CN104158178A - 基于可靠性的智能配电网供电分区恢复与整体优化方法 - Google Patents

Abstract

一种基于可靠性的智能配电网供电分区恢复与整体优化方法。其包括：步骤1)输入智能配电网基础数据信息，并构建目标函数和引导性指标；步骤2)分区恢复；步骤3)更新开关列表，整体优化。本发明提供的基于可靠性的智能配电网供电分区恢复与整体优化的方法，分别从降低故障率和缩短故障停电时间两个方面，改善智能配电网可靠性上的网络结构平衡度，提高用户的供电可靠性。对算例的研究结果发现：⑴网络的安全性指标和供电充裕度指标具有一致性，且若网络的结构平衡性较好，其安全性指标和供电充裕度指标也较好。⑵分区恢复能够更好地对网络结构进行平衡。⑶整体优化能够进一步优化网络的安全性指标和供电充裕度指标。

Description

基于可靠性的智能配电网供电分区恢复与整体优化方法

技术领域

本发明属于智能配电系统控制技术领域，特别是涉及一种基于可靠性的智能配电网供电分区恢复与整体优化方法。

背景技术

智能配电网是未来配电系统的发展趋势，是智能电网建设的重要组成部分。物理方面，智能配电网以高度成熟的配电自动化技术以及高渗透率的分布式电源(DG)和储能装置为特征。用户体验方面，智能配电网又以供电高可靠性和用户高满意度为服务愿景。

实际上，前者是后者的物质基础，后者是前者的目的表达。而后者的高可靠性和高满意度又是两位一体的关系，是同一事物的两个方面：在供电方面表示为高可靠性，在用户方面表现为高满意度。其中高可靠性又包含两个方面：足够低的故障率和足够短的故障停电时间。而要满足这两个要求，一方面要做好智能配电网的结构平衡与整体优化，消除故障隐患，从而减小系统的故障率及故障影响范围；另一方面，还必须做到对故障后的智能配电网进行快速供电恢复，以便尽可能地缩短故障停电时间。

配电网供电恢复问题由来已久，指的是配电网发生故障后，经过故障区域定位与隔离后对非故障失电区域进行恢复供电的优化问题。智能配电网供电恢复问题即是在配电网智能化的新条件下所进行的非故障失电区域供电恢复的优化问题。它在传统供电恢复问题的基础上，需要着重考虑配电自动化、分布式电源与储能装置等物理方面的新变化，以及高可靠性和高满意度的新特征。

针对传统配电网的供电恢复问题，国内外学者提出了很多求解方法，诸如：数学优化方法、启发式搜索算法、人工智能算法等。它们在供电恢复过程首重整体恢复，侧重恢复过程的一次性完成。这样可能会导致两个不好的后果：

⑴恢复过程没有考虑设备故障率的差异，可能导致恢复后系统平均故障率分布不均衡，致使系统存在运行风险，故障再发生的概率较高，对上一次供电恢复的努力形成事实上的浪费。如果同一故障反复发生，还可能会引起连锁反应，造成更大面积的停电情况发生。

⑵恢复过程亦没有考虑设备间故障修复时间的差异，这可能会导致故障修复时间短者受到故障修复时间长者拖累的情况，引起某些负荷点额外不必要的故障停电时间，从而导致系统整体可靠性不足，难以充分释放系统整体可靠性的潜力。

传统供电恢复方法均忽略了或难以顾及恢复过程中及恢复后智能配电网对高可靠性的要求。实际上，智能配电网中的设备不仅数量众多，且类型差异较大，即便是同种设备亦会有多种型号，同一型号也会因尺寸各异、厂家不同等物理差异引起可靠性参数上的不同。这必然会引起电网结构在可靠性上的不平衡。以此看来，以可靠性为核心，研究智能配电网故障后供电分区恢复与整体优化方法是一个十分必要的课题。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种基于可靠性的智能配电网供电分区恢复与整体优化方法。

为了达到上述目的，本发明提供的基于可靠性的智能配电网供电分区恢复与整体优化方法包括按顺序执行的下列步骤：

步骤1)输入智能配电网基础数据信息，并构建目标函数和引导性指标：

构建基于可靠性的故障后供电分区恢复与整体优化的目标函数；构建的目标函数包括三个方面：⑴最大可能的降低系统的故障率，⑵最大可能的减少系统的故障停电时间，⑶最大可能的减小平均可靠性综合指标，并为目标函数设置权值和约束条件；构建基于可靠性的分区恢复与整体优化过程中需用的相关引导性指标；其中分区恢复过程中需用的引导性指标为：⑴联络开关的原始平均故障率裕度FAFR_M，⑵分段开关的原始平均故障修复时间裕度FAFD_M；整体优化过程中需用的相关引导性指标为：⑶联络开关的平均可靠性综合指标裕度FASI_M，⑷分段开关的系统平均可靠性综合指标裕度SASI_M，用户从待分析的系统中收集智能配电网基础数据信息；包括电源数据、负荷数据、网络数据、支路参数、可靠性参数；

