CN109818373A - 含高渗透分布式电源配电网的故障恢复性重构方法 - Google Patents

Abstract

含高渗透分布式电源配电网的故障恢复性重构方法，属于配电网规划与优化运行领域，解决了现有基于孤岛运行的含高渗透分布式电源配电网静态重构方法导致电网电能质量下降、电网可控性减弱以及不利于电网调度的问题。本发明所述的含高渗透分布式电源配电网的故障恢复性重构方法将非故障区网络划分为可恢复性失电区和不可恢复性失电区，对可恢复性失电区应用给出的故障恢复方法进行恢复性重构，对不可恢复性失电区视该区域所接入的分布式电源情况进行负荷恢复供电。本发明所述的含高渗透分布式电源配电网的故障恢复性重构方法最大限度地利用配电网重构进行故障母线恢复供电，将分布式电源的计划孤岛供电模式仅作为辅助措施进行故障母线供电恢复。

Description

含高渗透分布式电源配电网的故障恢复性重构方法

技术领域

本发明涉及一种配电网重构方法，属于配电网规划与优化运行领域。

背景技术

配电网在运行中发生开关故障后，调度人员需要迅速采取供电恢复策略，尽可能恢复负荷供电。配电网重构即是在满足配电网运行约束下，通过改变系统中联络开关和分段开关的开闭组合状态对网络拓扑结构进行切换，在不同馈线之间转移负荷，从而影响网络潮流分布，达到网络优化运行的目的。

故障恢复性重构是在配电网发生故障并快速隔离故障后，在满足一定约束条件下，为了减少停电面积从而尽可能地保证用户供电而进行的网络结构调整，重在故障后恢复供电。配电网故障恢复性重构能够为快速地为调度人员提供供电恢复策略，对于配电网调度运行具有重要的意义。

分布式电源(Distributed Generation,DG)通常指设计安装在用户侧或附近的额定功率在数千瓦至50MW，能支持配电网经济运行和满足用户需求的清洁环保的小型发电机组。随着国家光伏扶贫计划的深入实施与风电采暖等一系列电能替代措施的深入，风电、光伏和微型燃气轮机等形式的分布式电源大量接入配电网。分布式电源的高渗透为配电网重构技术中网络拓扑更加灵活、优化目标更加高效以及可再生能源的充分挖掘与应用带来了新思路和新挑战。

分布式电源的接入可以提高配电网重构的可行解数量。现有含高渗透分布式电源配电网重构的研究方向主要为静态重构，针对含高渗透分布式电源配电网恢复性重构的研究较少。现有含高渗透分布式电源配电网的静态重构方法通常为：根据负荷的重要程度进行孤岛划分，在已知分布式电源容量的情况下确定孤岛划分方案。在配电网故障后，应用分布式电源的孤岛供电对重要负荷进行供电。然而，现有含高渗透分布式电源配电网的静态重构方法的不足之处在于：故障发生后，大多数分布式电源进入孤岛运行状态，孤岛区域范围的增大将导致电网电能质量问题突出，电网的可控性减弱，给调度带来很多困难与不利影响。

发明内容

本发明为解决现有基于孤岛运行的含高渗透分布式电源配电网静态重构方法导致电网电能质量下降、电网可控性减弱以及不利于电网调度的问题，提出了一种含高渗透分布式电源配电网的故障恢复性重构方法。

本发明所述的含高渗透分布式电源配电网的故障恢复性重构方法包括：

S1、初始化配电网参数，以及分布式电源的类型和接入参数；

S2、读取故障信息；

S3、根据读取到的故障信息确定非故障区网络信息；

S4、判断非故障区网络是否存在不可恢复失电区，当判断结果为是时，执行步骤S5，并对余下的可恢复失电区执行步骤S6，否则，将整个非故障区网络定义为可恢复失电区，并执行步骤S6；

S5、判断不可恢复失电区是否包含可孤岛运行的分布式电源，当判断结果为是时，将可孤岛运行的分布式电源转换为孤岛运行，并以负荷重要性为恢复供电优先级进行负荷恢复供电，否则，判定不可恢复失电区无法通过分布式电源孤岛运行的方式恢复负荷供电；

