CN102496937B - 一种适用于智能配电网的基于负荷均衡故障恢复方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适用于智能配电网的基于负荷均衡故障恢复方法。包括下列步骤：1)在智能配电网的每个开关处均装设一台智能配电终端，每个智能配电终端看作一个Agent，各Agent之间通过光纤以太网互联；2)各Agent通过信息交互自动确定故障区、非故障区和故障恢复区；3)各联络开关处Agent的故障恢复；4)各Agent进行信息交互，判断是否存在甩负荷区，若有，执行(5)，否则，故障恢复任务完成。5)甩负荷区的Agent搜索该区域内是否有可以实现计划孤岛运行DG，若有，则向DG出口处的Agent发送供电恢复命令，否则，将该区域负荷从配电网中切除；6)实现计划孤岛运行的DG处的Agent根据步骤3)的故障恢复方法对该区域负荷恢复供电；未能恢复的负荷从配电网中切除。

Description

一种适用于智能配电网的基于负荷均衡故障恢复方法

技术领域

本发明涉及一种适用于智能配电网的基于负荷均衡故障恢复方法，属于配电网故障恢复技术领域和智能配电网技术领域。

背景技术

随着智能电网的发展和用户对供电质量和供电可靠性要求的提高，建立具有自愈功能的坚强智能配电网及相应的故障恢复系统势在必行。配电网故障恢复是一个多目标、非线性、多约束的组合优化问题。传统配电网的故障恢复，要么由主站依靠与馈线终端单元(FTU)传输的信息实现，要么依靠智能开关设备相互配合实现，但不存在信息交互，参见刘健，贠保记，崔琪，何林泰，郑剑敏(Liu Jian，Yun Baoji，Cui Qi，He Lintai，Zheng Jianmin).著：一种快速自愈的分布智能馈线自动化系统(A distributed intelligent feeder automationsystem with fast self-healing performance).电力系统自动化(Automation of ElectricPower Systems)，2010，34(10)：62-66。现有的故障恢复算法不同程度地存在搜索空间广、计算量大和搜索时间长等缺点，不能满足智能配电网的自愈功能。智能配电网自愈功能首先是减少故障停电时间与停电次数，因此，配电网故障后，如何快速地恢复所有非故障区负荷供电是配电网自愈的首要任务，参见李天友，徐丙垠(Li Tianyou，Xu Bingyin).著：智能配电网自愈功能与评价指标(Self-healing and its benchmarking of smart distributiongrid).电力系统保护与控制(Power System Protection and Control)，2010，38(22)：105-108。同时为了避免大面积停电事故，故障恢复后应使各馈线负荷均衡，避免其过负荷运行，并提高其再次故障恢复的能力。为此，需要在现有配电网故障恢复方法基础上，设计一种适用于智能配电网的快速故障恢复方法，以实现智能配电网的自愈。

发明内容

本发明的目的是为了克服传统配电网故障恢复方法故障恢复速度慢，且不能实现故障恢复后各馈线的负荷均衡的缺点，提出了一种适用于智能配电网的基于负荷均衡故障恢复方法。该方法利用故障恢复区与电源连接开关处的Agent，根据与其他Agent交互的信息，以最少的停电负荷和馈线负荷均衡为目标，以各供电恢复路径的负荷度最小为搜索规则，基于启发式搜索方法，实现智能配电网的快速故障恢复。

本发明采用的故障恢复方法包括下列步骤：

一种适用于智能配电网的基于负荷均衡故障恢复方法，

1)在智能配电网的每个开关处均装设一台智能配电终端，每个智能配电终端看作一个Agent，各Agent之间通过光纤以太网互联；

2)各Agent通过信息交互自动确定故障区、非故障区和故障恢复区；

3)在故障恢复区中，与电源相连的联络开关处的各Agent按照常规的支路容量计算公式，计算各供电恢复路径在新增一支路时的容量，并根据负荷度计算公式计算每次循环中各供电恢复路径的负荷度，在负荷度最小的供电恢复路径中增加供电恢复支路，其余供电恢复路径不增加供电恢复支路，同时，更新各供电恢复路径的支路集合和节点集合，并更新故障待恢复区的支路集合和节点集合；依次循环，直至故障待恢复区的节点集合为空，即故障恢复完成；

然后，对整个配电网进行潮流计算，判断是否存在电压或容量越限情况；如果存在越限，则按供电恢复路径增加支路的逆序依次切除相应负荷，并进行潮流计算，直到越限消除为止；

4)各联络开关处的Agent根据形成的故障恢复路径向本联络开关和故障恢复路径末端的分段开关处的Agent发送遥控命令，使其闭合或打开，实现故障恢复；未能恢复供电的区域为甩负荷区；各Agent进行信息交互，判断是否存在甩负荷区，若有，执行(5)，否则，故障恢复任务完成；

