CN106786774B - 一种基于专家系统的微电网故障重构方法及系统 - Google Patents

一种基于专家系统的微电网故障重构方法及系统 Download PDF

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Abstract

本申请公开了一种基于专家系统的微电网故障重构方法及系统，所述方法及系统基于专家系统，得到初步重构方案，而后对该初步重构方案进行基于微电网最大支撑力和网络损耗的优化，得到重构方案，并且将重构方案存入专家系统中的案例库，以增加系统最优求解的能力。本申请提供的基于专家系统的微电网故障重构方法及系统能够避免每次迭代都要对拓扑结构进行潮流计算，提高重构效率，也能够平滑微电网由并网转入孤网运行的模式切换过程，还有利于提高微电网最大负荷支撑力，降低网络损耗。

Description

一种基于专家系统的微电网故障重构方法及系统
技术领域
本申请涉及微电网故障重构技术领域，特别涉及一种基于专家系统的微电网故障重构方法及系统。
背景技术
随着能源危机的凸显，以新能源为主体的分布式发电逐渐兴起，改变了以大功率、集中式、高电压为特征的传统电网。然而，近年来大量特性不同、地理位置分散、容量等级差异明显的分布式电源得到广泛应用，给电力系统带来了许多挑战，例如电压、频率的稳定性问题，潮流问题等。
为全面合理利用分布式发电，减弱分布式发电对电网的负面影响，学者们提出了微电网的概念。通常而言，微电网主要由微电源(分布式电源)、电力电子装置、储能装置、负荷以及大量保护、监控、控制系统构成，通过隔离开关与大电网相连，具有并网和孤网两种运行模式：在电网出现故障或者不具备并网条件时，脱离电网独立运行，保证对重要负荷的可靠供电，并可实现并网和孤网两种运行模式之间的无缝切换。在并网模式下，微电网和主网之间可以通过功率交换保证微电网的功率平衡，并依托主网支撑微电网的电压和频率。当主网发生故障时，微电网即转入孤网运行模式。
脱离了主网的支撑，微电网孤网运行必须通过微电网重构技术及重构控制系统寻得最优运行方案，在维持网内功率平衡的前提下，为了提高微电网孤网运行时网内负荷量的最大支撑，保证对敏感性负荷或重要负荷的不间断供电，降低网络损耗。目前已有的解决方案主要是将粒子群优化算法、遗传算法等智能算法应用于微电网重构技术。但是，应用这些方法时，每次搜索迭代都需要对拓扑结构进行潮流计算，这就导致寻优效率低下，无法满足重构的实时性需求，进而在实际工程中无法得到应用。
申请内容
本申请的申请目的在于提供一种基于专家系统的微电网故障重构方法及系统，以解决现有重构技术中寻优效率低下的技术问题。
根据本申请实施例的第一方面，提供了一种基于专家系统的微电网故障重构方法，包括：
获取配电网的检测信息；所述检测信息包括节点电压和节点电流；
根据所述检测信息，判断配电网是否故障；
如果配电网故障，则获取微电网运行数据，以及，根据所述检测信息和所述微电网运行数据，得到微电网的负荷功率、分布式电源出力和备用电源容量；
将所述负荷功率、所述分布式电源出力、所述备用电源容量以及所述微电网运行数据发送至设有专家系统的服务器；
接收由服务器发送的数个初步重构方案；所述初步重构方案包括备用电源组合和负荷开关组合；
根据每个所述初步重构方案，计算得到数个综合指标；
选取最大的综合指标，根据所述最大的综合指标，确定重构方案。
进一步地，所述根据每个所述初步重构方案，计算得到数个综合指标包括：
根据每个所述初步重构方案，计算得到微电网的恢复负荷供电功率数据组；所述恢复负荷供电功率数据组包括数个与所述初步重构方案对应的恢复负荷供电功率；
将每个所述初步重构方案映射到微电网拓扑结构；
对映射后的微电网拓扑结构进行潮流计算，得到微电网的网络损耗数据组；所述网络损耗数据组包括数个与所述初步重构方案对应的网络损耗；
根据每个所述恢复负荷供电功率和对应的所述网络损耗，计算得到数个综合指标。
进一步地，在所述选取最大的综合指标，根据所述最大的综合指标，确定重构方案之后，所述方法还包括，将所述重构方案存储至所述专家系统的案例库。
优选地，根据每个所述恢复负荷供电功率和对应的所述网络损耗，采用下式计算得到数个所述综合指标：
Z(i)＝a×SF(i)+(1-a)×SS(i)；
其中，a为权重系数；Z(i)为第i个初步重构方案的综合指标；SF(i)为恢复负荷供电功率；SS(i)为网络损耗。
