CN103928926B - 配电网故障时负荷转移系统及方法 - Google Patents

Abstract

一种配电网故障时负荷转移系统，包括转供负荷计算模块、转供电源搜索模块、独立转供电源判断模块、负荷分摊转供操作方案产生模块。转供负荷列表生成模块根据搜索到的负荷计算得到转供负荷总值及产生转供负荷列表。转供电源搜索模块依次找到所有可转供电源。独立转供电源判断模块在比较出转供负荷列表生成模块产生的转供负荷总值大于每一个电源的剩余容量时，负荷分摊转供操作方案产生模块根据转供负荷总值及每个电源的剩余容量进行分摊比例计算以获得分摊比例值，在判断出按照电源的分摊比例值能够满足转供负荷列表中的负荷值要求时，产生负荷分摊转供操作方案信息。本发明还提供了一种配电网故障时负荷转移方法。

Description

配电网故障时负荷转移系统及方法

技术领域：

本发明涉及电力系统及其自动化和智能配电网技术领域，特别涉及一种配电网故障时负荷转移系统及方法。

背景技术：

电力系统配电网中包含有大量的开关，主要分为联络开关和分段开关。在配电网发生故障后(包括接地、断线及设备过负荷)及设备负载的明显不均衡时，可以通过调整网络开关的开合状态来切除线路故障，隔离故障并转移故障影响区内负荷，以减少故障影响范围，或消除设备过负荷，及设备负载的不均衡，从而总体提高电网运行的经济性和安全性。

配电网故障后的负荷转移是一个多目标的优化问题，电网发生故障后，运行操作人员期望能够快速给出故障隔离方案以及负荷转移方案，这不仅对求解的快速性提出要求，还要求令人满意的负荷转移结果，故障后负荷转移的目标一般是以尽可能多恢复失电区域内负荷(包括重要负荷和非重要负荷等)，同时可考虑网损，开关操作次数，功率平衡等指标。

目前，电力公司广泛使用的方法基本上基于经验性方法给出相应的操作方案，因此，无法进行操作方案最优性的选择而使得最多负荷得到转移，及停电范围最小；当有多个地方出现过负荷，及故障停电时，无法协调地实现负荷转移；无法合理给出重够方案实现设备负载的均衡。同时当前的经验性方法给出的方案往往要求运行调度人员具有很好的经验，对系统设备有很深入的理解及掌握，从而对运行调度人员增加了很大的工作压力。

发明内容：

有鉴于此，有必要提供一种配电网故障时负荷转移系统，该配电网故障时负荷转移系统能够对目标设备分析其影响负荷，并将受影响负荷安全转移至新电源点，提出包括转供路径、转供容量在内的负荷转供操作方案。

还有必要提供一种配电网故障时负荷转移方法，该配电网故障时负荷转移方法能够对目标设备分析其影响负荷，并将受影响负荷安全转移至新电源点，提出包括转供路径、转供容量在内的负荷转供操作方案。

一种配电网故障时负荷转移系统，包括转供负荷计算模块、转供电源搜索模块、独立转供电源判断模块、负荷分摊转供操作方案产生模块。转供负荷计算模块用于搜索停电或检修开关设备下游所有区段所带的负荷，根据搜索到的负荷计算得到转供负荷总值及产生转供负荷列表，转供负荷列表中包括负荷的信息及负荷的负荷值。转供电源搜索模块从停电或检修开关下游区段开始，依次遍历每一个区段，若区段内存在联络开关，跨过联络开关向外搜索至另一侧供电电源，依次找到所有可转供电源。独立转供电源判断模块用于将转供负荷计算模块产生的转供负荷总值与转供电源搜索模块找到的每个电源的剩余容量进行比较，在比较出转供负荷计算模块产生的转供负荷总值小于当前比较的电源的剩余容量时，将当前比较的电源作为可独立转供电源，并将可独立转供电源的信息提供给调度人员。在比较出转供负荷计算模块产生的转供负荷总值大于每一个电源的剩余容量时，输出预设的分摊命令给负荷分摊转供操作方案产生模块。负荷分摊转供操作方案产生模块用于根据转供负荷计算模块产生的转供负荷总值及转供电源搜索模块记录的每个区段中的电源的剩余容量进行分摊比例计算，并获得每个区段中的电源的分摊比例值；在判断出按照电源的分摊比例值能够满足转供负荷列表中的负荷值要求时，产生负荷分摊转供操作方案信息，并将负荷分摊转供操作方案信息提供给调度人员，以指导调度人员进行负载转供。