5)甩负荷区的Agent搜索该区域内是否有可以实现计划孤岛运行DG，若有，则向DG出口处的Agent发送供电恢复命令，否则，将该区域负荷从配电网中切除；

6)实现计划孤岛运行的DG处的Agent根据步骤3)的故障恢复方法对该区域负荷恢复供电；未能恢复的负荷从配电网中切除。

所述步骤2)中，当发生故障且隔离故障后，故障点上游失电负荷通过馈线出口断路器的重合闸实现故障恢复；故障点上游节点处的Agent建立故障恢复区的网络拓扑结构T_F、节点集合D和支路集合F，将这些信息发送至配电网所有联络开关处的Agent，并向其发送故障恢复命令。

所述步骤3)的故障恢复具体步骤为：

(a)各联络开关处的Agent判断本地联络开关是否一端与故障恢复区相连，且另一端与电源馈线相连；若是，将其作为联络开关；否则，将其作为一般分段开关；

(b)建立由系统电源至各联络开关的初始供电恢复路径集合R＝{R_p|C_p＜1，p＝1，2，...，v，v≤u}，u为联络开关个数，即初始供电恢复路径个数，v为负荷度小于1的供电恢复路径个数，R_p和C_p分别为第p条供电恢复路径和相应的负荷度；

(c)若R为空集，则各Agent均退出故障恢复程序，否则执行(d)；

(d)通过Agent间的信息交互，获得故障恢复区的树干和树枝，执行以下循环；

(e)若D(k)为空集，说明故障恢复方案已形成，则转至(m)，否则执行(f)，其中，D(k)是第k次循环的未恢复供电的支路集合；

(f)若第k次循环生成的一条供电恢复路径R_p(k)(p＝1，2，...，r，r≥v，r为经过k次循环后供电恢复路径的个数)的末端是树干，则将树干的所有支路看作一条支路F_j加入到R_p(k)，生成第k+1次循环的供电恢复路径R_p(k+1)，并计算其C_p；如果C_p小于1，则转至(k)；如果C_p大于1，则将该树干转换成一般支路组合，并恢复原供电恢复路径R_p(k)，执行(g)；

(g)若R_p(k)的末端存在分枝，则将R_p(k)分成多条供电恢复路径R_p(k)，R_r+1(k)，...，R_r+s-1(k)，s为分枝数，供电恢复路径集合变为：R＝{R_p|C_p＜1，p＝1，2，...，r+s-1}；

(h)R_p(k)的末端是树枝，则将树枝的所有支路看作一条支路F_j加入到R_p(k)，生成第k+1次循环的供电恢复路径R_p(k+1)，并计算其C_p；若C_p小于1，则转至(k)；若C_p大于1，则将该树枝转换成一般支路组合，并恢复原供电恢复路径R_p(k)，执行(i)；

(i)分别在各供电恢复路径R_p(k)末端加入与其相连的一条支路F_j，生成第k+1次循环的供电恢复路径R_p(k+1)，并计算其C_p；

(j)若C_p为最小值，则保存相应的供电恢复路径R_p(k+1)；否则，恢复为第k次循环的供电恢复路径，R_p(k+1)＝R_p(k)；

(k)更新故障恢复区的支路集合和节点集合，F(k+1)＝F(k)+{F_j}，D(k+1)＝D(k)+{D_t}，F(k)和F(k+1)分别是第k次和第k+1次循环的未恢复供电的支路集合，D(k)和D(k+1)分别是第k次和第k+1次循环的未恢复供电的节点集合，循环次数k加1，返回(e)进入下一次循环；

(l)与其他联络开关处的Agent进行信息交互，根据少数服从多数的原则确定故障恢复方案，即最终的供电恢复路径集合：R＝{R_p|C_p＜1，p＝1，2，...，w}，w为最后生成的供电恢复路径个数；

(m)根据R对故障恢复区负荷恢复供电，即Agent控制本地联络开关闭合，并向R_p(k)末端Agent发送打开相应分段开关的控制命令，程序结束。

所述步骤3)中，供电恢复路径的生成采用启发式搜索方法，以供电恢复路径的负荷度最小作为搜索规则，同时，优先生成重要负荷的供电恢复路径；若无重要负荷，遇到树枝负荷时，优先生成树枝负荷的供电恢复路径，而且如果满足容量约束，则一次生成；供电恢复路径R_p的支路容量按如下公式近似计算：

S_pi(k+1)≈S_pi(k)+S_Fi+ΔS_j

                                                (10)