优选地，所述权重系数是根据重构需求确定的。
根据本申请实施例的第一方面，提供了一种基于专家系统的微电网故障重构系统，所述系统用于执行一种基于专家系统的微电网故障重构方法，包括：
内设有专家系统的服务器、控制器和数据采集器；所述服务器与所述控制器连接；所述控制器与所述数据采集器连接；
所述数据采集器用于获取配电网的检测信息以及微电网运行数据；
所述控制器用于判断配电网是否故障；
如果配电网故障，则根据所述检测信息和所述微电网运行数据，得到微电网的负荷功率、分布式电源出力和备用电源容量；
将所述负荷功率、所述分布式电源出力、所述备用电源容量以及所述微电网运行数据发送至设有专家系统的服务器；
接收由服务器发送的数个初步重构方案；所述初步重构方案包括备用电源组合和负荷开关组合；
根据每个所述初步重构方案，计算得到数个综合指标；
选取最大的综合指标，根据所述最大的综合指标，确定重构方案。
进一步地，所述控制器包括负荷开关投切控制单元、备用电源启停单元以及常规电源出力控制单元；
所述负荷开关投切控制单元、所述备用电源启停单元以及所述常规电源出力控制单元用于将每个所述初步重构方案映射到微电网拓扑结构。
进一步地，所述控制器还用于将所述重构方案存储至所述专家系统的案例库。
优选地，所述控制器根据每个所述恢复负荷供电功率和对应的所述网络损耗，采用下式计算得到数个所述综合指标：
Z(i)＝a×SF(i)+(1-a)×SS(i)；
其中，a为权重系数；Z(i)为第i个初步重构方案的综合指标；SF(i)为恢复负荷供电功率；SS(i)为网络损耗。
优选地，所述控制器根据重构需求确定所述权重系数。
由以上技术方案可知，本申请公开了一种基于专家系统的微电网故障重构方法及系统，所述方法及系统基于专家系统，得到初步重构方案，而后对该初步重构方案进行基于微电网最大支撑力和网络损耗的优化，得到重构方案，并且将重构方案存入专家系统中的案例库，以增加系统最优求解的能力。本申请提供的基于专家系统的微电网故障重构方法及系统能够避免每次迭代都要对拓扑结构进行潮流计算，提高重构效率，也能够平滑微电网由并网转入孤网运行的模式切换过程，还有利于提高微电网最大负荷支撑力，降低网络损耗。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为装设有基于专家系统的微电网故障重构系统的微电网典型结构图；
图2为根据一优选实施例示出的基于专家系统的微电网故障重构方法流程图；
图3为专家系统应用于微电网故障重构方法时的求解流程图；
图4为根据一优选实施例示出的基于专家系统的微电网故障重构系统结构图；
图5微电网故障重构仿真系统结构图；
图6微电网故障重构仿真系统结构节点图。
图示说明：
1-分布式电源；2-敏感负荷；3-热能负荷；4-非敏感负荷；5-储能装置；6-第一馈线；7-第二馈线；8-第三馈线；10-服务器；20-控制器；30-数据采集器。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
实施例1
本申请实施例1介绍了装设有基于专家系统的微电网故障重构系统的微电网典型结构，图1为装设有基于专家系统的微电网故障重构系统的微电网典型结构图。或者说，本申请实施例1介绍了基于专家系统的微电网故障重构方法及系统的应用场景。如图1所示：
主要包含三条馈线，第一馈线6包含若干分布式电源(DG)1、负荷(敏感负荷2、热能负荷3以及非敏感负荷4)、储能装置5；第二馈线7上包括非敏感负荷4；第三馈线8由多个分布式电源(DG)、敏感负荷与储能装置共同组成。
在电网并网时，非敏感负荷4正常工作，一旦微电网因某些原因(如配电网故障等)进入孤网运行时，为保证向微电网内敏感负荷2供电，可切断对第二馈线7的电能供应；
在微电网并网时，第一馈线6和第三馈线8所包括的敏感负荷2由配电网和分布式电源共同供电，以满足负荷所需；一旦配电网出现故障，则由分布式电源以及微电网内的备用电源供电满足网内负荷需求，从而保证对敏感负荷2供电的可靠性与安全性。
本申请提供的基于专家系统的微电网故障重构方法及系统主要是对微电网内备用电源及部分负荷进行投、切操作，以获得使配电网内负荷支撑最大及网络损耗最小的重构方案。
实施例2
图2示出了本申请实施例提供的基于专家系统的微电网故障重构方法流程图，由图2知，包括如下步骤：