步骤2)分区恢复：

搜索待分析的系统中所有与孤岛失电区域直接相连的联络开关，并计算各联络开关的原始平均故障率裕度FAFR_M；按照FAFR_M>0、FAFR_M≤0将联络开关分成两类；对FAFR_M>0的联络开关进行分区恢复：闭合所有联络开关，计算所有联络开关对之间馈线段的原始平均故障率指标FAFR_f值；选择FAFR_f值最大的联络开关对，计算该联络开关对之间所有分段开关的原始平均故障修复时间裕度FAFD_M值；选择FAFD_M值最大的分段开关断开，若存在并列最大的情况，改以FAFR_M计，将该联络开关对删除，重新搜索可能的联络开关对组合；循环该过程，直至删除所有联络开关对组合；之后潮流计算校验各安全性约束是否满足要求，如是，则完成分区恢复，输出结果；若否，则选择FAFR_M≤0的联络开关，共分3种情况：⑴单联络开关闭合：选择FAFR_M值最大的联络开关闭合；潮流计算校验各安全性约束是否满足要求，如是，则完成整区恢复，输出结果；若否，则进行⑵双联络开关闭合：选择FAFR_M值最大及次大的2个联络开关闭合，计算该联络开关对之间所有分段开关的FAFD_M值，选择FAFD_M值最大的分段开关断开；潮流计算校验各安全性约束是否满足要求，如是，则完成供电恢复，输出结果；若否，则进行多联络开关闭合：闭合所有联络开关，具体步骤同FAFR_M>0时的分区恢复；潮流计算校验各安全性约束是否满足要求，如是，则完成供电恢复，输出结果；若否，则切除部分负荷，输出结果；

步骤3)更新开关列表，整体优化：

对网络中的分段开关与联络开关的身份重新进行确认；计算所有联络开关的馈线段平均可靠性综合指标FASI_M值；并选取FASI_M值最大的联络开关闭合；计算因闭合联络开关所形成环内所有分段开关的系统平均可靠性综合指标裕度SASI_M值，并选取合适的分段开关断开；循环该闭合-断开过程，直至可靠性指标不能再进一步改善为止，输出结果。

在步骤1)中，所述的构建的目标函数计算公式如下：

⑴最大可能的降低系统的故障率：

minF₁＝w₁·SAIFI+w₂·CAIFI

⑵最大可能的减少系统的故障停电时间：

minF₂＝w₃·SAIDI+w₄·CAIDI

⑶最大可能的减小平均可靠性综合指标：

minSASI＝w₅·F₁+w₆·F₂

式中，w₁、w₂、w₃、w₄、w₅、w₆为权值。

在步骤1)中，所述的约束条件计算公式如下：

⑴功率平衡约束

f(P_Bus,Q_Bus,P_DG,Q_DG,P_L,Q_L)＝0

式中，P_Bus和Q_Bus为上级电源的注入功率，P_DG和Q_DG为DG的输出功率，P_L和Q_L代表负荷；

⑵节点电压与支路容量约束

$U_i^{\min }\≤U_i\≤U_i^{\max },$ i＝1,2,…,m； $\left|P_i\right|\≤P_i^{\max },$ i＝1,2,…,n

式中，为节点i的电压限值，m为节点总数，P_i、为流过支路i的有功功率及其最大容量，n为支路总数；

⑶分布式电源容量约束

$P_{\mathrm{DGi}}^{\min }\≤P_{\mathrm{DGi}}\≤P_{\mathrm{DGi}}^{\max };Q_{\mathrm{DGi}}^{\min }\≤Q_{\mathrm{DGi}}\≤Q_{\mathrm{DGi}}^{\max }$

式中，为第i个DG的有功、无功限值；

⑷辐射状约束

m＝n+1

式中，n为支路总数，m为节点总数。

在步骤1)中，所述的相关引导性指标计算公式如下：

⑴联络开关的原始平均故障率裕度FAFR_M：

${\mathrm{FAFR}}_M={\mathrm{FAFR}}_R-{\mathrm{FAFR}}_L^{\mathrm{Min}}---\left(1\right)$

其中：

${\mathrm{FAFR}}_R=\underset{i\∈R}{\mathrm{\Σ}}{\mathrm{\λ}}_i/n$

${\mathrm{FAFR}}_L=\underset{i\∈L}{\mathrm{\Σ}}{\mathrm{\λ}}_i/n$

${\mathrm{FAFR}}_L^{\mathrm{Min}}=\min \left\{{\mathrm{FAFR}}_L^l\right\},l\∈S$

⑵分段开关的原始平均故障修复时间裕度FAFD_M：

FAFD_M＝FAFD_R-FAFD_L                  (2)

其中：

${\mathrm{FAFR}}_f=\underset{i\∈f}{\mathrm{\Σ}}{\mathrm{\λ}}_i/n$

${\mathrm{FAFD}}_R=\underset{i\∈R}{\mathrm{\Σ}}{U}_i/\underset{i\∈R}{\mathrm{\Σ}}{\mathrm{\λ}}_i$

${\mathrm{FAFD}}_L=\underset{i\∈L}{\mathrm{\Σ}}{U}_i/\underset{i\∈L}{\mathrm{\Σ}}{\mathrm{\λ}}_i$

⑶联络开关的平均可靠性综合指标裕度FASI_M：

FASI_M＝FASI_R-FASI_L               (3)