R_p∈R，B_pi∈R_p，F_j∈F

S_pi(k+1)和S_pi(k)分别为第p条供电恢复路径的第i条支路在第k+1次和第k次循环时的功率；

S_Fi为新增支路F_j的正向负荷或反向负荷，当电流从支路始端流向末端时，取正向负荷，反之，取反向负荷；ΔS_j为新增支路F_j的功率损耗；R为供电恢复路径集合；B_pi为供电恢复路径R_p的第i个支路，F为未恢复供电的支路集合。

根据公式(10)计算供电恢复路径的各支路在新增一支路时的容量，然后根据公式(1)、(2)计算供电恢复路径在本次循环中的负荷度C_p，在负荷度最小的供电恢复路径中增加供电恢复支路。同时，更新集合供电恢复路径R_p的支路集合B_p、供电恢复路径R_p的节点集合H_p、故障恢复区的支路集合F和故障恢复区的节点集合D，即：

供电恢复路径R_p的第i条支路B_pi的负荷度MS_pi：

${\mathrm{MS}}_{\mathrm{pi}}=\frac{S_{\mathrm{pi}}}{S_{\mathrm{pi}\max }}---\left(1\right)$

S_pi为支路B_pi的功率，S_pimax为支路B_pi的最大容量；

供电恢复路径R_p的负荷度C_p：

$C_p=\underset{B_{\mathrm{pi}}\∈R_p}{\max }{\mathrm{MS}}_{\mathrm{pi}}---\left(2\right)$

集合B_p、H_p、F和D按如下公式进行更新：

$\left\{\begin{array}{c}{R}_p(k+1)=R_p\left(k\right)+\left\{F_j\right\}\\ F(k+1)=F\left(k\right)-\left\{F_i\right\}\\ H_p(k+1)=H_p\left(k\right)+\left\{D_t\right\}\\ D(k+1)=D\left(k\right)-\left\{D_t\right\}\end{array}\right.---\left(11\right)$

其中，R_p(k)和R_p(k+1)分别是第k次和第k+1次循环的供电恢复路径，H_p(k)和H_p(k+1)分别是第k次和第k+1次循环供电恢复路径的节点集合，F(k)和F(k+1)分别是第k次和第k+1次循环的未恢复供电的支路集合，D(k)和D(k+1)分别是第k次和第k+1次循环的未恢复供电的节点集合。未新增支路的供电恢复路径保持不变。

当未恢复供电的节点集合D(k+1)＝Φ，即不存在未恢复供电的节点时，故障恢复完成。

本发明在智能配电网的每个开关处均装设一台智能配电终端，每个智能终端看作一个Agent，各Agent之间通过光纤以太网互联。各Agent通过信息交互自动确定故障区、非故障区和故障恢复区。故障恢复区中，与电源相连的联络开关处的各Agent按照一种支路容量计算公式，计算各供电恢复路径在新增一支路时的容量，并根据负荷度计算公式计算每次循环中各供电恢复路径的负荷度，在负荷度最小的供电恢复路径中增加供电恢复支路，其余供电恢复路径不增加供电恢复支路，同时，更新各供电恢复路径的支路集合和节点集合，并更新故障待恢复区的支路集合和节点集合。依次循环，直至故障待恢复区的节点集合为空(即故障恢复完成)。然后，对整个配电网进行潮流计算，判断是否存在电压或容量越限情况。如果存在越限，则按供电恢复路径增加支路的逆序依次切除相应负荷，并进行潮流计算，直到越限消除为止。各联络开关处的Agent根据形成的故障恢复路径向本联络开关和故障恢复路径末端的分段开关处的Agent发送遥控命令，使其闭合或打开，实现故障恢复。未能恢复供电的区域为甩负荷区。

本发明还支持分布式电源的控制。智能配电网在发生故障后，通过各Agent间的信息交互，立即切除故障恢复区的分布式电源。在故障恢复完成后，与供电恢复路径相连的分布式电源处的Agent立即将该分布式电源投入配电网，以充分发挥分布式电源的效率。

本发明还支持含有允许计划孤岛运行分布式电源的甩负荷区的故障恢复，当甩负荷区检测到有可以实现计划孤岛运行的分布式电源时，该分布式电源处的Agent根据上述的供电恢复路径生成方法形成其供电路径，恢复甩负荷供电。

