CN109995028A - 一种基于最优恢复序列的配网故障恢复方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种基于最优恢复序列的配网故障恢复方法及系统，该方法根据待恢复线路中每条配电线中每个用户重要程度测度值，计算整个待恢复线路供带用户重要程度测度值；进而确定失电后最优恢复顺序。以恢复供电的线路供带用户重要程度测度值最大值为目标函数，结合约束条件，建立优化模型。采用离散粒子群算法求解优化模型得到最优恢复路径。根据最优恢复顺序和最优恢复路径，确定最优恢复方案。基于本发明提出恢复方法，还提出了恢复系统。本发明在充分利用变电站间负荷转移能力的同时确保重要用户以最快速度恢复送电，利用离散粒子群算法求解优化模型，保证了优化结果的科学性和实用性，且更便于配网调度人员实际应用和操作。

Description

一种基于最优恢复序列的配网故障恢复方法及系统

技术领域

本发明涉及电力系统调度故障技术领域，具体提供了一种基于最优恢复序列的配网故障恢复方法及系统。

背景技术

对于供带20kV、10kV或6kV馈线运行的220kV、110kV、35kV变电站,其上级电源或站内主变压器、母线故障造成的变电站全停或停电事故，会导致直接为用户供电的20kV、10kV或6kV馈线全部失电，需要通过其他变电站的配电联络线路，通过变电站间负荷转移，恢复失电的母线、站用变及部分馈线负荷的供电。在恢复过程中，需要综合考虑各馈线供带用户的情况及电网运行情况、变电站间负荷转移能力，确定恢复方案。目前尚没有贴合配网调度人员故障处理实际的科学精准的最优恢复决策方案,在现有技术中，主要的方法包括(1)经验法：出线变电站全站停电或母线失电故障后，调度人员根据变电站间线路联络情况选择一条联络线路通过配电线路反向供带母线的方式恢复母线及站用变；然后根据供带母线配电线路的负荷情况恢复部分无法转供配电线路的负荷；最后将剩余可以转供至其他变电站的配电联络线路恢复供电。这种方法可以保证恢复过程的安全，但不能保证恢复后运行方式分利用负荷转移裕度；也不能保证重要用户优先恢复供电。经验法可以保证配网恢复过程的安全，但一方面依赖人工经验，需大量人工判断，另一方面，无法科学合理地保证恢复后运行方式充分利用变电站间的负荷转移容量，也无法保证恢复过程中重要用户优先恢复供电。

主配网协调故障恢复方法，中国专利[201710582576.7]提出了一种基于主配网协同控制的配电网故障恢复方法，利用EMS系统、DMS系统、用电信息采集系统和营销系统对主配电网进行故障信息的收集。通过主网调度自动化系统信息交互，首先依赖主网的故障恢复实现配网母线及线路的供电，然后启动配网未恢复区域的恢复方案。可以实现主配网信息的互通和恢复的协同。但一方面，配网恢复优化子问题优化目标仍然局限于损失负荷最少、开关操作次数少等物理条件，未考虑用户重要程度，既无法保证恢复后综合效益最大化，也无法保证恢复过程中重要用户优先恢复供电。中国专利 [201610305559.4]提出了一种主配网故障恢复优化调度的方法，将故障恢复划分为主网恢复优化调度子问题和多个配网故障恢复优化调度子问题，利用 PCC点实现状态量的交互和主配网回复的协同。但配网恢复过程依赖主网电源的供电恢复，无法在变电站全站停电及母线失电故障中，充分利用其他变电站的负荷转移能力，以最快的速度恢复变电站及重要用户的供电。

发明内容

针对以上缺点，本发明实施例提出了一种基于最优恢复序列的配网故障恢复方法及系统。可以根据配电线路失电后最优恢复序列确定恢复最优调度恢复操作过程，在充分利用变电站间负荷转移能力的同时确保重要用户以最快速度恢复送电，配电网事故处理的精准程度、合理程度。

一种基于最优恢复序列的配网故障恢复方法，包括以下步骤：

根据待恢复线路中每条配电线中每个用户重要程度测度值P，计算整个待恢复线路供带用户重要程度测度值P_L；根据整个待恢复线路供带用户重要程度测度值P_L的大小，确定失电后最优恢复顺序；

