邻工作代理的同一分区代理中,则选择这些解对应中断价值最小的进行中断操作,并更新该解在各代理中的节点集合。

(6)更新解集上报全局协调代理,判断是否满足开关约束,满足则结束,否则返回步骤(1),直到找到满足开关约束要求的最终恢复方案。

最优解的动态协调过程流程图如图4所示。

6 算例分析

采用改进的IEEE33节点系统(如图5所示)进行仿真分析,系统的负荷数据、支路阻抗及支路最大允许潮流见文献[19]。假设节点1和2之间发生故障,为更好地验证本文所提策略的有效性,设故障时刻为11∶00~15∶00,在母线19、28、13处分别接有分布式电源。将所有负荷按其重要程度分三个等级,相应的负荷特性如表1所示。

根据故障时间分4个时段,分别由4个工作代理负责,采用分区恢复策略后,根据动态规划算法进行优化求解,优化过程中在12∶00~13∶00时段内区域1和2最优解中都含有节点5和6,即光伏电源1和3可同时恢复节点5和6,为了获得最大恢复价值方案,工作代理对区域1和3进行恢复协调,协调后的结果为区域1与2合并寻优,额外恢复节点24电量96k W。工作代理参与区域求解冲突过程的动态恢复方案结果如表2所示,其中黑体部分为区域代理1和2协调后的恢复方案。

在本文研究基础上,分别对进行分区策略和未进行分区策略的结果进行对比,对比结果如表3所示。

从表3中可知,采用同样的优化算法,分区恢复与未分区恢复在最终恢复价值上是一样的,但恢复时间上相差很多,因此分区恢复的优化策略更具有优势。

从表2中可知,当不考虑开关操作数量约束时,不需要各工作代理和区域代理的协调,表2中的优化恢复方案即为全局代理得到的最终恢复方案,此时开关动作25次,其中支路开关K3-4、K15-16、K23-24、K10-11分别动作3次,这些开关操作过于频繁。为了减少开关操作次数,进行可中断负荷操作。

按照5.1节中切除可中断负荷的评价指标计算相邻两个工作代理之间进行可中断负荷操作对开关动作减少次数的价值,为了计算方便,取式(9)中的λ1=λ2=0.5,式(10)为了突出可中断负荷对开关操作减少量的作用,取λ1=0.4,λ2=0.6。所得的结果如表4所示。

表4中结果代表λ1xλ2y中断负荷,其中x、y为式(10)中分别表示某一方案的相对价值改变量和开关减少量。工作代理2在协调方案时,节点3、30同时满足可中断负荷操作,根据5.1节中指标1进行评价计算W<1,因此中断节点30的可中断部分,同样的部分还出现在区域代理3中,节点12和13同为三级负荷,均满足减少一个开关操作的要求,经计算中断节点12。

对表4中负荷操作的结果按照式(10)计算排序,依次从大到小选择中断价值最大的节点。当开关操作不超过20时,工作代理3选择中断节点3、30,工作代理1中断节点3、30、19、29的可中断负荷,此时支路开关K4-5、K5-6、K31-32、K26-27、K3-4减少动作1次,同时还恢复了重要节点5,进行工作代理的更新。

若开关操作不超过17次,按照中断评价指标应优先中断区域3在时段4中的中断负荷12、13来减少开关K10-11和K15-16操作,然后由工作代理3中断区域3的节点12、13减少开关K9-10和K16-17操作,但在执行此操作后工作代理4中对应区域代理3部分开关操作数量增加了两个,且无法再通过中断负荷操作减少开关数量,因此放弃选择5.63212,13组合,同时随着区域代理1和2中第3时段解更新,第4时段更新后不存在可满足的负荷操作,因此选择时段2中节点30中断开关操作。最终结果如表5所示。

从表5中可知,随着开关数量的减少,中断负荷的电量也在增加,同时恢复价值也在增加。采用多代理方法协调可中断负荷参与动态故障恢复,可根据实际配电网的故障恢复要求,人为设定中断评价指标的参数,确定每个中断负荷的优先性和贡献度,以此选择不同的中断操作顺序。

7 结论

本文提出了基于多代理的配电网分区动态恢复策略,并利用可中断负荷协调动态恢复过程。采用动态分区方式,每个时段依据最大功率半径划分非故障失电区,避免随机划分导致恢复方案的局限性,同时在多代理的区域代理中嵌入动态规划算法进行分区优化,并由全局代理协调区域解集。该算法提高了计算效率,可确保找到全局最优解。将可中断负荷加入到最优解的开关约束调节中,根据中断评价指标选择最适合的可中断负荷与中断方案,对恢复中充分利用负荷特性具有重要意义。

摘要：为提高配电网故障恢复的计算效率和恢复质量并充分发挥可中断负荷的优势,提出了一种考虑可中断负荷参与的配电网分区协调动态恢复策略。首先建立了以恢复价值最大为目标的分区动态恢复优化模型,各分区分别采用动态规划算法求取各区域的解集;然后采用多代理方法解决分区恢复过程中全局最优解的检测和协调冲突问题;最后利用可中断负荷对最优解进行开关操作数量约束的协调,并给出负荷中断的评价指标和具体协调方案。算例仿真结果验证了该策略的合理性和有效性。

配电网恢复 第9篇

智能电网主要是基于通畅的双路通信、高级传感器和分布式计算技术实现电网运行和控制的信息化与智能化,其目的是改善能源结构和利用效率,满足各种关键的功能需求,提高电力传输的经济性、安全性和可靠性[1,2]。

随着全球能源日益紧张,可再生分布式能源得到了人们的青睐并发展迅速。由于分布式电源(Distributed Generation,DG)类型众多,其数学模型及在电网中承担的任务不尽相同,因此,智能配电网的故障恢复有了新的更多变化[3,4,5,6],但其恢复策略依然必须满足如下的要求:

