CN109193638A - 一种基于路径搜索算法的配电网灾后供电恢复方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于路径搜索算法的配电网灾后供电恢复方法，首先建立了灾后故障恢复的配电网拓扑模型。在该拓扑模型基础上完成负荷供电路径搜索，建立负荷的供电路径集。以供电路径通断为变量，建立配电网主变容量约束、线路载流量约束、重要负荷不断电约束等约束的代数表达式。最后采用混合整数规划工具求解配电网灾后供电恢复问题。求解结果在确保重要负荷不断电的基础上，最大化恢复系统失电负荷供电，并能得出该最大化结果对应的配电网拓扑形态。本发明可以提升配电网灾后应急处置能力，增强配电网运行的可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及供电领域，特别是一种基于路径搜索算法的配电网灾后供电恢复方法。
背景技术
供电可靠性是电力公司考核的重要指标。对于如沿海城市的自然灾害多发区，每逢夏季就会频发台风天气、洪涝灾害。灾害发生后，配电网难免会发生设备故障，导致部分负荷失电。研究故障配电网供电恢复方法，增强配电网灾后应急处置响应能力，减少自然灾害对配电系统造成的经济损失，有效提升配电网供电的可靠性。
随着配网自动化程度的不断深入，配电网重构灵活性大大增强。在考虑灾后失电负荷转供时，需要完整考虑各类可行的重构方案，充分挖掘配电网的供电能力，以最大化恢复系统失电负荷。同时系统负荷可划分为重要负荷和非重要负荷两类，重要负荷为对社会安定、经济存在较大影响的负荷，应优先保证供电。因此，合理的供电恢复策略应首先确保重要负荷的不中断供电，在此基础上最大化恢复系统的失电负荷。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提出一种基于路径搜索算法的配电网灾后供电恢复方法，能在确保重要负荷不断电的前提下，最大化恢复系统失电负荷的供电。
本发明采用以下方案实现：一种基于路径搜索算法的配电网灾后供电恢复方法，包括以下步骤：
步骤S1：建立灾后配网模型，确定电源点、重要负荷点和非重要负荷点；
步骤S2：进行路径搜索，建立负荷供电路径集；
步骤S3：以供电路径通断为变量，建立约束代数表达式；
步骤S4：求解步骤S3，并判断步骤S3是否有解，若有，则输出结果，否则切除最小重要负荷后返回步骤S2。
进一步地，步骤S1具体包括以下步骤：
步骤S11：对一个指定配电网进行建模，将各主变抽象为电源点si，si在数值上等于该电源点的容量，电源点集合为其中Ns为电源点总数；
步骤S12：将馈线及其所带负荷抽象为负荷点li，li在数值上等于该点负荷值大小，负荷点集合为其中NL为负荷点总数；
步骤S13：将全部负荷点分为两类，一类为重要负荷点集合Limp，另一类为非重要负荷点集合Lun；
步骤S14：点与点之间仅用一条带开关的支路bi连接，bi在数值上等于该条支路的容量，支路集合为其中NB为支路总数；
步骤S15：当故障发生后，从模型中剔除故障设备，保留正常工作设备，并更新模型，更新后的模型作为灾后供电恢复计算的输入模型。
进一步地，步骤S2具体包括以下步骤：
步骤S21：定义为负荷节点li的第k条可能供电路径，该路径为连接负荷节点li与某一电源节点的所有支路的集合；
步骤S22：设负荷节点li共有p条可能的供电路径，用集合表示；
步骤S23：定义为由电源点si供电的所有路径集合，即起始点为电源点si的所有路径集合；定义为经过支路bi的所有路径集合，即包含支路bi的所有路径集合；
步骤S24：定义为对应路径的通断状态：
进一步地，步骤S3具体包括以下步骤：
步骤S31：以系统通电负荷最大为目标函数：
式中，N表示负荷点总数；
步骤S32：建立电源容量约束与线路载流量约束；其中，所述电源容量约束为：
所述线路载流量约束为：
步骤S33：设重要负荷必须存在一条通电路径，则：
步骤S34：设非重要负荷存在一条通电路径或不存在通电路径，则：
步骤S35：令被包含路径的通断值大于包含路径的通断值，则：
式中，表示路径的通断状态，表示负荷节点lm的第l条供电路径。
进一步地，步骤S4具体为：利用整数规划求解工具，求解步骤S3问题的最优解，并得到对应最优解的路径通断状态向量，即灾后供电恢复的配电网最终拓扑形态；若问题无解，说明系统在该故障情形下无法满足所有的重要负荷不中断供电，则切除最小的重要负荷，返回步骤S2，重新建模求解上述问题，直至问题有解。