步骤S1、获取配电网的检测信息；所述检测信息包括节点电压和节点电流；
步骤S2、根据所述检测信息，判断配电网是否故障；
步骤S3、如果配电网故障，则获取微电网运行数据，以及根据所述检测信息和所述微电网运行数据，得到微电网的负荷功率、分布式电源出力和备用电源容量；
步骤S4、将所述负荷功率、所述分布式电源出力、所述备用电源容量以及所述微电网运行数据发送至设有专家系统的服务器；
专家系统是一个或一组能在某些特定领域内，应用大量的专家知识和推理方法求解复杂问题的一种人工智能计算机程序。属于人工智能的一个发展分支，专家系统的研究目标是模拟人类专家的推理思维过程。一般是将领域专家的知识和经验，用一种知识表达模式存入计算机。系统对输入的事实进行推理，做出判断和决策。利用专家系统，可以在保证微电网故障重构有效性的基础上，提高故障重构方案寻优的效率。
步骤S5、接收由服务器发送的数个初步重构方案；所述初步重构方案包括备用电源组合和负荷开关组合；
步骤S6、根据每个所述初步重构方案，计算得到数个综合指标；
进一步地，所述步骤S6：根据每个所述初步重构方案，计算得到数个综合指标包括：
步骤S601、根据每个所述初步重构方案，计算得到微电网的恢复负荷供电功率数据组；所述恢复负荷供电功率数据组包括数个与所述初步重构方案对应的恢复负荷供电功率；
步骤S602、将每个所述初步重构方案映射到微电网拓扑结构；
步骤S603、对映射后的微电网拓扑结构进行潮流计算，得到微电网的网络损耗数据组；所述网络损耗数据组包括数个与所述初步重构方案对应的网络损耗；
步骤S604、根据每个所述恢复负荷供电功率和对应的所述网络损耗，计算得到数个综合指标。
优选地，根据每个所述恢复负荷供电功率和对应的所述网络损耗，采用下式计算得到数个所述综合指标：
Z(i)＝a×SF(i)+(1-a)×SS(i)；
其中，a为权重系数；Z(i)为第i个初步重构方案的综合指标；SF(i)为恢复负荷供电功率；SS(i)为网络损耗。
优选地，所述权重系数是根据重构需求确定的。
步骤S7、选取最大的综合指标，根据所述最大的综合指标，确定重构方案。
进一步地，在步骤S7：选取最大的综合指标，根据所述最大的综合指标，确定重构方案之后，所述方法还包括：
步骤S8、将所述重构方案存储至所述专家系统的案例库。
实施例3
图3为专家系统应用于本申请提供的微电网故障重构方法时的求解流程图，由图3可知，求解过程包括如下步骤：
步骤S301、获取当前微电网故障重构信息；所述微电网故障重构信息包括负荷功率SL、分布式电源出力SDG、备用电源容量SB以及微电网运行数据；
步骤S302、遵循索引规则，在案例库中搜索若干相似方案，确定所述相似方案为初步重构方案；
步骤S303、将所述初步重构方案发送给设有基于专家系统的微电网故障重构系统的控制器。
需要说明的是，上述索引规则应当理解为：优先检索微电网负荷功率SL、微电网分布式电源出力SDG、微电网内备用电源容量SB等功率参数；而后对输电线路阻抗数据等线路参数进行检索；最后检索微电网内重要负荷功率和敏感负荷功率。
上述的遵循索引规则，在案例库中搜索若干相似方案具体为：将实际的微电网负荷功率SL、微电网分布式电源出力SDG、微电网内备用电源容量SB、输电线路阻抗数据、微电网内重要负荷功率、敏感负荷功率等与案例库中索引所得的各案例参数进行匹配，根据不同的应用场景预设匹配系数α。若实际的各类参数与案例库中某一案例满足匹配参数，则将该案例作为后续处理对象。其中，预设匹配系数α根据应用场景的不同而不同，且该值越大说明相似度越高。
还需说明的是，在步骤S303之后，本实施例3所述的方法还包括接收由设有基于专家系统的微电网故障重构系统的控制器发送的重构方案，将该方案存储至专家系统案例库。
因此，应用于微电网故障重构方法及系统的专家系统能够不断学习新的经验，完善案例库，以增加系统最优求解的能力。
实施例4
图4示出了本申请实施例提供的基于专家系统的微电网故障重构系统结构图，由图4可知，包括内设有专家系统的服务器10、控制器20和数据采集器30；所述服务器10与所述控制器20连接；所述控制器20与所述数据采集器30连接；
所述数据采集器30用于获取配电网的检测信息以及微电网运行数据；
所述控制器20用于判断配电网是否故障；
如果配电网故障，则根据所述检测信息和所述微电网运行数据，得到微电网的负荷功率、分布式电源出力和备用电源容量；
