CN109861199A - 一种直流配电网中的故障恢复方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种直流配电网中的故障恢复方法。首先，故障切除后，依据分布式电源的出力预测和负荷的需求预测对网络进行动态孤岛划分；其次，建立直流配电网的网络重构模型，选择合适的目标函数，在满足约束条件的前提下采用二进制纵横交叉算法求解；最后，如果电网依然不能满足约束条件则按照负荷重要程度等级切除一部分负荷，直到电网恢复到合格状态。本发明先划分孤岛，再用全局重构对网络优化，且在时间尺度上每隔T时间重新进行一次孤岛划分和全局重构，实现最优的故障恢复策略，能够更加有效的恢复供电。
Description
技术领域
本发明涉及直流配电网技术领域,特别涉及一种直流配电网中的故障恢复方法。
背景技术
和交流配电网相比，直流配电网具有诸多优势:
1.以分布式光伏为代表分布式电源接入直流配电网比接入交流配电网少一级功率变换，提高了能源利用效率；
2.直流配电网没有无功损耗和集肤效应，降低了线路损耗，传输容量大，具有良好的经济性；
3.直流配电网电能质量问题更易解决。
然而，直流配电网的故障恢复阻碍了其进一步发展。故障恢复是一个多目标、多约束的非线性优化问题，一般包括孤岛划分和网络重构两部分，分布式电源的接入给该问题提供了新的思路。
孤岛划分的原则有优先恢复负荷等级高的区域、孤岛范围应尽量大以保证更大范围区域恢复供电。孤岛划分的方法有Prim方法、二进制粒子群算法、Dijkstra算法、深度优先搜索、广度优先搜索等，但是一般未考虑分布式电源的间歇性、随机性和负荷的波动性，把分布式电源出力和负荷功率当做确定值进行孤岛划分，孤岛划定后不再改变，而且只能维持系统在某一段时间内满足约束条件，无法保证在故障期间都满足约束条件。
直流配电网的网络重构方法主要有数学方法、启发式方法、人工智能算法。其中数学方法直接利用数学原理重构网络，但是随着网络规模的增大，易陷入维数灾问题，耗时长；启发式方法基于配电网重构的特点，运算速度有所提高，但全局性较差；人工智能算法是近年来出现的新方法，主要有遗传算法、粒子群算法等，大多数人工智能方法都可以搜寻全解最优解，但是收敛性变差，算法较复杂。此外二阶锥松弛技术也经常使用。理想的网络重构方法需要结构简单，收敛快，同时全局收敛。
发明内容
本发明所要解决的问题在于针对现有直流配电网故障恢复方法存在的问题而提供一种直流配电网中的故障恢复方法。
本发明首先，故障切除后，依据分布式电源的出力预测和负荷的需求预测对网络进行动态孤岛划分；其次，建立直流配电网的网络重构模型，选择合适的目标函数，在满足约束条件的前提下采用二进制纵横交叉算法求解；最后，如果电网依然不能满足约束条件则按照负荷重要程度等级切除一部分负荷，直到电网恢复到合格状态。本发明先划分孤岛，再用全局重构对网络潮流优化，且在时间尺度上每隔T时间重新进行一次孤岛划分和全局重构，实现最优的故障恢复策略，能够更加有效的恢复供电。
本发明的一种直流配电网中的故障恢复方法是通过如下步骤来实现的：
步骤1.依据分布式电源的出力预测和负荷的需求预测对网络进行动态孤岛划分。
考虑到分布式电源的间歇性、随机性和负荷的波动性，把分布式电源出力和负荷功率当做确定值的静态孤岛划分，只能维持系统在某一段时间内满足约束条件，因此本发明采用考虑时间尺度的动态孤岛划分方法。具体步骤如下：
(1)依据用于直流配电网上的智能终端单元(Smart Terminal Unit,STU)反馈的信息确定发生故障的区间，并隔离故障区间；
(2)对分布式电源出力和负荷需求进行估计；
(3)从分布式电源接入的节点开始，遍历节点；