其中：

FASI＝w₇·FAFR+w₈·FAFD

⑷分段开关的系统平均可靠性综合指标裕度SASI_M：

SASI_M＝SASI_R-SASI_L              (4)

以上诸式中，λ_i为开关之间所有设备的等值故障率，n为该馈线段所带负荷点数；R、L为馈线段中某一开关两端的馈线段，其中开关或为联络开关，或为分段开关，把孤岛失电区域侧作为R集，而把电源点侧作为L集；S为该开关所对应的电源点馈线段的集合，以联络开关至电源点之间的馈线段为电源点馈线段。

在步骤2)中，所述的分区恢复方法包括下列步骤：

步骤2.1)搜索孤岛失电区域的S2.1阶段：

搜索所有与孤岛失电区域直接相连的联络开关：按照式(1)计算各联络开关的FAFR_M；

步骤2.2)联络开关分类的S2.2阶段：

按照FAFR_M>0、FAFR_M≤0把联络开关分成两类；

步骤2.3)判断联络开关数量是否为1的S2.3阶段：

选择FAFR_M>0的联络开关，判断联络开关数量是否为1，若是，闭合该联络开关，转步骤2.7)；如否，闭合所有联络开关，按照式(5)计算所有联络开关对之间馈线段的FAFR_f值；

步骤2.4)选择联络开关对的S2.4阶段：

选择FAFR_f值最大的联络开关对，按照式(2)计算该联络开关对之间所有分段开关的FAFD_M值；

步骤2.5)选择分段开关断开的S2.5阶段：

选择FAFD_M值最大的分段开关断开，若存在并列最大的情况，改以FAFR_M计，把该联络开关对删除，重新搜索可能的联络开关对组合；

步骤2.6)循环删除的S2.6阶段；

循环S2.4阶段至S2.5阶段，直至删除所有联络开关对组合；

步骤2.7)判断校验是否满足要求的S2.7阶段；

潮流计算校验各安全性约束是否满足要求，如是，则完成分区恢复，输出结果；若否，则进行下一步；

步骤2.8)判断联络开关数量是否为0的S2.8阶段：

选择FAFR_M≤0的联络开关，判断联络开关数量是否为0，若否，则进行下一步；如是，说明该孤岛失电区域无转移路径，则下一步进入S2.15阶段；

步骤2.9)校验第一安全性约束是否满足要求的S2.9阶段：

选择FAFR_M值最大的联络开关闭合；潮流计算校验各安全性约束是否满足要求，如是，则完成整区恢复，输出结果；若否，则进行下一步；

步骤2.10)校验第二安全性约束是否满足要求的S2.10阶段：

选择FAFR_M值最大及次大的2个联络开关闭合，计算该联络开关对之间所有分段开关的FAFD_M值，选择FAFD_M值最大的分段开关断开；潮流计算校验各安全性约束是否满足要求，如是，则完成供电恢复，输出结果；若否，则进行下一步；

步骤2.11)闭合所有联络开关的S2.11阶段：

闭合所有联络开关，计算所有联络开关对之间馈线段的FAFR_f值；

步骤2.12)删除联络开关对、重复步骤2.4)的S2.12阶段：

重复步骤2.4)，选择FAFD_M值最大的分段开关断开，并把该联络开关对删除；

步骤2.13)循环删除所有联络开关对组合的S2.13阶段：

循环步骤2.11和2.12，直至删除所有联络开关对组合；

步骤2.14)校验各安全性约束是否满足要求的S2.14阶段：

潮流计算校验各安全性约束是否满足要求，如是，则完成分区恢复，输出结果；若否，则进行下一步；

步骤2.15)切除部分负荷的S2.15阶段：

按照以下原则，切除部分负荷：⑴若违反电压约束，则切除该电压越限节点；⑵若违反电流约束，按负荷值从小到大依次切除；

步骤2.16)输出结果的S2.16阶段：

输出结果，本流程至此结束。

在步骤3)中，所述的更新开关列表，整体优化的方法包括下列步骤：

步骤3.1)更新开关列表的S3.1阶段：

对网络中的分段开关与联络开关的身份重新进行确认；

步骤3.2)选择待闭合的联络开关的S3.2阶段：

按照式(3)计算所有联络开关的FASI_M值；并选取FASI_M值最大的联络开关闭合；

式中，w₇、w₈为权值；

步骤3.3)选择待断开的分段开关的S3.3阶段：

按照式(4)计算步骤3.2)所形成的环内所有分段开关的SASI_M值；

并按如下原则选取合适的分段开关断开；

⑴若SASI_M>0，选取R集中的分段开关断开；

⑵若SASI_M<0，选取L集中的分段开关断开；

⑶若SASI_M＝0，保持目前状态不变；

步骤3.4)闭合-断开过程循环的S3.4阶段：

重复步骤3.2)和步骤3.3)；

步骤3.5)判断循环结束的S3.5阶段：

判断可靠性指标是否能再进一步改善，若是，重复步骤3.4)；若否，结束循环；

步骤3.6)输出结果的S3.6阶段：

输出结果，本流程至此结束。

为优化智能配电网中由于设备可靠性参数差异造成的可靠性上的结构不平衡性，本发明提供了一种基于可靠性的智能配电网供电分区恢复与整体优化的方法，分别从降低故障率和缩短故障停电时间两个方面，改善智能配电网可靠性上的网络结构平衡度，提高用户的供电可靠性。对算例的研究结果发现：⑴网络的安全性指标和供电充裕度指标具有一致性，且若网络的结构平衡性较好，其安全性指标和供电充裕度指标也较好。⑵分区恢复能够更好地对网络结构进行平衡。⑶整体优化能够进一步优化网络的安全性指标和供电充裕度指标。