以恢复供电的线路供带用户重要程度测度值最大值为目标函数，结合约束条件，建立优化模型；

采用离散粒子群算法求解优化模型得到最优恢复路径；所述离散粒子群算法为二进制编码方式；

根据失电后最优恢复顺序和最优恢复路径，确定最优恢复方案。

进一步的，所述P_L的计算方法为：

所述m为配电线路的用户数。

进一步的，所述恢复供电的线路供带用户重要程度测度值的表示方式为

所述n为总共恢复的线路数。

进一步的，所述优化模型的表示方式为

maxF＝∑P-cM

所述c为恢复路径中多条线路串带同一母线造成环路的个数；所述M为惩罚因子。

进一步的，所述约束条件的表达方式为

所述S_LK ^(x)为转供后供电线路的负荷；所述C_LK为供电线路最高允许负荷；所述S_LK ^(x)≤C_LK为联络线路的容量裕度约束，即转供后供电线路的负荷应小于其最高允许负荷；

所述S_TK ^(x)为转供后相应变压器的负荷；所述C_TK为供电线路最高允许负荷；所述S_TK ^(x)≤C_TK为主变的容量裕度约束，即转供后相应变压器的负荷应小于其最高允许负荷。

进一步的，所述采用离散粒子群算法求解优化模型的方法为

S1：以0表示开关的断开，以1表示开关的闭合，全网开关状态以粒子表示为x_i＝(x_i,1,…,x_i,d,…,x_i,D)；所述D为粒子维数，即开关总数量；

S2：由全网开关状态以粒子表示得到粒子速度更新公式；所述粒子速度更新公式为

其中，所述ω为权重系数；所述C1和C2均为加速常数；所述r₁和r₂均为0到1之间的随机数；所述i＝1,2,3…m，其中m为种群规模；所述为粒子i在第k次迭代中位置的第d维分量；所述为粒子i在第k次迭代过程中速度的第d维分量；所述为前k次迭代中粒子i个体最优值的第d 维分量；所述为前k次迭代中全体粒子最优值的第d维分量；

S3：以速度为变量的Sigmoid函数计算位移状态改变的概率，粒子位移更新公式为

所述

进一步的，所述根据失电后最优恢复顺序和最优恢复路径，确定最优恢复方案的方法为：

断开主变低压侧开关，依次断开最优路径中位置为分位的出线开关：CB_i {CB_i∣x_i＝0}；所述CB_i为x_B中编号为i的配电线路的站内开关；

合上转供母线线路联络开关SL_l；

根据失电后最优恢复顺序，依次闭合最优路径中剩余在合位的联络开关 SL_j(SL_j∣x_j＝1；j≠l)。

一种基于最优恢复序列的配网故障恢复系统，所述系统包括确定最优恢复顺序模块、建立优化模型模块、求解优化模型模块、确定最优恢复方案模块；

所述确定最优恢复顺序模块用于根据待恢复线路中每条配电线中每个用户重要程度测度值P，计算整个待恢复线路供带用户重要程度测度值P_L；根据整个待恢复线路供带用户重要程度测度值P_L的大小，确定失电后最优恢复顺序；