S6、根据整数型环网编码策略对可恢复失电区进行编码，得到可恢复失电区编码；

S7、对可恢复失电区编码的整数编码型量子粒子群参数进行初始化；

S8、对所述整数编码型量子粒子群中的每个粒子的解进行有效性判断，并对解有效的粒子进行优化更新，获取故障恢复性重构开关组合。

作为优选的是，步骤S4所述的判断非故障区网络是否存在不可恢复失电区的方法包括：

S41、根据整数型环网编码策略对非故障区网络进行编码，得到非故障区网络编码；

S42、根据非故障区网络编码并结合不可恢复失电区存在评判原则，判断判断非故障区网络是否存在不可恢复失电区。

作为优选的是，整数型环网编码策略为：

对待编码网络的每个联络开关所确定的环网内的开关单独编号：开关编号依次为1至该环网内开关总数，联络开关的编号为环网内开关的总数；

联络开关的个数表示粒子的维数；

每个环网中断开的开关的编号为粒子的每一维元素。

作为优选的是，不可恢复失电区存在评判原则为：

当一个故障支路不属于任一环网时，存在不可恢复失电区；

当两个或两个以上故障支路属于同一环网且均不属于其他环网时，存在不可恢复失电区；

当两个或两个以上故障支路同属于两个或两个以上环网的公共支路时，存在不可恢复失电区。

作为优选的是，步骤S7所述的对可恢复失电区编码的整数编码型量子粒子群参数进行初始化的过程为：

根据整数型环网编码策略，设置整数编码型量子粒子群算法的上限矩阵、下限矩阵、边界变异系数、种群规模和最大迭代次数。

作为优选的是，步骤S8所述的对所述整数编码型量子粒子群中的每个粒子的解进行有效性判断，并对解有效的粒子进行优化更新的过程为：

S81、判断所述整数编码型量子粒子群中的一个粒子的解是否有效，当判断结果为是时，执行步骤S83，否则，执行步骤S82；

S82、将解无效的粒子的局部最优位置设为常数，将局部最优位置更新为所述粒子的当前位置，并执行步骤S85；

S83、根据优化模型计算解有效的粒子的适应值，并执行步骤S84；

S84、根据所述适应值依据整数编码型量子粒子群算法分别计算所述粒子的新位置，将新位置更新为所述粒子的位置，执行步骤S85；

S85、将当前迭代次数加1，判断当前迭代次数是否大于所述最大迭代次数，当判断结果为是时，结束，否则，返回执行步骤S81；

当所述整数编码型量子粒子群中的所有粒子的迭代次数均达到最大迭代次数时，将当前的所述整数编码型量子粒子群的位置矩阵作为故障恢复性重构开关组合输出。

作为优选的是，步骤S83所述的根据优化模型计算解有效的粒子的适应值的过程为：

将解有效的粒子的初始局部最优位置作为相应粒子的当前位置，将所述整数编码型量子粒子群的全局最优位置作为所述整数编码型量子粒子群中最优粒子的位置。

本发明所述的含高渗透分布式电源配电网的故障恢复性重构方法，将非故障区网络划分为可恢复性失电区和不可恢复性失电区，对可恢复性失电区应用给出的故障恢复方法进行恢复性重构，对不可恢复性失电区视该区域所接入的分布式电源情况进行负荷恢复供电。本发明所述的含高渗透分布式电源配电网的故障恢复性重构方法最大限度地利用配电网重构进行故障母线恢复供电，将分布式电源的计划孤岛供电模式仅作为辅助措施进行故障母线供电恢复。因此，本发明所述的含高渗透分布式电源配电网的故障恢复性重构方法能够在配电网故障后减少分布式电源的孤岛供电区域，进而在一定程度上解决了现有基于孤岛运行的含高渗透分布式电源配电网静态重构方法导致电网电能质量下降、电网可控性减弱以及不利于电网调度的问题。