本发明还支持重要负荷优先供电功能，提高供电可靠性。

本发明的有益效果：本发明适用于智能配电网，在满足负荷均衡的条件下，实现配电网快速故障恢复，提高供电可靠性。

附图说明

图1为本发明供电恢复路径形成算法的程序流程图。

图2本为智能配电网仿真模型。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步描述。

1.相关定义

为了便于描述故障恢复算法，给出以下定义：

故障恢复区：在故障点下游的非故障失电区。

供电恢复路径R：电能从电源经一个联络开关至故障恢复区负荷的路径。

连枝：在故障恢复区中连接两个参与故障恢复的联络开关的路径。

树干：在故障恢复区中，从联络开关至重要负荷的路径。

树枝：在故障恢复区中，仅一端与电源相连的供电路径。

分枝：供电恢复路径末端存在两个以上支路时，这些支路称为该供电路径的分枝。

正向负荷：配电网支路的末节点负荷。

反向负荷：配电网支路的首节点负荷。

配电网节点集合N：N＝{N_i|i＝1，2，...，n}，其中，N_i为配电网的第i个节点。

配电网支路集合M：M＝{M_i|i＝1，2，...，m}，其中，M_i为配电网的第i条支路。

故障恢复区节点集合D：D＝{D_i|i＝1，2，...，d}，其中，D_i为故障恢复区的第i个节点。

故障恢复区支路集合F：F＝{F_i|i＝1，2，...，f}，其中，F_i为故障恢复区的第i条支路。

供电恢复路径集合R：R＝{R_p|p＝1，2，...，r}，其中，R_p为故障恢复路径集合R的第p个路径。

第p条供电恢复路径R_p的节点集合H_p：H_p＝{H_pi|i＝1，2，...，h_p}，其中，H_pi为供电恢复路径R_p的第i个节点。

第p条供电恢复路径R_p的支路集合B_p：B_p＝{B_pi|i＝1，2，...，b_p}，其中，B_pi为供电恢复路径R_p的第i个支路。

供电恢复路径R_p的第i条支路B_pi的负荷度MS_pi：

${\mathrm{MS}}_{\mathrm{pi}}=\frac{S_{\mathrm{pi}}}{S_{\mathrm{pi}\max }}---\left(1\right)$

S_pi为支路B_pi的功率，S_pimax为支路B_pi的最大容量。

供电恢复路径R_p的负荷度C_p：

$C_p=\underset{B_{\mathrm{pi}}\∈R_p}{\max }{\mathrm{MS}}_{\mathrm{pi}}---\left(2\right)$

2.目标函数

故障恢复问题的目标函数定义如下：

(1)尽量恢复重要负荷

$\min f_{L.\mathrm{cut}}=\underset{D_i\∈D}{\mathrm{\Σ}}{L}_{\mathrm{pcut}.i}---\left(3\right)$

f_L.cut为未恢复供电负荷产生的损失，L_pcut，i为第i个未恢复供电负荷节点D_i的负荷等级系数。

(2)尽量减少停电负荷

$\min f_{P.\mathrm{cut}}=\underset{D_i\∈D}{\mathrm{\Σ}}{P}_{\mathrm{pcut}.i}---\left(4\right)$

f_P.cut为未恢复供电负荷量，P_pcut，i为未恢复供电负荷节点D_i的有功功率。

(3)馈线的负荷均衡

$\min f_{\mathrm{bal}}=\underset{R_p\≠R_q,R_p\∈R,R_q\∈R}{\max }|C_p-C_q|---\left(5\right)$

f_bal为故障恢复路径间最大的负荷度差，R_p、R_q为任意两条故障恢复路径。

(4)有功功率损耗最小

$\min f_{p.\mathrm{loss}}=\underset{i-1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{r}_i\frac{P_i^2+Q_i^2}{U_i^2}---\left(6\right)$

f_p.loss为配电网的功率损耗，m为配电网支路总数，r_i为第i条支路的电阻；P_i、Q_i分别为第i条支路的末端流过的有功功率和无功功率；U_i为第i条支路末端的节点电压。

3.约束条件

故障恢复问题的约束条件定义如下：

(1)电压约束

U_i，min≤U_i≤U_i，max，i＝1，2，...，n            (7)

U_i、U_i，max和U_i，min分别为第i个节点的电压值及上限、下限值，n为配电网节点总数。

(2)辐射状网络约束

g_i∈G                                 (8)

g_i为故障恢复后第i个网络结构，G为所有可行的辐射状网络结构集合。

(3)支路容量约束

S_i＜S_imax，i＝1，2，...，m            (9)

S_i为第i条支路的功率，S_imax为第i条支路的最大容量，m为配电网支路总数。

4.供电恢复路径的生成方法

供电恢复路径的生成采用启发式搜索方法，以供电恢复路径的负荷度最小作为搜索规则，同时，优先生成重要负荷的供电恢复路径。若无重要负荷，遇到树枝负荷时，优先生成树枝负荷的供电恢复路径，而且如果满足容量约束，则一次生成。因为，树枝负荷与其他电源没有连接，只能靠本电源恢复供电，无须再进行负荷均衡判断。