(1)恢复策略必须是实时的。要求在尽可能短的时间内恢复对停电区域的供电,以减少对用电客户的影响。

(2)尽可能多地恢复停电的负荷。

(3)开关的操作次数尽量少。

(4)恢复过程不能有设备过载。

配电网故障恢复问题属于一个多目标、多约束、多时段、多组合的非线性优化问题,其复杂性决定了不能单纯用数学方法得到完美的解决方案,目前实际应用中的主要思路是采用人工智能与数值计算相结合。与传统的计算方法相比较,人工智能方法对于复杂的非线性系统问题求解有着极大的优势。它弥补了传统方法单纯依靠数学求解的不足,解决了某些传统计算方法难以求解或不能解决的问题。

目前智能恢复方法主要有模糊技术[7]、专家系统[8]、遗传算法[9]、Petri网[10]、启发式搜索法[11]等,常用的各类算法各有其优缺点和适用范围。启发式搜索法所得结果与网络结构有很大关系,具有不稳定性,并且无法保证找到最优解;遗传算法具有较好的寻优能力,但是其实时性较差;专家系统运用知识库及经验积累获得最优方案,但其处理约束条件不够理想,不能保证找到最优解;Petri网适用于多故障点的情况,可同时得到数个求解路径,但是其与网络结构密切相关,网络结构变化其算法也相应变化。因此,针对不同情况各有优势,例如对于一个简单网络使用启发式搜索可以快速而准确地找出最优恢复方案,如果使用遗传算法来求解则不具有优越性;而对于复杂网络在多故障情况下的启发式搜索的搜索树会变得过于庞大而很难找到最优解,而遗传算法可以较快地得到近似最优解。针对这种情况,国内外出现了将多种算法相结合来求解的趋势,如遗传算法与专家系统结合;启发式搜索与模糊推理相结合等。此类混合算法有助于克服单个算法自身的缺点,取得更好的恢复效果。

近年来,为更加快速有效解决故障恢复优化问题,随着通信技术的快速发展,分层多智能体协调控制理论[12,13,14,15]为代表的智能理论方法在电力系统故障恢复领域得到了十分广泛的应用,其具有协调控制与信息沟通能力强,快速高效恢复故障的特点。本文将分层多智能体协调控制与目标优化方案相结合,通过故障恢复方案的生成、安全校核、优选、执行等步骤实现智能电网的故障自动恢复。通过建立数学模型,分析各主要评价指标及其函数曲线,优选故障自动恢复方案。通过分析某典型配电网系统说明该故障自动恢复方法的有效性及可行性。

1 配电网恢复的数学模型

1.1 目标函数

1)当配电网发生故障并引起断电时,如何最快最多地恢复失电负荷的供电成为配电网恢复问题最主要的方面。因而首先选择恢复的负荷数最多为目标函数

式中:N为{1,2,3,};Li为第i个负荷恢复的负荷量;λi为第i个负荷的重要程度,可根据实际情况来确定。

2)最少的开关操作次数

式中,Nj表示失电负荷恢复正常供电所需的开关操作数。

3)最小馈线负载率

式中:Sl为馈线的实际负载视在功率;Slim为馈线的极限负载视在功率。

1.2 约束条件

1)在配电网的供电恢复问题中,所有解都要满足不等式约束,不等式约束包括电压约束、支路过载约束等,即

式中:Uimin和Uimax分别为节点i电压的下限和上限值;Si和Simax分别为第i条支路流过功率的计算值及其最大容许值。

2)不包括DG时的辐射状供电约束

式中:gk为已恢复供电的区域;GR为保证网络辐射状拓扑结构的集合。

2 多目标优化方案的选择

针对智能故障恢复的多目标特点,需要选择合理的指标根据重要程度优先级别予以解决。在满足所有约束条件的情况下,应用模糊评价规则,建立各指标的隶属度函数,得到在单独评判指标下方案的优劣评分。最后对各个指标采取权重系数的办法,得到各方案的综合评分,对方案的优劣做出排序选择。

2.1 评价指标和隶属度函数的建立

1)恢复负荷比例(LT)

在电力系统故障恢复中减少失电负荷,尽可能多地恢复负荷供电是首要目标。因此将该指标引入到故障智能恢复方案中来,并且优先选择故障全部恢复的方案。

恢复负荷比例表示为可以恢复的负荷占故障负荷的比例,可以表示为式(7)。

式中:Lr表示可以恢复的负荷:Lout表示故障后可能的失电负荷。其隶属度函数如图1所示。

图中:LT1和LT2分别表示故障后负荷全部不能恢复和负荷全部恢复的情况,其隶属度函数表示如式(8)。

2)开关操作个数(SN)

在故障自动恢复的过程中,由于分段开关及联络开关操作个数的多少直接影响到恢复的速度与效率,并且频繁的操作开关对开关的寿命产生影响,增加成本与安全隐患,因此开关操作个数[16]也是衡量故障恢复方案优劣的重要指标。其隶属度函数如图2所示。

图中SN1与SN2为根据实际情况及经验设定,在人机界面操作中通过参数设置可以修改,本文分别确定为1和8,其函数表示如下:

3)最大馈线负载率(MLR)

最大馈线负载率是指故障恢复后配电网中所有馈线中负载率的最大值。由于该指标不仅反映负荷平衡状况,而且反映网损情况,还关系到系统的安全运行,因此引入该指标对方案进行评价。馈线的负载率定义为

式中:Sl为馈线的实际负载视在功率;Slim为馈线的极限负载视在功率。其隶属度函数曲线如图3所示。

图中:MLR1和MLR2根据实际情况及经验设定,人机界面操作中通过参数设置可以修改,本文分别确定为0.6和1.0,其函数表示如式(11)。

2.2 最优恢复方案选择

按照以上的三个评价指标,对候选的恢复方案计算各指标隶属度µLT、µSN、µMLR,考虑实际系统对三个指标的重视程度,给它们分别加上相应的权值,按照公式(12)得出最优恢复方案。

其中,WLT、WSN、WMLR分别为µLT、µSN、µMLR对应的权值,且满足式(13)的要求。

本文根据重要程度分别取WLT=0.5,WSN=0.3,WMLR=0.2,依据具体情况可以做相应修改。其中ρ的值越大,该方案越应优先选择。

3 多智能体结构在智能配电网故障恢复中的应用

在智能电网中,分层多智能体系统结构的应用已成为不可逆转的趋势和潮流。尽管各系统中智能体的名称和结构不同,但均为按结构和功能划分,并且分工任务更加明确具体,模块更多更复杂。