附图说明

在下文中将基于实施例并参考附图来对本发明所述的含高渗透分布式电源配电网的故障恢复性重构方法进行更详细的描述，其中：

图1为实施例所述的含高渗透分布式电源配电网的故障恢复性重构方法的流程图；

图2为实施例提及的对所述整数编码型量子粒子群中的每个粒子的解进行有效性判断，并对解有效的粒子进行优化更新的流程图；

图3为实施例提及的PG&E69节点配电系统图；

图4为实施例提及的三种故障情况下故障恢复重构后的母线节点电压幅值曲线图；

图5为实施例提及的考虑分布式电源计划孤岛运行的网络故障恢复示意图；

图6为实施例提及的分布式电源存在计划孤岛运行下故障恢复重构后的各母线节点母线电压幅值曲线图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明所述的含高渗透分布式电源配电网的故障恢复性重构方法作进一步说明。

实施例：下面结合图1至图6详细地说明本实施例。

本实施例所述的含高渗透分布式电源配电网的故障恢复性重构方法包括：

S1、初始化配电网参数，以及分布式电源的类型和接入参数；

S2、读取故障信息；

S3、根据读取到的故障信息确定非故障区网络信息；

S4、判断非故障区网络是否存在不可恢复失电区，当判断结果为是时，执行步骤S5，并对余下的可恢复失电区执行步骤S6，否则，将整个非故障区网络定义为可恢复失电区，并执行步骤S6；

S5、判断不可恢复失电区是否包含可孤岛运行的分布式电源，当判断结果为是时，将可孤岛运行的分布式电源转换为孤岛运行，并以负荷重要性为恢复供电优先级进行负荷恢复供电，否则，判定不可恢复失电区无法通过分布式电源孤岛运行的方式恢复负荷供电；

S6、根据整数型环网编码策略对可恢复失电区进行编码，得到可恢复失电区编码；

S7、对可恢复失电区编码的整数编码型量子粒子群参数进行初始化；

S8、对所述整数编码型量子粒子群中的每个粒子的解进行有效性判断，并对解有效的粒子进行优化更新，获取故障恢复性重构开关组合。

本实施例的配电网参数包括支路参数、节点参数、网络基准电压和基准容量，分布式电源的类型包括分布式电源是否可孤岛运行及具体种类，分布式电源的接入参数包括分布式电源的接入位置和装机容量。

