CN101964526B - 网络功率不足时的电网恢复重构方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种网络功率不足时的电网恢复重构方法，该方法包括：获取网络重构请求，获取故障发生前的网络相关信息；启动重构算法，计算待恢复区负荷容量及网络功率裕量；进行恢复区分割计算，将无故障失电区分割成几个区域，选出最优分割方法；判断网络功率裕量和该网络结构是否足够恢复所有负荷；对每个序列组进行分区有效节点串计算和最优函数计算；每个最优函数计算过程需遍历所有分区及所有节点串；完成所有循环计算后输出计算结果。本发明可以用于现有电网故障后恢复操作及智能电网自愈性研究。

Description

网络功率不足时的电网恢复重构方法

技术领域

本发明属于电力系统领域，尤其涉及网络重构算法研究。

背景技术

电网故障恢复重构是指在电网故障定位和隔离的基础上恢复对无故障失电区的负荷供电。实际系统运行过程中，可能出现网络功率不足的情况，从而难以恢复所有无故障失电区的负荷供电。这种情况下，选择恢复哪些负荷才能使得恢复负荷总量最大已经成为电力系统需要迫切考虑的问题之一。

发明内容

本发明的目的是针对以上问题，提出一种网络功率不足时的电网恢复重构方法，所述的方法是通过如下的技术方案实现的，包括步骤：

步骤1：获取重构网络相关信息，包括网络故障前的潮流、电压、功率分布以及非故障失电区的节点信息等；

步骤2：计算网络的功率裕量v₀，

v₀＝α(S-v_use-v_loss)，

式中，v₀为重构计算前网络的初始功率裕量；S为网络中所有电源提供的总功率；v_use为网络中未失电的负荷总量；v_loss为故障前网络中的网损；α为可靠系数，优选取值0.8-0.95；

步骤3：进行待恢复区的分割计算，将无故障失电区分割成几个区域，对于任意一种分区方案y，其评价函数g(y)为：

$g\left(y\right)=[(S_j/S_{\mathrm{Lj}\_\max })-(\underset{k=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{v}_{\mathrm{node}-k}/\underset{j=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{S}_{\mathrm{Lj}\_\max })]\·p^{\mathrm{\β}}$

式中：S_j和S_{Lj_max}分别为支路j上所分配的负荷容量和该支路所能承受的最大容量，v_node-k为节点k的容量，n为需要恢复的节点数，m为可用于负荷转供的联络支路数，p为开关操作次数，β为开关系数，可选0至5闭区间内的整数；

选出最优分区方案G(y)为所有分区方案中评价函数值最小的一个，即：

G(y)＝min{g(y)}。

步骤4：判断网络功率裕量和该网络分区结构是否足够恢复所有负荷。即判断下式是否成立：

$v_0\≥\underset{i}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{v}_{\mathrm{node}-i}$

若是，进入步骤10输出计算结果；若否，则进入步骤5；

步骤5：根据分区结果进行序列生成，并组合不同分区的序列得出计算序列组；

步骤6：判断对所有序列组的计算是否完成。若是，则转至步骤10输出计算结果；否则，进入步骤7；

步骤7：计算本分区信息x_i及该分区的有效节点串集合opt C_i；

x_i＝(v_i){x_i-1+c_i-1}

$v_i=v_{i-1}-v_{c_{i-1}}$

opt C_i＝{c|(c≤v_i)∩(c∈C_i)}

式中：x_i表示计算到第i分区时，已选的节点串和此刻网络中剩余的功率裕量v_i的组合，并且定义x₀＝φ，v_i-1、v_i分别为计算到分区i-1和i时网络的功率裕量；表示第i-1分区所选节点串c_i-1的容量。用C_i表示第i分区的节点串集合。

步骤8：计算x_i条件下的最优函数f_i(x_i)及f(X_i)，并记录每个v_i及所选的节点串c_i。

$N=\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Π}}}\left(n_i\right)$

$f_i\left(x_i\right)=\underset{x_{i-1}\∈X_{i-1}}{\max }[f_{i-1}\left(x_{i-1}\right)+\mathrm{opt}{C}_i]$

