CN102097865A - 一种电力系统供电恢复方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种供电恢复方法，尤其是涉及一种电力系统供电恢复方法。本发明将供电恢复策略采用基于电路“短接”的快速识别网络连通性的孤岛划分算法；采用智能优化算法的切负荷和网络重构双重优化，将优化过程分为两层，分别建立数学模型，减小优化变量维数和组合数量，缩短优化时间，有效的控制了组合爆炸问题，解决了多目标函数的权重取值的问题；并采用柔性潮流算法，将电能质量（频率）约束引入到电力系统供电恢复中，考虑发电机的静特性，将系统频率作为供电恢复的约束条件，提高了负荷恢复量。

Description

一种电力系统供电恢复方法

技术领域

本发明涉及一种供电恢复方法，尤其是涉及一种电力系统供电恢复方法。

背景技术

随着互联电网规模的不断扩大，电网结构越来越复杂，一旦发生故障或稳定问题，有可能造成大面积停电。电力系统恢复控制是保障供电可靠性的重要手段，其任务是在大停电发生后安全、快速、经济地恢复供电。随着大电网的互联以及负荷的迅猛增长，电力系统的规模越来越庞大，局部的故障容易波及到全网引发大面积停电。同时电力工业的市场化改革使得系统的运行越来越接近其极限，也增加了大停电发生的概率。反复发生的大停电事故告诉我们，随着电力系统的扩大，发生灾变及事故因素的增加，波及范围的扩大，对国家安全、国民经济和人民生命财产造成的损失在大大增加，社会对事故停电的可接受性也越来越低。虽然大停电事故是不可避免的，但如果加强对事故恢复控制的研究，预先制定各种恢复计划，在事故时就能加快恢复的进程，使灾变与事故损失降低到最低限度。

供电恢复问题的核心是供电恢复方案的确定和优化，即根据电网实际运行状态和负荷组成及性质快速确定可保留的负荷集合电网中满足约束条件的供电恢复路径，以便在满足电网电能质量条件下尽可能快和尽可能多地恢复实际负荷。目前，相关研究中存在以下问题：

1)考虑的场景单一：通常只考虑了电力系统内部故障这一种故障场景，没有综合考虑各种场景下的供电恢复策略。

2)供电恢复模型整体优化求解的困难：供电恢复模型种多优化目标综合时权重系数的确定存在困难；另一方面，对供电恢复模型进行整体优化求解，可能的解空间非常大，造成很大的计算负担，在实际应用中存在障碍。

3)确定电网中恢复路径时较少考虑多种电能质量约束：通常只考虑了节点电压约束而没有考虑频率、谐波含量等电能质量约束。实际上，在供电恢复过程中由于初始功率缺额较大，恢复后的实际频率可能会偏离额定值，而过差的频率质量是不能够接受的；另一方面，考虑到发电机的频率特性和负荷静特性，在供电恢复过程中发电机有可能增发而多带负荷。

发明内容

本发明主要是解决现有技术所存在的通常只考虑了电力系统内部故障这一种故障场景，没有综合考虑各种场景下的供电恢复策略等的技术问题；提供了一种综合考虑了电力系统各种场景下的供电恢复策略的一种电力系统供电恢复方法。

本发明还有一目的是解决现有技术所存在的供电恢复模型种多优化目标综合时权重系数的确定存在困难；对供电恢复模型进行整体优化求解，可能的解空间非常大，造成很大的计算负担，在实际应用中存在障碍等的技术问题；提供了能够快速进行负荷恢复和网络重构优化的双层优化，实现失电区域的供电恢复，并且在恢复区域内实现电能质量(频率)约束，更符合微网运行的实际的一种电力系统供电恢复方法。

本发明再有一目的是解决现有技术所存在的通常只考虑了节点电压约束而没有考虑频率、谐波含量等电能质量约束。实际上，在供电恢复过程中由于初始功率缺额较大，恢复后的实际频率可能会偏离额定值，而过差的频率质量是不能够接受的；另一方面，考虑到发电机的频率特性和负荷静特性，在供电恢复过程中发电机有可能增发而多带负荷等的技术问题；提供了将电能质量(频率)引入到电力系统供电恢复中，引入柔性潮流计算配电网潮流及系统频率，考虑发电机的静特性，将系统频率作为供电恢复的约束条件，提高了负荷恢复量的一种电力系统供电恢复方法。

