CN101911421A - 用于配电系统中的馈电线自动化的负载恢复 - Google Patents

Abstract

一种用于在配电网中恢复电力的方法和系统。该配电网包括多个电源，多个负荷区域，互联在所述多个电源和所述多个负荷区域之间的多个开关装置，以及与所述多个开关装置中的每一个相关联以控制所述开关装置的智能电子装置。定义基础网络状态，并为该基础网络状态创建电力恢复逻辑。针对该电力恢复逻辑进行仿真，然后将该电力恢复逻辑传送到电力恢复控制器，之后该电力恢复控制器监测并控制所述智能电子装置。

Description

用于配电系统中的馈电线自动化的负载恢复

技术领域

本发明涉及在电路异常之后向配电系统恢复电力的领域。

背景技术

配电系统一般由以下的集合构成：配电站，馈电线，开关(断路器，重合开关等)，电负载，以及监测和控制装置。配电系统经由馈电线和开关向连接到馈电线的电负载(客户)递送电能(即，电力)。配电系统中的馈电线通常以辐射状的形式配置，以确保在任何时刻每个负载仅由一个配电站(电源)经由一个馈电线供电。为了保持辐射状配置，每个馈电线通过常开的联络开关(tieswitch)连接到其相邻的馈电线。相对接近/远离其源的馈电线区段在与相对远离/接近其源的馈电区线段相比时，被称为上游/下游区段。配电系统中的开关可以与智能电子装置(IED)相关联，该智能电子装置具有以下的监测和控制功能：(1)测量和记录电和其他类型的开关相关量，诸如电压，电流，重合时间，(2)监测开关状态，(3)在断开和闭合之间操作开关，以及(4)与主设备传送信息。

通过使用馈电线自动化技术可以很大地提高配电系统可靠性，该馈电线自动化技术实施自动故障检测、隔离和负载恢复。在这种系统中，与开关相关联的IED监测配电系统并将对应的信息传送给位于变电站中的馈电线自动化主控制器。如果在配电系统中发生故障，主控制器识别故障位置，按照开关操作的序列生成故障隔离和服务恢复解决方案，并将开关命令发送到IED以控制对应的开关。这样的现有技术系统通常难以编程/配置/设计，缓慢地响应变化的网络条件，并且难以优化恢复解决方案。因此，现有技术中存在改善馈电线自动化系统的需求。

发明内容

根据一个实施例，公开了一种恢复配电网中的电力的方法。该配电网包括多个电源，多个负荷区域，互联在所述多个电源和所述多个负荷区域之间的多个开关装置，与所述多个开关装置中的每一个相关联以控制这些开关装置的智能电子装置。该方法包括提供与智能电子装置通信的至少一个电力恢复控制器，定义至少一个基础网络状态，并为该至少一个基础网络状态创建电力恢复逻辑，针对该至少一个基础网络状态的电力恢复逻辑进行仿真，以及将该电力恢复逻辑传送到所述至少一个电力恢复控制器，之后该电力恢复控制器监测并控制所述智能电子装置。

根据本发明另一个实施例，提供了一种恢复配电网中的电力的方法。该配电网包括多个电源，多个负荷区域，互联在所述多个电源和所述多个负荷区域之间的多个开关装置，与所述多个开关装置中的每一个相关联以控制所述开关装置的智能电子装置，以及与所述智能电子装置通信的电力恢复控制器。该方法包括隔离处于故障状态的负荷区域，识别包括在故障状态的负荷区域下游的负荷区域的一个或多个未被供电的负载网络，从单个电源向每个未被供电的负载网络恢复电力，如果没有单个电源能够向未被供电的负载网络恢复电力，则断开将每个未被供电的负载网络分成两个或更多子网络的一个或多个开关，以及从单个电源向每个子网络恢复电力，直到用尽电源容量或者违背了开关负荷容量。

附图说明

图1是根据本发明的示例性电力网。

图2为示出根据本发明的恢复逻辑生成创建、验证、安装和执行过程的流程图。

图3是根据本发明的网络配置工具的屏幕截图。

图4是根据本发明的网络状态和恢复逻辑定义工具的屏幕截图。

图5是向用户显示潜在的恢复网络路径以供选择的网络状态和恢复逻辑定义工具的屏幕截图。

图6是修改和观看恢复逻辑的窗口的屏幕截图。

图7是根据本发明的用于预定义逻辑的仿真工具的屏幕截图。

图8是根据本发明的逻辑处理器工作日志的屏幕截图。

图9示出根据本发明的逻辑生成算法，其识别常开的联络开关。

图10是根据本发明的第二示例性电力网。

图11示出根据本发明的多路径负载恢复算法。

图12示出根据本发明的第三示例性电力网。

图13示出在负载节点L 1处有仿真故障的图12的第三示例电力网，以及恢复后的网络状态。

图14示出用于确定图12的未被供电的负载(当负载节点L1处有故障时)是否可以在每个子网络中恢复的表格。

图15示出根据本发明的第四示例性电力网。

图16示出用于确定图15的未被供电的负载(当负载节点L1处有故障时)是否可以在每个子网络中恢复的表格。

图17示出在对负载节点L1处的故障的负载恢复之后的图15a的第四示例性电力网。

具体实施方式

现在参考图1，示出了电力网并大致用数字10表示。通常，馈电线自动化基础架构11是控制机构，并且工程站12是这样的位置，在该位置生成，定制控制逻辑并将其传送到电力恢复控制器13。

简言之，电力恢复涉及在多个电源(S1/S2)，多个开关装置(Brk1/Brk2是电路断路器，SW1/SW2/SW4/SW6是重合开关或者分段隔离开关，SW3/SW5是联络开关)，以及多个负荷区域(L1/L2/L3/L4/L5/L6)之间的相互作用。一个示例性场景可以是在L1处发生永久故障，其中Brk1在预定次数的重合尝试之后锁定。首先，系统必须隔离故障的负荷区域L1，并且其次，试图向由于锁定和隔离未被供电的负荷区域(L2，L3和L6)恢复电力。目标是最小化开关操作的次数和/或实现备用的恢复电源(如果有两个或更多)之间最佳平衡的负荷。