3.1 按功能划分的多智能体自动恢复模式

本文采用的按功能划分的故障恢复多智能体结构[17]主要为图4所示方式。

图4中当配电网发生故障时,智能配电网通过通信服务器与故障恢复Agent交换信息,故障报警Agent会发出警报,故障定位Agent会确定故障的位置并及时采取保护措施,数据处理Agent会在大量的数据信息中去除冗余信息,寻找出有用的信息,建立可行的故障恢复策略。设备故障检测Agent用于检测设备线路有无过载情况发生,在此基础上方案选择排序Agent对恢复方案进行排序,选择出自动恢复的最优方案,开关操作Agent对优选出来的方案进行执行操作。其中最关键的是在故障后应用第2节所用方法对各恢复方案的优化选择。

3.2 按结构划分的多智能体自动恢复模式

按结构设想的多智能体智能配电网模式[18]方案主要为以下方式。

图5中分为多代理系统层和智能配电网层,智能配电网层中的电气元件与设备如母线、开关、负荷等,在多代理系统层中均有Agent与之相对应,并且在配电网层中相关联的设备,在多代理系统层中的Agent也相互关联,进行信息交流,与其无关联的Agent则无信息流,可以避免大量无用信息,提高自动恢复的效率。

4 算例分析

本文采用配电网典型算例系统[12],如图6所示,该系统包含两个变电站(As/s和Bs/s),40个常闭开关(B1~B40),4个联络开关(K1~K4),四个DG(S1~S4)均具有调节电压和频率能力,既可以并网运行也可独立运行。具有三个微网(微网A、微网B和微网C),其中微网A嵌套在微网B中,三个微网代表智能电网中微网的典型结构特点。负荷由带箭头的线段表示,母线间线路上的数字表示其最大容量,负荷和电源旁边的数字表示其功率。故障设定如图所示分别在5处发生故障,涵盖了微网内外及同时发生故障时的不同情况。假设故障恢复的过程中故障已隔离,除故障点之外,网络其他部分正常运行。故障恢复的过程由多智能体之间相互协调,分工协作完成。对该系统分别在含有DG与不含DG的情况下,运用前面所述方法分析其故障恢复情况及其评估情况,并将其详细总结于表1与表2中。

从表中可以看到,含有DG的网络一般情况下均可以使失电负荷全部恢复,除非在极其严重的故障情况下切除部分不重要负荷;而不含DG的网络在发生一般故障时经常需要切部分负荷来保障运行,在严重故障时几乎瘫痪。另外,含DG的网络各指标参数及加权和明显优于不含DG的网络,说明该方法的有效性及含有DG的配电网具有极大的优越性。根据具体不同情况,可以对指标及权值作相应修改,由于多智能体各Agent只与其相关联的Agent有信息交流,交换信息量较少,因此,可以扩展到更大更复杂的系统中。应用多智能体技术与故障优选方案相结合可以快速而高效地解决配电网故障自动恢复问题,达到方案的优选,可以切最少的负荷来保障电力系统安全可靠稳定运行。

5 结论

本文针对含有DG的智能配电网,建立了以恢复负荷最多,开关操作数最少,馈线负载率最小为目标的故障恢复模型,并将其与多智能体故障恢复方案相结合实现智能配电网的故障自动恢复。

通过分析一个典型的含有DG及微网的配电网模型在涵盖各种单重与多重典型故障情况下的故障恢复参数,并将其与不含DG的情况下作对比,说明本文所用方法的有效性与可行性。

通过分析不同故障情况下的恢复策略及相同故障情况下与不含DG的情况下进行比较,可以看到DG以微网形式接入到电网中并网运行,与电网互为支撑,可以提高其利用率并且在电网故障时可以向重要负荷持续供电,减少失电负荷。

配电网恢复 第10篇

配电网故障恢复指在配电网发生故障,定位故障区域并隔离后,为尽可能地减少停电范围,降低停电损失,对非故障的失电区域进行恢复供电[1]。正确、快速的配电网故障恢复算法,对提高电网供电可靠性具有重要意义[2,3]。

针对配电网故障重构这一大规模、多目标、非线性的组合优化问题,国内外学者展开了很多研究,算法大致分为两类: 传统优化方法和智能方法。传统优化算法主要有混合整数规划法、启发式算法等,这类方法能找到目标函数的最优解,但由于实际问题维数过大,导致计算时间较长[4]。智能方法[5,6,7,8,9]包括有模糊算法、人工神经网络、遗传算法等,其中,模糊算法[6]适用于分析不确定性问题,具有容错性,可对多个目标选取相对最优的方案,但对各指标参数和目标函数,很难找到满足实际要求的隶属函数; 人工神经网络适用于处理复杂问题,具有冗余性、自学习和并行处理能力,计算速度较快,但确定其约束条件较困难,无法保证找到全局最优解,实际应用较少; 遗传算法[7]( Genetic Algorithm,GA) 、模拟退火法( Simulated Annealing,SA) 和禁忌搜索法( Tabu Search,TS) 的全局寻优能力强,但搜索需要设置或调整搜索参数,参数的确定依赖于求解的具体问题和网架结构,比较费时。由于各类算法都有各自的优缺点和适用范围,近年来出现了将多种算法相结合[10]的趋势。

本文将启发式算法与模糊理论相结合,首先采用一种快速的搜索树形成方案候选集,这一搜索策略具有与穷举法相当的求解质量,但求解时间大为减少,并且发生多重故障时搜索树也不会变大。然后利用模糊集理论针对开关开合次数、未失电区域负荷的转移量、馈线容量裕度和最大电压降四个指标对方案候选集进行评估,选出最为理想的方案。本文方法可同时保证故障重构的实时性和重构方案的合理科学性。