本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：

一种电力系统供电恢复方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤1、根据电网数据采集与监视控制系统提供的电网运行状态进行场景判别；

步骤2、根据判别出的场景，进行基于快速连通性检验的供电孤岛划分，得到孤岛的数量和范围，确定了孤岛内发电机、线路和负荷参数；

步骤3、以发电机的额定功率为基准，按照发电机的频率特性计算频率是49.5Hz时发电机的功率，将此功率作为发电机最大功率；

步骤4、计算49.5Hz情况下的初始网损P_LOSS0，计算功率缺额ΔP_G；

步骤5、建立每个孤岛的智能切负荷优化模型，采用智能优化算法确定可恢复负荷的具体组成和位置，优化变量为各等级负荷节点，采用0-1二进制；

步骤6、根据步骤5的结果建立每个孤岛的网络重构优化模型，采用智能优化算法，来确定需要操作的开关和孤岛内相应的电网结构，优化变量为开关变量，是满足网络的连通性的开关组合，减小了随机变量的范围，加快了收敛速度，采用0-1二进制；

步骤7、根据步骤5和步骤6的结果作为最优供电恢复策略，代入到柔性潮流中进行计算校核；将计算网损与初始网损进行比较，当误差大于初始网损50％时，返回到步骤4，重新修正初始网损；当误差小于初始网损50％时，继续进行到步骤8；

步骤8、如果步骤7的潮流结果满足约束条件，则输出最优供电策略；否则，返回步骤5重新搜索。

本发明创造性的将供电恢复策略依据故障类型化为四大类别；采用基于电路“短接”的快速识别网络连通性的孤岛划分算法；采用智能优化算法的切负荷和网络重构双重优化，将优化过程分为两层，分别建立数学模型，减小优化变量维数和组合数量，缩短优化时间，有效的控制了组合爆炸问题，解决了多目标函数的权重取值的问题；并采用柔性潮流算法，将电能质量(频率)约束引入到电力系统供电恢复中，考虑发电机的静特性，将系统频率作为供电恢复的约束条件，提高了负荷恢复量。

在上述的电力系统供电恢复方法，场景划分为4种：

场景2.1、下一级电网与上一级电网脱离独立运行；

场景2.2、下一级电网与上一级电网网并网运行，但上一级电网下载功率大幅度减小；

场景2.3、下一级电网与上一级电网脱离，且内部发生断线故障；

场景2.4、下一级电网与上一级电网脱离，且下一级电网中有部分电源退出运行。

在上述的电力系统供电恢复方法，所述的供电孤岛划分根据场景判别结果的具体划分方法为：

划分3.1、根据所所述的场景2.1，则不进行孤岛划分，同时切除低优先级的负荷，使得所有电源支撑高优先级负荷运行；

划分3.2、根据所所述的场景2.2，不进行孤岛划分，进行切负荷优化和网络重构优化；

划分3.3、根据所所述的场景2.3，若下一电网内发生断线故障的时候，网络通过联络开关可以恢复整个网络的连通性，则为一个供电孤岛运行，如果不能恢复连通性，故障网络被分为多个孤岛，则由各个孤岛内的电源来继续对重要负荷供电；

划分3.4、根据所所述的场景2.4，不进行孤岛划分，进行切负荷优化和网络重构优化；

在上述的电力系统供电恢复方法，所述的步骤3，步骤4中，对每个孤岛进行功率缺额计算具体方法为：

在进行切负荷之前，必须知道功率缺额，基于发电机的静特性，如式(1)所示。

$P_{\mathrm{Gf}}=P_{G0}(1-K_P\mathrm{\Δf})$

$\mathrm{\Δf}=\frac{f-f_e}{f_e}---\left(1\right)$

式中，P_Gf为发电机在实际频率下的发出的有功功率，P_G0为发电机的额定功率，k_P为发电机有功功率-频率调节系数，Δf为系统频率偏移的标幺值，f为系统实际频率的标幺值，f_e为系统额定频率的标幺值。我国电能质量允许的频率最低值为49.5Hz，则此时的有功功率缺额为：