馈电线自动化基础架构11包括IED 14，电力恢复控制器13，以及IED 14和控制器13之间的通信链路15。可能需要多个控制器13，因为每个控制器只有有限的处理能力，并且每个具有到有限数量的IED 14的直接通信链路。控制器13可以相互协调以形成超级控制器。共同拥有的美国申请No.11/687213中提供了对配置的更多描述，该申请在此以其整体并入作为参考。根据一个实施例，根据本发明的方法和系统为超级控制器开发控制逻辑。

实施本发明的系统和软件可以有利地驻留在离线工程站12。在设计了控制逻辑和他们关联的设置之后，可以将它们发送到电力恢复控制器13用于实时控制操作。

现在将参照图2描述逻辑设计和应用过程。在第一步骤100，配置电力系统(电力网)。这包括对电力系统10(控制对象)、以及馈电线自动化基础架构11(IED和控制器)建模。这是通过图3所示的网络配置工具16完成的，图3示出了电力网部件和它们的连通性。

电力网模型是一种电学正确的拓扑模型，而不是物理网络的忠实于地理的表示。该电学拓扑结构用于减少用户的配置工作。然而，系统部件的基本电参数由本发明使用。参数可以包括电源(S1和S2)、开关(SW1-SW6)以及馈电线区段的负荷容量，负荷区域(L1-L6)的最大负荷，以及馈电线区段的阻抗。该信息允许系统在逻辑生成期间执行负荷容量检查和其他恢复验证检查。

当前网络配置可以在任何时候被验证以防止配置错误。结果可以显示给用户使得可以采取行动来解决问题。可以针对未被供电的负载，非辐射状馈电和违背负荷容量来检查网络配置有效性。

目前，IED 14被配置并连接到电力网10中的电源(S1，S2)和开关装置(SW1-SW6)。IED 14提供对控制器13的输入，并且通过开关(SW1-SW6)执行控制动作。向每个IED 14分配一个控制器13，因此其被配置为与该相应的控制器13直接通信。通信可以通过无线或有线手段。控制器13可以为了数据更新而通过通信机构轮询或者监听关联的IED 14。

在下一步骤102中，定义基础电网络状态。网络状态是特定的网络拓扑结构，或者与电源的负荷容量耦合的联络断路器位置。该定义的原因在于，诸如变压器的负荷平衡的资产管理目标可以通过根据季节和/或电力网的负荷状况将电力网切换到不同状态而实现。

例如，如果负荷区域L2和L6主要是空调负载，并且在夏季可以在100A和300A之间变化，S1和S2的负荷不平衡。在该夏季时间段内使用SW5和SW6作为联络开关(来保持S1和S2两处合适的保留容量，以及避免在电源变压器S1处绝缘的过度损耗)效能境况较佳。当前的联络开关分配(SW3和SW5)接着可以在冬季时间使用。从而，用户可以定义独特的网络状态，一个(“SW6，SW5作为联络开关”)用于夏季，另一个(“SW3，SW5作为联络开关”)用于冬季。这可以通过图4所示的网络状态和恢复逻辑定义工具17完成。所示的电力网的基础网络状态是“SW5，SW6作为联络开关”(图1中示出的电力网对应于基础网络状态“SW3，SW5作为联络开关”)。当定义新的基础网络状态时，上面讨论的网络验证原理可以应用于每个定义的基础网络状态。

在下一步骤104中，设计用于每个基础网络状态的电力恢复逻辑。根据步骤104的电力恢复逻辑是针对特定基础网络状态中的单个永久故障的。电力恢复逻辑的目的是隔离单个永久故障并向没有故障的负荷区域恢复电力。该逻辑的设计涉及两个步骤。首先，对于一给定的基础网络状态，自动针对每个负荷区域处的仿真的永久故障来生成电力恢复逻辑。接着，用户查看并按需要修改该逻辑。

自动化的逻辑生成不仅避免了手动逻辑生成过程中经常发生的错误，它还很大地提高了逻辑设计的速度。还可以进行容量检查和其他网络验证检查来确保电力恢复之后的网络状态正常运作。

根据一个实施例，逻辑的文本表示为：IF

  LockoutOnFaultRecloser当在负荷区域FaultLoad故障时被锁定                                        (强制的)

  AND  LockoutSwitches被锁定(对于恢复是强制的)

  AND  OpenSwitches断开      (可选)

  AND  CloseSwitches闭合     (可选)

  FOR TimeDelay秒THEN

  断开/闭合/锁定OprSwitch

其中

LockoutOnFaultRecloser表示重合开关或者具有重合功能的断路器，其当感测到下游故障状况时锁定并且遍历重合操作序列。

LockoutSwitches表示在故障隔离开关操作之后锁定(以确保维修人员的安全)的一个或多个开关(分段隔离开关)。

OpenSwitches和CloseSwitches分别代表断开或者闭合的一个或多个开关(重合开关，分段隔离开关，和/或联络开关)。这些是可选的条件，用于确保临时网络状态(故障之前和恢复后之间)按照开关操作序列改变。优选地，除了LockoutOnFaultRecloser和LockoutSwitches之外的所有开关应当被包括在OpenSwitches或者CloseSwitches中。然而，用户可以选择删除这些开关中的任意开关，只要他/她确定该删除不会影响电力恢复逻辑操作序列的完整性。

TimeDelay表示在所有开关位置条件满足之后执行任何开关操作之前的用户添加的延时。这确保有足够的时间来完成开关操作，以及在任何开关没有操作或者在恢复过程中有丢失通信或者其他例外的情况下的失败管理。

OprSwitch是当开关位置条件满足并且已经经过了TimeDelay之后操作(open/close/lockout)的开关。

上面的逻辑表示集成了故障隔离逻辑和电力恢复逻辑，以及用户的偏好。

再次参照图4，假定Brk1和Brk2是具有重合功能的断路器，并且所有其它开关是分段隔离开关或者联络开关。当负荷区域L1在单个永久故障下，隔离逻辑为FaultL1Iso：