与现有技术相比，本发明有以下有益效果：
1、本发明的结果能指导灾后配电网失电负荷的恢复工作。
2、本发明可以完整考虑全部可行的配电网拓扑形态，充分挖掘配电网供电灵活性。
3、本发明可以将电源容量约束、线路载流量约束纳入整数规划问题的表达式中，并将重要负荷的通电作为约束条件，而非重要负荷则不能多于1个电源同时供电。
4、本发明的求解结果即为灾后系统的最大供电能力，求解结果对应的路径通断状态向量即对应配电网的最终拓扑形态。
附图说明
图1为本发明实施例的方法流程示意图。
图2为本发明实施例的某配电网灾前拓扑图。
图3为图2的配电网电源s3故障切除后拓扑图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明做进一步说明。
应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
如图1所示，本实施例提供了一种基于路径搜索算法的配电网灾后供电恢复方法，包括以下步骤：
步骤S1：建立灾后配网模型，确定电源点、重要负荷点和非重要负荷点；
步骤S2：进行路径搜索，建立负荷供电路径集；
步骤S3：以供电路径通断为变量，建立约束代数表达式；
步骤S4：求解步骤S3，并判断步骤S3是否有解，若有，则输出结果，否则切除最小重要负荷后返回步骤S2。
在本实施例中，步骤S1具体包括以下步骤：
步骤S11：对一个指定配电网进行建模，将各主变抽象为电源点si，si在数值上等于该电源点的容量，电源点集合为其中Ns为电源点总数；
步骤S12：将馈线及其所带负荷抽象为负荷点li，li在数值上等于该点负荷值大小，负荷点集合为其中NL为负荷点总数；
步骤S13：将全部负荷点分为两类，一类为重要负荷点集合Limp，另一类为非重要负荷点集合Lun；
步骤S14：点与点之间仅用一条带开关的支路bi连接，bi在数值上等于该条支路的容量，支路集合为其中NB为支路总数；
步骤S15：当故障发生后，从模型中剔除故障设备，保留正常工作设备，并更新模型，更新后的模型作为灾后供电恢复计算的输入模型。
在本实施例中，步骤S2具体包括以下步骤：
步骤S21：定义为负荷节点li的第k条可能供电路径，该路径为连接负荷节点li与某一电源节点的所有支路的集合；
步骤S22：设负荷节点li共有p条可能的供电路径，用集合表示；
步骤S23：定义为由电源点si供电的所有路径集合，即起始点为电源点si的所有路径集合；定义为经过支路bi的所有路径集合，即包含支路bi的所有路径集合；
步骤S24：定义为对应路径的通断状态：
在本实施例中，步骤S3具体包括以下步骤：
步骤S31：以系统通电负荷最大为目标函数：
式中，N表示负荷点总数；
步骤S32：建立电源容量约束与线路载流量约束；其中，所述电源容量约束为：
所述线路载流量约束为：
步骤S33：设重要负荷必须存在一条通电路径，则：
步骤S34：设非重要负荷存在一条通电路径或不存在通电路径，则：
步骤S35：令被包含路径的通断值大于包含路径的通断值，则：
式中，表示路径的通断状态，表示负荷节点lm的第l条供电路径。
在本实施例中，步骤S4具体为：利用整数规划求解工具，求解步骤S3问题的最优解，并得到对应最优解的路径通断状态向量，即灾后供电恢复的配电网最终拓扑形态；若问题无解，说明系统在该故障情形下无法满足所有的重要负荷不中断供电，则切除最小的重要负荷，返回步骤S2，重新建模求解上述问题，直至问题有解。
具体的，本实施例以图2、图3为例。图2为故障前完整的配电网系统，电源点集合为S＝{s1，s2，s3}，电源点总数为3；负荷点集合为L＝{lA，lB，lC，lD}，负荷点总数为4；支路集合为B＝{b1，b2，b3，b4，b5，b6，b7，b8}，支路总数为8。电源容量、线路容量见下表。
| 容量(MW) | |
| 电源s<sub>1</sub> | 300 |
| 电源s<sub>2</sub> | 200 |
| 电源s<sub>3</sub> | 200 |
| 线路b<sub>1</sub> | 300 |
| 线路b<sub>2</sub> | 300 |
| 线路b<sub>3</sub> | 300 |
| 线路b<sub>4</sub> | 300 |
| 线路b<sub>5</sub> | 300 |