$\mathrm{\Δ}{P}_G=\underset{j=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{P}_{\mathrm{Lj}}-\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{P}_{\mathrm{Gfi}}+P_{\mathrm{LOSS}0}---\left(2\right)$

式中，j＝1，2，...，m，m是孤岛内负荷的个数；i＝1，2，...，n，n是孤岛内发电机的个数；P_Gf是式(1)中发电机49.5Hz时输出有功功率；P_LOSS0是49.5Hz情况下网络的初始网损。

在上述的电力系统供电恢复方法，所述的步骤5中，对每个孤岛进行切负荷优化，具体方法为：

优化目标为孤岛内可恢复的高优先级负荷和总负荷量最大，即保证高优先负荷切负荷量最少；

当功率缺额小于三级负荷的总功率时，在三级负荷里进行切负荷，此时目标函数为：

$\min \left(F_{L0}\right)=\underset{p=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{x}_p{L}_{0p}---\left(3\right)$

当功率缺额大于三级负荷的总功率且三级和二级负荷总功率时，三级负荷全部切除，在二级负荷内进行切负荷，此时目标函数为：

$\min \left(F_{L1}\right)=\underset{i=1}{\overset{k}{\mathrm{\Σ}}}{x}_i{L}_{1i}---\left(4\right)$

当功率缺额大于二级级负荷和三级负荷的总功率，则二三级负荷全部切除，在一级负荷内进行切负荷，此时目标函数为：

$\min \left(F_{L2}\right)=\underset{j=1}{\overset{l}{\mathrm{\Σ}}}{x}_j{L}_{2j}---\left(5\right)$

式中，p＝1，2，...，m；i＝1，2，...，k；j＝1，2，...，l；L₂为一级负荷，L₁为二级负荷，L₀为三级负荷；m，k，l分别为第L0，L1，L2级负荷的个数；x_p，x_i，x_j＝1或0，表示负荷的状态，等于1表示负荷恢复供电，等于0表示负荷切除。

优化的约束条件为总的切负荷量大于或等于功率缺额。

$\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{X}_i\≥\mathrm{\Δ}{P}_G---\left(6\right)$

式中，i＝1，2，...，n，

是总的切负荷量，ΔP_G为式(4.6)中定义的功率缺额；

使用本发明方法，首先判断是在哪个等级的负荷区间切负荷，可以大幅度降低优化变量的维数。

在上述的电力系统供电恢复方法，所述的步骤6中，对恢复后的每个孤岛进行网络重构优化，具体方法为：

考虑开关操作需要耗费大量时间，不利于网络的快速恢复，故网络重构算法针对智能切负荷算法提供的可恢复负荷的具体组成和位置，以开关动作次数最少网络迅速恢复为目标，考虑常规约束和电能质量(频率)约束，采用智能优化算法确定需要操作的开关和孤岛内相应的电网结构，达到尽快恢复供电的目的。

基于目标函数四为：

$\min F(C,O)=\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}(1-c_i)+\underset{j=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{o}_j$

其中，m为系统中分段开关的数量，n为联络开关的数量。ci为1时，代表分段开关i在恢复中保持闭合状态；为0时，代表分段开关i在恢复中由闭合变为打开；oj为1时，代表联络开关j在恢复中由打开变为闭合，为0时，代表联络开关j在恢复中保持打开状态。

在上述的电力系统供电恢复方法，所述对每个孤岛进行网络重构优化的具体方法是基于目标函数：

$\min F(C,O)=\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}(1-c_i)+\underset{j=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{o}_j;$

其中，m为系统中分段开关的数量，n为联络开关的数量。c_i为1时，代表分段开关i在恢复中保持闭合状态，为0时，代表分段开关i在恢复中由闭合变为打开；o_j为1时，代表联络开关j在恢复中由打开变为闭合，为0时，代表联络开关j在恢复中保持打开状态。