本实施例的步骤S3，在根据读取到的故障信息确定非故障区网络信息后，通知相关部门对故障区进行隔离并检修。

本实施例的步骤S5，当判定不可恢复失电区无法通过分布式电源孤岛运行的方式恢复负荷供电时，只有在被隔离的故障区恢复供电后，不可恢复失电区才能恢复供电。

本实施例的步骤S4所述的判断非故障区网络是否存在不可恢复失电区的方法包括：

S41、根据整数型环网编码策略对非故障区网络进行编码，得到非故障区网络编码；

S42、根据非故障区网络编码并结合不可恢复失电区存在评判原则，判断判断非故障区网络是否存在不可恢复失电区。

本实施例的整数型环网编码策略为：

对待编码网络的每个联络开关所确定的环网内的开关单独编号：开关编号依次为1至该环网内开关总数，联络开关的编号为环网内开关的总数；

联络开关的个数表示粒子的维数；

每个环网中断开的开关的编号为粒子的每一维元素。

本实施例的不可恢复失电区存在评判原则为：

当一个故障支路不属于任一环网时，存在不可恢复失电区；

当两个或两个以上故障支路属于同一环网且均不属于其他环网时，存在不可恢复失电区；

当两个或两个以上故障支路同属于两个或两个以上环网的公共支路时，存在不可恢复失电区。

本实施例的步骤S7所述的对可恢复失电区编码的整数编码型量子粒子群参数进行初始化的过程为：

根据整数型环网编码策略，设置整数编码型量子粒子群算法的上限矩阵、下限矩阵、边界变异系数、种群规模和最大迭代次数。

本实施例的步骤S8所述的对所述整数编码型量子粒子群中的每个粒子的解进行有效性判断，并对解有效的粒子进行优化更新的过程为：

S81、判断所述整数编码型量子粒子群中的一个粒子的解是否有效，当判断结果为是时，执行步骤S83，否则，执行步骤S82；

S82、将解无效的粒子的局部最优位置设为常数，将局部最优位置更新为所述粒子的当前位置，并执行步骤S85；

S83、根据优化模型计算解有效的粒子的适应值，并执行步骤S84；

S84、根据所述适应值依据整数编码型量子粒子群算法分别计算所述粒子的新位置，将新位置更新为所述粒子的位置，执行步骤S85；

S85、将当前迭代次数加1，判断当前迭代次数是否大于所述最大迭代次数，当判断结果为是时，结束，否则，返回执行步骤S81；

当所述整数编码型量子粒子群中的所有粒子的迭代次数均达到最大迭代次数时，将当前的所述整数编码型量子粒子群的位置矩阵作为故障恢复性重构开关组合输出。

本实施例的步骤S83所述的根据优化模型计算解有效的粒子的适应值的过程为：

将解有效的粒子的初始局部最优位置作为相应粒子的当前位置，将所述整数编码型量子粒子群的全局最优位置作为所述整数编码型量子粒子群中最优粒子的位置。

下面详细说明分布式电源的分类以及分布式电源是否可孤岛运行的划分：

分布式电源主要包括风力发电、光伏发电、燃料电池和微型燃气轮机。分布式电源一般按照不参与系统频率调节考虑，在有功功率P恒定的模式下运行，而分布式电源的电压和无功功率的确定则需根据运行与控制模式的不同予以分析。分布式电源主要有同步发电机接口、异步发电机接口和电力电子变换器接口三种并网接口形式。按照分布式电源的运行机理和并网接口方式，在潮流计算中将分布式电源分成以下四种节点类型进行考虑，如表1所示。

表1分布式电源分类表

在配电网发生故障后，分布式电源按照是否可为提供电压支撑，是否可进行计划孤岛运行分为可孤岛运行分布式电源和不可孤岛运行分布式电源两种。一般认为燃料电池、微型燃气轮机、带有储能装置的风力发电和光伏发电为可孤岛运行分布式电源，不带有储能装置的风力发电和光伏发电为不可孤岛运行分布式电源。可孤岛运行分布式电源能在电网失电后进入计划孤岛运行模式，根据计划孤岛方案为重要负荷进行孤岛供电，具备保证孤岛网络电压、频率负荷标准要求的能力。

下面结合PG&E69节点配电系统详细说明整数型环网编码策略和不可恢复失电区存在评判原则：

PG&E69节点配电系统如图3所示，网络中含有5个联络开关，分别为69、70、71、72和73，图中虚线表示联络开关，实线表示分段开关，数字为开关号，开关号同时为支路号。PG&E69节点配电系统的整数型环网编码结果如表2所示。

表2 PG&E69节点配电系统的整数型环网编码结果

一般支路开关发生永久故障后，调度员需要通过倒负荷，即重构过程力求恢复所有负荷供电。但是在某些情况下，仅仅通过故障恢复性重构无法恢复所有负荷供电，这时会有不可恢复失电区存在。

当支路开关发生永久故障后，一般按照故障支路是否在环路中进行讨论。不可恢复失电区存在评判原则主要包括以下两个原则：

1、若故障支路不在任何环路中，则只要发生一个支路故障，则会出现失电母线，该失电区不可通过重构恢复供电，判断为不可恢复性失电区。如在PG&E69节点配电系统中，支路1、2、39、40、54-57以及27-34中任一支路故障，均会出现不可恢复性失电区。

2、若故障支路在环路中，当发生一个支路故障时，可以通过重构恢复所有母线供电。当发生两个或两个以上支路故障时，若故障支路同属一个环路且不在其他环路中或者同属两个或两个以上环路的公共支路，则会出现不可恢复的失电区。如在PG&E69节点配电系统中，若支路16和18或者支路14和67同时故障会出现不可恢复性失电区。

仿真示例：

采用如图3所示的PG&E69节点配电系统进行仿真测试，网络中包含69个节点、73条支路、68个分段开关和5个联络开关，5个联络开关分别为69、70、71、72和73。基准电压为12.66kV，总的有功功率和无功功率分别为3802.19kW和2694.60kvar。图中，支路号＝尾节点号-1，种群数为50，最大迭代次数为100。边界变异系数为0.02，收敛精度设为10^-6。仿真部分的重构优化结果以断开开关组合予以展示，断开开关的不同组合状态实现网络的拓扑结构的变化。仿真时所有开关的权重取相同的值。在PG&E69节点配电系统加入4种类型的分布式电源，并网参数如表3所示。