$f\left(X_i\right)=\underset{j=1}{\overset{N}{\max }}\left\{\underset{x_i\∈X_i}{\max }{f}_i\left(x_i\right)\right\}$

式中：n_i表示第i分区的序列数；X_i表示可能的x_i的集合；

步骤9：判断是否已经遍历所有分区及节点串。若是，则进行下一个序列循环，并进入步骤6；否则，进行下一个分区计算循环，并进入步骤7。

步骤10：输出计算结果。

本发明是一种网络功率不足时的电网恢复重构方法，可以用于现有电网故障后恢复操作及智能电网自愈性研究。

附图说明

下面结合附图对本发明作详细说明：

图1为根据本发明实施例的具有33个节点的电网拓扑图；

图2为根据本发明实施例的恢复区节点串序列拓展示意图；

图3为根据本发明实施例的算法流程图。

具体实施方式

以图1所示系统的有功计算为例，该系统包含共33个节点，其中在节点1和节点7处设有发电机，在本实施例中，为简化计算，假设无功充足。

图1中节点与支路信息如表1、表2所示。图中实线为正常运行时的计算支路(如支路1-2)，虚线为常开的联络支路(如支路12-22)。假设节点7发生故障并被切除，则发电机S2退出运行，则节点8至节点18的支路为非故障失电区(待恢复区)，该区的有功容量为0.765MW。设发电机S1有功为3.85MW，通过潮流计算，得到故障前网损0.2MW，根据本发明实施例的电网恢复重构方法的实现步骤如下：

表1网络节点负荷功率表

表2网络支路信息表

计算网络的功率裕量，即可用于转供的最大负荷量。在本实施例中，为简化计算，可假设故障恢复重构后网损与故障前网损近似相等，则有：

v₀＝α(S-v_use-v_loss)

其中，α选用0.95，得v₀＝0.665MW。

非故障失电区可能同时连接有多个联络开关以用于负荷转供，如图1中的8-21；12-22；18-33等，需要将非故障失电区的负荷节点分割为不同的恢复区域。恢复区的分割需要综合考虑联络支路容量、联络开关和网络结构等要求。尽量分割为可供负荷转供的联络开关等数量的负荷区(恢复区内部的联络支路不考虑，如图1中支路9-15)，且每个负荷区的容量与该联络线的传输容量相匹配，并能满足各约束条件。本发明采用的分配方法综合考虑了开关操作与负荷平衡。设y为任一分配方案，设g(y)为其分区评价函数：

$g\left(y\right)=[(S_j/S_{\mathrm{Lj}\_\max })-(\underset{k=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{v}_{\mathrm{node}-k}/\underset{j=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{S}_{\mathrm{Lj}\_\max })]\·p^{\mathrm{\β}}$

式中：S_j和S_{Lj_max}分别为支路j上所分配的负荷容量和该支路所能承受的最大容量，v_node-i为节点i的容量，n为需要恢复的节点数，m为可用于负荷转供的联络支路数，p为开关操作次数，β为开关系数，系数越高，开关操作数对分割结果影响越重，可选0至5闭区间内的整数。

根据重构需求，可根据实际情况选择不同的分区方案，图1中可行的方案之一为：分区A[8，9，10]，分区B[11，12，13，14]，分区C[15，16，17，18]。