IF

  Brk1在负荷区域L1故障时针对故障被锁定

  AND SW2闭合

  FOR 2秒钟

THEN

  锁定SW2

并且简化的恢复逻辑(没有可选的断开/闭合开关的条件)是FaultL1Res1：

IF

  Brk1在负荷区域L1故障时针对故障被锁定

  AND SW2锁定

  FOR 2秒钟

THEN

  闭合SW6

或者FaultL1Res2：

IF

  Brk1在负荷区域L1故障时针对故障被锁定

  AND SW2锁定

  FOR 2秒钟

THEN

  闭合SW5

如图5所示，当为基础网络状态生成逻辑时，留给用户决定对于电力恢复使用SW5还是SW6。提供两条电力恢复路径，一条从“AltTie SW”(备用联络开关)SW5开始，另一条从“Alt Tie SW”SW6开始。用户必须选择优选的路径来恢复电力，或者，可选地，可以自动选择默认的路径。

如图5所示为针对在位置L4的故障的恢复逻辑偏好。在该情况下，两个开关(SW3/SW4)必须为了故障隔离而被锁定。结果，联络开关(SW5/SW6)必须闭合以分别向负荷区域L5和L6恢复电力。尽管为了向L5和L6两者恢复电力应当选择这两个开关，但用户可以取消选中这两条路径中的一条或者两者，来阻止对特定负荷区域的电力恢复。

当故障在与联络开关相邻的负荷区域中时，不需要用于锁定该联络开关的隔离逻辑，但是为了故障隔离必须锁定连接到故障的负荷区域的所有其他开关。例如，当故障在负荷区域L3时(见图4)，隔离逻辑包括：

FaultL3Iso1：

IF

  Brk1在负荷区域L3故障时针对故障被锁定

  AND SW2闭合

  FOR 2秒钟

THEN

  锁定SW2

以及FaultL3Iso2：

IF

  Brk1在负荷区域L3故障时针对故障被锁定

  AND SW1闭合

  FOR 2秒钟

THEN

  锁定SW1：

并且简化的恢复逻辑(没有可选的断开/闭合开关的条件)是FaultL3Res1：

IF

  Brk1在负荷区域L3故障时针对故障被锁定

  AND SW1锁定

  FOR 2秒钟

THEN

  闭合SW5

以及FaultL3Res2：

IF

  Brk1在负荷区域L3故障时针对故障被锁定

  AND SW1锁定

  AND SW2锁定

  FOR SW6锁定

  FOR 2秒钟

THEN

  闭合Brk1

在一些例子中，在故障隔离之后没有电源路径可以向未被供电的负荷区域恢复电力。这个问题是典型的多电源、多负荷区域配电规划问题。可以应用很多不同的优化算法来找到最佳解决方案。根据一个实施例，本发明可以采用根据以下步骤的前瞻(look-ahead)跟踪算法：

(1)用故障隔离之后的未被供电的负荷区域(排除了故障的负荷区域)以及联络开关作为电源(将这些电源的容量取为可以从联络开关获得的剩余容量和联络开关的负荷容量中的较小者)创建学习网络。

(2)断开网络中的所有开关

(3)从每个电源开始并向下游移动，一次闭合一个开关，并通过将下游负荷区域的负载从其当前负荷容量减去，来计算剩余可用容量。如果最终结果是负的，将开关标记为意图的联络开关并且停止，否则继续直到可以声明联络开关或者达到了多电源供给负荷区域。

(4)当(3)的所有处理停止时，检查是否多于一个处理达到了多电源供给负荷区域。如果是，将具有最大剩余容量的处理标记为获胜的处理，并且将连接到该多电源负荷区域并且属于其他处理的所有开关标记为意图的联络开关。

(5)重复(3)和(4)直到用尽学习网络中的所有开关。

在还有其他实施例中，本发明可以采用下面更详细讨论的多路径恢复逻辑。

现在参照图6，在生成逻辑之后，可以查看该逻辑并且例如可以修改该逻辑，以简化该恢复逻辑。用户还可以添加/去除逻辑。例如，他/她可以用下面的三个逻辑替代逻辑Fault1Res1，以便从两个可用路径而不是一个可用路径恢复电力。FaultL1UserRes1：

IF

  Brk1在负荷区域L1故障时针对故障被锁定

  AND SW2锁定

  FOR 2秒钟

THEN

  断开SW1

FaultL1UserRes2：

IF

  Brk1在负荷区域L1故障时针对故障被锁定

 AND SW2锁定

 AND SW1断开

FOR 2秒钟

THEN

  闭合SW6

以及FaultL1UserRes3：

IF

  Brk1在负荷区域L1故障时针对故障被锁定

  AND SW2锁定

  AND SW1断开

  FOR 2秒钟

THEN

  闭合SW5

通过这种方式，用户可以定制逻辑以便使任何偏好考虑在内。这些改变的效果可以被查看并通过仿真视觉上得以验证。

在下一步骤106，通过仿真为每个基础网络状态验证该逻辑。对于逻辑验证，视觉仿真是一种有效的方法。如图7中所示，本发明提供执行逻辑操作的“单次运行”和“多次运行”的仿真工具。当仿真在进行中时，用户可以暂停和继续仿真，或者停止仿真。如图8中所示，可以记录主要事件，诸如故障引入的时间，重合开关锁定时间，以及隔离/恢复开关操作时间，以便用于仿真之后的检查。

在下一步骤108，将网络模型，基础网络状态和它们关联的电力恢复逻辑保存到配置文件，并将其复制到控制器13，或者经由远程方法调用传送到控制器13。

在下一步骤110，设定用于动态电力恢复逻辑生成的参数。在下一步骤112，在适当的基础网络状态中启动电力恢复控制器13。操作员可以手动地将网络切换到选择的基础网络状态，或者可以将控制器13设定为自己识别网络状态。当控制器13启动时，它们打开并解析配置文件，设定网络模型和逻辑，并开始轮询或监听IED。当目前网络状态匹配预定义的基础网络状态之一时，可以将电力恢复逻辑自动加载到控制器13的逻辑处理器中。此后逻辑处理器监测是否有任何故障在预定义的负荷区域之一中发生，并执行由逻辑为该特定的负荷区域定义的后续的故障隔离和电力恢复过程。

电力恢复控制操作对于IED 14的保护和控制功能是次要的。换言之，电力恢复控制器在直到重合开关在故障时被触发、重合和锁定之前不采取动作。控制器13仅在重合开关用尽其预订数量的重合操作并被锁定的情况下才识别永久故障。控制器13通过检查连接到开关的IED 14的事件寄存器识别故障位置(负荷区域)。后者需要IED 14的时间同步，这是通过从控制器13向IED发送时间同步命令实现的。还有，必须从电源向下游负荷区域追踪辐射状馈电线网络，以定位故障负荷区域。

