CN104834965A - 电力系统恢复中搜索充电系统到目标节点最短路径的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及大停电后的电力系统恢复领域，公开了一种电力系统恢复中搜索充电系统到目标节点最短路径的方法。本发明以线路的充电电流为权重，结合电网结构的拓扑图构建一个距离矩阵；利用迪杰斯特拉算法确定充电子系统中任意一个节点A到目标节点B的最短路径A-B；从A-B的最短路径中寻求一点C，使得路径A-C的节点属于充电子系统，而C-B的节点都不属于充电子系统，这里C可以等于A；输出最短路径C-B。采用本发明能迅速确定下一台即将要启动的发电机组或重要负荷到充电子系统的最短路径，有效提高了系统恢复的效率。

Description

电力系统恢复中搜索充电系统到目标节点最短路径的方法

技术领域

本发明涉及大停电后的电力系统恢复领域，特别涉及一种电力系统恢复中搜索充电系统到目标节点最短路径的方法。

背景技术

随着电力系统规模的越来越大，以及现代社会对电力的依赖越来越高，大停电造成的后果也日趋严重，在发生事故后，必须要采取措施以最快的速度恢复系统的正常供电，使事故停电的损失降到最低。电力系统的大停电事故已经成为现代电力系统运行维护人员和电力科研工作者必须正视的严重威胁，从其发生原因来说，大停电事故的威胁不可能因为先进技术的应用而完全避免。若不能及时有效的处理因各种原因导致的电力系统局部故障，大电力系统系统的稳定运行状态可能受到破坏，导致故障范围扩大，蔓延至邻接系统，最终造成电力系统解列以致机组全停、电力系统崩溃。所以，在发生大面积停电事故后，电力系统运行人员必须迅速启动电力系统全停应急预案，进行电力系统的黑启动，完成并网重构，在最短时间内恢复电力系统出力，减少事故导致的经济损失和社会动荡。

电力系统故障恢复是一个复杂的计划、调度运行过程，包括：确定发电机组的启动次序，确定线路的充电顺序，确定启动发电机的最短路径，确定负荷恢复供电的次序等问题。电力系统发生故障后，快速搜索停电区域的可用电源，确定可行的恢复路径，实现非故障停电区域的有效供电，对于提高电力系统故障处理效率具有重要意义。

发明内容

本发明的目的在于：提供一种电力系统恢复中搜索充电系统到目标节点最短路径的方法，其能利用求得的最短路径启动需要启动的发电机组或重要负荷，有效提高了电力系统恢复的效率，节省了恢复时间。

本发明提供一种电力系统恢复中搜索充电系统到目标节点最短路径的方法，包括：构建电网的以线路充电电流为权值的距离矩阵；

利用迪杰斯特拉算法确定充电子系统中任意一个节点A到目标节点B的最短路径；

从A-B的最短路径中寻求一点C，使得路径A-C的节点均属于充电子系统，而C-B的节点均不属于充电子系统，这里C可以等于A；

通过路径C-B恢复目标节点B。

进一步，所述构建电网的以线路充电电流为权值的距离矩阵，包括：

以线路的充电电流为权重，结合电网结构的拓扑图构建一个距离矩阵；

在距离矩阵中，将所有充电子系统中所包含线路的充电电流权值均设为零。

进一步，当线路中存在变压器时，将该线路的充电电流权值设为一个较大的数ρ。

进一步，所述将所有以充电子系统中包含线路的充电电流权值均设为零之前，还包括：搜索充电子系统的所有节点。

进一步，所述构建电网的以线路充电电流为权值的距离矩阵之前，还包括:搜索充电子系统的所有节点。

进一步，所述目标节点B为发电机组或重要负荷。

由上可见，本发明具有如下有益的技术效果：

1、本发明以迪杰斯特拉算法为基础，克服了其只能计算两个节点之间的最短距离，而不能计算一个模块到一个节点的最短距离的缺点，提出了一种在系统恢复中确定充电子系统到目标节点的最短路径方法，可以迅速的进行最短路径搜索，提高了电力系统恢复的效率。