每一分区中，根据所选节点的先后顺序不同而形成不同的操作序列，该序列可抽象为节点串c_i来表示(用C_i表示第i分区的节点串集合)。例如：分区A的节点集合为[8，9，10]，从节点8开始，恢复顺序依次为节点8，节点9，节点10，其表示为三个节点串(即C_i)：{(8)；(8，9)；(8，9，10)}，可见该区的恢复序列仅为一个。对于分区B的节点集合[11，12，13，14]，则有三个不同的恢复序列，如图2所示，有：序列1{(12)；(12，13)；(12，13，14)；(11，12，13，14)}；序列2{(12)；(12，13)；(11，12，13)；(11，12，13，14)}；序列3{(12)；(11，12)；(11，12，13)；(11，12，13，14)}。对于分区C的节点集合[15，16，17，18]，从节点18开始，恢复顺序依次为节点18，节点17，节点16，节点15，该区的恢复序列也仅为一个，即{(18)；(17，18)；(16，17，18)；(15，16，17，18)}。

由此，对恢复序列的选择转化成了对节点串的选择。不同划分方法及不同分区的恢复序列间均有多种序列组合。

用n_i表示第i分区的序列数，则计算序列数有：

$N=\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Π}}}\left(n_i\right)$

对于每个计算序列，用x_i表示计算到第i分区时，已选的节点串(每个分区仅选择一个节点串或不选)和此刻网络中剩余的功率裕量v_i的组合(X_i表示可能的x_i的集合)，有：

x_i＝(v_i){x_i-1+c_i-1}

$v_i=v_{i-1}-v_{c_{i-1}}$

式中：表示第i-1分区所选节点串c_i-1的容量。

第i分区有效节点串集合为：

opt C_i＝{c|(c≤v_i)∩(c∈C_i)}

各计算环节均需满足有效节点串集合。

定义f_i(x_i)表示x_i条件下可选择的节点串与前一分区最优结果进行组合的最优结果，有：

$f_i\left(x_i\right)=\underset{x_{i-1}\∈X_{i-1}}{\max }[f_{i-1}\left(x_{i-1}\right)+\mathrm{opt}{C}_i]$

对于第i分区，计算出每个f函数，记下每个v_i及所选的节点串c_i。继续根据多个计算节点的结果计算该计算分区的最优函数，记为f(X_i)。

$f\left(X_i\right)=\underset{j=1}{\overset{N}{\max }}\left\{\underset{x_i\∈X_i}{\max }{f}_i\left(x_i\right)\right\}$

以上计算过程中，若遇到多个结果均满足最优函数时，选择开关操作数量最少的为接受值。若仍有多个结果开关操作数也相同，则都要参加后续计算，直到最终输出结果阶段任意选取一个结果。

设从第1分区开始计算，定义x₀＝φ，C₁为第1分区节点串集合。那么，对于第1分区任一x₁，可得到该状态的f函数为：

f₁(x₁)＝max[optC₁]

对于图1所示系统，选用分区[8，9，10]为第1分区，则可有：

C₁＝{(8)；(8，9)；(8，9，10)}

利用上述方法可以得到第1分区的最优函数f₁(x₁)及f(X₁)。在进行第2分区计算时，对于该分区的每一x₂，分别与各f₁(x₁)进行组合计算，当然计算操作后系统须满足网络结构约束。这样求出f(X₂)，并进而求取各分区最优目标f(X_i)，从而达到本网络容纳负荷量最优，并停止操作。