后续故障或者不同于基础网络状态之一的网络状态的电力恢复逻辑由动态电力恢复逻辑生成引擎生成，这将在下文进一步详细描述。还应当理解，操作员可以基于负荷条件改变基础网络状态。此后新基础网络状态的电力恢复逻辑将自动载入到控制器中。

当网络未处于识别的基础网络状态中时或者如果发生第二永久故障，则可能需要动态电力恢复逻辑。动态电力恢复逻辑包括“实时”生成的逻辑。换言之，动态电力恢复逻辑是在电力恢复控制器13处于操作中时生成的。逻辑生成过程和格式类似于单个故障的逻辑，而主要差别在于考虑用户偏好的方式。

对于动态电力恢复逻辑生成，用户定义偏好因子PF和偏好表格PT，其中0≤PF≤1，并且PT包括下面的列：

(1)BaseNetworkState-包含基础网络状态的名称或者索引；

(2)FaultyFeeder-包含永久故障发生的地方的馈电线的名称或者索引；

(3)AltPath-包含备用电力恢复路径(联络开关)的名称或者索引；

(4)AltPathPriority-包含备用电力恢复路径的优先级设定(0和1之间的值)。

在动态恢复逻辑生成过程中，如果存在M个备用电力恢复路径，计算下面的优先级：

AltPriority(i)＝AltPathPriority(i)*PF+AvailCapacityFactor(i)*(1-PF)

            1≤i≤M                                        (等式1)

其中i是可能的备用电力恢复路径的索引，AvailCapacityFactor(i)是对应的备用电力恢复路径的恢复后可用容量保留因子。

AvailCapacityFactor(i)＝(Capacity-TotalLoad)/Capacity    (等式2)

其中Capacity是备用电力恢复路径i的源容量，TotalLoad是恢复后该电源的总负载。因此，具有最大AltPriority的备用电力恢复电源将被用于建立电力恢复逻辑。

如果PF＝1，(等式1)的优先级计算仅考虑用户偏好并且动态逻辑生成也一样。如果PF＝0，(等式1)的优先级计算仅考虑电源的负载平衡。

恢复逻辑的生成基于连通矩阵，也称为关联或者拓扑结构矩阵。当用户使用上述的配置工具构建网络10时，自动生成该矩阵。再次参考图5，示出了该系统的示例性连通矩阵。

$\begin{array}{cc}& \begin{array}{cccccccc}L1& L2& L3& L4& L5& L6& S1& S2\end{array}\\ \begin{array}{c}\mathrm{Brk}1\\ \mathrm{SW}2\\ \mathrm{SW}6\\ \mathrm{SW}3\\ \mathrm{Brk}2\\ \mathrm{SW}1\\ \mathrm{SW}5\\ \mathrm{SW}4\end{array}& \left[\begin{array}{cc}\begin{array}{cccccc}-1& & & & & \\ +1& & -1& & & \\ & & +1& & & -1\\ & & & +1& & -1\\ & & & -1& & \\ & -1& +1& & & \\ & +1& & & -1& \\ & & & +1& -1& \end{array}& \left|\begin{array}{cc}+1& \\ & \\ & \\ & \\ & +1\\ & \\ & \\ & \end{array}\right]\end{array}\right.\end{array}---\left(1\right)$

该矩阵的行和列分别对应于开关和总线(负载和电源)。为了清楚起见，行和列用对应的开关和总线名称标记。该矩阵的列被布置为使得对应于负载总线的列在前，之后是对应于电源总线的那些列。为了对此查看，上面的矩阵被分成两个列组。第一组对应于负载总线而第二组对应于电源总线。

每个开关的上游和下游总线信息也存储在该矩阵中。任何行上的元素是+1或者-1。元素+1表示上游总线位置而-1表示下游总线位置。例如，第一行(开关Brk1)包括L1列中的-1元素和S 1列中的+1。从而，总线S 1是Brk1的上游总线而L1是下游总线。关于常开(NO)的联络开关，不能定义上游和下游总线，因此在对应于NO联络开关的端子总线的列上随意的放置+1和-1元素。例如，见对应于开关SW5和SW6的行。

除了连通矩阵，逻辑生成过程需要网络中所有开关的状态信息(即，开关是断开还是闭合)。该信息存储在具有0(断开开关)和1(闭合开关)的矢量中。对于考虑中的系统(图5所示)，该矢量包括8个元素，其中第3和第7元素对应于SW6和SW5。第3和第7元素被设为0而所有其他元素被设为1。

连通矩阵和开关状态矢量被用于逻辑生成算法，以便隔离永久故障并且定位联络开关，进而对未被供电的负载提供反馈。

故障隔离逻辑生成算法将故障隔离开关确定为紧接在故障下游的开关。如果有多个这样的开关，该算法将它们全部识别出来。该识别是通过跟踪连通矩阵来实现的。例如，如果在L4发生永久故障，重合开关Brk2在其重合序列之后锁定。现在该算法遍历下面的步骤来识别故障隔离开关。

1.识别对应于锁定的开关的行(即“Brk2”行)。

2.找到该行上-1的位置(“L4”列)。

3.找到同一列中+1的所有行位置(“SW3”和“SW4”行)。

4.将对应于每个+1行的开关设定为断开并被锁定以隔离该故障。这些行对应于紧邻的下游开关。

参考图5所示的应急表格，可以看到当故障在L4时，开关SW3和SW4被识别为“锁定的SW”，其代表在故障隔离后锁定的开关。

作为另一示例，如果在L3发生永久故障，SW2清除该故障(故障清除开关)而开关SW6和SW1被识别为故障隔离开关。然而，假定SW6是NO联络开关，该算法将仅视SW1为故障隔离开关。