2 算法原理

配电网大多呈辐射状,其中包含大量分段开关( 常闭开关) 和少量联络开关( 常开开关) ,具有闭环结构、开环运行的特点。图1是一典型的配电网。

当配电网发生故障时,首先要对故障进行定位,并对故障区隔离,下游非故障区负荷会失电,而供电恢复指通过将失电区域的负荷转移到其他馈线上,以达到恢复供电和平衡负荷的目的。恢复方案应满足以下几个条件:

( 1) 恢复方案应尽可能快速得出,并能恢复尽可能多的非故障区的失电负荷,缩小停电范围。

( 2) 考虑到开关操作对开关寿命的影响,应尽可能地减少开关开合次数。

( 3) 重构后的系统结构应尽可能接近故障前的结构,系统要有紧急备用容量,以防再次出现故障情况,并且重构后的配电网络要保持辐射状结构。

( 4) 满足系统电流、电压约束,没有发生安全越限。

( 5) 为节约能源,应尽可能地降低重构后配电网络功率损耗增量。

2. 1 数学模型

2. 1. 1 目标函数

假设在运行过程中某条馈线发生了永久性故障,切除故障后对非故障失电区域恢复供电。其中非故障失电区域中分段开关数为m,与其相连的联络开关数为n。

考虑开关开合次数最少的故障恢复的目标函数可以表示为

式中,xi= 1表示分段开关i网络重构中闭合; xi=0表示分段开关i在网络重构中断开; yi= 1表示联络开关j在重构中闭合; yi= 0表示联络开关j在重构中断开。

2. 1. 2约束条件

( 1) 功率平衡约束

式中,Sj、Sjmax分别为配电网重构前的线路j输送容量和最大允许输送容量; Stran为配电网重构后需要转移的负荷容量。

式中,d Pk为配电网重构后沿供电路径所增加的功率损耗; d Psp为配电网重构后该网络功率损耗所允许的设定值。

( 2) 连通性约束

式中,H为定位有序树T“父-子节点”关联矩阵,始终存在为父节点的状态变量;为子节点的状态变量,如定位有序树包含节点1和节点2,且节点2是节点1的父节点,即有H = [1,- 1],X = [x1,x2 ]T。

( 3) 辐射状约束

式中,N为配电网节点数; M为配电网支路数。

( 4) 电压上下限约束

式中,Vk、Vkmax和Vkmin分别为配电网重构后沿供电路径节点的电压、电压上限和电压下限。

2. 2 拓扑简化

以正常运行情况下的供电半径最长的馈线段作为根节点,网络中各联络开关和分段开关作为叶节点,其他馈线作为末节点,按照配电网的实际运行情况将图1典型配电网画成树的形状,如图2所示。

当取根节点后,相应地从根节点到末节点分为第0层、第1层、……。为编程方便,采用定位有序树的记法,用二维代码0、1表示树上的每一个节点,0表示其左分支,1表示其右分支,01表示其次左分支,10表示其次右分支,以此类推,如图2所示。若某支路发生故障,则断开与该支路相邻的两个开关,并把断开的开关画成空心点。

3 恢复策略

在配电网重构过程中,做以下定义: 第一级支持馈线是指该馈线直接通过联络开关与失电区域相连; 第二级支持馈线是指该馈线不直接连于失电区域,但相连于第一级支持馈线; Ⅰ级联络开关是指该开关直接与失电区域相连; Ⅱ级联络开关是指该开关连接在第一级支持馈线和第二级支持馈线之间。图1中F2、F3是第一级支持馈线,F4为第二级支持馈线,S1、S2是Ⅰ级联络开关,S3为Ⅱ级联络开关。

考虑到故障恢复对开关次数和快速性的要求,算法假设所有需要操作的开关只分布在第一级和第二级支持馈线上。配电网的供电恢复由三个步骤组成: 支持馈线恢复,转移负荷恢复,切负荷恢复。具体步骤见下文。

3. 1 支持馈线恢复

对失电区域,考虑所需开关开合次数尽可能少,同时考虑供电半径越长,配电网重构能力越低,所以先从离故障区域最近的联络开关出发,进行供电恢复。方案为: 首先考虑闭合一个Ⅰ级联络开关,若所有失电区域的负荷能恢复供电,则形成方案候选集; 然后继续进行下一级一个联络开关的搜索。

3. 2 转移负荷恢复

若失电区域所有负荷不能完全恢复供电,则开始搜索两个Ⅰ级联络开关进行闭合操作,为保证网络辐射状,要搜索一个分段开关进行断开的操作。为保证开关开合次数尽可能地少,本文从故障区域附近开始搜索无分支的分段开关,将其断开与闭合的两个联络开关形成一个候选方案,并存储于方案候选集中。若上述搜索结束,则搜索Ⅱ级联络开关进行闭合的操作,方法同上。

3. 3 切负荷恢复

若失电区域在上述所有方案都不能对负荷完全恢复供电,即方案候选集为空集时,则考虑切负荷。此时选取切负荷最少的方案为最优方案。

形成候选方案集流程图如图3所示,其中I表示联络开关级数,I = 1,2; K表示闭合第I级联络开关个数; M表示第I级联络开关数的最大值,M =1,2,. . . 。

4 供电恢复方案的模糊评价

4. 1 模糊集理论评价指标

根据故障恢复的约束条件,采用开关开合次数、未失电区域负荷的转移量、馈线容量裕度、最大电压降作为评价指标,通过模糊集理论建立相应的隶属函数。

( 1) 开关开合次数( SN)

目前,我国配电网自动化程度还不高,手动开关仍占大多数,供电恢复时间直接受开关开合次数的制约,而故障恢复方案候选集由一系列开关操作组成,考虑到开关寿命的影响,因此尽可能减少频繁操作开关。开关开合次数是进行方案评价的重要指标,其隶属函数如图4所示。

( 2) 未失电区域负荷的转移量( LT)

在供电恢复的过程中,希望尽可能少地影响未失电区域,定义μ = LT/ Ilos,其中Ilos为失电总负荷,未失电区域负荷的转移量在各方案候选集中进行评估,其隶属函数如图5所示。

( 3) 馈线容量裕度( M/L)

