CN106981875A - 计及计划孤岛的含dg配电网故障恢复方法 - Google Patents

Abstract

一种计及计划孤岛的含DG配电网故障恢复方法，所述方法包括建立孤岛划分方法，将需要通过孤岛恢复供电的事故放入预想事故集，相应的孤岛方案放入计划孤岛方案集；建立故障恢复模型的目标函数和约束条件；将故障恢复过程划分为四个阶段，以各阶段开关的开合状态的变化作为状态变量，以节点电压的幅值以及线路负载率作为阶段函数，各个阶段通过指标判定是否执行。本发明基于环路理论提出了快速恢复网络连通性的规则，并将其应用于重构中的编码，通过无可行解编码规则，避免了大量不满足拓扑约束的不可行解，提高了供电恢复速度。

Description

计及计划孤岛的含DG配电网故障恢复方法

技术领域

本发明涉及一种计及计划孤岛的含DG配电网故障恢复方法，属电网技术领域。

背景技术

为保证尽可能多负荷的供电，孤岛恢复的失电负荷尽量为无法通过重构恢复供电的负荷，且孤岛不能阻碍其他负荷的转供路径。已有方法以DG孤岛应靠近配电网的末端为约束条件，避免影响使用重合闸来恢复孤岛外负荷的供电。

假设DG均为具备黑启动能力稳定型输出独立电源或者组合电源。基于配电网的实际拓扑结构，将故障后需要通过DG孤岛运行恢复供电的负荷称为孤岛负荷(island load，IL)。故障后的失电负荷符合以下条件则为IL：考虑所有有效的联络线或备用线，不存在与主变电源的通路，但存在与DG的通路。如图1所示为为含DG的简单配电系统。

公开号CN104934964公开了一种含分布式电源的配电网重构和孤岛划分方法，包括以下内容：在含分布式电源的配电网重构模型中引入互补约束条件，利用速度快、鲁棒性强的现代内点法进行模型求解；对于可灵活并网或者孤岛运行的分布式电源，根据其供电特性和配电网孤岛运行的特点，建立了计及负荷优先级、可控性/不可控性以及功率平衡约束的配电网孤岛划分模型。公开号105958538公开了一种基于蒙特卡洛法的配电网孤岛划分方法，根据接入配电网分布式电源类型与负荷特点，分别对其建立概率模型，考虑分布式电源出力与负荷需求的随机性和波动性的情况下，基于蒙特卡洛法确定孤岛边界点，利用统计学原理生成初步孤岛方案，通过对初步孤岛方案安全性校验与调整，给出最优孤岛划分方案。

发明内容

本发明的目的是，为了实现孤岛(DG)并网模式与孤岛模式间的无缝转换，将所有需要孤岛恢复供电的事故放入预想事故集，离线制定孤岛划分方案集，当实时故障发生时，能快速匹配孤岛划分方案；本发明提出了一种计及计划孤岛的含DG配电网故障恢复方法。

本发明的技术方案，一种计及计划孤岛的含DG配电网故障恢复方法，包括建立孤岛划分方法，将需要通过孤岛恢复供电的事故放入预想事故集，相应的孤岛方案放入计划孤岛方案集；建立故障恢复模型的目标函数和约束条件；将故障恢复过程划分为四个阶段，以各阶段开关的开合状态的变化作为状态变量，以节点电压的幅值以及线路负载率作为阶段函数，各个阶段通过指标判定是否执行。

所述孤岛划分方法，基于深度优先搜索进行划分，具体步骤如下：

(1)确定DG个数m，令n＝1；

(2)边界点集合Border＝DG(n)，令t＝1；

(3)从Border(t)开始进行深度优先搜索，出现以下几种情况停止搜索：①搜索到1级负荷，Index＝1；②搜索到DG节点或者已经划好的孤岛，Index＝2；③∑P_Load≥∑P_DG，Index＝3，并计算该路径经过的2级负荷功率总和P_Load2；④搜索到边界点，Index＝4，并计算该路径经过的2级负荷功率总和P_Load2；

(4)t＝t+1，判断Border内的边界点是否都已经搜索完，若是，转下一步；若否，转至步骤(3)；

(5)对所有搜索到的路径，优先选择Index值较小的路径合并到孤岛内；若有多条Index＝1或者Index＝2的路径，选择负荷功率总和最小的路径；若有多条Index＝3或者Index＝4的路径，选择P_Load2最大的路径；若合并了DG节点或其他孤岛，更新∑P_DG和∑P_Load；