一旦清除了故障并且识别了正确的一个或多个故障隔离开关，就可以寻求反馈的选项，以使得恢复向未被供电的负载的电力。再次参考图5，例如对于在L4处的故障，由于SW3的断开而未被供电的负载是L6(100MW)。类似地，由于SW4的断开而未被供电的负载是L5(100MW)。该信息在标记为“未被供电负载”的列中在逻辑生成表中显示给用户。用于适当的反馈以恢复这样的未被供电的负载的识别过程开始于首先识别可以被闭合以从备用电源提供该反馈的NO联络开关。注意对于本示例，备用电源为S 1(在列“AltSource”中显示-其中“Alt”表示“备用”)。

现在参考图9，逻辑生成算法采用递归方法来识别相关的NO联络开关。在第一步骤200，将初始开关变量设定为故障隔离开关。在步骤202，识别连接到初始开关的下游总线。接着，在204，识别连接到初始开关(在202识别)的下游开关。在步骤206，确定在204识别的开关是否断开。如果是，在208更新联络开关列表来表明在204识别的开关是联络开关。如果否，在210将初始开关设定为在204识别的开关并返回到步骤202。

接着可以进行容量检查，以查看备用电源是否有足够的容量来为未被供电的负载供电。在一个示例中，其中故障在L4发生并且SW3/SW4锁定以隔离该故障，上面的联络开关识别方法将识别开关SW5和SW6。该示例的容量检查(在L4的故障)包括递归过程，其计算在识别的联络开关闭合(每次一个)之后的开关电流，以测试这些开关是否具有足够的负载容量来承载计算的开关电流。类似地，该过程还计算在反馈之后将由备用电源(S1)提供的总电流，来测试电源是否具有足够的容量来供给该电流。如果候选的反馈通过了该容量检查，认为它是成功的并且在图5的表格中显示以供用户查看和选择以用于实际的恢复逻辑构造。该表格还显示S 1的恢复前电源保留(SRBR)，其是S1的容量(1000)减去其供电的总负载(100+200+100)，得到600。对于故障隔离开关SW3，恢复后电源保留(SRAR)列显示500，这是因为L6上的S1供电的额外的100MW。对于对应于故障隔离开关SW4的行，也类似地成立。

当联络开关，其对应的源，以及它们之间的网络连接通过了容量检查，恢复逻辑构造过程开始。在该过程中，考虑恢复的安全保护措施，例如，在闭合恢复联络开关之前首先断开隔离开关的要求。作为联络开关的闭合逻辑的条件之一，必须满足隔离开关的断开状态。这些安全保护措施也可以视为开关操作序列。

上面的逻辑生成过程适用于离线定制逻辑生成(图2中的104)和在线动态逻辑生成两者。离线定制逻辑生成是针对给定(预定义)的网络状态，称为基础网络状态。在该过程中，假定在每个负载总线处有单个故障，并且对于每种情况，逻辑生成识别一组故障隔离开关和可行的反馈场景(成功地通过了容量检查)。(图5)示出了表格，其在对于给定的隔离开关存在多条可行反馈路径的情况下提供选项给用户来选择反馈路径。这鼓励用户交互并考虑了用户专门知识和偏好。用户可以定义多个基础网络状态并为每个生成恢复逻辑。

然而，用户考虑所有可能的基础网络状态并为每个生成逻辑是不期望或不可行的。即使对于中等复杂配电网络，逻辑的离线计算要求考虑大量的基础网络状态。此外，如果由于任何原因网络状态改变到不同的状态(例如，在永久故障之后执行反馈逻辑)，逻辑生成引擎必须重新初始化以适应改变。

为了准备用于处理运行时的新网络状态(可能是没有在离线定制逻辑生成过程中考虑的状态)的逻辑，设计和实施了动态电力恢复逻辑生成。当网络中发生故障时，“实时”生成动态逻辑。逻辑生成过程和格式结构上类似于离线定制逻辑生成过程)。差别在于，该逻辑是为已经在网络中发生的特定的识别故障生成的，而不是考虑所有可能的故障位置。使用用户离线设定的参数动态地考虑用户偏好，诸如备用恢复路径的优先级设定，和备用电源的负载平衡。动态过程对于处理多个连续故障是特别有用的，在该多个连续故障中，在系统中发生了一个故障，并将其隔离且恢复全部或者部分未被供电的负载，而接着在网络中发生另一故障。动态逻辑生成算法将自动生成对于该第二故障以及任何新故障要求的逻辑。

现在参考图10，示出了第二示例配电系统，该系统包括四个配电站(S1～S4)，十二个开关(R1～R12，为了示例的目的，假定所有开关具有故障电流断开能力)，九个负载(L1～L9)，所有负载通过馈电线电路连接。开关R4，R9，和R12是常开联络开关(其中仅为了示例性目的，R9和R12是断路器，通常在配电站的断路器不用作联络开关)，其维持该系统中的辐射状馈电线配置，所有其他开关均为常闭开关，用于沿馈电线电路将电力从配电站传送到负载。尽管没有在图10中示出，系统中的每个开关与用于监测和保护目的的IED关联。如上所讨论的，IED可以与例如位于配电站中的馈电线自动化控制器通信。

为了示例说明本发明的馈电线自动化过程，假定在负载节点L3发生永久故障。开关R3是与该故障位置最接近的上游开关，与开关R3关联的IED感测故障电流，并且基于预定义的保护设置，控制开关R3断开。如果开关R3是重合开关，重合序列将遵从初始开关断开操作，即，IED将控制开关R3重合和断开若干次。在重合序列结束之后，如果IED继续感测到故障电流，则识别永久故障并且开关R3被设定到锁定(断开)状态。注意开关R3的断开、重合和锁定序列是由关联的IED在没有来自主控制器的控制的情况下自动实施的。

在主控制器接收到开关R3的锁定信息之后，馈电线自动化过程识别故障位置，隔离故障馈电线区段，并从备用配电站恢复连接到下游完好区段的负载。首先，基于开关R3的锁定信息，主控制器识别故障位置，其是锁定开关R3和其下游开关R6和R10之间的馈电线区段。接着，从故障位置推断，主控制器中的隔离算法确定两个下游开关R6和R10是隔离开关，并将断开开关命令发送到与这两个下游开关关联的IED。断开下游开关R6和R10隔离了故障馈电线区段并且导致两个未被供电的负荷区域，包括下游负载L5，L6，L7，L8和L9。最后，执行主控制器中的负载恢复算法，以基于故障后系统配置和配电站、馈电线和开关的容量限制，生成恢复解决方案：(1)配电站3通过闭合开关R3恢复负载L5和L6，以及(2)配电站4通过闭合开关R12恢复负载L8和L9。