当某馈线再次发生故障时,网络的供电恢复储备程度用馈线容量裕度来表示,该馈线总备用容量与该馈线负荷的比值用M/L来衡量。对方案候选集进行评估时,求取每一个方案中馈线容量裕度,取其最小值。馈线容量裕度隶属函数如图6所示。

( 4) 最大电压降( ΔV/V )

最大电压降是指故障后配电网络的所有馈线中电压降 落百分数 的最大值,定义为λ =max ( Vi- V0) / V0,其中Vi为节点电压的实际值,V0为系统的电源电压。最大电压降隶属函数如图7所示。

4. 2 利用模糊集理论综合评估

综合评估权值的取法有两种,一种是根据各参数重要程度取相应的固定权值; 另一种是依据算法在搜索空间的能力强弱而取变化的权值,权值越大,搜索全局能力越强,权值减少则在局部进行更高精度的搜索。

本文权值取第一种,根据配电网重构对各指标的重要程度,取固定权值。最后通过四个指标的隶属函数值进行加权和,求得最大值来选取配电网重构方案。

5 算例分析

采用一个六馈线的辐射状配电网络进行故障恢复供电,如图8所示,将网络进行拓扑简化,各母线在图中已省略。故障前,分段开关S1 ~ S10处于闭合状态,联络开关S11 ~ S15处于断开状态。

假设配电网故障发生在分段开关S1、S2间,则首先切断故障并进行隔离措施,即S1、S2打开,相应地把两个节点改为空心点,形成定位有序树,如图9所示。

恢复方案为:

( 1) 对失电区域,考虑最先Ⅰ级联络开关,有两种恢复方案: 合S11; 合S12。

( 2) 对下一级联络开关进行搜索,恢复方案: 合S14。

( 3) 搜索闭合两个Ⅰ级联络开关、断开一个分段开关的方案。首先从断开最接近故障区域的S2开始搜索分段开关,并且该分段开关不能有分支,当选定分段开关断开后,继续搜索闭合与故障区域S2最近的Ⅰ级联络开关,恢复方案为: 断开S7,合S11和S12; 继续搜索与S2距离次近的分段开关,同样闭合与故障区域最短的联络开关,则恢复方案为: 断开S9,合S12和S14; 断开S9,合S11和S14。

( 4) 因考虑到开关开合次数作为指标,故分支数和联络开关级数一般不超过2。将以上搜索的所有方案存储于方案候选集中,形成的方案候选集如表1所示。

基于模糊集技术,对每一种候选恢复方案在开关开合次数、未失电区域负荷的转移量、馈线容量裕度和最大电压降四个指标下,求出对应的隶属函数值。根据该配电网拓扑结构和实际经验,图4 ~ 图7隶属函数参数取值如下: SN1= 1、SN2= 7,LT1= 0、LT2= 1,M1/ L1= 2,ΔV / V = ±5% 。

根据配电网重构对各指标重要程度不同,赋予相应的权值,分别取WSN= 0. 5,WLT= 0. 15,WM / L=0. 25,WΔV / V= 0. 1。

对评估指标的隶属函数进行加权平均求和,产生各候选方案集评估值,如表2所示,找出最大值即合S11为配电网重构最优方案。

注: 各指标相应的栏中,左边为其实际值,括号中为由各隶属函数得到的评估值

6 结论

( 1) 针对配电网故障重构这一大规模、多目标、非线性的组合优化问题,本文将非确定性问题简化,建立了以开关开合次数最少为目标函数,以功率平衡、电压不越限、配电网连通性和辐射状为约束条件的数学模型。

( 2) 定位有序树搜索策略具有与穷举法相当的求解质量,但求解时间大为减少。本文采用该搜索策略,并对搜索树进行分层和编码,能快速高效找到配电网候选恢复方案集。

( 3) 本文引入模糊集理论,针对开关开合次数、未失电区域负荷的转移量、馈线容量裕度和最大电压降( ΔV/V) 四个指标对候选恢复方案集进行评估,并对评估指标的隶属函数进行加权平均求和,产生各候选方案集评估值,从中选出最为理想的方案。

( 4) 提出了采用定位有序树搜索和模糊集评价相结合的配电网故障后快速供电恢复算法,数学模型设计简单,合理选取参数,能在较短时间得出配电网故障后重构方案。

摘要：为快速恢复非故障失电区域的供电,提出了一种基于定位有序树搜索和模糊集评价的配电网故障后快速供电恢复算法。利用定位有序树,对配电网实时拓扑结构进行分析,通过网络拓扑简化,快速形成满足系统电流、电压约束的候选恢复方案集;然后基于模糊集技术针对开关开合次数、未失电区域负荷的转移量、馈线容量裕度和最大电压降四个指标对各候选集方案进行评估,找出最优解,为运行人员选择最理想的恢复方案提供辅助决策。算例仿真验证了所提故障恢复算法的有效性。

配电网恢复 第11篇

关键词：10 kV配电网线路;变配电安装技术;措施;运行效果;变压器

中图分类号：TM64    文献标识码：A      文章编号：1006-8937（2016）26-0110-02

当前人们生产生活中对于电力的应用程度较高，对于电力的要求也在逐渐的提升。保证电力运行安全，提高供电质量，是电力运行过程中的重要工作目标。10 kV配电网线路在日常的使用当中，直接面向众多客户，为人们提供了最为直接的服务。10 kV配电网线路变配电安装技术，能够有效保护电力，保障电力运行安全，是电力系统良好运行的重要基础，对于人们正常使用电力进行生产生活具有重要意义。想要保证10 kV配电网络的运行安全，需要有效安装10 kV配电网线路变配电技术。

1  变压器的安装

变压器是10 kV配电网线路中的重要设备，对于配电网线路的正常运行具有十分重要的意义，它的安装将会直接影响到10 kV配电网线路的实际使用效果。根据变压器的容量选择不同的安装方法，在进行具体安装的过程中，需要先进行分析，针对一些容量较小的可以进行整体安装，而如果是容量较大的变压器则需要进行相应的解体，将其置于施工现场之后再重新安装。