将所述负荷功率、所述分布式电源出力、所述备用电源容量以及所述微电网运行数据发送至设有专家系统的服务器10；
接收由服务器10发送的数个初步重构方案；所述初步重构方案包括备用电源组合和负荷开关组合；
根据每个所述初步重构方案，计算得到数个综合指标；
选取最大的综合指标，根据所述最大的综合指标，确定重构方案。
进一步地，所述控制器20包括负荷开关投切控制单元、备用电源启停单元以及常规电源出力控制单元；
所述负荷开关投切控制单元、所述备用电源启停单元以及所述常规电源出力控制单元用于将每个所述初步重构方案映射到微电网拓扑结构。
进一步地，所述控制器20还用于将所述重构方案存储至所述专家系统的案例库。
优选地，所述控制器20根据每个所述恢复负荷供电功率和对应的所述网络损耗，采用下式计算得到数个所述综合指标：
Z(i)＝a×SF(i)+(1-a)×SS(i)；
其中，a为权重系数；Z(i)为第i个初步重构方案的综合指标；SF(i)为恢复负荷供电功率；SS(i)为网络损耗。
优选地，所述控制器20根据重构需求确定所述权重系数。
优选地，选择数字信号处理器TMS320F2812作为微电网故障重构控制系统的控制器20的芯片，该芯片运算速度快，能够通过快速计算获得微电网内负荷总量、网络损耗等，为方案优化提供技术及数据基础。
实施例5
本申请实施例5为上述实施例2至实施例4提供的微电网故障重构控制方法及系统的应用实例。
本实施例以图5所示的微电网故障重构仿真系统结构为例，说明其运行原理。图6为图5微电网仿真系统结构对应的网络节点图。微电网具体参数如下表，其电压等级为380V。在潮流计算过程中将燃气轮机作为平衡节点，余下3个分布式电源均为PV节点，负荷则作为PQ节点。而微电网中LD1为敏感负荷，其与燃气轮机处于同一馈线。
表1微电网仿真系统负荷参数
表2微电网仿真系统电源参数
表3微电网仿真系统线路参数
本实施例5中设置约束条件参数如下：
燃气轮机有功功率约束范围为26～65kW，无功功率约束范围为10～45kvar；
风力机组、光伏电池、储能元件的无功输出不能超过其有功输出的2倍微电网内各节点电压约束范围为0.95～1.05；
微电网内各支路有功功率传输上限为150kW，无功功率上限为70kvar；
微电网发电量功率范围为150～195kW。
经由专家系统得到的微电网故障初步重构方案如下表4所示，可将初步重构方案应用于微电网重构，防止因方案优化过程对微电网内负荷供电可靠性的影响。
表4初步重构方案
后续优化过程中设定c1＝0.8,c2＝0.2,则经由优化后所得到的重构方案如下表5所示。
表5重构方案
在得到重构方案后，微电网重构控制器可以遵循重构方案对微电网进行进一步重构，从而使得微电网在故障重构后，既保证网内最大负荷支撑能力，也有有效降低运行时网络的有功损耗与无功损耗，提高微电网孤网运行的经济性。
由以上技术方案可知，本申请公开了一种基于专家系统的微电网故障重构方法及系统，所述方法及系统基于专家系统，得到初步重构方案，而后对该初步重构方案进行基于微电网最大支撑力和网络损耗的优化，得到重构方案，并且将重构方案存入专家系统中的案例库，以增加系统最优求解的能力。本申请提供的基于专家系统的微电网故障重构方法及系统能够避免每次迭代都要对拓扑结构进行潮流计算，提高重构效率，也能够平滑微电网由并网转入孤网运行的模式切换过程，还有利于提高微电网最大负荷支撑力，降低网络损耗。
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的申请后，将容易想到本申请的其它实施方案。本申请旨在涵盖本申请的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本申请的一般性原理并包括本申请未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本申请的真正范围和精神由下面的权利要求指出。
应当理解的是，本申请并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本申请的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (9)

1.一种基于专家系统的微电网故障重构方法，其特征在于，包括：
获取配电网的检测信息；所述检测信息包括节点电压和节点电流；