(6)判断划入孤岛内的路径Index是否为4，若是，转至步骤(8)；若否，转至下一步；

(7)更新Border，t＝t+1，转至步骤(3)；

(8)判断是否所有DG都已划入孤岛内，若是，转至步骤(9)；若否，n＝n+1，转至步骤(2)；

(9)结束；输出孤岛划分方案。

所述将需要通过孤岛恢复供电的事故放入预想事故集，相应的孤岛方案放入计划孤岛方案集的步骤为：

(1)确定事故集N，令n＝1；

(2)针对事故n进行故障隔离，判断失电区域是否存在IL；若是，转至下一步；否则，n＝n+1，转至第(4)步；

(3)将事故n放入预想事故集，根据孤岛划分进行孤岛划分，将孤岛方案放入计划孤岛方案集，n＝n+1；

(4)n<N？若是，转至第(2)步；若否，输出预想事故集和计划孤岛方案集。

所述建立故障恢复模型的目标函数为：

以尽可能多地恢复关键负荷为目标，即

式中，P_i为失电负荷i的大小；λ_i为失电负荷i的权重系数，表示负荷的优先等级；D表示所有未恢复供电的负荷集合。

目标函数的约束条件为：

(1)潮流约束：

式中，P_i+jQ_i为节点i的注入功率；和为节点i、j的电压；Y_ij为节点i、j间的互导纳；

(2)支路容量约束：

|P_l|≤P_lmax (3)

式中，P_l为流过支路l的有功功率；P_lmax为支路l的最大容量；

(3)节点电压约束：

U_i,min≤U_i≤U_i,max (4)

式中，U_i,min，U_i,max为节点i电压幅值的上、下限；

(4)网络辐射状约束：

g_k∈G_R (5)

式中，g_k为已恢复供电的区域；G_R为保证网络辐射状拓扑结构的集合。

所述故障恢复过程划分为四个阶段如下：

阶段一：孤岛方案匹配，将实时故障与预想事故集匹配，如需孤岛恢复供电，找出计划孤岛方案；

阶段二：恢复网络连通性，对剩余网络，通过联络开关的闭合恢复失电区域与带电区域的最大连通性；

阶段三：以配电网节点电压不越限及设备不过载为目标进行重构，针对阶段二未动作的联络开关和分段开关进行网络结构优化；

阶段四：甩负荷，如果阶段三的重构方案无法完全消除节点电压幅值越限以及线路过载问题，则通过切负荷解决。

本发明的有益效果是，本发明提出了一种基于深度优先搜索的孤岛划分方法，以最大程度保障关键负荷为目标，将整个网络的故障恢复转化为一个动态规划问题，以开关的开闭为状态变量，恢复过程分为四个阶段：孤岛方案匹配、恢复网络连通性、以节点电压不越限和线路不过载为目标的网络重构以及甩负荷，各个阶段通过指标判定是否执行。本发明基于环路理论提出了快速恢复网络连通性的规则，并将其应用于重构中的编码，通过无可行解编码规则，避免了大量不满足拓扑约束的不可行解，提高了供电恢复速度。

附图说明

图1为含DG的简单配电系统；

图2为含DG配电网故障恢复流程图。

具体实施方式

本发明具体实施方式如下：

配电网故障恢复是一个多目标优化问题，须考虑优先保证关键负荷的供电、恢复供电的负荷量最大及动作开关数最少等问题。DG接入配电网并主动参与故障后的供电恢复，使问题更加复杂化。通过合理的方法将复杂问题简单化有助于更快地找到最优解。

本实施例将故障恢复过程划分为四个阶段，以各阶段开关的开合状态的变化作为状态变量，以节点电压的幅值以及线路负载率作为阶段函数，各个阶段通过指标判定是否执行。

阶段一：孤岛方案匹配。将实时故障与预想事故集匹配，如需孤岛恢复供电，找出计划孤岛方案。

阶段二：恢复网络连通性。对剩余网络，通过联络开关的闭合恢复失电区域与带电区域的最大连通性。

阶段三：以配电网节点电压不越限及设备不过载为目标进行重构。针对阶段二未动作的联络开关和分段开关进行网络结构优化。

阶段四：甩负荷。如果阶段三的重构方案无法完全消除节点电压幅值越限以及线路过载问题，则通过切负荷解决。

以开关的开合作为状态变量，每个阶段的开关动作序列组合为最终的恢复策略。

图2所示为本发明实施例含DG配电网故障恢复流程图。

首先读取配网柘朴及故障隔离信息；执行阶段一，确定计划孤岛方案；如存在失电区域，则执行阶段二，恢复网络连通性，通过联络开关的闭合恢复失电区域与带电区域的最大连通性；判断是否存在节点电压越限或线路过载；如果不存在节点电压越限或线路过载，则进入输出恢复方案；如果存在节点电压越限或线路过载，执行阶段三，网络重构，针对阶段二未动作的联络开关和分段开关进行网络结构优化；经过网络结构优化后，判断是否还存在节点电压越限或线路过载；如果仍存在节点电压越限或线路过载，则需执行阶段四，甩负荷，再进入输出恢复方案；如果不存在节点电压越限或线路过载，则进入输出恢复方案；执行阶段一以后，不存在失电区域，则直接进入输出恢复方案。