附图说明

图1为IEEE-33节点系统图。

图2为本发明提供的基于可靠性的供电分区恢复与整体优化方法流程图。

图3为本发明提供的基于可靠性的供电分区恢复与整体优化方法中分区恢复方法流程图。

图4为本发明提供的基于可靠性的供电分区恢复与整体优化方法中整体优化方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明提供的基于可靠性的智能配电网供电分区恢复与整体优化方法进行详细说明。

以IEEE-33节点系统为例，按照本发明提出的方法对其进行基于可靠性的智能配电网供电分区恢复与整体优化；该系统接线图如图1所示，系统各项参数见表1、2、3。计算中，在节点29处接入1个容量1000kW的分布式电源(DG)，并设故障发生在节点4。

表1 设备的可靠性参数

表2 IEEE-33线路长度及用户数参数

表3 IEEE-33线路阻抗及负荷参数

如图2所示，本发明提供的基于可靠性的智能配电网供电分区恢复与整体优化方法包括按顺序执行的下列步骤：

步骤1)输入智能配电网基础数据信息，并构建目标函数和引导性指标：

构建基于可靠性的故障后供电分区恢复与整体优化的目标函数；构建的目标函数包括三个方面：⑴最大可能的降低系统的故障率，⑵最大可能的减少系统的故障停电时间，⑶最大可能的减小平均可靠性综合指标，并为目标函数设置权值和约束条件；构建基于可靠性的分区恢复与整体优化过程中需用的相关引导性指标；其中分区恢复过程中需用的引导性指标为：⑴联络开关的原始平均故障率裕度FAFR_M，⑵分段开关的原始平均故障修复时间裕度FAFD_M；整体优化过程中需用的相关引导性指标为：⑶联络开关的平均可靠性综合指标裕度FASI_M，⑷分段开关的系统平均可靠性综合指标裕度SASI_M，用户从待分析的系统中收集智能配电网基础数据信息；包括电源数据、负荷数据、网络数据、支路参数、可靠性参数等；

步骤2)分区恢复：

搜索待分析的系统中所有与孤岛失电区域直接相连的联络开关，并计算各联络开关的原始平均故障率裕度FAFR_M；按照FAFR_M>0、FAFR_M≤0将联络开关分成两类；对FAFR_M>0的联络开关进行分区恢复：闭合所有联络开关，计算所有联络开关对之间馈线段的原始平均故障率指标FAFR_f值；选择FAFR_f值最大的联络开关对，计算该联络开关对之间所有分段开关的原始平均故障修复时间裕度FAFD_M值；选择FAFD_M值最大的分段开关断开，若存在并列最大的情况，改以FAFR_M计，将该联络开关对删除，重新搜索可能的联络开关对组合；循环该过程，直至删除所有联络开关对组合；之后潮流计算校验各安全性约束是否满足要求，如是，则完成分区恢复，输出结果；若否，则选择FAFR_M≤0的联络开关，共分3种情况：⑴单联络开关闭合：选择FAFR_M值最大的联络开关闭合；潮流计算校验各安全性约束是否满足要求，如是，则完成整区恢复，输出结果；若否，则进行⑵双联络开关闭合：选择FAFR_M值最大及次大的2个联络开关闭合，计算该联络开关对之间所有分段开关的FAFD_M值，选择FAFD_M值最大的分段开关断开；潮流计算校验各安全性约束是否满足要求，如是，则完成供电恢复，输出结果；若否，则进行多联络开关闭合：闭合所有联络开关，具体步骤同FAFR_M>0时的分区恢复；潮流计算校验各安全性约束是否满足要求，如是，则完成供电恢复，输出结果；若否，则切除部分负荷，输出结果；

步骤3)更新开关列表，整体优化：

对网络中的分段开关与联络开关的身份重新进行确认；计算所有联络开关的馈线段平均可靠性综合指标FASI_M值；并选取FASI_M值最大的联络开关闭合；计算因闭合联络开关所形成环内所有分段开关的系统平均可靠性综合指标裕度SASI_M值，并选取合适的分段开关断开；循环该闭合-断开过程，直至可靠性指标不能再进一步改善为止，输出结果。

