CN103337856B - 一种配电网网络重构的开关分组方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种配电网网络重构的开关分组方法，所述方法包括：Ⅰ、闭合配电网络中联络开关；Ⅱ、分析配电网中的基本回路；Ⅲ、将基本回路中的可操作开关归为一组。本发明为配电网网络重构提供一种开关分组方法，理论基础严格，计算量较小、计算速度快，通过对不同开关组之间的开关进行组合，得到网络重构的所有可行方案，使大规模配电网的网络重构避免了大量无效的计算，提高了计算速度。

Description

一种配电网网络重构的开关分组方法

技术领域

本发明属于电力系统技术领域，具体涉及一种配电网网络重构的开关分组方法。

背景技术

近年来，配电自动化发展迅速，为了提高配电系统运行的安全性和经济性，对配电网进行分析与决策的常用分析技术有：

1）网络重构。配电网络重构是指确定哪些联络开关需要闭合、哪些分段开关需要打开，以此来改变网络的拓扑，以影响网络中的功率流动，达到网络优化的目的。其目标可以是最小化系统有功功率损耗、最小化系统能量损耗、平衡系统负荷、提高系统可靠性、提高系统电压的稳定性等其中的一个或多个目标的组合。

2）潮流计算。配电网潮流计算是根据网络拓扑、根节点电压、馈线负荷计算网络各节点电压幅值和相角，并给出全网网络损耗。由于配电网元件R／X值较高的特点，输电网成熟的潮流计算方法已经不再适用于配电网，常用的配电网潮流算法根据状态量的不同分为母线功率型、母线电流型、支路功率型和支路电流型等。

现有的配电网网络重构都是基于所有可操作开关的组合方案，建立目标函数，考虑约束条件，利用数学寻优、人工智能等算法求解最优方案，计算量大，计算速度慢。

配电网络含有大量的常闭和常开开关，一般闭环设计、开环运行，运行人员根据实际情况进行网络重构操作，以平衡各馈线的负载、消除过载、降低网损，从而提高网络的供电能力。在数学上，决定各个开关状态的网络重构问题是一个复杂的大规模非线性整数组合优化问题。配电网网络重构最基本的要求是不失去负荷，很多开关的任意组合是无效的，所以明确有效的开关组合范围，对于保证网络重构结果的有效性、避免无意义的优化计算具有重要意义。众多学者提出了很多方法解决配电网络重构问题，但随着智能配电网的发展，网络规模在不断的扩大，给优化算法造成了严重的“维数灾”问题，如何仅仅对有效的开关组合进行优化，是配电网网络重构急需解决的问题。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的是在保证对所有负荷供电的情况下，提出一种开关组合的方法，从而为配电网网络重构提供有效的基础数据，降低配电网网络重构的计算量，保证计算结果的有效性。本发明基于打开配电网中任一回路中的一个分段开关或者联络开关，这个回路将变成辐射状运行但不会失去负荷的基本物理原理，将配电网中所有断开的联络开关闭合，由此配电网中将形成若干个回路，将原来回路中断开的联络开关和分段开关都认为是这一回路中可断开的可操作开关，将一个回路中的可操作开关分为一组，将不同开关组之间的开关组合断开就是一种网络重构方案，这样就为配电网网络重构提供有效了的数据基础。本发明利用网络图论理论求解配电网中的基本回路，理论基础严格，首先通过网络拓扑分析，得到配电网的计算模型，对并联支路等值为一条并联等值支路，形成节点‐支路关联矩阵，并采用稀疏矩阵技术存储高度稀疏的关联矩阵，删除其中的辐射型支路，利用串联支路等值技术将串联支路等值为一条支路，得到低阶的节点—支路关联矩阵，这样就大大降低了利用网络图论理论求解基本回路的计算量，提高了计算速度。