网络重构约束条件为：

P_imin≤P_i≤P_imax

Q_imin≤Q_i≤Q_imax

V_jmin≤V_j≤V_jmax

S_k≤S_kmax

|Δf|≤0.01

式中：P_imin P_imax和Q_imin Q_imax为发电机有功功率和无功功率的上下限；V_jmin和V_jmax分别为节点j的电压上下限；S_kmax为支路k的功率传输极限；Δf为系统频率偏移的标幺值，相当于0.5Hz；系统频率计算采用柔性潮流算法。

在上述的电力系统供电恢复方法，所述的步骤7的计算校准是基于柔性潮流的潮流计算校准法，具体方法是基于建立了直角坐标牛顿-拉夫逊潮流模型，对雅克比矩阵进行了修改，加入了频率；所得结果包括节点电压，还具有系统频率以及发电机的实际功率，修改的雅克比矩阵为：

$\left[\begin{array}{c}\mathrm{\ΔP}\\ \mathrm{\ΔQ}\\ \mathrm{\Δ}{P}_{\mathrm{ref}}\end{array}\right]=-\left[\begin{array}{ccc}H& N& R\\ M& Z& S\\ O& G& I\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}\mathrm{\Δ\θ}\\ \mathrm{\ΔU}/U\\ \mathrm{\Δ}{f}_d\end{array}\right]$

式中：ΔP_ref为参考节点的功率偏移，系统功率的不平衡量最终可以体现在频率的偏移上。

因此，本发明具有如下优点：1.综合考虑了电力系统各种场景下的供电恢复策略；2.采用智能优化算法的切负荷和网络重构双重优化，将优化过程分为两层，分别建立数学模型，减小优化变量维数和组合数量，缩短优化时间，有效的控制了组合爆炸问题，解决了多目标函数的权重取值的问题；3.将电能质量(频率)引入到电力系统供电恢复中，引入柔性潮流计算配电网潮流及系统频率，考虑发电机的静特性，将系统频率作为供电恢复的约束条件，提高了负荷恢复量

附图说明

图1是本发明的工作流程图；

图2是本发明的实施例中的测试算例；

图3是本发明的实施例中各场景故障恢复情况。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。

实施例：

一种电力系统供电恢复方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤1、根据电网数据采集与监视控制系统提供的电网运行状态进行场景判别；场景划分为4种：

场景2.1、下一级电网与上一级电网脱离独立运行；

场景2.2、下一级电网与上一级电网网并网运行，但上一级电网下载功率大幅度减小；

场景2.3、下一级电网与上一级电网脱离，且内部发生断线故障；

场景2.4、下一级电网与上一级电网脱离，且下一级电网中有部分电源退出运行。

步骤2、根据判别出的场景，进行基于快速连通性检验的供电孤岛划分，得到孤岛的数量和范围，确定了孤岛内发电机、线路和负荷参数；供电孤岛划分根据场景判别结果的具体划分方法为：

划分3.1、根据所所述的场景2.1，则不进行孤岛划分，同时切除低优先级的负荷，使得所有电源支撑高优先级负荷运行；

划分3.2、根据所所述的场景2.2，不进行孤岛划分，进行切负荷优化和网络重构优化；

划分3.3、根据所所述的场景2.3，若下一电网内发生断线故障的时候，网络通过联络开关可以恢复整个网络的连通性，则为一个供电孤岛运行，如果不能恢复连通性，故障网络被分为多个孤岛，则由各个孤岛内的电源来继续对重要负荷供电；

划分3.4、根据所所述的场景2.4，不进行孤岛划分，进行切负荷优化和网络重构优化；

步骤3、以发电机的额定功率为基准，按照发电机的频率特性计算频率是49.5Hz时发电机的功率，将此功率作为发电机最大功率；

步骤4、计算49.5Hz情况下的初始网损P_LOSS0，通过公式2计算功率缺额ΔP_G；

步骤5、建立每个孤岛的智能切负荷优化模型，采用智能优化算法确定可恢复负荷的具体组成和位置，优化变量为各等级负荷节点，采用0-1二进制；

步骤6、根据步骤5的结果建立每个孤岛的网络重构优化模型，采用智能优化算法，来确定需要操作的开关和孤岛内相应的电网结构，优化变量为开关变量，是满足网络的连通性的开关组合，减小了随机变量的范围，加快了收敛速度，采用0-1二进制；