(4)优先考虑负荷等级高的负荷，其次按照由近及远的顺序通过广度优先搜索形成功率树，确定孤岛划分的范围；
(5)每隔T时间重复上述(2)-(4)步骤。
广度优先搜索的终止条件为：
PG≤∑PLixLi (1)
式中PG为分布式电源有功出力预测值，PLi为节点i处负荷的预测值，xLi为状态变量，取1表示节点i处负荷被选入功率树，取0表示未被选入功率树。
步骤2.建立直流配电网的网络重构模型，采用二进制纵横交叉算法求解。
若孤岛划分后出现节点电压、支路负荷越限等情况，则进行一次全局优化，以保证最多一级负荷恢复供电和最多复电节点数为目标函数建立数学模型，以加权系数决定两个目标函数的权重。
考虑到配电网中有大量的开关量，有断开、闭合两种状态，因此配电网重构属于非线性离散优化问题，可以将二进制引入到网络重构的算法中，本发明采用二进制纵横交叉算法对直流配电网进行重构，步骤如下：
(1)初始化种群，形成与分布式电源数目相同的N组可行解，并将粒子进行配对；
(2)采用边缘搜索方式对父代粒子和子代粒子进行横向交叉搜索；
(3)对粒子进行二进制编码，即将粒子值限定为0或1，保留适应度高的粒子；
(4)通过纵向交叉对不同维粒子进行交叉搜索，保证种群的多样性；
(5)对粒子进行二进制编码，即将粒子值限定为0或1，保留适应度高的粒子；
(6)与孤岛划分同步，每隔T时间重复上述(2)-(5)步骤。
步骤3.如果电网依然不能满足约束条件则按照负荷重要程度等级切除一部分负荷，直到电网恢复到合格状态。
根据孤岛划分和网络重构的优化结果，允许切除一部分负荷。
本发明先划分孤岛，再用全局重构对网络优化，且在时间尺度上每隔T时间重新进行一次孤岛划分和全局重构，实现最优的故障恢复策略，能够更加有效的恢复供电。
附图说明
图1为本发明的直流配电网中的故障恢复方法流程示意图。
具体实施方式
下面将结合附图和实施例对本发明进行详细说明。
参见图1,本发明的一种直流配电网中的故障恢复方法是通过如下步骤来实现的：
步骤1.依据分布式电源的出力预测和负荷的需求预测对网络进行动态孤岛划分。
考虑到分布式电源的间歇性、随机性和负荷的波动性，把分布式电源出力和负荷功率当做确定值的静态孤岛划分，只能维持系统在某一段时间内满足约束条件，因此本发明采用考虑时间尺度的动态孤岛划分方法。具体步骤如下：
(1)依据用于直流配电网上的智能终端单元(Smart Terminal Unit,STU)反馈的信息确定发生故障的区间，并隔离故障区间；
(2)对分布式电源出力和负荷需求进行估计；
(3)从分布式电源接入的节点开始，遍历节点；
(4)优先考虑负荷等级高的负荷，其次按照由近及远的顺序通过广度优先搜索形成功率树，确定孤岛划分的范围；
(5)每隔T时间重复上述(2)-(4)步骤。
广度优先搜索的终止条件为：
PG≤∑PLixLi (1)
式中PG为分布式电源有功出力预测值，PLi为节点i处负荷的预测值，xLi为状态变量，取1表示节点i处负荷被选入功率树，取0表示未被选入功率树。
步骤2.建立直流配电网的网络重构模型，采用二进制纵横交叉算法求解。
若孤岛划分后出现节点电压、支路负荷越限等情况，则进行一次全局优化，以保证最多一级负荷恢复供电和最多复电节点数为目标函数建立数学模型，以加权系数决定两个目标函数的权重。
考虑到配电网中有大量的开关量，有断开、闭合两种状态，因此配电网重构属于非线性离散优化问题，可以将二进制引入到网络重构的算法中，本发明采用二进制纵横交叉算法对直流配电网进行重构，步骤如下：
(1)初始化种群，形成与分布式电源数目相同的N组可行解，并将粒子进行配对；
(2)采用边缘搜索方式对父代粒子和子代粒子进行横向交叉搜索；
(3)对粒子进行二进制编码，即将粒子值限定为0或1，保留适应度高的粒子；