供电恢复路径R_p的支路容量按如下公式近似计算：

S_pi(k+1)≈S_pi(k)+S_Fi+ΔS_j

                                         (10)

R_p∈R，B_pi∈R_p，F_j∈F

S_pi(k+1)和S_pi(k)分别为第p条供电恢复路径的第i条支路在第k+1次和第k次循环时的功率；

S_Fi为新增支路F_j的正向负荷或反向负荷，当电流从支路始端流向末端时，取正向负荷，反之，取反向负荷；ΔS_j为新增支路F_j的功率损耗。

根据公式(10)计算供电恢复路径的各支路在新增一支路时的容量，然后根据公式(1)、(2)计算供电恢复路径在本次循环中的负荷度C_p(k+1)，在负荷度最小的供电恢复路径中增加供电恢复支路。同时，更新集合B_p、H_p、F和D。即：

$\left\{\begin{array}{c}{R}_p(k+1)=R_p\left(k\right)+\left\{F_j\right\}\\ F(k+1)=F\left(k\right)-\left\{F_i\right\}\\ H_p(k+1)=H_p\left(k\right)+\left\{D_t\right\}\\ D(k+1)=D\left(k\right)-\left\{D_t\right\}\end{array}\right.---\left(11\right)$

其中，R_p(k)和R_p(k+1)分别是第k次和第k+1次循环的供电恢复路径，H_p(k)和H_p(k+1)分别是第k次和第k+1次循环供电恢复路径的节点集合，F(k)和F(k+1)分别是第k次和第k+1次循环的未恢复供电的支路集合，D(k)和D(k+1)分别是第k次和第k+1次循环的未恢复供电的节点集合。未新增支路的供电恢复路径保持不变。

当D(k+1)＝Φ，即故障恢复完成时，对整个配电网进行潮流计算，判断是否存在电压或容量越限情况。如果存在越限，则按供电恢复路径增加支路的逆序依次切除相应负荷，并进行潮流计算，直到越限消除为止。各联络开关处的Agent根据形成的故障恢复路径向本联络开关和故障恢复路径末端的分段开关处的Agent发送遥控命令，使其闭合或打开，实现故障恢复。未能恢复供电的区域为甩负荷区。

5.分布式电源的控制方法

智能配电网在发生故障后，各分布式电源处的Agent尽快切除故障恢复区的分布式电源。在故障恢复完成后，各分布式电源处的Agent将与供电恢复路径相连的分布式电源投入配电网，以充分发挥分布式电源的效率。当甩负荷区检测到有相连的分布式电源时，首先由分布式电源出口处的Agent判断该分布式电源是否可以实现计划孤岛运行，然后该Agent再根据4中的供电恢复路径生成方法形成其供电路径，恢复甩负荷供电。

6.算法步骤

如图1所示，智能配电网故障恢复算法步骤如下：

(1)主站离线获取配电网拓扑结构，并计算潮流分布，将这些信息发送至各节点处的Agent。

(2)当发生故障且隔离故障后，故障点上游失电负荷通过馈线出口断路器的重合闸实现故障恢复。故障点上游节点处的Agent建立故障恢复区的网络拓扑结构T_F、节点集合D和支路集合F，将这些信息发送至配电网所有联络开关处的Agent，并向其发送故障恢复命令。

(3)各联络开关处Agent的故障恢复算法流程如图1所示，具体如下：

(a)各联络开关处的Agent判断本地联络开关是否一端与故障恢复区相连，且另一端与电源馈线相连；若是，将其作为联络开关；否则，将其作为一般分段开关；

(b)建立由系统电源至各联络开关的初始供电恢复路径集合R＝{R_p|C_p＜1，p＝1，2，...，v，v≤u}，u为联络开关个数，即初始供电恢复路径个数，v为负荷度小于1的供电恢复路径个数，R_p和C_p分别为第p条供电恢复路径和相应的负荷度；

(c)若R为空集，则各Agent均退出故障恢复程序，否则执行(d)；

(d)通过Agent间的信息交互，获得故障恢复区的树干和树枝，执行以下循环；

(e)若D(k)为空集，说明故障恢复方案已形成，则转至(m)，否则执行(f)，其中，D(k)是第k次循环的未恢复供电的支路集合；

(f)若第k次循环生成的一条供电恢复路径R_p(k)(p＝1，2，...，r，r≥v，r为经过k次循环后供电恢复路径的个数)的末端是树干，则将树干的所有支路看作一条支路F_j加入到R_p(k)，生成第k+1次循环的供电恢复路径R_p(k+1)，并计算其C_p；如果C_p小于1，则转至(k)；如果C_p大于1，则将该树干转换成一般支路组合，并恢复原供电恢复路径R_p(k)，执行(g)；