下面介绍一下基于快速识别连通性的孤岛划分算法

在下一级电网与上一级电网发生脱离的故障时，下一级电网的连通性没有发生变化，则不进行孤岛划分，切除低优先级的负荷，使得所有电源支撑高优先级负荷运行；若下一电网内发生断线故障的时候，网络通过联络开关可以恢复整个网络的连通性，则为一个供电孤岛运行，如果不能恢复连通性，故障网络被分为多个孤岛，则由各个孤岛内的电源来继续对重要负荷供电。这样可以保证等级高的负荷的供电，并且避免了现行孤岛运行的各种弊端。快速检验判断网络连通性的方法，基于图论中的邻接矩阵及网络拓扑，借鉴电路中“短接”概念，对各种复杂网络包括大规模网络也能快速有效的判别其连通性，进而确定网络的各个连通子集，即各个孤岛的范围。

其次介绍一下基于切负荷与网络重构的双层优化算法

本发明针对于每个孤岛，建立切负荷和网络重构双重优化模型。采用双层优化模型，可以降低优化变量维数和数量，缩短了优化时间，适用于在线计算；双层优化过程中，第一层优化变量个数为M，第二层优化变量个数为N，则优化的总的组合数为2^M+2^N，而一层优化的组合数为2^M×2^N，有效的控制组合爆炸问题，另外，每层设置单一目标，解决了多目标优化权重取值困难的问题。

(1)切负荷优化

将孤岛内的负荷按照其重要程度分为一级负荷(重要负荷)、二级负荷(一般负荷)和三级负荷(不重要负荷)三个等级。基于智能优化算法的切负荷过程是根据计算得到的孤岛内功率缺额，采用智能优化算法求解切负荷优化模型，切除一定量的各种级别负荷来保证孤岛内的功率平衡。

在进行切负荷之前，必须知道大致的功率缺额，本章考虑了发电机的静特性，如式(1)所示。

$P_{\mathrm{Gf}}=P_{G0}(1-K_P\mathrm{\Δf})$

$\mathrm{\Δf}=\frac{f-f_e}{f_e}---\left(1\right)$

式中，P_Gf为发电机在实际频率下的发出的有功功率，P_G0为发电机的额定功率，k_P为发电机有功功率-频率调节系数，Δf为系统频率偏移的标幺值，f为系统实际频率的标幺值，f_e为系统额定频率的标幺值。我国电能质量允许的频率最低值为49.5Hz，则此时的有功功率缺额为：

$\mathrm{\Δ}{P}_G=\underset{j=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{P}_{\mathrm{Lj}}-\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{P}_{\mathrm{Gfi}}+P_{\mathrm{LOSS}0}---\left(2\right)$

式中，j＝1，2，...，m，m是孤岛内负荷的个数；i＝1，2，...，n，n是孤岛内发电机的个数；P_Gf是式(1)中发电机49.5Hz时输出有功功率；P_LOSS0是49.5Hz情况下网络的初始网损。切负荷优化模型如下：

①切负荷优化目标函数

优化目标为孤岛内可恢复的高优先级负荷和总负荷量最大，换言之，即保证高优先负荷切负荷量最少。

当功率缺额小于三级负荷的总功率时，在三级负荷里进行切负荷，此时目标函数为：

$\min \left(F_{L0}\right)=\underset{p=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{x}_p{L}_{0p}---\left(3\right)$

当功率缺额大于三级负荷的总功率且三级和二级负荷总功率时，三级负荷全部切除，在二级负荷内进行切负荷，此时目标函数为：

$\min \left(F_{L1}\right)=\underset{i=1}{\overset{k}{\mathrm{\Σ}}}{x}_i{L}_{1i}---\left(4\right)$

当功率缺额大于二级级负荷和三级负荷的总功率，则二三级负荷全部切除，在一级负荷内进行切负荷，此时目标函数为：

$\min \left(F_{L2}\right)=\underset{j=1}{\overset{l}{\mathrm{\Σ}}}{x}_j{L}_{2j}---\left(5\right)$