2、本发明为了确定启动发电机组或者重要负荷的最短路径，给每条线路都设定以充电电流作为权重值，它可以看成避免过电流(或稳态过电压)的衡量因数。当电力系统发生故障后，可快速搜索停电区域的可用电源，确定可行的恢复路径，实现非故障停电区域的有效供电，从而提高电力系统故障 处理效率。

3、本发明充分考虑了路径中有多个变压器时对电路的影响。通常来说，变压器的充电电流很小，因而含有变压器的路径应该作为首选，但是如果一个路径中有多个变压器时会增加铁磁谐振的可能性，故将变压器支路的充电电流权重设置成一个较大的数ρ，从而提高了电力系统恢复的安全性。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明的不当限定，在附图中：

图1为本发明实施例提供的搜索充电子系统到目标节点最短路径的流程图；

图2为本发明实施例提供的以充电电流加权后的电网拓扑结构示意图。

下面将结合附图以及具体实施例来详细说明本发明，在此本发明的示意性实施例以及说明用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。

实施例1：

图1为本发明实施例1提供的搜索充电子系统到目标节点最短路径的流程图。

参见图1所示，本实施例提供的电力系统恢复中搜索充电系统到目标节点最短路径的方法，主要包括以下的流程步骤。

步骤1：构建电网的以线路充电电流为权值的距离矩阵。

该步骤又包括以下步骤：1)、以线路的充电电流为权重，结合电网结构的拓扑图构建一个距离矩阵；

2)、搜索充电子系统的所有节点；

3)、在距离矩阵中，将所有充电子系统中所包含线路的充电电流权值均设为零。

当然，步骤2)搜索充电子系统的所有节点；也可以在步骤1)之前进行。 

步骤2：利用迪杰斯特拉算法确定充电子系统中任意一个节点A到目标节点B的最短路径；

步骤3：从A-B的最短路径中寻求一点C，使得路径A-C的节点均属于充电子系统，而C-B的节点均不属于充电子系统，这里C可以等于A；

步骤4：确定充电子系统到目标节点B的最短路径为C-B，可以通过路径C-B恢复节点B处的发电机组或重要负荷。

本发明的主要发明思路如下:

1、针对已有电网拓扑，构建以充电电流为权值的距离矩阵：

其中Ω_E(s)表示充电子系统，充电子系统代表该区域中的节点已经全部带电，这里对电网拓扑中的节点从1开始进行编号，d_ij中的i和j分别代表电网拓扑中节点，例如d₁₂代表节点1和2之间的充电电流权值。

需要说明的是，通常来说，变压器的充电电流很小，因而含有变压器的路径应该作为首选，但是如果一个路径中有多个变压器时会增加铁磁谐振的可能性，所以这里将变压器支路设置成一个较大的数ρ。

还需要说明的是，为了确定启动发电机组或者关键负荷的最短路径，给每条线路都设定以充电电流作为权重值，它可以作为避免过电流或稳态过电压的衡量因数。

2、利用迪杰特斯拉算法发现节点i到B的最短路径，即{n_k,k＝1,2,...,m,且n₁＝i}，其中n_k为最短路径通过的节点，节点数为m；

3、确定n_λ∈Ω_E(S)且其中1≤λ≤m；

在此步骤中，n_λ+1是充电子系统外的第一个节点并且n_λ+1之后的路径中的 所有节点都不属于此充电子系统。

4、输出Path＝{n_k}，k＝λ+1,λ+2,...,m

此算法的思想是首先利用零长度线路连接充电子系统内所有节点(充电子系统内的线路权值设为零)。所以，充电子系统内任意节点到目标节点的最短路径就是充电子系统到该节点的最短路径。

实施例2：

图2为本发明实施例2提供的以充电电流加权后的电网拓扑结构示意图。

如图2所示的拓扑中，一共有5个节点，其中1和2属于充电子系统Ω，设立节点3为目标节点B，在此搜索充电子系统Ω到目标节点B的最短路径，具体步骤如下：

步骤1：构建图2所示电网拓扑的距离矩阵

$\mathrm{DM}=\left[\begin{array}{ccccc}1& 0& 7& 3& 8\\ 0& 1& \mathrm{\ρ}& 0& \mathrm{\ρ}\\ 7& \mathrm{\ρ}& 1& 3& 2\\ 3& 2& 3& 1& \mathrm{\ρ}\\ 8& \mathrm{\ρ}& 2& \mathrm{\ρ}& \mathrm{\ρ}\end{array}\right]$