1.1 变压器的运输

在对变压器进行安装时，需要注意到一定的问题，主要是变压器的搬运。在搬运变压器时，需要将对搬运路径进行全面了解，并对运输车厢进行处理。

搬运变压器的过程中，需要对变压器进行起吊，在起吊时，需要对变压器的油箱顶部进行控制，用绳索套住油箱壁的吊耳，在将其吊起来一部分之后，还需要暂停一会，确定不会有损害情况发生之后，在继续进行起吊工作。在运输车厢之中设立相应的枕木，并用绳索进行固定，从而能够有效避免颠簸。控制车速，减少变压器的滑动情况[1]。

1.2  具体的安装措施

变压器的安装需要遵循一定的顺序，严格按照相关的程序和标准进行。明确变压器各个设备的安装位置，将变压器的入室方向进行确定，将三步塔和吊链，设置出良好的临时轨道，并在吊链的作用下，将变压器推送到当前的变压室内，进行下一步的具体操作。

在室内进行变压器的调度是较为困难的，因而需要事先确定好具体的安装位置，按照安装图纸进行变压器的推进，变压器和墙体的距离。变压器的推进需要按照一定的顺序，宽面推进保证低压侧在外，而窄面推进时则需要油枕侧朝外。选择合适的地下材料，是有效减少地线被腐蚀问题发生的良好前提。变压器的顶部施工，需要使用梯子，当安装工作完成之后，还需要进行相应的调试工作，主要是针对变压器的引线、接地线、油浸变压器和变压器油系统的油门进行全面检查，保证这些部位都能够正常运行。变压器的安装图，如图1所示。

2  配电柜的安装

在10 kV配电网线路系统中发挥重要作用的另一设备就是配电柜。配电柜按照规格进行区分，通常有高压配电柜和低压配电柜两种，高压配电柜是实际运用过程中的常用设备，能够有效的接收和分配电能。配电柜的安装措施主要有以下方面。

2.1  基础型钢的埋设

配电柜在进行整体安装工作之前，需要进行一定的准备工作，主要是埋设基础型钢。确定型钢中心线，是埋设型钢的核心工作之一。明确型钢中心线之后，按照设计图纸的要求进行安装。设计图纸中对基础型钢的埋设有详细规定，按照标准进行安装，能够保证安装的高度符合要求，同时还能够继续进行下一步的标记工作，并且做好固定施工[2]。

2.2  配电柜的搬运和检测

与变压器相似，配电柜同样需要进行搬运，在搬运配电柜的过程中，需要选择一个良好的天气，避免在阴雨天进行搬运施工，这样能够有效避免配电柜遭到潮湿等问题的影响。同时因为配电柜的中心部位较高，在进行搬运的过程中，一定要秉承着平稳的原则。

如果运输条件较为简陋，可以对一些重要且易受损害的部件进行拆卸，单独进行装运。配电柜运输到现场之后，还需要进行检查，主要针对配电柜的型号和规格。配电柜的附属设施和文件都需要保持良好的完整性[3]。

2.3  安装过程中的具体步骤

配电柜在进行安装之前，需保证型钢混凝土的浇筑工作已经完成。配电柜的安装需要按照图纸要求进行，针对其中出现的和实际状况不一致的问题，要及时进行对照，找到合适的解决办法。

将第一个配电柜的位置作为标准，进行后续的安装，如果后期配电柜的安装位置不够合适，可以进行相应的微调，直到达到整齐排列、均匀适中的效果。配电柜需要使用螺栓进行固定，如果现场环境不适合使用螺栓的时候，则采用焊接的方法[4]。

3  附属设备的安装

10 kV配电网线路变配电安装技术涉及到多个机械设备的安装，除却变压器和配电柜等基础设施以外，还有一些附属设备的安装需要给予充分重视。

10 kV配电网线路的安装中，主要的附属设备主要包括吸湿器、接地装置、避雷以及一些导线。接地装置在配电网线路的安装中需要引起注意，重点是需要保证底线系统、配电网的外壳、变压器的低压侧接地电以及高压侧的避雷装置之间进行有效的连接，从而有效保证10 kV配电网线路设备的正常安装。

吸湿器能够有效过滤空气，为变压器的储油柜之中提供大量的控制，在进行吸湿器的安装时，需要使用橡胶垫，但是在实际的运作过程中，则需要将橡胶垫进行去除[5]。避雷装置是保证配电网线路顺利发挥功能的重要措施，能够将变压器遭受雷击的概率进行有效降低，需严格按照相关规范进行安装。

避雷装置的安装，需要保证在进行低落保险之后，同时还需要使用和变压器同步投切的方法。导线在进行安装的时候，接线柱通常使用的都是铝制和铜制的螺杆螺帽，因而铜铝相接的情况容易发生，由此在安装过程中，需要避免螺杆和螺母直接相连的情况发生。过渡板和铜铝线夹在进行导线安装时也能够发挥良好的作用[6]。

4  结  语

10 kV配电网线路变配电安装技术在实际应用当中，主要包括变压器的安装、配电柜的安装以及一些其他附属设备的安装。变压器和配电柜在进行安装的过程中，需要将搬运工作做好，保证这两项重要设备在进行安装之前具有良好的完整性。

配电网线路在日常的生产生活中占据重要地位，对人们的日常生活具有十分重要的影响，保证10 kV配电网线路变配电安装技术的安装效果，能够有效促进该项技术充分发挥良好作用。