在步骤1)中，所述的构建的目标函数计算公式如下：

⑴最大可能的降低系统的故障率：

minF₁＝w₁·SAIFI+w₂·CAIFI

⑵最大可能的减少系统的故障停电时间：

minF₂＝w₃·SAIDI+w₄·CAIDI

⑶最大可能的减小平均可靠性综合指标：

minSASI＝w₅·F₁+w₆·F₂

式中，w₁、w₂、w₃、w₄、w₅、w₆为权值，本例计算中均取0.5。

在步骤1)中，所述的约束条件计算公式如下：

⑴功率平衡约束

f(P_Bus,Q_Bus,P_DG,Q_DG,P_L,Q_L)＝0

式中，P_Bus和Q_Bus为上级电源的注入功率，P_DG和Q_DG为DG的输出功率，P_L和Q_L代表负荷；

⑵节点电压与支路容量约束

$U_i^{\min }\&le;U_i\&le;U_i^{\max },$ i＝1,2,…,m； $\left|P_i\right|\&le;P_i^{\max },$ i＝1,2,…,n

式中，为节点i的电压限值，m为节点总数，P_i、为流过支路i的有功功率及其最大容量，n为支路总数；

⑶分布式电源容量约束

$P_{\mathrm{DGi}}^{\min }\&le;P_{\mathrm{DGi}}\&le;P_{\mathrm{DGi}}^{\max };Q_{\mathrm{DGi}}^{\min }\&le;Q_{\mathrm{DGi}}\&le;Q_{\mathrm{DGi}}^{\max }$

式中，为第i个DG的有功、无功限值；

⑷辐射状约束

m＝n+1

式中，n为支路总数，m为节点总数。

在步骤1)中，所述的基于可靠性的分区恢复与整体优化过程中需用的相关引导性指标计算公式如下：

⑴联络开关的原始平均故障率裕度FAFR_M：

${\mathrm{FAFR}}_M={\mathrm{FAFR}}_R-{\mathrm{FAFR}}_L^{\mathrm{Min}}---\left(1\right)$

其中：

${\mathrm{FAFR}}_R=\underset{i\&Element;R}{\mathrm{\&Sigma;}}{\mathrm{\&lambda;}}_i/n$

${\mathrm{FAFR}}_L=\underset{i\&Element;L}{\mathrm{\&Sigma;}}{\mathrm{\&lambda;}}_i/n$

${\mathrm{FAFR}}_L^{\mathrm{Min}}=\min \left\{{\mathrm{FAFR}}_L^l\right\},l\&Element;S$

⑵分段开关的原始平均故障修复时间裕度FAFD_M：

FAFD_M＝FAFD_R-FAFD_L               (2)

其中：

${\mathrm{FAFR}}_f=\underset{i\&Element;f}{\mathrm{\&Sigma;}}{\mathrm{\&lambda;}}_i/n$

${\mathrm{FAFD}}_R=\underset{i\&Element;R}{\mathrm{\&Sigma;}}{U}_i/\underset{i\&Element;R}{\mathrm{\&Sigma;}}{\mathrm{\&lambda;}}_i$

${\mathrm{FAFD}}_L=\underset{i\&Element;L}{\mathrm{\&Sigma;}}{U}_i/\underset{i\&Element;L}{\mathrm{\&Sigma;}}{\mathrm{\&lambda;}}_i$

⑶联络开关的平均可靠性综合指标裕度FASI_M：

FASI_M＝FASI_R-FASI_L                 (3)

其中：

FASI＝w₇·FAFR+w₈·FAFD

⑷分段开关的系统平均可靠性综合指标裕度SASI_M：

SASI_M＝SASI_R-SASI_L                   (4)

以上诸式中，λ_i为开关之间所有设备的等值故障率，n为该馈线段所带负荷点数。R、L为馈线段中某一开关(或为联络开关，或为分段开关(SS))两端的馈线段，本发明统一把孤岛失电区域侧作为R集，而把电源点侧作为L集。S为该开关所对应的电源点馈线段的集合，本发明以联络开关(TS)至电源点之间的馈线段为电源点馈线段。

如图3所示，在步骤2)中，所述的分区恢复方法包括下列步骤：

步骤2.1)搜索孤岛失电区域的S2.1阶段：

搜索所有与孤岛失电区域直接相连的联络开关：按照式(1)计算各联络开关的FAFR_M；

步骤2.2)联络开关分类的S2.2阶段：

按照FAFR_M>0、FAFR_M≤0把联络开关分成两类；

步骤2.3)判断联络开关数量是否为1的S2.3阶段：

选择FAFR_M>0的联络开关，判断联络开关数量是否为1，若是，闭合该联络开关，转步骤2.7)；如否，闭合所有联络开关，按照式(5)计算所有联络开关对之间馈线段的FAFR_f值；

步骤2.4)选择联络开关对的S2.4阶段：

选择FAFR_f值最大的联络开关对，按照式(2)计算该联络开关对之间所有分段开关的FAFD_M值；

步骤2.5)选择分段开关断开的S2.5阶段：

选择FAFD_M值最大的分段开关断开(若存在并列最大的情况，改以FAFR_M计)，把该联络开关对删除，重新搜索可能的联络开关对组合；

步骤2.6)循环删除的S2.6阶段；

循环S2.4阶段至S2.5阶段，直至删除所有联络开关对组合；

步骤2.7)判断校验是否满足要求的S2.7阶段；

潮流计算校验各安全性约束是否满足要求，如是，则完成分区恢复，输出结果；若否，则进行下一步；

步骤2.8)判断联络开关数量是否为0的S2.8阶段：

选择FAFR_M≤0的联络开关，判断联络开关数量是否为0，若否，则进行下一步；如是，说明该孤岛失电区域无转移路径，则下一步进入S2.15阶段；

步骤2.9)校验第一安全性约束是否满足要求的S2.9阶段：

选择FAFR_M值最大的联络开关闭合；潮流计算校验各安全性约束是否满足要求，如是，则完成整区恢复，输出结果；若否，则进行下一步；

步骤2.10)校验第二安全性约束是否满足要求的S2.10阶段：

选择FAFR_M值最大及次大的2个联络开关闭合，计算该联络开关对之间所有分段开关的FAFD_M值，选择FAFD_M值最大的分段开关断开；潮流计算校验各安全性约束是否满足要求，如是，则完成供电恢复，输出结果；若否，则进行下一步；