本发明的目的是采用下述技术方案实现的：

一种配电网网络重构的开关分组方法，其特征在于，所述方法包括：

Ⅰ、闭合配电网络中联络开关；

Ⅱ、分析配电网中的基本回路；

Ⅲ、将基本回路中的可操作开关归为一组。

优选的，所述步骤Ⅱ包括：

（1）根据配电网网络拓扑结构，进行网络拓扑分析，形成计算模型；

（2）将并联支路等值为等值支路，更新计算模型，形成节点-支路关联矩阵A；

（3）判断A的列数；

（4）判断A中是否存在单端支路；

（5）判断A中是否存在多支路节点；

（6）降阶关联矩阵A；

（7）计算关联矩阵A。

进一步地，所述步骤（3）包括判断A的列数，小于3，表示该网络中的支路数小于3，无法构成环路，退出该算法流程。

进一步地，所述步骤（4）判断A中是否存在单端支路，存在则删除A中所有的单端支路，得到新的节点-支路关联矩阵A，返回步骤3。

进一步地，所述步骤（5）包括判断A中是否存在多支路节点，不存在，则A阵为一个单环路关联矩阵，A中所有列的支路构成一条环路，退出该算法流程。

进一步地，所述步骤（6）包括将对串联支路进行串联等值，求降阶关联矩阵。

进一步地，所述步骤（6）包括：

a、从A阵中的任意一双支路节点出发，从连接该节点的两条支路方向分别搜索下一个双向节点，直到遇到多支路节点为止，将搜索过的线路保存为双向链表K；

b、将双向链表K中的支路等值为一条支路，得到新的节点支路关联矩阵A；

c、判断A阵中是否存在双支路节点，如果存在，返回步骤a；否，则结束。

进一步地，所述步骤（7）包括对降阶后的节点-支路关联矩阵A，根据公式A*B^T=0，求得B^T矩阵和B。

进一步地，由B^T矩阵得到B矩阵，根据串联等值支路双向链表K，得到配电网络中各个回路的详细信息。

优选的，所述步骤Ⅲ包括将基本回路中的联络开关和分段开关集合成一个开关组。

与现有技术比，本发明的有益效果为：

提出的配电网中基本回路搜索方法理论基础严格，计算速度快、结果精确；将基本回路中的可操作开关分为一组，将不同开关组间的组合作为配电网网络重构的基础数据，保证了网络重构结果的有效性，使网络重构避免了大量的无效计算，为大规模配电网网络重构计算速度的提升提供了技术支持手段，解决了制约配电网网络重构软件在线计算速度提升的瓶颈性问题，实用性强，具有工程应用推广价值。

附图说明

图1为本发明提供的一种配电网网络重构的开关分组方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。

术语及定义：

1)关联矩阵：关联矩阵又称为节点-支路关联矩阵，它描述联通图的支路节点的关联情形。设在一个有向图中节点数为n，支路数为b，对全部节点和支路分别加以编号。节点与支路的关联性质可以用一个n×b的矩阵A来描述。若支路与节点相关联且方向背离节点则为1，支路与节点相关联且支路方向指向节点则为-1，若支路与节点不关联则为0。