步骤2：利用迪杰斯特拉算法寻找充电子系统Ω中任意节点(此处选择节点1)到目标节点B的最短路径，通过下表对比可以看出此时最短路径为1-2-4-3

路径	权值(充电电流)
		1-5-3	2+8＝10
1-3	7
		1-4-3	3+3＝6
1-2-4-3	0+2+3＝5

步骤3：可以看到在步骤2中利用迪杰斯特拉找出的最短路径将会是1-2-4-3，其中的1-2包含在充电子系统Ω中，2-4-3不包含在Ω中

步骤4：输出最短路径Path＝{n_k}，k＝2,3,4

至此，如果在充电子系统外确定了一台下一步需要启动的发电机节点3，那么这里就确定了启动这台发电机所需的最短路径是2→4→3。

由上述实施例可见，应用本发明技术方案，具有以下优点：

1、本发明以迪杰斯特拉算法为基础，克服了其只能计算两个节点之间的最短距离，而不能计算一个模块到一个节点的最短距离的缺点，提出了一种在系统恢复中确定充电子系统到目标节点的最短路径方法，可以迅速的进行最短路径搜索，提高了电力系统恢复的效率。

2、本发明为了确定启动发电机组或者关键负荷的最短路径，给每条线路都设定以充电电流作为权重值，它可以看成避免过电流(或稳态过电压)的衡量因数。当电力系统发生故障后，针对停电区域内的可用电源，确定可行的恢复路径，实现非故障停电区域的有效供电，从而提高电力系统故障处理效率。

3、本发明充分考虑了路径中有变压器时对线路充电的影响。通常来说，变压器的充电电流很小，因而含有变压器的路径应该作为首选，但是如果一个路径中有多个变压器时会增加铁磁谐振的可能性，故将变压器支路的充电电流权重设置成一个较大的数ρ，从而提高了电力系统恢复的安全性。

以上所述的实施方式，足以说明了该方法的方便快捷和实用性。示例性的实施案例仅仅是例证性的，而不是对本发明的范围的限制，任何在上述实施方式的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在该技术方案的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种电力系统恢复中搜索充电系统到目标节点最短路径的方法，其特征在于，包括：

构建电网的以线路充电电流为权值的距离矩阵；

利用迪杰斯特拉算法确定充电子系统中任意一个节点A到目标节点B的最短路径；

从A-B的最短路径中寻求一点C，使得路径A-C的节点均属于充电子系统，而C-B的节点均不属于充电子系统，这里C可以等于A；

通过路径C-B恢复目标节点B。

2.根据权利要求1所述的电力系统恢复中搜索充电系统到目标节点最短路径的方法，其特征在于，所述构建电网的以线路充电电流为权值的距离矩阵，包括：

以线路的充电电流为权重，结合电网结构的拓扑图构建一个距离矩阵；

在距离矩阵中，将所有充电子系统中包含线路的充电电流权值均设为零。

3.根据权利要求2所述的电力系统恢复中搜索充电系统到目标节点最短路径的方法，其特征在于，

当线路中存在变压器时，将该线路的充电电流权值设为一个较大的数ρ。

4.根据权利要求2所述的电力系统恢复中搜索充电系统到目标节点最短路径的方法，其特征在于，所述将所有充电子系统中包含线路的充电电流权值均设为零之前，还包括：

搜索充电子系统的所有节点。

5.根据权利要求1所述的电力系统恢复中搜索充电系统到目标节点最短路径的方法，其特征在于，所述构建电力系统的以线路充电电流为权值的距离矩阵之前，还包括:

搜索充电子系统的所有节点。

6.根据权利要求1所述的电力系统恢复中搜索充电系统到目标节点最短路径的方法，其特征在于，

所述目标节点B为发电机组或重要负荷。