式中，p＝1，2，...，m；i＝1，2，...，k；j＝1，2，...，l；L₂为一级负荷，L₁为二级负荷，L₀为三级负荷；m，k，l分别为第L0，L1，L2级负荷的个数；x_p，x_i，x_j＝1或0，表示负荷的状态，等于1表示负荷恢复供电，等于0表示负荷切除。

②切负荷优化约束条件

优化的约束条件为总的切负荷量大于或等于功率缺额。

$\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{X}_i\≥\mathrm{\Δ}{P}_G---\left(6\right)$

式中，i＝1，2，...，n，

是总的切负荷量，ΔP_G为式(4.6)中定义的功率缺额。

使用本发明方法，首先判断是在哪个等级的负荷区间切负荷，可以大幅度降低优化变量的维数。

(2)网络重构优化

考虑开关操作需要耗费大量时间，不利于网络的快速恢复，故网络重构算法针对智能切负荷算法提供的可恢复负荷的具体组成和位置，以开关动作次数最少网络迅速恢复为目标，考虑常规约束和电能质量(频率)约束，采用智能优化算法确定需要操作的开关和孤岛内相应的电网结构，达到尽快恢复供电的目的。

①网络重构优化目标函数

$\min F(C,O)=\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}(1-c_i)+\underset{j=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{o}_j---\left(7\right)$

其中，m为系统中分段开关的数量，n为联络开关的数量。c_i为1时，代表分段开关i在恢复中保持闭合状态，为0时，代表分段开关i在恢复中由闭合变为打开；o_j为1时，代表联络开关j在恢复中由打开变为闭合，为0时，代表联络开关j在恢复中保持打开状态。

②网络重构约束条件

P_imin≤P_i≤P_imax                    (8)

Q_imin≤Q_i≤Q_imax                    (9)

V_jmin≤V_j≤V_jmax                    (10)

S_k≤S_kmax                           (11)

|Δf|≤0.01                         (12)

式中：P_imin P_imax和Q_imax Q_imax为DG有功功率和无功功率的上下限；V_jmin和V_jmax分别为节点j的电压上下限；S_kmax为支路k的功率传输极限；Δf为系统频率偏移的标幺值，相当于0.5Hz；系统频率计算采用柔性潮流算法。

步骤7、根据步骤5和步骤6的结果作为最优供电恢复策略，代入到柔性潮流中进行计算校核；将计算网损与初始网损进行比较，当误差大于原网络50％时，返回到步骤4，重新修正初始网损；当误差小于原网损50％时，继续进行到步骤8；

下面介绍一下基于柔性潮流的潮流计算算法

本发明采用柔性潮流算法来计算系统潮流及频率。柔性潮流计算过程中，计及了发电机的静特性，建立了直角坐标牛顿-拉夫逊潮流模型，对雅克比矩阵进行了修改，加入了频率。所得结果不仅包括节点电压，还具有系统频率以及发电机的实际功率，且收敛性能良好。修改的雅克比矩阵为：

$\left[\begin{array}{c}\mathrm{\ΔP}\\ \mathrm{\ΔQ}\\ \mathrm{\Δ}{P}_{\mathrm{ref}}\end{array}\right]=-\left[\begin{array}{ccc}H& N& R\\ M& Z& S\\ O& G& I\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}\mathrm{\Δ\θ}\\ \mathrm{\ΔU}/U\\ \mathrm{\Δ}{f}_d\end{array}\right]---\left(15\right)$

式中：ΔP_ref为参考节点的功率偏移，系统功率的不平衡量最终可以体现在频率的偏移上。

步骤8、如果步骤7的潮流结果满足约束条件，则输出最优供电策略；否则，返回步骤5重新搜索。

下面介绍具体一个本发明的具体实验例子：

本发明测试算例如附图2

本发明在测试系统中接入了4个分布式电源(DG)，分布式电源的静特性系数k_P取20，分布式电源的安装位置和容量如表1。

表1分布式电源安装位置和容量

负荷等级划分如表2。

表2负荷等级表

IEEE33节点各种故障场景的描述：

(1)与主网联络线断开(场景1)。系统与上一级电网脱离，由4台分布式电源支撑供电。仅有一个孤岛无需进行孤岛划分。

(2)主网联络线功率大幅度降低(场景2)。上一级电网发生故障，输送的功率大幅减小，即最多可以提供925kW有功功率，系统无需进行孤岛划分。

(3)与主网联络线断开，同时发生2-19断线故障(场景3)。节点2-19发生断线故障后，通过孤岛划分算法将配电系统划分为2个孤岛。孤岛1中的节点有1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、23、24、25、26、27、28、29、30、31、32和33，其中包括DG2、DG3和DG4；孤岛2中的节点有19、20、21和22，其中包括DG1。