表3 4种类型的分布式电源的并网参数

1、无不可恢复失电区存在情况：

配电网中主要有三种故障形式：单一故障、双重故障和多重故障。单一线路故障时只跳开单一支路，在配电网中出现概率大。双重故障情况模拟配电网中一条支路检修期间，另一回支路故障断开的情况，即线路检修N-1情况，在线路检修条件下出现概率大。多重复杂故障情况模拟配电网中一条支路检修期间，另两回支路故障断开的情况，此类故障发生概率非常小。本实施例分别对三种故障情况进行模拟，三种故障情况的故障恢复性重构结果如表4所示，三种故障情况下故障恢复重构后的母线节点电压幅值曲线图如图4所示。

表4三种故障情况的故障恢复性重构结果

从表4可看出，在44号线路故障后，仅需要1次开关操作即可进行所有负荷供电恢复。44号线路检修，15号线路故障后，通过2次开关操作可以恢复所有负荷供电，且可以看出在相同的开关操作次数情况下，所提出的经济型故障恢复模型能寻优得出优选方案，在相同的开关操作次数的几个方案中，选出有功损耗最小的方案作为优选方案，并选出几个网损稍大的方案作为备选方案，供调度人员参考。从图4可知，故障恢复重构后，所有母线已恢复供电，且母线电压均在合格范围内，并且经过重构后，各节点的母线电压水平较初始网络有一定程度地提升。

2、有不可恢复失电区存在情况：

模拟线路15号线路检修，28号线路故障，则节点29-35区域变成失电区，其余网络可通过重构恢复供电。在检测到存在失电区后，检测失电区的网络中接入的分布式电源是否可孤岛运行。经过检测，可以看出DG3接入该区域的33节点，且为可孤岛运行分布式电源，故该分布式电源转入计划孤岛运行控制模式。

DG3是微型燃气轮机，PV类型节点，有功出力150kW，维持接入母线电压恒定在额定电压。失电区域30-32节点无负荷，29、33、34、35节点负荷分别为26kW、14kW、19.5kW、6kW。由于失电区域负荷之和小于孤岛运行分布式电源的额定出力，所以该分布式电源可以保证多有负荷恢复供电。考虑分布式电源计划孤岛运行的网络故障恢复示意图如图5所示。

可故障恢复重构区域重构结果如表5所示，经过1次开关操作，可故障恢复区域已经全部恢复供电，网络损耗211.855kW，而计划孤岛运行区域所有母线也已经恢复供电，分布式电源运行出力65.5kW，网络网损为0.0214kW。故障恢复重构后的各母线节点母线电压幅值曲线如图6所示，从图6可知，全部母线均已恢复供电，母线节点电压均在合格范围内，达到了故障恢复重构的目的，满足电网供电可靠性的要求。

表5可故障恢复重构区域重构结果

本实施例所述的含高渗透分布式电源配电网的故障恢复性重构方法，能够在配电网故障后快速进行故障可恢复性判别，将非故障区网络划分为可恢复失电区和不可恢复失电区。

本实施例所述的含高渗透分布式电源配电网的故障恢复性重构方法对可恢复失电区应用给出的故障恢复方法进行恢复性重构，能实现该区域所有失电负荷的供电恢复，供电恢复率达到100％。

本实施例所述的含高渗透分布式电源配电网的故障恢复性重构方法对不可恢复失电区视该区域所接入的分布式电源情况进行孤岛供电，恢复重要负荷供电，最大限度恢复重要负荷的供电，能够准确高效地应用于含分布式电源的配电网故障恢复性重构中，且能有效适用于各种典型故障情况。

虽然在本文中参照了特定的实施方式来描述本发明，但是应该理解的是，这些实施例仅是本发明的原理和应用的示例。因此应该理解的是，可以对示例性的实施例进行许多修改，并且可以设计出其他的布置，只要不偏离所附权利要求所限定的本发明的精神和范围。应该理解的是，可以通过不同于原始权利要求所描述的方式来结合不同的从属权利要求和本文中所述的特征。还可以理解的是，结合单独实施例所描述的特征可以使用在其他所述实施例中。

Claims (7)