步骤2.11)闭合所有联络开关的S2.11阶段：

闭合所有联络开关，计算所有联络开关对之间馈线段的FAFR_f值；

步骤2.12)删除联络开关对、重复步骤2.4)的S2.12阶段：

重复步骤2.4)，选择FAFD_M值最大的分段开关断开，并把该联络开关对删除；

步骤2.13)循环删除所有联络开关对组合的S2.13阶段：

循环步骤2.11和2.12，直至删除所有联络开关对组合；

步骤2.14)校验各安全性约束是否满足要求的S2.14阶段：

潮流计算校验各安全性约束是否满足要求，如是，则完成分区恢复，输出结果；若否，则进行下一步；

步骤2.15)切除部分负荷的S2.15阶段：

按照以下原则，切除部分负荷：⑴若违反电压约束，则切除该电压越限节点；⑵若违反电流约束，按负荷值从小到大依次切除；

步骤2.16)输出结果的S2.16阶段：

输出结果，本流程至此结束。

分区恢复完成后，结果见表3。

表3 分区恢复计算结果

如图4所示，在步骤3)中，所述的更新开关列表，整体优化的方法包括下列步骤：

步骤3.1)更新开关列表的S3.1阶段：

对网络中的分段开关与联络开关的身份重新进行确认；

步骤3.2)选择待闭合的联络开关的S3.2阶段：

按照式(3)计算所有联络开关的FASI_M值；并选取FASI_M值最大的联络开关闭合；

式中，w₇、w₈为权值，本例计算中均取0.5；

步骤3.3)选择待断开的分段开关的S3.3阶段：

按照式(4)计算步骤3.2)所形成的环内所有分段开关的SASI_M值；

并按如下原则选取合适的分段开关断开；

⑴若SASI_M>0，选取R集中的分段开关断开；

⑵若SASI_M<0，选取L集中的分段开关断开；

⑶若SASI_M＝0，保持目前状态不变；

步骤3.4)闭合-断开过程循环的S3.4阶段：

重复步骤3.2)和步骤3.3)；

步骤3.5)判断循环结束的S3.5阶段：

判断可靠性指标是否能再进一步改善，若是，重复步骤3.4)；若否，结束循环。

步骤3.6)输出结果的S3.6阶段：

输出结果，本流程至此结束。

整体优化完成后，结果见表4。

表4 整体优化计算结果

需要强调的是，本发明所述的实施例是说明性的，而不是限定性的，因此本发明并不限于具体实施方式中所述的实施例，凡是由本领域技术人员根据本发明的技术方案得出的其他实施方式，同样属于本发明保护的范围。

Claims (6)

1.一种基于可靠性的智能配电网供电分区恢复与整体优化方法，其特征在于：其包括按顺序执行的下列步骤：

步骤1)输入智能配电网基础数据信息，并构建目标函数和引导性指标：

构建基于可靠性的故障后供电分区恢复与整体优化的目标函数；构建的目标函数包括三个方面：⑴最大可能的降低系统的故障率，⑵最大可能的减少系统的故障停电时间，⑶最大可能的减小平均可靠性综合指标，并为目标函数设置权值和约束条件；构建基于可靠性的分区恢复与整体优化过程中需用的相关引导性指标；其中分区恢复过程中需用的引导性指标为：⑴联络开关的原始平均故障率裕度FAFR_M，⑵分段开关的原始平均故障修复时间裕度FAFD_M；整体优化过程中需用的相关引导性指标为：⑶联络开关的平均可靠性综合指标裕度FASI_M，⑷分段开关的系统平均可靠性综合指标裕度SASI_M，用户从待分析的系统中收集智能配电网基础数据信息；包括电源数据、负荷数据、网络数据、支路参数、可靠性参数；