(4)与主网联络线断开，同时发生4-5断线故障(场景4)。节点4-5发生断路故障后可以通过联络开关(19-25)的操作使得故障区域恢复供电，因而无需进行孤岛划分。

(5)与主网联络线断开，同时DG4退出运行(场景5)。与上一级电网脱离，系统仅有一个孤岛无需进行孤岛划分，直接进行切负荷和网络重构操作。

(6)与场景1运行方式相同，但采用未考虑发电机静特性的常规潮流计算，故没有系统稳态频率约束(场景1(G))。

各场景故障恢复情况如图3所示：通过对图3数据分析，通过降低发电机的频率，来增加发电机的出力，使得切除的负荷达到最少，略高于功率缺额，以达到高优先级负荷恢复最大的目的；开关操作次数最少，达到快速恢复的目的。

以场景1为例，切负荷在等级0负荷中切，第一层变量为等级0负荷，个数为19，如果将所有负荷作为变量，则变量的维数为33，增加了组合排列的个数；第二层变量为开关位置，个数为35，则此场景优化组合的个数为2¹⁹+2³⁵，远远小于单层优化的2¹⁹×2³⁵的寻优组合，说明了双层优化较单层优化的先进性。

对比场景1与场景1(G)显示，如果考虑发电机的静特性，切除量为1770kW，等级2和等级1负荷全部恢复，且频率为49.5533Hz，在约束范围内；如果不考虑发电机的静特性，则切除量为2085kW，等级0负荷全部切除，等级1中还有两个负荷被切除。由此看见，采用柔性潮流的策略可恢复的高优先级负荷多于普通潮流策略，充分显示了本发明的优越性。其他恢复场景的结果与此类似。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (7)

1.一种电力系统供电恢复方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤1、根据电网数据采集与监视控制系统提供的电网运行状态进行场景判别；

步骤2、根据判别出的场景，进行基于快速连通性检验的供电孤岛划分，得到孤岛的数量和范围，确定了孤岛内发电机、线路和负荷参数；

步骤3、以发电机的额定功率为基准，按照发电机的频率特性计算频率是49.5Hz时发电机的功率，将此功率作为发电机最大功率；

步骤4、计算49.5Hz情况下的初始网损

，并计算功率缺额

；

步骤5、建立每个孤岛的智能切负荷优化模型，采用智能优化算法确定可恢复负荷的具体组成和位置，优化变量为各等级负荷节点，采用0-1二进制；

步骤6、根据步骤5的结果建立每个孤岛的网络重构优化模型，采用智能优化算法，来确定需要操作的开关和孤岛内相应的电网结构,优化变量为开关变量，是满足网络的连通性的开关组合，减小了随机变量的范围，加快了收敛速度，采用0-1二进制；

步骤7、根据步骤5和步骤6的结果作为最优供电恢复策略，代入到柔性潮流中进行计算校核；将计算网损与初始网损进行比较，当误差大于初始网损50%时，返回到步骤4，重新修正初始网损；当误差小于初始网损50%时，继续进行到步骤8;

步骤8、如果步骤7的潮流结果满足约束条件，则输出最优供电策略；否则，返回步骤5重新搜索。

2.根据权利要求1所述的电力系统供电恢复方法，其特征在于，场景

划分为4种：

场景2.1、下一级电网与上一级电网脱离独立运行；

场景2.2、下一级电网与上一级电网网并网运行，但上一级电网下载功率大幅度减小；

场景2.3、下一级电网与上一级电网脱离，且内部发生断线故障；

场景2.4、下一级电网与上一级电网脱离，且下一级电网中有部分电源退出运行。

3.根据权利要求1所述的电力系统供电恢复方法，其特征在于，所述的供电孤岛划分根据场景判别结果的具体划分方法为：

划分3.1、根据所所述的场景2.1，则不进行孤岛划分，同时切除低优先级的负荷，使得所有电源支撑高优先级负荷运行；

划分3.2、根据所所述的场景2.2，不进行孤岛划分，进行切负荷优化和网络重构优化;