一种配电网故障时负荷转移方法，包括以下步骤：

搜索停电或检修开关设备下游所有区段所带的负荷，根据搜索到的负荷计算得到转供负荷总值及产生转供负荷列表，转供负荷列表中包括负荷的信息及负荷的负荷值；

从停电或检修开关下游区段开始，依次遍历每一个区段，若区段内存在联络开关，跨过联络开关向外搜索至另一侧供电电源，依次找到所有可转供电源；

将产生的转供负荷总值与找到的每个电源的剩余容量进行比较，在比较出产生的转供负荷总值小于当前比较的电源的剩余容量时，将当前比较的电源作为可独立转供电源，并将可独立转供电源的信息提供给调度人员；

在比较出产生的转供负荷总值大于每一个电源的剩余容量时，根据产生的转供负荷总值及记录的每个区段中的电源的剩余容量进行分摊比例计算，并获得每个区段中的电源的分摊比例值；

在判断出按照电源的分摊比例值能够满足转供负荷列表中的负荷值要求时，产生负荷分摊转供操作方案信息，并将负荷分摊转供操作方案信息提供给调度人员，以指导调度人员进行负载转供。

上述配电网故障时负荷转移系统及方法，利用启发式规则和拓扑树相结合，不需要用大量的计算，便可快速给出大面积停电故障需通过多个联络开关、分段开关操作转移负荷的问题。

附图说明：

附图1是一较佳实施方式的配电网故障时负荷转移系统的功能模块图。

附图2是减负荷的流程图。

附图3是一较佳实施方式的配电网故障时负荷转移的方法流程图。

附图4是负荷转供环网原始运行方式图。

附图5是负荷转供后的运行方式图。

图中：配电网故障时负荷转移系统10、转供负荷计算模块20、转供电源搜索模块30、独立转供电源判断模块40、负荷分摊转供操作方案产生模块50、电源选择单元51、分摊比例计算单元52、分摊转供操作方案产生单元53、减负荷执行模块60、区域100、区域200、配电网故障时负荷转移方法步骤S301～S306。

具体实施方式：

本发明运用启发式算法解决配电网大面积停电需大范围转移负荷的问题，在分摊转供的过程中采用了基于基本树的拓扑快速检测策略，无需进行复杂的遍历而能快速给出负载转供方案，以下具体描述本发明提供的方案：

关于缩略语和关键术语定义：

分段开关：分段开关为常闭开关，在通常运行情况下保持闭合状态，其主要功能是隔离故障等。

联络开关：联络开关为常开开关，在通常运行情况下保持断开状态，用于紧急备用转移。

负荷转供：在满足电网辐射状运行、节点电压、线路电流等基本要求的前提下，通过改变网络中开关状态或切除负荷等操作，来将故障区域内负荷转移至其他供电母线，从而达到降低故障带来的损失、改善节点电压偏移、消除线路过载等目的。

负荷裕量：联络开关的负荷裕量是指该联络开关相连的供电馈线的额定负荷与当时的实际负荷之间的差值。

树-数据结构：它是由n(n>＝1)个有限结点组成一个具有层次关系的集合。把它叫做“树”是因为它看起来像一棵倒挂的树，也就是说它是根朝上，而叶朝下的；它具有以下的特点：每个结点有零个或多个子结点；没有前驱的结点称为根结点；每一个非根结点有且只有一个父结点；除了根结点外，每个子结点可以分为m个不相交的子树。

区段：以开关为边界的连通区域。

请同时参看图1，配电网故障时负荷转移系统10包括转供负荷计算模块20、转供电源搜索模块30、独立转供电源判断模块40、负荷分摊转供操作方案产生模块50、减负荷执行模块60。

转供负荷计算模块20用于搜索停电或检修开关设备下游所有区段所带的负荷，根据搜索到的负荷计算得到转供负荷总值及产生转供负荷列表。转供负荷列表中包括负荷的信息及负荷的负荷值。