Claims (5)

1.一种计及计划孤岛的含DG配电网故障恢复方法，其特征在于，所述方法包括建立孤岛划分方法，将需要通过孤岛恢复供电的事故放入预想事故集，相应的孤岛方案放入计划孤岛方案集；建立故障恢复模型的目标函数和约束条件；将故障恢复过程划分为四个阶段，以各阶段开关的开合状态的变化作为状态变量，以节点电压的幅值以及线路负载率作为阶段函数，各个阶段通过指标判定是否执行。

2.根据权利要求1所述的计及计划孤岛的含DG配电网故障恢复方法，其特征在于，所述孤岛划分方法，基于深度优先搜索进行划分，具体步骤如下：

(1)确定DG个数m，令n＝1；

(2)边界点集合Border＝DG(n)，令t＝1；

(3)从Border(t)开始进行深度优先搜索，出现以下几种情况停止搜索：①搜索到1级负荷，Index＝1；②搜索到DG节点或者已经划好的孤岛，Index＝2；③∑P_Load≥∑P_DG，Index＝3，并计算该路径经过的2级负荷功率总和P_Load2；④搜索到边界点，Index＝4，并计算该路径经过的2级负荷功率总和P_Load2；

(4)t＝t+1，判断Border内的边界点是否都已经搜索完，若是，转下一步；若否，转至步骤(3)；

(5)对所有搜索到的路径，优先选择Index值较小的路径合并到孤岛内；若有多条Index＝1或者Index＝2的路径，选择负荷功率总和最小的路径；若有多条Index＝3或者Index＝4的路径，选择P_Load2最大的路径；若合并了DG节点或其他孤岛，更新∑P_DG和∑P_Load；

(6)判断划入孤岛内的路径Index是否为4，若是，转至步骤(8)；若否，转至下一步；

(7)更新Border，t＝t+1，转至步骤(3)；

(8)判断是否所有DG都已划入孤岛内，若是，转至步骤(9)；若否，n＝n+1，转至步骤(2)；

(9)结束；输出孤岛划分方案。

3.根据权利要求1所述的计及计划孤岛的含DG配电网故障恢复方法，其特征在于，所述将需要通过孤岛恢复供电的事故放入预想事故集，相应的孤岛方案放入计划孤岛方案集的步骤为：

(1)确定事故集N，令n＝1；

(2)针对事故n进行故障隔离，判断失电区域是否存在IL；若是，转至下一步；否则，n＝n+1，转至第(4)步；

(3)将事故n放入预想事故集，根据孤岛划分进行孤岛划分，将孤岛方案放入计划孤岛方案集，n＝n+1；

(4)n<N？若是，转至第(2)步；若否，输出预想事故集和计划孤岛方案集。

4.根据权利要求1所述的计及计划孤岛的含DG配电网故障恢复方法，其特征在于，所述建立故障恢复模型的目标函数为：

以尽可能多地恢复关键负荷为目标，即：

$\max F_1=\underset{i\&Element;D}{\&Sigma;}{\mathrm{\&mu;}}_i{P}_i;$

式中，P_i为失电负荷i的大小；λ_i为失电负荷i的权重系数，表示负荷的优先等级；D表示所有未恢复供电的负荷集合；

目标函数的约束条件为：

(1)潮流约束：

${\stackrel{\&CenterDot;}{U}}_i\underset{j\&NotEqual;i}{\&Sigma;}{Y}_{ij}^{*}\stackrel{\&CenterDot;}{U_j^{*}}=P_i+{\mathrm{jQ}}_i;$

式中，P_i+jQ_i为节点i的注入功率；和为节点i、j的电压；Y_ij为节点i、j间的互导纳；

(2)支路容量约束：

|P_l|≤P_lmax；

式中，P_l为流过支路l的有功功率；P_lmax为支路l的最大容量；

(3)节点电压约束：

U_i,min≤U_i≤U_i,max；

式中，U_i,min，U_i,max为节点i电压幅值的上、下限；

(4)网络辐射状约束：

g_k∈G_R；

式中，g_k为已恢复供电的区域；G_R为保证网络辐射状拓扑结构的集合。

5.根据权利要求1所述的计及计划孤岛的含DG配电网故障恢复方法，其特征在于，所述故障恢复过程划分为四个阶段：

阶段一：孤岛方案匹配，将实时故障与预想事故集匹配，如需孤岛恢复供电，找出计划孤岛方案；

阶段二：恢复网络连通性，对剩余网络，通过联络开关的闭合恢复失电区域与带电区域的最大连通性；

阶段三：以配电网节点电压不越限及设备不过载为目标进行重构，针对阶段二未动作的联络开关和分段开关进行网络结构优化；

阶段四：甩负荷，如果阶段三的重构方案无法完全消除节点电压幅值越限以及线路过载问题，则通过切负荷解决。