参考文献：

[1] 林超.10kV配电网线路变配电安装技术探析[J].企业技术开发，2014，33

（8）：99-100

[2] 邹努.10kV配电网线路中变配电安装技术的应用研究[J].通讯世界，

2014（6）：74-75

[3] 黄爱华.10kV配电网线路变配电安装技术探讨[J].技术与市场，2013

（12）：101-103

[4] 肖红波.10kv配电网线路变配电安装技术[J].科技创业家，2013（9）：115

[5] 李东伦.10kV配电网线路变配电安装技术和实践问题探索[J].通讯世   界，2014（1）：109-110

[6] 许平.论变配电安装技术在10kV配电网线路中的运用[J].通讯世界，

配电网恢复 第12篇

关键词：智能配电网,分布式发电,供电恢复,孤岛运行,粒子群优化算法

0 引言

面对国际国内经济形势、能源形势的变化,根据我国能源结构情况,从发展清洁能源、应对气候变化、保障能源安全、促进经济增长的需要,国家电网公司提出了建设以特高压电网为骨干网架,各级电网协调发展具有信息化、自动化、互动化特征的坚强智能电网的战略目标。智能电网具有坚强、自愈、兼容、经济、集成、优化等特征,包含发电、输电、变电、配电、用电和调度各个环节[1,2]。其中智能配电应综合应用各种先进自动化技术、通信技术、信息技术,实现具备自愈能力、更高的安全性、电能质量、支持分布式电源的大量接入和对配电网及其设备实现可视化管理的目的。自愈能力主要是以保障供电不间断为目标,在故障发生后的短时间内及时发现并自动隔离故障,防止大面积停电,并快速从紧急状态恢复到正常状态。

分布式发电(Distributed Generation,DG)是指分散配置在用户附近的几十k W到几十MW的小规模发电装置,如燃气轮机、内燃机以及以太阳能光伏电池、燃料电池、风能为能源的新型发电装置[3~4]。由于DG能提高能源利用效率、节能、多样化地利用各种清洁和可再生能源,DG在未来的智能电网中的应用将会越来越广泛。DG通常直接接入配电系统,具有并网运行和孤岛运行两种运行模式。并网运行模式是指DG接入电网后与原有系统一起向负荷供电的运行模式;孤岛运行模式是指电网发生故障后,DG和主电网分离,对停电区域负荷独立供电的运行模式[5,6,7]。国际能源机构提出:当电网的部分线路因故障或维修而停电时,停电线路由所连的并网发电装置继续供电,并连同周围负载构成一个自给供电的孤岛现象,这种现象叫做DG的孤岛效应。随着DG在配电网中数量不断增加,在电网输配电系统发生故障时,利用DG孤岛效应,继续保持为重要负荷供电,从而提高系统供电可靠性,为智能电网应对电网大面积停电提供了一种新措施。

配电网供电恢复是在配电网发生故障后,通过网络重构在确保系统运行安全的条件下,快速恢复对非故障停电区域失电负荷的供电。目前已有大量文献对供电恢复算法进行了研究,如采用启发式搜索法,模糊数学法,遗传算法,模拟退火算法等来寻找最优恢复方案[8,9,10,11,12]。DG并网后,配电网结构和运行控制方式都将发生巨大改变,DG孤岛的形成使传统配电网供电恢复算法不再符合新的要求[13]。因此,研究电网大面积停电后,利用DG孤岛效应,维持重要负荷供电的前提下最大限度地对非故障停电区域恢复供电,提高电力系统抗灾防御能力具有重要的意义。

本文根据DG并网后的运行特性,提出了利用DG孤岛效应的配电网供电恢复算法。故障发生后,首先检查故障支路下游是否包含DG,如果包含DG,按预先制定的孤岛划分方案将DG转化为孤岛模式运行,维持孤岛内重要负荷的供电。然后,将开关转换次数最少作为目标函数,并综合考虑网络拓扑结构、DG容量、节点电压安全、支路功率等约束,采用基于二进制粒子群优化算法(Binary Particle Swarm Optimization,BPSO)的供电恢复算法,最大限度地对孤岛外的非故障停电区域恢复供电。

1 配电网供电恢复数学模型

配电网供电恢复是一个多约束的非线性优化问题。本文将开关转换次数最少作为目标函数,并综合考虑网络拓扑结构、DG容量、节点电压安全、支路功率等约束,具体数学模型如下:

(1)目标函数

开关转换次数最少

式中:SW为开关转换次数,Swi为第i个开关的开、关状态,分别用0和1表示,Sw Oi为第i个开关的初始状态。

(2)约束条件

1)DG注入功率不应超过DG最大容量;

2)节点电压应保持在允许电压范围内,即电压介于最大和最小值之间;

3)支路功率不超过最大功率约束;

4)供电恢复过程中,配电网络结构应保持呈辐射状;有孤岛形成后,配电网中与根节点相连接部分网络也应呈辐射状。

2 含DG孤岛的配电网供电恢复算法

2.1 BPSO概述

BPSO是Kennedy博士和Eberhart博士为解决离散空间的优化问题于1997年提出了BPSO算法[13]。优化过程为随机初始化粒子群N,第i个粒子用d维向量xi和vi分别表示其位置和速度,将其代入优化目标函数得出适应值,更新粒子速度和位置,通过迭代寻求最优解。粒子速度和位置的更新方程为:

式中:第i个粒子用d维向量表示vidk和xidk分别为粒子i在第k次迭代时的第d维速度和位置;ω为惯性权重系数;c1、c2为加速系数,分别调节向全局最优粒子和个体最优粒子方向飞行的步长;r1、r2为[0,1]之间的随机数;pid为粒子i第d维个体最优点的位置;gd为整个群在第d维全局最优点的位置。粒子i的位置xidk取值为0或1,速度越大表示位置取值为1的概率越大。r为[0,1]之间的随机数,S(x)=1/(1+e-x)。为防止S(x)函数饱和,可将粒子速度设定在[-4,4]内。

2.2 基于BPSO的配电网供电恢复算法

配电网供电恢复算法是配电网故障后通过改变网络开关状态,在满足网络安全运行的条件下,调整网络结构,将非故障停电区域内负荷转移到正常供电区域,达到缩小停电范围,快速恢复供电的目的。本文将开关状态变量作为基本粒子,分别用0、1表示断开和闭合状态,按BPSO算法求解。供电恢复过程中,每次开关状态更新后都要对配电网进行一次潮流计算,确定粒子更新位置的适应值[15]。

BPSO供电恢复算法流程如下:

(1)输入配电网络初始信息,确定可操作分段开关和联络开关位置,确定基本粒子维数。

(2)设定粒子群规模N,惯性权重系数ω,加速系数c,迭代次数t等参数。

(3)随机初始化粒子群,得到N个可行解。

(4)对每个粒子进行粒子的速度和位置更新。

(5)进行潮流计算,计算粒子更新位置后的适应值fitness=F(x)。

(6)如果达到最大迭代次数,则停止计算,否则返回第(4)步。

2.3 DG孤岛划分算法

确定孤岛划分方案时应考虑以下两方面的原则:

(1)孤岛内负荷容量与DG总发电容量应达到功率平衡,负荷容量超过DG总发电容量将导致系统频率降低,对系统运行和设备安全都带来严重的危害。

(2)电力系统中按负荷重要程度的不同分为等级高低的负荷,孤岛划分方案应保证重要负荷优先供电。

本文对DG进行动态孤岛划分,孤岛划分的目标是使孤岛内所包含负荷点的等值有效负荷之和最大[14]。以DG所在馈线的负荷点为圆心,沿着网络拓扑方向,以DG的额定容量为半径搜索负荷,该圆内包含的负荷点集合称为功率圆,并采用广度优先搜索来确定功率圆的范围。从DG所在馈线的负荷点出发,首先访问与负荷点相连的所有支路,然后访问下层支路,在孤岛对区域D连通性条件下,遍历功率圆图,直至目标函数达到最大值。执行这种搜索算法,就可以得到配电网故障后的最优孤岛划分方案。这个孤岛的端点是孤岛划分方案执行时需要跳开的节点,即分段开关的配置位置。

2.4 含DG孤岛的配电网供电恢复算法流程

含DG孤岛的配电网供电恢复流程如下:

(1)按DG的安装位置和容量确定故障后DG的孤岛划分方案,确定孤岛划分方案执行时需要断开的分段开关配置位置。

(2)故障发生后,检查故障支路下游是否包含DG,如果包含DG,DG转入孤岛运行。

(3)查找DG孤岛形成时需断开的分段开关和停电区域支路分段开关位置。

(4)调整故障后配电网络结构信息,寻找非故障停电区域可恢复路径,确定可操作分段开关和联络开关数,确定基本粒子向量。

(5)根据孤岛形成后配电网拓扑结构变化,调整潮流计算程序中网络结构信息。对潮流计算程序中的支路矩阵,节点矩阵、发电机矩阵数据进行调整。

(6)执行BPSO供电恢复算法流程(2)~(6)。

(7)寻找系统中是否存在未被恢复区域,如果有无法恢复的的非故障停电区域,进行切负荷处理。

3 算例分析

本文采用文献[15]中的33节点系统作为算例。该系统共有37条支路,5个联络开关,分别是S33、S34、S35、S36、S37,假设每条支路都设置有一个分段开关。总负荷为3715 k W+j2265 kvar,额定电压为12.66 k V,该系统结构见图1。

本文在测试系统中接入了4个DG,假设DG的安装位置和容量在DG规划阶段根据重要负荷分布情况进行了优化分配,具体安装位置和容量见表1。

本文设定惯性权重系数ω=0.8,加速系数c1=c2=2.0,并设定BPSO算法中粒子数N=20,迭代次数为100次。

本文对2种故障情况进行了分析,验证了本文算法的有效性。文中假设供电恢复前,已完成故障检测与隔离操作,非停电支路的DG保持并网运行。

故障1:在支路9、22处同时发生永久性故障,对故障点隔离。支路9下层支路中包含DG2,支路22下层支路中包含DG3,因此对DG2、DG3进行孤岛划分,孤岛划分方案见表2。

由表2可见断开分段开关S12、S15后形成由DG2、支路13、14组成的孤岛2;断开分段开关S22后,形成由DG3、支路23、24组成的孤岛3,分别对孤岛内负荷供电。

由图1可见,故障后,故障支路9、22断开,孤岛2、3形成后,支路23、24、12、13、14、15和配电网分离,联络开关S34、S37连接节点14、24分别包含在孤岛2、3内不可用,可用联络开关为S33、S35、S36。从配电网中去掉故障支路、孤岛划分配置支路和不可用联络开关支路后,配电网变为27节点、27条支路系统,此时,配电网中只包含DG1和DG4。配电网结构调整后可操作分段开关和联络开关数为27,设定基本粒子维数为27。在潮流计算程序中修改配电网结构信息,对节点矩阵、支路矩阵、发电机矩阵重新排序编号。最后按照BPSO算法求解孤岛外非故障停电区域的配电网供电恢复方案。供电恢复后系统参数见表3。

由表3可见,为对非故障停电区域恢复供电,联络开关S35、S36闭合,S35闭合后支路10、11恢复供电,S36闭合后为支路15、16恢复了供电。系统供电恢复后,开关转换次数为3,节点15为电压最低点0.937 p.u.。该算法实现了故障1发生后对孤岛外所有非故障停电区域的供电恢复。

故障2:在支路5、30处发生永久性故障,对故障点隔离。支路6下层支路中包含DG1、DG2,支路30下层支路中包含DG4,因此对DG1、DG2、DG4进行孤岛划分,孤岛划分方案见表4。

由表4可见断开分段开关S5、S8、S25后将形成由DG1、支路6、支路7组成的孤岛1;断开分段开关S12、S15后将形成由DG2、支路13、14组成的孤岛2;断开分段开关S30后将形成由DG4、支路31、32组成的孤岛4,分别对孤岛内负荷供电。孤岛形成后,孤岛外支路9、10、11、12、15、16、17、26、27、28、29成为非故障停电区域,按照本文提出的BPSO算法对孤岛外非故障停电区域进行供电恢复,供电恢复后系统参数见表5。

由表5可见,为对非故障停电区域恢复供电,联络开关S35、S37闭合,S35闭合后对支路9、10、11恢复供电,S37闭合后对支路26、27、28、29恢复供电。系统供电恢复后,开关转换次数为2,节点25为电压最低点0.937 p.u.。由于支路16、17无可恢复路径无法恢复供电,对支路16、17进行切负荷处理。

由上述两种供电恢复结果数据可见,由于供电恢复和网络结构、故障位置和转换开关位置密切相关,因此,供电恢复算法主要目标是找到一系列开关动作组合,实现最大限度地对非故障停电区域恢复供电。

4 结论