(g)若R_p(k)的末端存在分枝，则将R_p(k)分成多条供电恢复路径R_p(k)，R_r+1(k)，...，R_r+s-1(k)，s为分枝数，供电恢复路径集合变为：R＝{R_p|C_p＜1，p＝1，2，...，r+s-1}；

(h)R_p(k)的末端是树枝，则将树枝的所有支路看作一条支路F_j加入到R_p(k)，生成第k+1次循环的供电恢复路径R_p(k+1)，并计算其C_p；若C_p小于1，则转至(k)；若C_p大于1，则将该树枝转换成一般支路组合，并恢复原供电恢复路径R_p(k)，执行(i)；

(i)分别在各供电恢复路径R_p(k)末端加入与其相连的一条支路F_j，生成第k+1次循环的供电恢复路径R_p(k+1)，并计算其C_p；

(j)若C_p为最小值，则保存相应的供电恢复路径R_p(k+1)；否则，恢复为第k次循环的供电恢复路径，R_p(k+1)＝R_p(k)；

(k)更新故障恢复区的支路集合和节点集合，F(k+1)＝F(k)+{F_j}，D(k+1)＝D(k)+{D_t}，F(k)和F(k+1)分别是第k次和第k+1次循环的未恢复供电的支路集合，D(k)和D(k+1)分别是第k次和第k+1次循环的未恢复供电的节点集合，循环次数k加1，返回(e)进入下一次循环；

(l)与其他联络开关处的Agent进行信息交互，根据少数服从多数的原则确定故障恢复方案，即最终的供电恢复路径集合：R＝{R_p|C_p＜1，p＝1，2，...，w}，w为最后生成的供电恢复路径个数；

(m)根据R对故障恢复区负荷恢复供电，即Agent控制本地联络开关闭合，并向R_p(k)末端Agent发送打开相应分段开关的控制命令，程序结束。

(4)各Agent进行信息交互，判断是否存在甩负荷区，若有，执行(5)，否则，故障恢复任务完成。

(5)甩负荷区的Agent搜索该区域内是否有可以实现计划孤岛运行DG，若有，则向DG出口处的Agent发送供电恢复命令，否则，将该区域负荷从配电网中切除。

(6)可以实现计划孤岛运行的DG处的Agent根据类似(3)的故障恢复方法对该区域负荷恢复供电。未能恢复的负荷从配电网中切除。

6.仿真分析

配电网仿真模型如图2所示，该系统是一个额定电压为12.66kV的配电网，有69个节点、74条支路、5个联络开关，总有功负荷为3802.2kW，总无功负荷为2694.6kvar。系统数据如表1所示，其中，S_f、S_b、ΔS和S_max分别为支路的正向负荷、反向负荷、功率损耗和最大容量。

假设系统在支路5-6上发生故障，且不存在重要负荷。系统检测到故障后，由节点5和节点6处的Agent将支路5-6两侧的开关打开，实现故障隔离。同时，节点5处的Agent获取故障恢复区的网络拓扑，得到其节点集合和支路集合。将故障恢复区信息发送至各联络开关处的Agent，并向其发送故障恢复命令。其中，联络开关13-20和27-54不与电源相连，不参与故障恢复，看作一般分段开关。Agent分别获得经过三个联络开关11-66，15-69和39-48的供电恢复路径：R₁＝{1-2，2-3，3-4，4-36，36-37，37-38，38-39}、R₂＝{1-2，2-3，3-59，59-60，60-61，61-62，62-63，63-64，64-65，65-66}和R₃＝{1-2，2-3，3-59，59-60，60-61，61-62，62-63，63-64，64-65，65-66，66-67，67-68，68-69}。分别计算加入其末端支路39-48，66-11和69-15后各供电恢复路径的负荷度，分别为：0.366、0.178和0.118，R₃的负荷度最小。因此，在R₃中加入支路69-15，进入下一轮循环。在下一轮循环中，R₃遇到分枝：15-14和15-16，因此，R₃分解成2条供电恢复路径：R₃和R₄，R₃为支路15-14方向，R₄为支路15-16方向。由于R₄遇到树枝{15-16，16-17，17-18，18-19，19-20，20-21，21-22，22-23，23-24，24-25，25-26，6-27}，将该树枝作为一条支路加入R₄，然后，依次进行。故障恢复完成后各支路的负荷度如表1中的MS所示。将本方法与传统的遗传算法相比较，故障恢复效果如表2所示。由表2可知，采用本算法进行故障恢复后的系统网损和节点最低电压与遗传算法相差不多，但是故障恢复时间明显缩短。因此，依据本方法的故障恢复方案，Agent能迅速远程操作相应的开关设备，恢复非故障负荷供电，使用户几乎感觉不到停电发生。