1.含高渗透分布式电源配电网的故障恢复性重构方法，其特征在于，所述故障恢复性重构方法包括：

S1、初始化配电网参数，以及分布式电源的类型和接入参数；

S2、读取故障信息；

S3、根据读取到的故障信息确定非故障区网络信息；

S4、判断非故障区网络是否存在不可恢复失电区，当判断结果为是时，执行步骤S5，并对余下的可恢复失电区执行步骤S6，否则，将整个非故障区网络定义为可恢复失电区，并执行步骤S6；

S5、判断不可恢复失电区是否包含可孤岛运行的分布式电源，当判断结果为是时，将可孤岛运行的分布式电源转换为孤岛运行，并以负荷重要性为恢复供电优先级进行负荷恢复供电，否则，判定不可恢复失电区无法通过分布式电源孤岛运行的方式恢复负荷供电；

S6、根据整数型环网编码策略对可恢复失电区进行编码，得到可恢复失电区编码；

S7、对可恢复失电区编码的整数编码型量子粒子群参数进行初始化；

S8、对所述整数编码型量子粒子群中的每个粒子的解进行有效性判断，并对解有效的粒子进行优化更新，获取故障恢复性重构开关组合。

2.如权利要求1所述的含高渗透分布式电源配电网的故障恢复性重构方法，其特征在于，步骤S4所述的判断非故障区网络是否存在不可恢复失电区的方法包括：

S41、根据整数型环网编码策略对非故障区网络进行编码，得到非故障区网络编码；

S42、根据非故障区网络编码并结合不可恢复失电区存在评判原则，判断判断非故障区网络是否存在不可恢复失电区。

3.如权利要求2所述的含高渗透分布式电源配电网的故障恢复性重构方法，其特征在于，整数型环网编码策略为：

对待编码网络的每个联络开关所确定的环网内的开关单独编号：开关编号依次为1至该环网内开关总数，联络开关的编号为环网内开关的总数；

联络开关的个数表示粒子的维数；

每个环网中断开的开关的编号为粒子的每一维元素。

4.如权利要求3所述的含高渗透分布式电源配电网的故障恢复性重构方法，其特征在于，不可恢复失电区存在评判原则为：

当一个故障支路不属于任一环网时，存在不可恢复失电区；

当两个或两个以上故障支路属于同一环网且均不属于其他环网时，存在不可恢复失电区；

当两个或两个以上故障支路同属于两个或两个以上环网的公共支路时，存在不可恢复失电区。

5.如权利要求4所述的含高渗透分布式电源配电网的故障恢复性重构方法，其特征在于，步骤S7所述的对可恢复失电区编码的整数编码型量子粒子群参数进行初始化的过程为：

根据整数型环网编码策略，设置整数编码型量子粒子群算法的上限矩阵、下限矩阵、边界变异系数、种群规模和最大迭代次数。

6.如权利要求5所述的含高渗透分布式电源配电网的故障恢复性重构方法，其特征在于，步骤S8所述的对所述整数编码型量子粒子群中的每个粒子的解进行有效性判断，并对解有效的粒子进行优化更新的过程为：

S81、判断所述整数编码型量子粒子群中的一个粒子的解是否有效，当判断结果为是时，执行步骤S83，否则，执行步骤S82；

S82、将解无效的粒子的局部最优位置设为常数，将局部最优位置更新为所述粒子的当前位置，并执行步骤S85；

S83、根据优化模型计算解有效的粒子的适应值，并执行步骤S84；

S84、根据所述适应值依据整数编码型量子粒子群算法分别计算所述粒子的新位置，将新位置更新为所述粒子的位置，执行步骤S85；

S85、将当前迭代次数加1，判断当前迭代次数是否大于所述最大迭代次数，当判断结果为是时，结束，否则，返回执行步骤S81；

当所述整数编码型量子粒子群中的所有粒子的迭代次数均达到最大迭代次数时，将当前的所述整数编码型量子粒子群的位置矩阵作为故障恢复性重构开关组合输出。

7.如权利要求6所述的含高渗透分布式电源配电网的故障恢复性重构方法，其特征在于，步骤S83所述的根据优化模型计算解有效的粒子的适应值的过程为：

将解有效的粒子的初始局部最优位置作为相应粒子的当前位置，将所述整数编码型量子粒子群的全局最优位置作为所述整数编码型量子粒子群中最优粒子的位置。