根据所述检测信息，判断配电网是否故障；
如果配电网故障，则获取微电网运行数据，以及，根据所述检测信息和所述微电网运行数据，得到微电网的负荷功率、分布式电源出力和备用电源容量；
将所述负荷功率、所述分布式电源出力、所述备用电源容量以及所述微电网运行数据发送至设有专家系统的服务器；
接收由服务器发送的数个初步重构方案；所述初步重构方案包括备用电源组合和负荷开关组合；
根据每个所述初步重构方案，计算得到数个综合指标；
选取最大的综合指标，根据所述最大的综合指标，确定重构方案；
所述根据每个所述初步重构方案，计算得到数个综合指标包括：
根据每个所述初步重构方案，计算得到微电网的恢复负荷供电功率数据组；所述恢复负荷供电功率数据组包括数个与所述初步重构方案对应的恢复负荷供电功率；
将每个所述初步重构方案映射到微电网拓扑结构；
对映射后的微电网拓扑结构进行潮流计算，得到微电网的网络损耗数据组；所述网络损耗数据组包括数个与所述初步重构方案对应的网络损耗；
根据每个所述恢复负荷供电功率和对应的所述网络损耗，计算得到数个综合指标。
2.根据权利要求1所述的基于专家系统的微电网故障重构方法，其特征在于，在所述选取最大的综合指标，根据所述最大的综合指标，确定重构方案之后，所述方法还包括，将所述重构方案存储至所述专家系统的案例库。
3.根据权利要求1所述的基于专家系统的微电网故障重构方法，其特征在于，根据每个所述恢复负荷供电功率和对应的所述网络损耗，采用下式计算得到数个所述综合指标：
Z(i)＝a×SF(i)+(1-a)×SS(i)；
其中，a为权重系数；Z(i)为第i个初步重构方案的综合指标；SF(i)为恢复负荷供电功率；SS(i)为网络损耗。
4.根据权利要求3所述的基于专家系统的微电网故障重构方法，其特征在于，所述权重系数是根据重构需求确定的。
5.一种基于专家系统的微电网故障重构系统，所述系统用于执行权利要求4所述的基于专家系统的微电网故障重构方法，其特征在于，包括：内设有专家系统的服务器、控制器和数据采集器；所述服务器与所述控制器连接；所述控制器与所述数据采集器连接；
所述数据采集器用于获取配电网的检测信息以及微电网运行数据；
所述控制器用于判断配电网是否故障；
如果配电网故障，则根据所述检测信息和所述微电网运行数据，得到微电网的负荷功率、分布式电源出力和备用电源容量；
将所述负荷功率、所述分布式电源出力、所述备用电源容量以及所述微电网运行数据发送至设有专家系统的服务器；
接收由服务器发送的数个初步重构方案；所述初步重构方案包括备用电源组合和负荷开关组合；
根据每个所述初步重构方案，计算得到数个综合指标；
选取最大的综合指标，根据所述最大的综合指标，确定重构方案；
所述根据每个所述初步重构方案，计算得到数个综合指标包括：
根据每个所述初步重构方案，计算得到微电网的恢复负荷供电功率数据组；所述恢复负荷供电功率数据组包括数个与所述初步重构方案对应的恢复负荷供电功率；
将每个所述初步重构方案映射到微电网拓扑结构；
对映射后的微电网拓扑结构进行潮流计算，得到微电网的网络损耗数据组；所述网络损耗数据组包括数个与所述初步重构方案对应的网络损耗；
根据每个所述恢复负荷供电功率和对应的所述网络损耗，计算得到数个综合指标。
6.根据权利要求5所述的基于专家系统的微电网故障重构系统，其特征在于，所述控制器包括负荷开关投切控制单元、备用电源启停单元以及常规电源出力控制单元；
所述负荷开关投切控制单元、所述备用电源启停单元以及所述常规电源出力控制单元用于将每个所述初步重构方案映射到微电网拓扑结构。
7.根据权利要求5所述的基于专家系统的微电网故障重构系统，其特征在于，所述控制器还用于将所述重构方案存储至所述专家系统的案例库。
8.根据权利要求5所述的基于专家系统的微电网故障重构系统，其特征在于，所述控制器根据每个所述恢复负荷供电功率和对应的所述网络损耗，采用下式计算得到数个所述综合指标：
Z(i)＝a×SF(i)+(1-a)×SS(i)；
其中，a为权重系数；Z(i)为第i个初步重构方案的综合指标；SF(i)为恢复负荷供电功率；SS(i)为网络损耗。
9.根据权利要求8所述的基于专家系统的微电网故障重构系统，其特征在于，所述控制器根据重构需求确定所述权重系数。
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