表1系统数据

Tab.1 System data

表2故障恢复结果比较

Tab.2 Comparison of fault service restoration results

Claims (4)

1.一种适用于智能配电网的基于负荷均衡故障恢复方法，其特征是，该方法包括以下步骤：

1）在智能配电网的每个开关处均装设一台智能配电终端，每个智能配电终端看作一个Agent，各Agent之间通过光纤以太网互联；

2）各Agent通过信息交互自动确定故障区、非故障区和故障恢复区；故障恢复区：在故障点下游的非故障失电区；供电恢复路径：电能从电源经一个联络开关至故障恢复区负荷的路径；

3）进行故障恢复：在故障恢复区中，与电源相连的联络开关处的各Agent按照常规的支路容量计算公式，计算各供电恢复路径在新增一支路时的容量，并根据负荷度计算公式计算每次循环中各供电恢复路径的负荷度，在负荷度最小的供电恢复路径中增加供电恢复支路，其余供电恢复路径不增加供电恢复支路，同时，更新各供电恢复路径的支路集合和节点集合，并更新故障恢复区的支路集合和节点集合；依次循环，直至故障恢复区的节点集合为空即故障恢复完成；然后，对整个配电网进行潮流计算，判断是否存在电压或容量越限情况；如果存在越限，则按供电恢复路径增加支路的逆序依次切除相应负荷，并进行潮流计算，直到越限消除为止；

4）各联络开关处的Agent根据形成的供电恢复路径向本联络开关和供电恢复路径末端的分段开关处的Agent发送遥控命令，使其闭合或打开，实现故障恢复；未能恢复供电的区域为甩负荷区；各Agent进行信息交互，判断是否存在甩负荷区，若有，执行(5)，否则，故障恢复任务完成；

5）甩负荷区的Agent搜索该区域内是否有可以实现计划孤岛运行分布式电源，若有，则向分布式电源出口处的Agent发送供电恢复命令，否则，将该区域负荷从配电网中切除；

6）实现计划孤岛运行的分布式电源处的Agent根据步骤3）的故障恢复方法对该区域负荷恢复供电；未能恢复的负荷从配电网中切除。

2.如权利要求1所述的适用于智能配电网的基于负荷均衡故障恢复方法，其特征是，所述步骤2）中，当发生故障且隔离故障后，故障点上游失电负荷通过馈线出口断路器的重合闸实现故障恢复；故障点上游节点处的Agent建立故障恢复区的网络拓扑结构TF、节点集合D和支路集合F，将这些信息发送至配电网所有联络开关处的Agent，并向其发送故障恢复命令。

3.如权利要求2所述的适用于智能配电网的基于负荷均衡故障恢复方法，其特征是，所述步骤3）的故障恢复具体步骤为：

(a)各联络开关处的Agent判断本地联络开关是否一端与故障恢复区相连，且另一端与电源馈线相连；若是，将其作为联络开关；否则，将其作为一般分段开关；

(b)建立由系统电源至各联络开关的初始供电恢复路径集合R={R_p|C_p<1,p=1,2,…,v，v≤u}，u为联络开关个数，即初始供电恢复路径个数，v为负荷度小于1的供电恢复路径个数，R_p和C_p分别为第p条供电恢复路径和相应的负荷度；

(c)若R为空集，则各Agent均退出故障恢复程序，否则执行(d)；

(d)通过Agent间的信息交互，获得故障恢复区的树干和树枝，执行以下循环；

(e)若D(k)为空集，说明故障恢复方案已形成，则转至(m)，否则执行(f)，其中，D(k)是第k次循环的未恢复供电的支路集合；

(f)若第k次循环生成的一条供电恢复路径R_p(k)(p=1,2,…,r，r≥v，r为经过k次循环后供电恢复路径的个数)的末端是树干，则将树干的所有支路看作一条支路F_j加入到R_p(k)，生成第k+1次循环的供电恢复路径R_p(k+1)，并计算其C_p；如果C_p小于1，则转至(k)；如果C_p大于1，则将该树干转换成一般支路组合，并恢复原供电恢复路径R_p(k)，执行(g)；

(g)若R_p(k)的末端存在分枝，则将R_p(k)分成多条供电恢复路径R_p(k),R_r+1(k),…,R_r+s-1(k)，s为分枝数，供电恢复路径集合变为：R={R_p|C_p<1,p=1,2,…,r+s-1}；