(4)通过纵向交叉对不同维粒子进行交叉搜索，保证种群的多样性；
(5)对粒子进行二进制编码，即将粒子值限定为0或1，保留适应度高的粒子；
(6)与孤岛划分同步，每隔T时间重复上述(2)-(5)步骤。
步骤3.如果电网依然不能满足约束条件则按照负荷重要程度等级切除一部分负荷，直到电网恢复到合格状态。
根据孤岛划分和网络重构的优化结果，允许切除一部分负荷。
以上仅是对本发明优选实施方式的描述，本发明的保护范围并不局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。本发明所属技术领域的技术人员在不偏离本发明的精神和原理的情况下对所描述的具体实施例做各种修改或补充或采用类似的方式替代，视为本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种直流配电网中的故障恢复方法，其特征在于,包括如下步骤：
步骤1.依据分布式电源的出力预测和负荷的需求预测对网络进行动态孤岛划分；
步骤2.建立直流配电网的网络重构模型，采用二进制纵横交叉算法求解；
步骤3.如果电网依然不能满足约束条件则按照负荷重要程度等级切除一部分负荷，直到电网恢复到合格状态。
2.根据权利要求1所述的一种直流配电网中的故障恢复方法，其特征在于，步骤1中，考虑到分布式电源的间歇性、随机性和负荷的波动性，把分布式电源出力和负荷功率当做确定值的静态孤岛划分，只能维持系统在某一段时间内满足约束条件，故采用考虑时间尺度的动态孤岛划分方法。
3.根据权利要求2所述的一种直流配电网中的故障恢复方法，其特征在于，步骤1中，动态孤岛划分的具体步骤如下：
(1)依据用于直流配电网上的智能终端单元(Smart Terminal Unit,STU)反馈的信息确定发生故障的区间，并隔离故障区间；
(2)对分布式电源出力和负荷需求进行估计；
(3)从分布式电源接入的节点开始，遍历节点；
(4)优先考虑负荷等级高的负荷，其次按照由近及远的顺序通过广度优先搜索形成功率树，确定孤岛划分的范围；
(5)每隔T时间重复上述(2)-(4)步骤。
4.根据权利要求3所述的一种直流配电网中的故障恢复方法，其特征在于，所述(4)中,所述广度优先搜索的终止条件为：
PG≤∑PLixLi (1)
式中PG为分布式电源有功出力预测值，PLi为节点i处负荷的预测值，xLi为状态变量，取1表示节点i处负荷被选入功率树，取0表示未被选入功率树。
5.根据权利要求1所述的一种直流配电网中的故障恢复方法，其特征在于，步骤2中，若孤岛划分后出现节点电压、支路负荷越限等情况，则进行一次全局优化，以保证最多一级负荷恢复供电和最多复电节点数为目标函数建立数学模型，以加权系数决定两个目标函数的权重。
6.根据权利要求1所述的一种直流配电网中的故障恢复方法，其特征在于，步骤2中，采用二进制纵横交叉算法对直流配电网进行重构具体步骤如下：
(1)初始化种群，形成与分布式电源数目相同的N组可行解，并将粒子进行配对；
(2)采用边缘搜索方式对父代粒子和子代粒子进行横向交叉搜索；
(3)对粒子进行二进制编码，即将粒子值限定为0或1，保留适应度高的粒子；
(4)通过纵向交叉对不同维粒子进行交叉搜索，保证种群的多样性；
(5)对粒子进行二进制编码，即将粒子值限定为0或1，保留适应度高的粒子；
(6)与孤岛划分同步，每隔T时间重复上述(2)-(5)步骤。
7.根据权利要求1所述的一种直流配电网中的故障恢复方法，其特征在于，步骤3中，根据孤岛划分和网络重构的优化结果，允许切除一部分负荷。
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