在本发明的馈电线自动化算法中，故障位置识别和故障隔离按上述方式相对容易实现，而搜索负载恢复解决方案可以变的非常复杂，这取决于配电系统配置和诸如配电站、馈电线和开关的各种装置的容量限制。例如，一些网络配置没有可用的单路径恢复解决方案，并且必须考虑用于恢复的多条备用配电站-馈电线路径。

本发明提供多路径负载恢复解决方案，以在配电系统中发生和隔离故障之后自动恢复尽可能多的负载。一般，对于每个隔离的负荷区域，本发明的恢复逻辑生成方法首先搜索单路径恢复策略。如果没有可行的单路径恢复策略存在，该方法接着识别可以被断开以便将隔离的负荷区域分隔为两个或更多子网络的适当开关，以使得每个子网络中的未被供电的负载可以从适当的反馈路径恢复。如果特定的恢复策略致动多个网络分隔开关，则不尝试来找到具有更多网络分隔开关的策略。以这种方式，最小化开关操作的次数。此外，当需要一条以上路径来恢复电力时，可以应用(电力恢复路径)的负载平衡算法。

该多路径负载恢复算法的流程图示于图11中。恢复过程在隔离开关断开以完成故障隔离步骤之后开始。在一个或更多实施例中，故障隔离根据上述的连通矩阵方法完成。在第一步骤300，识别每个隔离开关SWiso[i]。如将理解的那样，本发明的算法是递归的，并且因此，对于每个隔离开关，在302开始重复图11的算法。在步骤302，对于给定的SWiso[i]，恢复算法向下游搜索第一多连接负载节点(下文称为“Lmc”)。Lmc是连接到多于一个下游开关的负载节点。

如果没有找到Lmc，这表示只有一个负载恢复源可以用于该特定的隔离的未被供电的负载。在304定位该电源的对应的联络开关。从对应的联络开关，在步骤306，取决于该电源的容量，恢复负载直到SWiso[i]。如果容量检查失败，断开新的联络开关来分离超过电源容量的负载。此后，算法在308递归地回到下一SWiso[]。

如果找到Lmc，在310算法确定是否一条或者多条单配电站-馈电线恢复路径独自具有足够的容量来恢复所有的负载。如果单条路径可用，在312，选择具有最大恢复容量的配电站-馈电线路径来恢复所有负载。恢复算法接着递归地回到下一SWiso[]。

如果没有单条路径具有足够的容量，算法识别连接到Lmc的直接下游开关，并在316将它们存储在矢量SWother[]。在318，算法从每个SWother[]向下游追踪，来识别闭合的开关，其被存储在矢量SWs[]中。从每个SWother[]的追踪继续直到达到联络开关或者下游第二Lmc节点。在320，通过仿真每个开关SWs[]的断开，恢复算法确定该网络是否可以被分成两个子网络，其中可以分别恢复未被供电的负载。如果开关SWs[]中的任何开关在断开时将网络分成两个能够由单独的电源供电的子网络，在步骤322选择最佳平衡恢复电源的负荷水平的开关SWs[]。此后，在324，系统递归地回到在302的下一隔离开关。

如果在步骤320没有找到满足上述标准的开关，那么对于SWother[]中的每个开关，在326确定其下游联络开关的数量是否大于1，这表示在下游存在另一Lmc节点。如果对某一特定SWother[]，下游联络开关的数量大于一，在328将该SWother[j]当作隔离开关SWiso，并且算法递归地从302开始。

如果开关SWs[]确实不具有一个以上下游联络开关，这表示只有一个负载恢复源可以用于该特定的隔离的未被供电负载。在304定位该电源的对应的联络开关。从对应的联络开关，在步骤306取决于该电源的容量恢复负载直到SWother[]。如果容量检查失败，断开新的联络开关来分离超过电源容量的负载。此后，算法在308递归地回到下一SWother[]。

作为多路径恢复算法的结果，生成一组开关操作，其包括应当被断开和闭合的开关的列表。开关断开/闭合操作导致新的系统配置，该配置最优地从一条或者多条配电站-馈电线路径恢复未被供电的负载。

图12示出一示例性的配电系统，其展示了多路径负载恢复方法。该示例配电系统包括五个配电站，十三个开关，和九个负载。与开关关联的IED和主控制器未示出。配电站和开关的容量以单位安培(amp)的电流幅度表示，并且每个负载用恒定电流负载模型表示。例如，配电站S1的最大容量是2000安培，开关R1的最大容量是2000安培，并且L1的负载量是100安培。

为了简单，所有开关容量大于配电站容量。因此，配电站容量是在选择恢复路径中的主要容量限制。应当理解，这种假设仅仅是示例性的，本发明的容量检查包含容量限制和开关容量两者。此外，为了本示例的目的，假定所有其他系统操作限制，诸如馈电线电力潮流和沿馈电线电路的电压降，在系统配置改变之后均在预定的范围内。

如图12所示，配电站S 1向系统中的所有负载供电。开关R5，R8，R9和R11是常开的联络开关，其保持辐射状系统配置。如果在负载节点L1发生永久故障，开关R1在重合序列之后设定到锁定断开状态。此后，开关R2断开以隔离故障区段。由于锁定和隔离，负载L2-L9未被供电。在该配电网络中，配电站2-5(S2-S5)可以用于提供备用电力。

基于本发明的恢复方法，恢复逻辑生成算法找到隔离开关R2。接着，从开关R2，识别位于下游的Lmc(负载节点L3)。接着，执行对于具有足够容量来恢复所有负载的单条配电站-馈电线路径的搜索。在该特定系统中，故障隔离之后总的未被供电的负载量是950安培(负载L2～L9之和)，每个开关具有2000安培的容量限制，这大于总的未被供电的负载量。因此，在选择适当恢复路径中只需要考虑备用配电站容量。所有备用配电站源(即，S2：500安培，S3：500安培，S4：700安培，S5：400安培)均小于950安培的总负载量。因此，没有单配变电站-馈电线路径能够恢复所有未被供电的负载。