2)多环关联矩阵：由网络中的所有环路的支路组成的节点-支路关联矩阵。

3)单环关联矩阵：仅有一个环路所在支路组成的节点-支路关联矩阵。

4)双支路节点：在一个连通图中，一个节点仅与两条支路相关联。

5)多支路节点：在一个连通图中，一个节点与三个及以上支路相关联。

6)并联等值支路：对于并联在一起的支路，可以等效为一条支路。

7)串联等值支路：对于串联在一起多条支路，可以等效为一条支路。

8)单端支路：一条支路的两个节点中有一个节点悬空，只连接的一条支路。

9)稀疏矩阵：如果在矩阵中，多数的矩阵元素为0，称此矩阵为稀疏矩阵。

实施例

1、闭合配电网络中所有联络开关。

2、分析配电网中的所有基本回路。

1）根据配电网网络拓扑结构，进行网络拓扑分析，形成计算模型。

2）将所有并联支路等值为等值支路，更新计算模型，形成节点-支路关联矩阵A。

3）判断A的列数，如果小于3，表示该网络中的支路数小于3，无法构成环路，退出该算法流程。

4）判断A中是否存在单端支路，如果存在则删除A中所有的单端支路，得到新的节点-支路关联矩阵A，转3）。

5）判断A中是否存在多支路节点，如果不存在，则A阵是一个单环路关联矩阵，A中所有列的支路就构成了一条环路，退出该算法流程。

6）此时A阵是含有多个环路的多环节点-支路关联矩阵，为了得到降阶的关联矩阵，将对串联支路进行串联等值，具体算法如下：

第一步：从A阵中的任意一个双支路节点出发，从连接该节点的两条支路方向分别搜索下一个双向节点，直到遇到多支路节点为止，将搜索过的线路保存为双向链表K；

第二步：将双向链表K中的支路等值为一条支路，得到新的节点支路关联矩阵；

第三步：判断A阵中是否存在双支路节点，如果存在，返回第一步；否则，进行下一步。

7）对降阶后的节点-支路关联矩阵A，根据公式A*B^T=0，利用线性代数理论即可快速求解得到基本回路矩阵B。

8）对于基本回路矩阵B，根据串联等值支路双向链表K，得到配电网络中各个基本回路的详细信息。

3、将基本回路中的联络开关和分段开关集合成一个开关组。

本发明充分利用了配电网网络拓扑的物理特点，通过基本回路矩阵对所有可操作开关进行分组，每组选择一个可操作开关参与网络重构，保证了对所有负荷的供电（即不失去负荷），在此基础上进行的网络重构，避免了大量无效的计算。例如：

一个配电网有4个断开的联络开关，闭合后形成4个基本回路，每个基本回路中有3个分段开关，为了清晰的说明问题，假设基本回路间的重合部份没有分段开关与联络开关。按照传统的网络重构方法，要对个组合进行优化；利用本发明的方法只需对4×4×4×4＝256个组合进行优化，显而易见，避免了大量的不必要的计算。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (6)

1.一种配电网网络重构的开关分组方法，其特征在于，所述方法包括：

(1)闭合配电网络中联络开关；

(2)根据配电网网络拓扑结构，进行网络拓扑分析，形成计算模型；

(3)将并联支路等值为等值支路，更新计算模型，形成节点-支路关联矩阵A；

(4)判断A的列数，小于3，表示该网络中的支路数小于3，无法构成环路，退出算法流程；

(5)判断A中是否存在单端支路，存在则删除A中所有的单端支路，得到新的节点-支路关联矩阵A，返回步骤(4)；

(6)判断A中是否存在多支路节点，不存在，则A阵为一个单环路关联矩阵，A中所有列的支路构成一条环路，退出算法流程；

(7)降阶关联矩阵A；

(8)计算关联矩阵A；

(9)通过计算结果分析配电网中的基本回路；

(10)将基本回路中的可操作开关归为一组。

2.如权利要求1所述的一种配电网网络重构的开关分组方法，其特征在于，所述步骤(7)包括将对串联支路进行串联等值，求降阶关联矩阵。

3.如权利要求1所述的一种配电网网络重构的开关分组方法，其特征在于，所述步骤(7)包括：

a、从A阵中的任意一双支路节点出发，从连接该节点的两条支路方向分别搜索下一个双向节点，直到遇到多支路节点为止，将搜索过的线路保存为双向链表K；

b、将双向链表K中的支路等值为一条支路，得到新的节点－支路关联矩阵A；

c、判断新的节点－支路关联矩阵A中是否存在双支路节点，如果存在，返回步骤a；否，则结束。

4.如权利要求1所述的一种配电网网络重构的开关分组方法，其特征在于，所述步骤(8)包括：对降阶后的节点-支路关联矩阵A，根据公式A*B^T＝0，求得基本回路矩阵的转置矩阵B^T矩阵和基本回路矩阵B。

5.如权利要求4所述的一种配电网网络重构的开关分组方法，其特征在于，由B^T矩阵得到基本回路矩阵B，根据串联等值支路双向链表K，得到配电网络中各个回路的详细信息。

6.如权利要求1所述的一种配电网网络重构的开关分组方法，其特征在于，所述 步骤(10)包括将基本回路中的联络开关和分段开关集合成一个开关组。