步骤2)分区恢复：

搜索待分析的系统中所有与孤岛失电区域直接相连的联络开关，并计算各联络开关的原始平均故障率裕度FAFR_M；按照FAFR_M>0、FAFR_M≤0将联络开关分成两类；对FAFR_M>0的联络开关进行分区恢复：闭合所有联络开关，计算所有联络开关对之间馈线段的原始平均故障率指标FAFR_f值；选择FAFR_f值最大的联络开关对，计算该联络开关对之间所有分段开关的原始平均故障修复时间裕度FAFD_M值；选择FAFD_M值最大的分段开关断开，若存在并列最大的情况，改以FAFR_M计，将该联络开关对删除，重新搜索可能的联络开关对组合；循环该过程，直至删除所有联络开关对组合；之后潮流计算校验各安全性约束是否满足要求，如是，则完成分区恢复，输出结果；若否，则选择FAFR_M≤0的联络开关，共分3种情况：⑴单联络开关闭合：选择FAFR_M值最大的联络开关闭合；潮流计算校验各安全性约束是否满足要求，如是，则完成整区恢复，输出结果；若否，则进行⑵双联络开关闭合：选择FAFR_M值最大及次大的2个联络开关闭合，计算该联络开关对之间所有分段开关的FAFD_M值，选择FAFD_M值最大的分段开关断开；潮流计算校验各安全性约束是否满足要求，如是，则完成供电恢复，输出结果；若否，则进行多联络开关闭合：闭合所有联络开关，具体步骤同FAFR_M>0时的分区恢复；潮流计算校验各安全性约束是否满足要求，如是，则完成供电恢复，输出结果；若否，则切除部分负荷，输出结果；

步骤3)更新开关列表，整体优化：

对网络中的分段开关与联络开关的身份重新进行确认；计算所有联络开关的馈线段平均可靠性综合指标FASI_M值；并选取FASI_M值最大的联络开关闭合；计算因闭合联络开关所形成环内所有分段开关的系统平均可靠性综合指标裕度SASI_M值，并选取合适的分段开关断开；循环该闭合-断开过程，直至可靠性指标不能再进一步改善为止，输出结果。

2.根据权利要求1所述的基于可靠性的智能配电网供电分区恢复与整体优化方法，其特征在于：在步骤1)中，所述的构建的目标函数计算公式如下：

⑴最大可能的降低系统的故障率：

minF₁＝w₁·SAIFI+w₂·CAIFI

⑵最大可能的减少系统的故障停电时间：

minF₂＝w₃·SAIDI+w₄·CAIDI

⑶最大可能的减小平均可靠性综合指标：

minSASI＝w₅·F₁+w₆·F₂

式中，w₁、w₂、w₃、w₄、w₅、w₆为权值。

3.根据权利要求1所述的基于可靠性的智能配电网供电分区恢复与整体优化方法，其特征在于：在步骤1)中，所述的约束条件计算公式如下：

⑴功率平衡约束

f(P_Bus,Q_Bus,P_DG,Q_DG,P_L,Q_L)＝0

式中，P_Bus和Q_Bus为上级电源的注入功率，P_DG和Q_DG为DG的输出功率，P_L和Q_L代表负荷；

⑵节点电压与支路容量约束

$U_i^{\min }\&le;U_i\&le;U_i^{\max },$ i＝1,2,…,m； $\left|P_i\right|\&le;P_i^{\max },$ i＝1,2,…,n

式中，为节点i的电压限值，m为节点总数，P_i、为流过支路i的有功功率及其最大容量，n为支路总数；

⑶分布式电源容量约束

$P_{\mathrm{DGi}}^{\min }\&le;P_{\mathrm{DGi}}\&le;P_{\mathrm{DGi}}^{\max };Q_{\mathrm{DGi}}^{\min }\&le;Q_{\mathrm{DGi}}\&le;Q_{\mathrm{DGi}}^{\max }$

式中，为第i个DG的有功、无功限值；

⑷辐射状约束

m＝n+1

式中，n为支路总数，m为节点总数。

4.根据权利要求1所述的基于可靠性的智能配电网供电分区恢复与整体优化方法，其特征在于：在步骤1)中，所述的相关引导性指标计算公式如下：

⑴联络开关的原始平均故障率裕度FAFR_M：

${\mathrm{FAFR}}_M={\mathrm{FAFR}}_R-{\mathrm{FAFR}}_L^{\mathrm{Min}}---\left(1\right)$

其中：

${\mathrm{FAFR}}_R=\underset{i\&Element;R}{\mathrm{\&Sigma;}}{\mathrm{\&lambda;}}_i/n$

${\mathrm{FAFR}}_L=\underset{i\&Element;L}{\mathrm{\&Sigma;}}{\mathrm{\&lambda;}}_i/n$

${\mathrm{FAFR}}_L^{\mathrm{Min}}=\min \left\{{\mathrm{FAFR}}_L^l\right\},l\&Element;S$

⑵分段开关的原始平均故障修复时间裕度FAFD_M：

FAFD_M＝FAFD_R-FAFD_L                (2)

其中：

${\mathrm{FAFR}}_f=\underset{i\&Element;f}{\mathrm{\&Sigma;}}{\mathrm{\&lambda;}}_i/n$

${\mathrm{FAFD}}_R=\underset{i\&Element;R}{\mathrm{\&Sigma;}}{U}_i/\underset{i\&Element;R}{\mathrm{\&Sigma;}}{\mathrm{\&lambda;}}_i$

${\mathrm{FAFD}}_L=\underset{i\&Element;L}{\mathrm{\&Sigma;}}{U}_i/\underset{i\&Element;L}{\mathrm{\&Sigma;}}{\mathrm{\&lambda;}}_i$

⑶联络开关的平均可靠性综合指标裕度FASI_M：

FASI_M＝FASI_R-FASI_L               (3)

其中：

FASI＝w₇·FAFR+w₈·FAFD

⑷分段开关的系统平均可靠性综合指标裕度SASI_M：

SASI_M＝SASI_R-SASI_L                   (4)