由于没有单条恢复路径能够恢复所有负载，恢复逻辑生成算法接着搜索直接连接到L3的下游开关(SWother)，其包括R4，R6，和R12，以及从Lmc(L3)到下游联络开关或者下游Lmc的所有下游闭合开关(SWs)，其包括R4，R6，R13和R12。在四个开关(SWs)中，如果R4，R6，或者R12断开，则不能完全地恢复每个生成的子网络中的未被供电负载。如果开关R13断开以将未被供电的负荷区域分隔为两个子网络，则可以恢复每个子网络。因此，选择开关R13作为恢复解决方案中要断开的开关。图14示出了通过断开不同的开关产生的子网络信息，包括它们的最大配电站容量，它们的范围内的总的未被供电的负载量，以及未被供电的负载是否可以完全恢复。

当开关R13断开时，左侧的子网络(子网络1)中的未被供电的负载(L2，L3，L4和L12)通过闭合开关R11由配电站4(S4)恢复，因为配电站4(S4)具有比同一子网络中的配电站2(S2)更大的容量。由于相同的原因，右侧的子网络(子网络2)中的未被供电的负载通过闭合开关R8由配电站3(S3)供电。作为恢复算法的结果的开关断开/闭合操作序列是断开开关R13，并接着闭合开关R8和R11。恢复后的系统配置示于图13中。接着由电力恢复控制器13实施该恢复序列，来告诉IED 14控制开关的操作，并且最终达到了恢复后系统配置。

为了示出多路径负载恢复逻辑生成算法的更先进的特征，图15示出可选的示例配电系统。该示例配电系统包括四个配电站，十一个开关，以及八个负载。如上所述，与开关关联的IED和主控制器未示出。配电站的容量和开关的负荷容量以单位安培(amp)的电流幅度表示，并且每个负载用恒定电流负载模型表示。这些量在每个配电站、开关和负载下面示出。

为了简化目的，假定所有开关容量远大于配电站容量，因此，配电站容量是在选择恢复路径中的主要容量限制。此外，为了简化恢复问题，假定所有其他系统操作限制，诸如馈电线电力潮流和沿馈电线电路的电压降，在系统配置改变之后均在预定的范围内。

开关R5，R9和R11(例如断路器)是常开的联络开关，其保持辐射状系统配置。如果在负载节点L1发生永久故障，开关R1在重闭合序列之后进入到锁定断开状态，开关R2被命令断开以隔离故障区段。该锁定和隔离使得负载L2-L8未被供电。在该配电网络中，存在三个其他备用电源(S2-S4)。

基于本发明的恢复方法，恢复逻辑生成算法搜索位于隔离开关R2下游的第一Lmc(即，负载节点L3)。接着，确定是否任何单条配电站-馈电线路径有足够的容量恢复所有负载。在该特定系统中，故障隔离之后总的未被供电的负载是1200安培(负载L2～L8之和)，每个开关具有2000安培的容量限制，其大于总的未被供电的负载量。因此，出于容量的目的，当在本示例中选择恢复路径时，只需要考虑配电站容量。所有备用配电站电源(即，S2：500安培，S3：500安培，S4：400安培)提供的容量均小于需要的总负载量(1200安培)。因此，没有单个配电站-馈电线路径能够恢复所有未被供电的负载。

恢复逻辑生成算法接着确定哪些下游开关(SWother)直接连接到L3，包括R4和R6，以及哪些闭合的开关(SWs)连接在Lmc(L3)和下游联络开关或者Lmc(L6)之间，包括R4，R6和R7。

接着，算法确定断开R4，R6或R7将不会把未被供电的网络分隔为用于单路径恢复的两个子网络(图16)。接着恢复逻辑生成算法确定是否存在另一Lmc(L6)，如果是，将直接上游的SWother(R6)当作隔离(断开)开关。通过将R6当作隔离开关，算法的方法可以被递归地调用。现在关注的网络包括R7-R11，L5-L8，和S3-S4。为了示例性目的，该网络被称为NtWrk1。

对于NtWrk1，恢复算法递归地开始，并且确定Lmc(L6)在隔离开关下游。接着，确定该单路径恢复不可行，因为NtWrk1的总的未被供电的负载是800安培，而S3和S4的最大电源容量是500安培。接着，恢复逻辑生成算法确定哪些下游开关(SWother)直接连接到L6，包括R8和R10，以及哪些闭合的开关(SWs)连接在Lmc(L6)和下游联络开关或Lmc之间，包括R8和R10。

接着，算法确定断开R8或R10将不会把未被供电的网络NtWrk1分隔为用于单路径恢复的两个子网络。接着恢复逻辑生成算法确定不存在其他Lmc。因为在L6下游不存在其他Lmc，算法从每个SWother确定对应的下游联络开关。对于R8，对应的联络开关是R9，对于R10，对应的联络开关是R11。从联络开关R9，S4能够恢复直到L7，因此R9闭合而R8断开。从联络开关R11，S3能够恢复直到L6，因此R11闭合而R7断开。

现在对NtWrk1进行了配置，算法处理Lmc L3。如上所述，从L3，R6被设定为隔离开关，因为其连接到下游Lmc。Lmc L3的剩下的SWother是R4。因为R4不包括下游Lmc，算法找到对应的下游联络开关R5。从对应的联络开关R5，S2能够恢复直到L2，因此R5闭合而R2(原始的隔离开关)保持断开。剩下的容量是100安培，不足以恢复L5，因此R6被设定为断开。

总体上，由于没有可行的单路径恢复，提出的算法将有策略地使用备用电源并恢复尽可能多的负载。得到的恢复后系统配置示于图17中。

本发明可以实施为或者采取前述的方法和系统的形式，以及具有存储于其上的计算机可读指令的计算机可读介质的形式，该计算机可读指令当由处理器执行时，执行本发明的操作。计算机可读介质可以是包含、存储、传送、传播或传输供指令执行系统、设备或装置使用或者与其结合使用的用户接口程序指令的任何介质，并且例如可以是但不限于电子、磁、光、电磁、红外或者半导体系统，设备、装置，或者，可以是在其上打印了程序的传播介质或者其他适当的介质。计算机可读介质的更具体的示例(非穷举列表)将包括：便携式计算机软盘，硬盘，随机存取存储器(RAM)，只读存储器(ROM)，可擦除可编程只读存储器(EPROM或者闪存存储器)，光纤，便携式光盘只读存储器(CD-ROM)，光存储装置，传输介质诸如支持互联网或者内部网的介质，或者磁存储装置。用于执行本发明的操作的计算机程序代码或者指令可以以任何合适的编程语言编写，只要其允许实现之前描述的技术结果。