转供电源搜索模块30从停电或检修开关下游区段开始，依次遍历每一个区段，若区段内存在联络开关，跨过联络开关向外搜索至另一侧供电电源，依次找到所有可转供电源，并记录搜索路径上的每一个区段的带电负荷。其中，转供电源搜索模块30记录搜索路径上的每一个区段的带电负荷方式为基本树结构，区段作为树的结点，停电或检修开关下游区段为树的根节点。

独立转供电源判断模块40用于将转供负荷计算模块20产生的转供负荷总值与转供电源搜索模块30找到的每个电源的剩余容量进行比较，在比较出转供负荷计算模块20产生的转供负荷总值小于当前比较的电源的剩余容量时，将当前比较的电源作为可独立转供电源，并将可独立转供电源的信息提供给调度人员；在比较出转供负荷计算模块20产生的转供负荷总值大于每一个电源的剩余容量时，输出预设的分摊命令给负荷分摊转供操作方案产生模块50。进一步的，在有多个电源的剩余容量大于转供负荷总值的情况下，转供电源判断模块40在比较出转供负荷计算模块产生的转供负荷总值小于当前比较的电源的剩余容量时，从转供电源搜索模块记录的每个区段中获取不小于当前比较的电源的剩余容量的电源，将获取的电源作为独立转供电源，并按照由大到小的顺序将各可独立转供电源的信息提供给调度人员，由调度人员最终选择其中一个电源作为转供方案进行操作执行。

负荷分摊转供操作方案产生模块50用于根据转供负荷计算模块20产生的转供负荷总值及转供电源搜索模块30找到的电源的剩余容量进行分摊比例计算，并获得找到的电源的分摊比例值；在判断出按照电源的分摊比例值能够满足转供负荷列表中的负荷值要求时，产生负荷分摊转供操作方案信息，并将负荷分摊转供操作方案信息提供给调度人员，以指导调度人员进行负载转供；负荷分摊转供操作方案产生模块50在判断出按照电源的分摊比例值不能够满足搜索到的负荷值的要求时，输出预设的减负荷命令给减负荷执行模块60。其中，负荷分摊转供操作方案产生模块50包括电源选择单元51、分摊比例计算单元52、分摊转供操作方案产生单元53；电源选择单元51用于从剩余容量最大的电源开始选择，并将选择过的电源的剩余容量进行叠加获得叠加值，当叠加值不小于转供负荷总值时，停止选择，并将选择过的电源提供给分摊比例计算单元52，其中为了保证各电源能够合理分摊负荷，电源选择单元51首先选择距离停电开关最近的电源，例如从停电开关向各电源点联络开关搜索，并对两开关间直接路径上每个节点进行计数，每找到一个电源，则经过的节点就加1；搜索完成之后，所有计数大于1的节点就称为停电开关的干线；然后找到每个电源点与干线连接的第1个节点，该节点与停电开关之间的开关越少，则称该电源与停电开关越近，反之越远；分摊比例计算单元52用于根据转供负荷总值及电源选择单元51提供的电源的剩余容量进行分摊比例计算，并获得最大剩余容量的电源的分摊比例值；分摊转供操作方案产生单元53用于在判断出按照电源的分摊比例值能够满足搜索到的转供负荷列表中的负荷值的要求时，产生负荷分摊转供操作方案信息；在判断出按照电源的分摊比例值不能够满足搜索到的转供负荷列表中的负荷值的要求时，输出预设的减负荷命令给减负荷执行模块60。

减负荷执行模块60用于响应减负荷命令，根据记录的带电负荷的指定优先级，对每个选中的电源所带的带电负荷进行消减，以使负荷分摊转供操作方案产生模块50最终产生负荷分摊转供操作方案信息。其中，削减原则是从优先级最低的开始，但不能消减重要用户负荷，如果削减后仍不能满足要求，则提示用户进行干预。进一步的，请同时参看图2，减负荷执行模块60按照图2中的方式进行工作：指定负荷的优先级，接着在所有树中查找优先级比指定优先级低并且没有孩子结点的树结点，并将该结点从树中删除，然后判断是否存在满足条件的结点，如果有满足条件的节点，则计算查找到的所有满足条件的结点的总负荷，接着判断是否达到需要减掉的负荷总数，在判断出达到需要减掉的负荷总数后，控制对应的电源点削减对应的负荷，在判断出没有达到需要减掉的负荷总数后执行“在所有树中查找优先级比指定优先级低并且没有孩子结点的树结点，并将该结点从树中删除”的功能；如果没有满足条件的节点，则指定优先级调高一级，然后判断调高的指定优先级是否达到最高可调优先级阀值，如果是则提示调度人员，如果不是则执行“指定负荷的优先级”的功能。