(h)R_p(k)的末端是树枝，则将树枝的所有支路看作一条支路F_j加入到R_p(k)，生成第k+1次循环的供电恢复路径R_p(k+1)，并计算其C_p；若C_p小于1，则转至(k)；若C_p大于1，则将该树枝转换成一般支路组合，并恢复原供电恢复路径R_p(k)，执行(i)；

(i)分别在各供电恢复路径R_p(k)末端加入与其相连的一条支路F_j，生成第k+1次循环的供电恢复路径R_p(k+1)，并计算其C_p；

(j)若C_p为最小值，则保存相应的供电恢复路径R_p(k+1)；否则，恢复为第k次循环的供电恢复路径，R_p(k+1)=R_p(k)；

(k)更新故障恢复区的支路集合和节点集合，F(k+1)=F(k)+{F_j}，D(k+1)=D(k)+{D_t}，F(k)和F(k+1)分别是第k次和第k+1次循环的未恢复供电的支路集合，D(k)和D(k+1)分别是第k次和第k+1次循环的未恢复供电的节点集合，循环次数k加1，返回(e)进入下一次循环；

(l)与其他联络开关处的Agent进行信息交互，根据少数服从多数的原则确定故障恢复方案，即最终的供电恢复路径集合：R={R_p|C_p<1,p=1,2,…,w}，w为最后生成的供电恢复路径个数；

(m)根据最终的供电恢复路径集合R对故障恢复区负荷恢复供电，即Agent控制本地联络开关闭合，并向R_p(k)末端Agent发送打开相应分段开关的控制命令，程序结束；

树干：在故障恢复区中，从联络开关至重要负荷的路径；

树枝：在故障恢复区中，仅一端与电源相连的供电路径；

分枝：供电恢复路径末端存在两个以上支路时，这些支路称为该供电路径的分枝。

4.如权利要求3所述的适用于智能配电网的基于负荷均衡故障恢复方法，其特征是，所述步骤3)中，供电恢复路径的生成采用启发式搜索方法，以供电恢复路径的负荷度最小作为搜索规则，同时，优先生成重要负荷的供电恢复路径；若无重要负荷，遇到树枝负荷时，优先生成树枝负荷的供电恢复路径，而且如果满足容量约束，则一次生成；供电恢复路径R_p的支路容量按如下公式近似计算：

S_pi(k+1)≈S_pi(k)+S_Fi+ΔS_j    (10)

R_p∈R,B_pi∈R_p,F_j∈F

S_pi(k+1)和S_pi(k)分别为第p条供电恢复路径的第i条支路在第k+1次和第k次循环时的功率；S_Fi为新增支路F_j的正向负荷或反向负荷，当电流从支路始端流向末端时，取正向负荷，反之，取反向负荷；ΔS_j为新增支路F_j的功率损耗；

根据公式(10)计算供电恢复路径的各支路在新增一支路时的容量，然后根据公式（1）、（2）计算供电恢复路径在本次循环中的负荷度C_p(k+1)，在负荷度最小的供电恢复路径中增加供电恢复支路；同时，更新集合B_p、H_p、F和D；

供电恢复路径R_p的第i条支路B_pi的负荷度MS_pi：

${\mathrm{MS}}_{\mathrm{pi}}=\frac{S_{\mathrm{pi}}}{S_{\mathrm{pi}\max }}---\left(1\right)$

S_pi为支路B_pi的功率，S_pimax为支路B_pi的最大容量；

供电恢复路径R_p的负荷度C_p：

$C_p=\underset{B_{\mathrm{pi}}\&Element;R_p}{\max }{\mathrm{MS}}_{\mathrm{pi}}---\left(2\right)$

合B_p、H_p、F和D按如下公式进行更新：

$\left\{\begin{array}{c}{R}_p(k+1)=R_p\left(k\right)+\left\{F_j\right\}\\ F(k+1)=F\left(k\right)-\left\{F_i\right\}\\ H_p(k+1)=H_p\left(k\right)+\left\{D_t\right\}\\ D(k+1)=D\left(k\right)-\left\{D_t\right\}\end{array}\right.---\left(11\right)$

其中，R_p(k)和R_p(k+1)分别是第k次和第k+1次循环的供电恢复路径，H_p(k)和H_p(k+1)分别是第k次和第k+1次循环供电恢复路径的节点集合，F(k)和F(k+1)分别是第k次和第k+1次循环的未恢复供电的支路集合，D(k)和D(k+1)分别是第k次和第k+1次循环的未恢复供电的节点集合；未新增支路的供电恢复路径保持不变；当D(k+1)=Φ，即故障恢复完成时。

Images