| 线路b<sub>6</sub> | 300 |
| 线路b<sub>7</sub> | 300 |
| 线路b<sub>8</sub> | 300 |
系统各负荷点负荷值大小及重要程度见下表。
| 负荷(MW) | 是否为重要负荷 | |
| 负荷l<sub>A</sub> | 100 | 是 |
| 负荷l<sub>B</sub> | 150 | 否 |
| 负荷l<sub>C</sub> | 100 | 否 |
| 负荷l<sub>D</sub> | 150 | 否 |
正常工作时，负荷lA、lB由电源点s1带载，负荷lC由s2带载，负荷lD由s3带载，即边b1、b4、b7、b3为通，边b2、b5、b6、b8为断。
当s3因故障退出运行，系统如图3所示。求解该故障下，系统的供电恢复策略。
首先路径搜索建立各个负荷点的路径集，如下表所示。
系统的目标函数为：
电源容量约束：
支路载流量约束：
重要负荷通电约束：
非重要负荷存在一条通电路径或不存在通电路径：
路径的包含约束：
最后求解该整数规划问题可得，系统最大供电量为400MW，负荷lA、lB由电源点s1带载，负荷lD由电源点s2带载，负荷lC切除。路径 为连通，其余路径均为断开。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。
Claims (5)
1.一种基于路径搜索算法的配电网灾后供电恢复方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤S1：建立灾后配网模型，确定电源点、重要负荷点和非重要负荷点；
步骤S2：进行路径搜索，建立负荷供电路径集；
步骤S3：以供电路径通断为变量，建立约束代数表达式；
步骤S4：求解步骤S3，并判断步骤S3是否有解，若有，则输出结果，否则切除最小重要负荷后返回步骤S2。
2.根据权利要求1所述的一种基于路径搜索算法的配电网灾后供电恢复方法，其特征在于：步骤S1具体包括以下步骤：
步骤S11：对一个指定配电网进行建模，将各主变抽象为电源点si，si在数值上等于该电源点的容量，电源点集合为其中Ns为电源点总数；
步骤S12：将馈线及其所带负荷抽象为负荷点li，li在数值上等于该点负荷值大小，负荷点集合为其中NL为负荷点总数；
步骤S13：将全部负荷点分为两类，一类为重要负荷点集合Limp，另一类为非重要负荷点集合Lun；
步骤S14：点与点之间仅用一条带开关的支路bi连接，bi在数值上等于该条支路的容量，支路集合为其中NB为支路总数；
步骤S15：当故障发生后，从模型中剔除故障设备，保留正常工作设备，并更新模型，更新后的模型作为灾后供电恢复计算的输入模型。
3.根据权利要求1所述的一种基于路径搜索算法的配电网灾后供电恢复方法，其特征在于：步骤S2具体包括以下步骤：
步骤S21：定义为负荷节点li的第k条可能供电路径，该路径为连接负荷节点li与某一电源节点的所有支路的集合；
步骤S22：设负荷节点li共有p条可能的供电路径，用集合表示；
步骤S23：定义为由电源点si供电的所有路径集合，即起始点为电源点si的所有路径集合；定义为经过支路bi的所有路径集合，即包含支路bi的所有路径集合；
步骤S24：定义为对应路径的通断状态：
4.根据权利要求3所述的一种基于路径搜索算法的配电网灾后供电恢复方法，其特征在于：步骤S3具体包括以下步骤：
步骤S31：以系统通电负荷最大为目标函数：
式中，N表示负荷点总数；
步骤S32：建立电源容量约束与线路载流量约束；其中，所述电源容量约束为：
所述线路载流量约束为：
步骤S33：设重要负荷必须存在一条通电路径，则：
步骤S34：设非重要负荷存在一条通电路径或不存在通电路径，则：
步骤S35：令被包含路径的通断值大于包含路径的通断值，则：
式中，表示路径的通断状态，表示负荷节点lm的第l条供电路径。
5.根据权利要求1所述的一种基于路径搜索算法的配电网灾后供电恢复方法，其特征在于：步骤S4具体为：利用整数规划求解工具，求解步骤S3问题的最优解，并得到对应最优解的路径通断状态向量，即灾后供电恢复的配电网最终拓扑形态；若问题无解，说明系统在该故障情形下无法满足所有的重要负荷不中断供电，则切除最小的重要负荷，返回步骤S2，重新建模求解上述问题，直至问题有解。
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