请参看图3，一种配电网故障时负荷转移方法，包括以下步骤：

步骤S301，搜索停电或检修开关设备下游所有区段所带的负荷，根据搜索到的负荷计算得到转供负荷总值及产生转供负荷列表。其中，转供负荷列表中包括负荷的信息及负荷的负荷值。

步骤S302，从停电或检修开关下游区段开始，依次遍历每一个区段，若区段内存在联络开关，跨过联络开关向外搜索至另一侧供电电源，依次找到所有可转供电源。其中，还记录搜索路径上的每一个区段的带电负荷，记录搜索路径上的每一个区段的带电负荷方式为基本树结构，区段作为树的结点，停电或检修开关下游区段为树的根节点。

步骤S303，将产生的转供负荷总值与找到的每个电源的剩余容量进行比较，在比较出产生的转供负荷总值小于当前比较的电源的剩余容量时，将当前比较的电源作为可独立转供电源，并将可独立转供电源的信息提供给调度人员。

步骤S304，在比较出产生的转供负荷总值大于每一个电源的剩余容量时，根据产生的转供负荷总值及找到的每个电源的剩余容量进行分摊比例计算，并获得每个电源的分摊比例值。其中，步骤S304具体为：从剩余容量最大的电源开始选择，并将选择过的电源的剩余容量进行叠加获得叠加值，当叠加值不小于转供负荷总值时，停止选择；根据转供负荷总值及选择过的电源的剩余容量进行分摊比例计算，并获得每个区段中的最大剩余容量的电源的分摊比例值。

步骤S305，在判断出按照电源的分摊比例值能够满足转供负荷列表中的负荷值要求时，产生负荷分摊转供操作方案信息，并将负荷分摊转供操作方案信息提供给调度人员，以指导调度人员进行负载转供。其中，步骤S305具体为：从联络开关首先向停电开关搜索负荷，然后再向剩余负荷搜索；在判断出按照电源的分摊比例值能够满足搜索到的转供负荷列表中的负荷值的要求时，产生负荷分摊转供操作方案信息；并将负荷分摊转供操作方案信息提供给调度人员，以指导调度人员进行负载转供。

步骤S306，在判断出按照电源的分摊比例值不能够满足搜索到的转供负荷列表中的负荷值的要求时，根据记录的带电负荷的优先级别，对每个选中的电源所带的带电负荷进行消减后，再次执行步骤S303的步骤。

以下举例对上述配电网故障时负荷转移系统10及配电网故障时负荷转移方法中的负荷分摊转供及负荷消减进行举例说明：

针对负荷分摊转供：

请同时参看图4，在图4中共有5个电源：电源A、电源B、电源C、电源D、电源E，各电源负载/容量信息具体为：电源A为80/100、电源B为40/100、电源C为50/100、电源D为60/100、电源E为85/100。以母线停电导致的大面积停电事故为例分析，此时进线开关CB1断开隔离故障，需要将所带负荷转移，转供负荷为80kVA：

从剩余容量最大的电源开始，选择叠加后可满足转供的多个电源，亦即，电源B剩余容量为60，电源C剩余容量为50，60+50>80，相加后可满足转供要求。

根据剩余容量，计算这几个电源的分摊比例：

电源B应分摊数：80×60/110＝43.6kVA

电源C应分摊数：80×50/110＝36.4kVA

在这几个电源中，从距离停电开关最近的联络开关开始分摊(如果距离相等，就选择容量最大)。分摊的方法是，从联络开关首先向停电开关搜索负荷，然后再向剩余负荷搜索，直到达到分摊数量。当转带某负荷会超出应分摊负荷数时，判断该负荷是否会导致本线路过载，如果过载不转带该负荷；如自己不过载，则判断是否会导致剩余电源过载，如会导致剩余电源过载，则转带该负荷，如不过载，则按应转带数4舍5入决定是否转带。