如图3所示，为上述方法的流程图，包括步骤：

步骤S101，恢复重构计算开始。

步骤S102，获取重构网络相关信息，包括网络故障前的潮流、电压、功率分布以及非故障失电区的节点信息等。

步骤S103，计算网络的功率裕量v₀。

步骤S104，进行待恢复区的分割计算，将无故障失电区分割成几个区域，选出最优分区方法。

步骤S105，判断网络功率裕量和该网络分区结构是否足够恢复所有负荷。若是，转步骤S113输出计算结果；否则，进入步骤S106。

步骤S106，根据分区结果进行序列生成，并组合不同分区的序列得出计算序列组。

步骤S107，判断该分区所选定序列组的计算是否完成。若是，则转步骤S112输出计算结果；否则，进入步骤S108。

步骤S108，计算本分区信息x_i及该分区的有效节点串集合opt C_i。

步骤S109，计算x_i条件下的最优函数f_i(x_i)及f(X_i)。

步骤S110，判断是否已经遍历所有分区及节点串。若是，则进入步骤S112；否则，进入步骤S111。

步骤S111，循环进入下一分区计算，并转入步骤S108。

步骤S112，循环进入下一计算序列，并转入步骤S107。

步骤S113，输出计算结果为接收节点为：(8；11，12，13，14；15，16，17，18)；恢复总功率为：0.66MW；计算结束。

需要说明的是，本发明中的具体实施方法包括潮流计算、电网重构相关约束都有现成的理论基础，因此，具体概念方法在这里没有必要进一步描述。根据上述的描述，本领域的研究和技术人员可以对本发明的各个步骤进行合并、分解或改进，这些具体的变化都应当在本发明权利要求书限定的范围之内。

Claims (3)

1.一种网络功率不足时的电网恢复重构方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：获取重构网络相关信息，计算网络的功率裕量v₀，

v₀＝α(S-v_use-v_loss)

其中，v₀为重构计算前网络的初始功率裕量；S为网络中所有电源提供的总功率；v_use为网络中未失电的负荷总量；v_loss为故障前网络中的网损；α为可靠系数；

步骤二：进行待恢复区的分割计算，将无故障失电区分割成若干区域，对于任意一种分区方案y，其评价函数g(y)为：

$g\left(y\right)=[(S_j/S_{\mathrm{Lj}\_\max })-(\underset{k=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{v}_{\mathrm{node}-k}/\underset{j=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{S}_{\mathrm{Lj}\_\max })]\·p^{\mathrm{\β}}$

其中，S_j和S_{Lj_max}分别为支路j上所分配的负荷容量和该支路所能承受的最大容量，v_node-k为节点k的容量，n为需要恢复的节点数，m为可用于负荷转供的联络支路数，p为开关操作次数，β为开关系数；

选出所有分区方案中评价函数值最小的一个做为最优分区方案G(y)，即：

G(y)＝min{g(y)}；

步骤三：判断网络功率裕量和该网络分区结构是否能够恢复所有负荷，若是，进入步骤九输出计算结果；否则，进入步骤四；

步骤四：根据分区结果进行序列生成，并组合不同分区的序列得出计算序列组；

步骤五：判断对所有序列组的计算是否完成；若是，则转至步骤九输出计算结果；否则，进入步骤六；

步骤六：计算本分区信息x_i及该分区的有效节点串集合opt C_i；

x_i＝(v_i){x_i-1+c_i-1}

$v_i=v_{i-1}-v_{c_{i-1}}$

opt C_i＝{c|(c≤v_i)∩(c∈C_i)}

其中：x_i表示计算到第i分区时，已选的节点串和此刻网络中剩余的功率裕量v_i的组合，并且定义x₀＝φ，v_i-1、v_i分别为计算到分区i-1和i时网络的功率裕量；

表示第i-1分区所选节点串c_i-1的容量，C_i表示第i分区的节点串集合；

步骤七：计算x_i条件下的最优函数f_i(x_i)及f(X_i)，并记录每个v_i及所选的节点串c_i：

$N=\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Π}}}\left(n_i\right)$

$f_i\left(x_i\right)=\underset{x_{i-1}\∈X_{i-1}}{\max }[f_{i-1}\left(x_{i-1}\right)+\mathrm{opt}{C}_i]$

$f\left(X_i\right)=\underset{j=1}{\overset{N}{\max }}\left\{\underset{x_i\∈X_i}{\max }{f}_i\left(x_i\right)\right\}$

其中，n_i表示第i分区的序列数；X_i表示可能的x_i的集合；

步骤八：判断是否已经遍历所有分区及节点串；若是，则进行下一个序列循环，并进入步骤五；否则，进行下一个分区计算循环，并进入步骤六；

步骤九：输出计算结果。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤一中的可靠系数α的优选取值为0.8～0.95。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤二中的开关系数β的可选值为0至5闭区间内的整数。

Images