划分3.3、根据所所述的场景2.3，若下一电网内发生断线故障的时候，网络通过联络开关可以恢复整个网络的连通性，则为一个供电孤岛运行，如果不能恢复连通性，故障网络被分为多个孤岛，则由各个孤岛内的电源来继续对重要负荷供电;

划分3.4、根据所所述的场景2.4，不进行孤岛划分，进行切负荷优化和网络重构优化。

4.根据权利要求1所述的电力系统供电恢复方法，其特征在于，所述的步骤3，步骤4中，对每个孤岛进行功率缺额计算具体方法为： 

在进行切负荷之前，必须知道功率缺额，基于发电机的静特性，公式如下:

                            

式中，

为发电机在实际频率下的发出的有功功率，

为发电机的额定功率，

为发电机有功功率-频率调节系数，

为系统频率偏移的标幺值，

为系统实际频率的标幺值，

为系统额定频率的标幺值,基于电能质量允许的频率最低值为49.5Hz，则此时的有功功率缺额为：

                 

式中，，

是孤岛内负荷的个数；，

是孤岛内发电机的个数；

是基于上述发电机的静特性公式中发电机49.5Hz时输出有功功率；

是49.5Hz情况下网络的初始网损。

5.根据权利要求1所述的电力系统供电恢复方法，其特征在于，所述的步骤5中，对每个孤岛进行切负荷优化，具体方法为：

优化目标为孤岛内可恢复的高优先级负荷和总负荷量最大，即保证高优先负荷切负荷量最少；

当功率缺额小于三级负荷的总功率时，在三级负荷里进行切负荷，此时目标函数一为：

                           

当功率缺额大于三级负荷的总功率且三级和二级负荷总功率时，三级负荷全部切除，在二级负荷内进行切负荷，此时目标函数二为：

                            

当功率缺额大于二级级负荷和三级负荷的总功率，则二三级负荷全部切除，在一级负荷内进行切负荷，此时目标函数三为：

                           

式中，

；

；

；

为一级负荷，为二级负荷，

为三级负荷；分别为第L0，L1，L2级负荷的个数；

=1或0，表示负荷的状态，等于1表示负荷恢复供电，等于0表示负荷切除;

优化的约束条件为总的切负荷量大于或等于功率缺额：

       

                                  

式中，

，

是总的切负荷量，

为基于上述目标函数二以及约束条件公式中定义的功率缺额。

6.根据权利要求1所述的电力系统供电恢复方法，其特征在于，所述的步骤6中，对恢复后的每个孤岛进行网络重构优化，具体方法为： 

基于目标函数四为：

   

                 

其中，m为系统中分段开关的数量，n为联络开关的数量，ci为1时，代表分段开关i在恢复中保持闭合状态；为0时，代表分段开关i在恢复中由闭合变为打开；oj为1时，代表联络开关j在恢复中由打开变为闭合，为0时，代表联络开关j在恢复中保持打开状态; 

网络重构约束条件为：

                              

                              

                             

                               

       

                               

式中：

和

为发电机有功功率和无功功率的上下限；和

分别为节点j的电压上下限；

为支路k的功率传输极限；

为系统频率偏移的标幺值，相当于0.5Hz；系统频率计算采用柔性潮流算法。

7.根据权利要求1所述的电力系统供电恢复方法，其特征在于，所述的步骤7的计算校准是基于柔性潮流的潮流计算校准法，具体方法是基于建立了直角坐标牛顿-拉夫逊潮流模型，对雅克比矩阵进行了修改，加入了频率；所得结果包括节点电压，还具有系统频率以及发电机的实际功率，修改的雅克比矩阵为：

式中：ΔP _ref 为参考节点的功率偏移，系统功率的不平衡量最终可以体现在频率的偏移上。

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