从图4上可知，电源B至开关CB1间(CB10,CB9,CB2,CB1)可分摊数为20+10+10＝40，未达到应分摊数43.6，应跨过CB3继续向下游搜索，但是下游负荷为10，分摊之后总数为50超过了应分摊数，此时计算如果将该负荷给后面的电源是否超载，后续电源需分担数为40，不超载，3.6/10＝0.36，四舍五入，此负荷可以分给后续电源。

继续处理电源C及剩余负荷，从CB12搜索到CB3，然后是CB4和CB5，转带负荷数是40，满足要求。如图5所示，负荷转供后原电源A的带电区域分为两个区域，区域100经CB10由电源B供电，区域200经CB12由电源C供电。

上面是只有2个电源的情况，如果是2个以上电源时，当处理完第1个电源后，要在后续电源间重新计算分摊比例，然后再分摊处理，直至完成。

如果选取的电源经分摊后，不能承担所有负荷，则使用更多的电源进行分摊；如果所有电源都使用且不能满足转供要求时，要在分摊后对超载的电源点馈线进行减负荷操作。

转供操作和步骤：不管是单电源转供还是分摊转供，都要把操作步骤提示给用户并可以由用户驱动或自动执行；当分摊转供时，要给出最佳的操作步骤，即停电时间最短，具体来说就是统计每一个待闭合开关单独执行后带来的供电总负荷的变化，变化最大的开关优先执行，在闭合开关前应先分闸停电再合闸供电。

负荷消减：

如果所有电源都使用且不能满足转供要求时，要在分摊后对超载的电源点馈线进行减负荷操作。具体方式是每个电源点削减各自负荷，削减原则是从优先级最低的开始，但不能消减重要用户负荷，如果削减后仍不能满足要求，则提示用户进行干预。

消减负荷时，要对可消减的负荷进行组合，确定满足情况下的最少负荷。例如要消减20kVA，可消减负荷为3、5.5、9、10、15，则最佳组合为5.5+15＝20.5>20。

Claims (8)

1.一种配电网故障时负荷转移系统，其特征在于：包括转供负荷计算模块、转供电源搜索模块、独立转供电源判断模块、负荷分摊转供操作方案产生模块；

转供负荷计算模块用于搜索停电或检修开关设备下游所有区段所带的负荷，根据搜索到的负荷计算得到转供负荷总值及产生转供负荷列表；

转供电源搜索模块从停电或检修开关下游区段开始，依次遍历每一个区段，若区段内存在联络开关，跨过联络开关向外搜索至另一侧供电电源，依次找到所有可转供电源；

独立转供电源判断模块用于将转供负荷计算模块产生的转供负荷总值与转供电源搜索模块找到的每个电源的剩余容量进行比较，在比较出转供负荷计算模块产生的转供负荷总值小于当前比较的电源的剩余容量时，将当前比较的电源作为可独立转供电源，并将可独立转供电源的信息提供给调度人员；在比较出转供负荷计算模块产生的转供负荷总值大于每一个电源的剩余容量时，输出预设的分摊命令给负荷分摊转供操作方案产生模块；

负荷分摊转供操作方案产生模块用于根据转供负荷计算模块产生的转供负荷总值及转供电源搜索模块找到的电源的剩余容量进行分摊比例计算，并获得每个电源的分摊比例值；在判断出按照电源的分摊比例值能够满足转供负荷列表中的负荷值要求时，产生负荷分摊转供操作方案信息，并将负荷分摊转供操作方案信息提供给调度人员，以指导调度人员进行负载转供；其中，转供电源搜索模块记录搜索路径上的每一个区段的带电负荷方式为基本树结构，区段作为树的结点，停电或检修开关下游区段为树的根节点。

2.根据权利要求1所述的配电网故障时负荷转移系统，其特征在于：独立转供电源判断模块在比较出转供负荷计算模块产生的转供负荷总值小于当前比较的电源的剩余容量时，从转供电源搜索模块记录的每个区段中获取不小于当前比较的电源的剩余容量的电源，将获取的电源作为独立转供电源，并按照由大到小的顺序将各可独立转供电源的信息提供给调度人员。