以上诸式中，λ_i为开关之间所有设备的等值故障率，n为该馈线段所带负荷点数；R、L为馈线段中某一开关两端的馈线段，其中开关或为联络开关，或为分段开关，把孤岛失电区域侧作为R集，而把电源点侧作为L集；S为该开关所对应的电源点馈线段的集合，以联络开关至电源点之间的馈线段为电源点馈线段。

5.根据权利要求1所述的基于可靠性的智能配电网供电分区恢复与整体优化方法，其特征在于：在步骤2)中，所述的分区恢复方法包括下列步骤：

步骤2.1)搜索孤岛失电区域的S2.1阶段：

搜索所有与孤岛失电区域直接相连的联络开关：按照式(1)计算各联络开关的FAFR_M；

步骤2.2)联络开关分类的S2.2阶段：

按照FAFR_M>0、FAFR_M≤0把联络开关分成两类；

步骤2.3)判断联络开关数量是否为1的S2.3阶段：

选择FAFR_M>0的联络开关，判断联络开关数量是否为1，若是，闭合该联络开关，转步骤2.7)；如否，闭合所有联络开关，按照式(5)计算所有联络开关对之间馈线段的FAFR_f值；

步骤2.4)选择联络开关对的S2.4阶段：

选择FAFR_f值最大的联络开关对，按照式(2)计算该联络开关对之间所有分段开关的FAFD_M值；

步骤2.5)选择分段开关断开的S2.5阶段：

选择FAFD_M值最大的分段开关断开，若存在并列最大的情况，改以FAFR_M计，把该联络开关对删除，重新搜索可能的联络开关对组合；

步骤2.6)循环删除的S2.6阶段；

循环S2.4阶段至S2.5阶段，直至删除所有联络开关对组合；

步骤2.7)判断校验是否满足要求的S2.7阶段；

潮流计算校验各安全性约束是否满足要求，如是，则完成分区恢复，输出结果；若否，则进行下一步；

步骤2.8)判断联络开关数量是否为0的S2.8阶段：

选择FAFR_M≤0的联络开关，判断联络开关数量是否为0，若否，则进行下一步；如是，说明该孤岛失电区域无转移路径，则下一步进入S2.15阶段；

步骤2.9)校验第一安全性约束是否满足要求的S2.9阶段：

选择FAFR_M值最大的联络开关闭合；潮流计算校验各安全性约束是否满足要求，如是，则完成整区恢复，输出结果；若否，则进行下一步；

步骤2.10)校验第二安全性约束是否满足要求的S2.10阶段：

选择FAFR_M值最大及次大的2个联络开关闭合，计算该联络开关对之间所有分段开关的FAFD_M值，选择FAFD_M值最大的分段开关断开；潮流计算校验各安全性约束是否满足要求，如是，则完成供电恢复，输出结果；若否，则进行下一步；

步骤2.11)闭合所有联络开关的S2.11阶段：

闭合所有联络开关，计算所有联络开关对之间馈线段的FAFR_f值；

步骤2.12)删除联络开关对、重复步骤2.4)的S2.12阶段：

重复步骤2.4)，选择FAFD_M值最大的分段开关断开，并把该联络开关对删除；

步骤2.13)循环删除所有联络开关对组合的S2.13阶段：

循环步骤2.11和2.12，直至删除所有联络开关对组合；

步骤2.14)校验各安全性约束是否满足要求的S2.14阶段：

潮流计算校验各安全性约束是否满足要求，如是，则完成分区恢复，输出结果；若否，则进行下一步；

步骤2.15)切除部分负荷的S2.15阶段：

按照以下原则，切除部分负荷：⑴若违反电压约束，则切除该电压越限节点；⑵若违反电流约束，按负荷值从小到大依次切除；

步骤2.16)输出结果的S2.16阶段：

输出结果，本流程至此结束。

6.根据权利要求1所述的基于可靠性的智能配电网供电分区恢复与整体优化方法，其特征在于：在步骤3)中，所述的更新开关列表，整体优化的方法包括下列步骤：

步骤3.1)更新开关列表的S3.1阶段：

对网络中的分段开关与联络开关的身份重新进行确认；

步骤3.2)选择待闭合的联络开关的S3.2阶段：

按照式(3)计算所有联络开关的FASI_M值；并选取FASI_M值最大的联络开关闭合；

式中，w₇、w₈为权值；

步骤3.3)选择待断开的分段开关的S3.3阶段：

按照式(4)计算步骤3.2)所形成的环内所有分段开关的SASI_M值；

并按如下原则选取合适的分段开关断开；

⑴若SASI_M>0，选取R集中的分段开关断开；

⑵若SASI_M<0，选取L集中的分段开关断开；

⑶若SASI_M＝0，保持目前状态不变；

步骤3.4)闭合-断开过程循环的S3.4阶段：

重复步骤3.2)和步骤3.3)；

步骤3.5)判断循环结束的S3.5阶段：

判断可靠性指标是否能再进一步改善，若是，重复步骤3.4)；若否，结束循环；

步骤3.6)输出结果的S3.6阶段：

输出结果，本流程至此结束。