应当理解，前面的一个或多个示例性实施例的描述其意图是仅仅为对发明的说明，而不是穷举本发明。本领域普通技术人员将能够对公开的主题的一个或多个实施例进行某些添加，删除，和/或修改，而不偏离如权利要求书所限定的本发明的精神或范围。

Claims (20)

1.一种恢复配电网中的电力的方法，该配电网具有多个电源，多个负荷区域，互联在所述多个电源和所述多个负荷区域之间的多个开关装置，与所述多个开关装置中的每一个相关联以控制所述开关装置的智能电子装置，该方法包括：

提供与所述智能电子装置通信的至少一个电力恢复控制器；

定义至少一个基础网络状态；

为所述至少一个基础网络状态创建电力恢复逻辑；

针对所述至少一个基础网络状态的电力恢复逻辑进行仿真；以及

将该电力恢复逻辑传送到所述至少一个电力恢复控制器，之后该电力恢复控制器监测并控制所述智能电子装置。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述定义至少一个基础网络状态的步骤包括定义多个基础网络状态。

3.根据权利要求2所述的方法，其中所述为多个基础网络状态创建电力恢复逻辑的步骤包括：针对每个基础网络状态，为在每个负荷区域的仿真的单个永久故障自动生成电力恢复逻辑。

4.根据权利要求3所述的方法，还包括隔离永久故障负荷区域并执行与在该故障负荷区域的永久故障相关的恢复逻辑。

5.根据权利要求1所述的方法，其中所述定义至少一个基础网络状态的步骤包括定义所述多个开关以及所述多个电源的负荷容量，并且定义将所述多个开关与所述多个电源相互关联的网络拓扑结构。

6.根据权利要求5所述的方法，其中所述基础网络状态针对多个电源使用模式加以定义。

7.根据权利要求6所述的方法，其中第一基础网络状态针对夏季电力使用模式定义，而第二基础网络状态针对冬季电力使用模式定义。

8.根据权利要求5所述的方法，还包括验证该至少一个基础网络状态不违背辐射状负载要求或者容量限制的步骤。

9.根据权利要求1所述的方法，其中所述为每个基础网络状态创建电力恢复逻辑的步骤包括自动生成恢复逻辑，向用户显示该恢复逻辑，以及允许由用户修改该恢复逻辑。

10.根据权利要求1所述的方法，其中所述为每个基础网络状态创建电力恢复逻辑的步骤包括：

创建故障隔离之后未被供电的负载的学习网络；

仿真配电网中所有开关的断开；

从每个仿真的电源向下游移动并且每次闭合一个开关；

计算剩余可用容量，并且如果容量不足，则将最后断开的开关标记为联络开关，否则，继续直到达到联络开关或者多电源负荷区域；

针对任何多于一个电源所达到的多电源供给负载使用具有最大剩余容量的仿真的电源；以及

将从除了具有最大容量的电源之外的电源连接到该多电源负荷区域的所有开关标记为联络开关。

11.根据权利要求1所述的方法，其中所述仿真预定义的电力恢复逻辑的步骤还包括仿真每个负荷区域处的故障的步骤。

12.根据权利要求11所述的方法，其中该仿真视觉地显示给用户。

13.根据权利要求1所述的方法，还包括动态地生成和执行电力恢复逻辑。

14.根据权利要求13所述的方法，其中所述动态地生成和执行电力恢复逻辑的步骤还包括，当未在配电网中，未在所述至少一个基础网络状态中被配置时，如果故障发生则动态生成电力恢复逻辑。

15.根据权利要求14所述的方法，其中当动态生成电力恢复逻辑并且多于一个备选电源可用时，根据预定义的路径用户偏好或者容量保留因子选择电源。

16.根据权利要求14所述的方法，其中当动态生成电力恢复逻辑并且多于一个备选电源可用时，选择具有最大优先级值的电源，其中所述优先级值根据下式计算：

AltPriority(i)＝AltPathPriority(i)*PF+AvailCapacityFactor(i)*

(1-PF)；

其中AvailCapacityFactor(i)是对应的备选电力恢复路径i的恢复后可用容量保留因子，AltPathPriority(i)是备选电力恢复路径(i)的用户定义的优先级设定，并且PF是用户定义的偏好因子。

17.根据权利要求16所述的方法，其中AvailCapacityFactor(i)是根据下式计算的：

AvailCapacityFactor(i)＝(Capacity-TotalLoad)/Capacity其中Capacity是备选电力恢复路径i的电源容量，并且TotalLoad是恢复后的电源的总负载。

18.一种恢复配电网中的电力的方法，该配电网包括多个电源，多个负荷区域，互联在所述多个电源和所述多个负荷区域之间的多个开关装置，与所述多个开关装置中的每一个相关联以控制所述开关装置的智能电子装置，以及与所述智能电子装置通信的电力恢复控制器，该方法包括：

隔离处于故障状态的负荷区域，

识别包括在故障状态的负荷区域下游的负荷区域的一个或多个未被供电的负载网络；

从单个电源向每个未被供电的负载网络恢复电力；

如果没有单个电源能够向未被供电的负载网络恢复电力，则断开将每个未被供电的负载网络分成两个或更多子网络的一个或多个开关；以及

从单个电源向每个所述子网络恢复电力，直到用尽电源容量或者违背了开关负荷容量。

19.根据权利要求18所述的方法，其中断开分开每个未被供电的负载网络的所述一个或多个开关的步骤还包括：

确定是否一个以上的开关配置能够将未被供电的负载网络分成所述两个或更多子网络；

选择最佳地平衡向每个子网络恢复电力的电源负载的开关配置。

20.根据权利要求18所述的方法，其中断开分开每个未被供电的负载网络的所述一个或多个开关的步骤还包括：

确定是否一个以上的开关配置能够将未被供电的负载网络分成该两个或更多子网络；

基于用户定义的偏好选择开关配置。

Images