3.根据权利要求2所述的配电网故障时负荷转移系统，其特征在于：配电网故障时负荷转移系统还包括减负荷执行模块，转供电源搜索模块还记录搜索路径上的每一个区段的带电负荷，负荷分摊转供操作方案产生模块在判断出按照电源的分摊比例值不能够满足搜索到的负荷值的要求时，输出预设的减负荷命令给减负荷执行模块；减负荷执行模块用于响应减负荷命令，根据记录的带电负荷的指定优先级，对每个选中的电源所带的带电负荷进行消减，以使负荷分摊转供操作方案产生模块最终产生负荷分摊转供操作方案信息。

4.根据权利要求3所述的配电网故障时负荷转移系统，其特征在于：负荷分摊转供操作方案产生模块包括电源选择单元、分摊比例计算单元、分摊转供操作方案产生单元

电源选择单元，用于从剩余容量最大的电源开始选择，并将选择过的电源的剩余容量进行叠加获得叠加值，当叠加值不小于转供负荷总值时，停止选择，并将选择过的电源提供给分摊比例计算单元；

分摊比例计算单元，用于根据转供负荷总值及电源选择单元提供的电源的剩余容量进行分摊比例计算，并获得每个区段中的最大剩余容量的电源的分摊比例值；

分摊转供操作方案产生单元，用于在判断出按照电源的分摊比例值能够满足搜索到的负荷值的要求时，产生负荷分摊转供操作方案信息；在判断出按照电源的分摊比例值不能够满足搜索到的转供负荷列表中的负荷值的要求时，输出预设的减负荷命令给减负荷执行模块。

5.一种配电网故障时负荷转移方法，包括以下步骤：

搜索停电或检修开关设备下游所有区段所带的负荷，根据搜索到的负荷计算得到转供负荷总值及产生转供负荷列表；

从停电或检修开关下游区段开始，依次遍历每一个区段，若区段内存在联络开关，跨过联络开关向外搜索至另一侧供电电源，依次找到所有可转供电源；

将产生的转供负荷总值与找到的每个电源的剩余容量进行比较，在比较出产生的转供负荷总值小于当前比较的电源的剩余容量时，将当前比较的电源作为可独立转供电源，并将可独立转供电源的信息提供给调度人员；

在比较出产生的转供负荷总值大于每一个电源的剩余容量时，根据产生的转供负荷总值及找到的电源的剩余容量进行分摊比例计算，并获得每个电源的分摊比例值；

在判断出按照电源的分摊比例值能够满足转供负荷列表中的负荷值要求时，产生负荷分摊转供操作方案信息，并将负荷分摊转供操作方案信息提供给调度人员，以指导调度人员进行负载转供；

其中，记录搜索路径上的每一个区段的带电负荷方式为基本树结构，区段作为树的结点，停电或检修开关下游区段为树的根节点。

6.根据权利要求5所述的配电网故障时负荷转移方法，其特征在于，还包括以下步骤：

记录搜索路径上的每一个区段的带电负荷；

在判断出按照电源的分摊比例值不能够满足搜索到的转供负荷列表中的负荷值的要求时，根据记录的带电负荷的优先级别，对每个选中的电源所带的带电负荷进行消减后，再次执行“将产生的转供负荷总值与找到的每个电源的剩余容量进行比较”的步骤。

7.根据权利要求5所述的配电网故障时负荷转移方法，其特征在于：“在比较出产生的转供负荷总值大于每一个电源的剩余容量时，根据产生的转供负荷总值及找到的电源的剩余容量进行分摊比例计算，并获得每个电源的分摊比例值”的步骤具体为：

从剩余容量最大的电源开始选择，并将选择过的电源的剩余容量进行叠加获得叠加值，当叠加值不小于转供负荷总值时，停止选择；

根据转供负荷总值及选择过的电源的剩余容量进行分摊比例计算，并获得每个区段中的最大剩余容量的电源的分摊比例值。

8.根据权利要求5所述的配电网故障时负荷转移方法，其特征在于：“在判断出按照电源的分摊比例值能够满足转供负荷列表中的负荷值要求时，产生负荷分摊转供操作方案信息，并将负荷分摊转供操作方案信息提供给调度人员，以指导调度人员进行负载转供”的步骤具体为：

从联络开关首先向停电开关搜索负荷，然后再向剩余负荷搜索；

在判断出按照电源的分摊比例值能够满足搜索到的转供负荷列表中的负荷值的要求时，产生负荷分摊转供操作方案信息；

并将负荷分摊转供操作方案信息提供给调度人员，以指导调度人员进行负载转供。