所述建立优化模型模块用于以恢复供电的线路供带用户重要程度测度值最大值为目标函数，结合约束条件，建立优化模型；

所述求解优化模型模块模块用于采用离散粒子群算法求解优化模型得到最优恢复路径；

所述确定最优恢复方案模块用于根据失电后最优恢复顺序和最优恢复路径，确定最优恢复方案。

进一步的，所述确定最优恢复顺序模块包括计算模块和确定方案模块；

所述计算模块用于用于根据待恢复线路中每条配电线中每个用户重要程度测度值P，计算整个待恢复线路供带用户重要程度测度值P_L；

所述确定方案模块用于根据整个待恢复线路供带用户重要程度测度值P_L的大小，确定失电后最优恢复顺序。

发明内容中提供的效果仅仅是实施例的效果，而不是发明所有的全部效果，上述技术方案中的一个技术方案具有如下优点或有益效果：

本发明实施例提出了一种基于最优恢复序列的配网故障恢复方法及系统，该方法首先根据待恢复线路中每条配电线中每个用户重要程度测度值P，计算整个待恢复线路供带用户重要程度测度值P_L；根据整个待恢复线路供带用户重要程度测度值P_L的大小，确定失电后最优恢复顺序。以恢复供电的线路供带用户重要程度测度值最大值为目标函数，结合约束条件，建立优化模型。采用离散粒子群算法求解优化模型得到最佳恢复路径；其中离散粒子群算法为二进制编码方式。根据失电后最优恢复顺序和最佳恢复路径，确定最优恢复方案。基于本发明提出的一种基于最优恢复序列的配网故障恢复方法，还提出了一种基于最优恢复序列的配网故障恢复系统。本发明克服传统设计方案的缺陷，综合配电线路供带用户情况，通过线路供带用户重要程度测度值，表示其供电用户重要程度及恢复供电紧急程度,避免了传统恢复方法中以操作次数或恢复容量为目标函数,无法区分用户性质及重要程度的缺点。在配电网故障恢复过程中,基于最优恢复序列,确定恢复顺序,在配电设备操作受天气、交通、设备状况等因素影响存在时间不确定情况下，最大限度地保证重要用户优先恢复供电。考虑联络线路的容量裕度及其所在变电站的主变容量裕度的约束，建立恢复优化数学模型，利用离散粒子群算法求解优化模型得到最优恢复路径，保证了优化结果的科学性和实用性。以最优恢复路径及最优恢复序列为基础，结合配网调度人员的实际操作流程，确定恢复方案，更便于配网调度人员实际应用和操作。

附图说明

图1是本发明实施例1一种基于最优恢复序列的配网故障恢复方法流程图；

图2是基于本发明实施例1提出的压配电网典型结构示意图；

图3是基于本发明实施例1提出的变电站失电优化恢复后运行方式示意图；

图4是基于本发明实施例1提出的一种基于最优恢复序列的配网故障恢复系统示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

实施例1

本发明实施例1提出了一种基于最优恢复序列的配网故障恢复方法及系统，根据配电线路供带用户的重要程度，确定失电后的恢复优先顺序,考虑联络线路容量及系统负荷转移能力约束，利用离散粒子群优化算法求解优化模型得到最优恢复路径，结合调度人员配网故障恢复的实际流程，确定调度操作过程，使恢复过程在充分利用变电站间负荷转移能力的同时确保重要用户以最快速度恢复送电。

如图1给出一种基于最优恢复序列的配网故障恢复方法流程图；

在步骤S101中，根据待恢复线路中每条配电线中每个用户重要程度测度值P，计算整个待恢复线路供带用户重要程度测度值P_L。

在步骤S102中，根据整个待恢复线路供带用户重要程度测度值P_L的大小，确定失电后最优恢复顺序。

在步骤S103中，选择恢复供电的线路。

在步骤S104中，以恢复供电的线路供带用户重要程度测度值最大值为目标函数。

在步骤S105中，结合约束条件，建立优化模型。

在步骤S106中，采用离散粒子群算法求解优化模型，得到最优恢复路径。

在步骤S107中，根据失电后最优恢复顺序和最优恢复路径，确定最优恢复方案。

关于最优恢复序列的确定，以待恢复的配电线路为单位，对每条配电线路，综合其供带用户情况，根据每个用户重要程度的测度值P，即恢复供电紧急程度，计算整条线路供带用户重要程度测度值P_L。P_L的计算方法为：

其中，m为配电线路的用户数。

通过联络线路实现变电站母线及其出线的负荷恢复，恢复的容量受到联络线路的容量裕度及其所在变电站的主变容量裕度的限制。如图2所示为图2 是基于本发明实施例1提出的压配电网典型结构示意图，主变失电后，线路2 及线路4只能在母线送电后通过开关2及开关4恢复供电。若通过联络开关5 及线路1恢复母线供电，则能否恢复线路2及线路4的供电，由联络线路5 及其所在主变的容量裕度决定。因此，在优化模型中，需考虑转带配电线路的负荷容量约束及其主变的负荷容量约束。

为最大限度地利用变电站间负荷转移能力的同时保证最重要用户优先恢复供电，将恢复供电的线路供带用户重要程度测度值最大作为目标函数，恢复供电的线路供带用户重要程度测度值的表示方式为

其中n为总共恢复的线路数。

为避免配电线路间的环流，要求最优解中有且仅有一条线路串带母线，如图2压配电网典型结构示意图中，只能通过线路1或线路3其中之一恢复母线供电，若开关1、5、3、6均在合位，则会在线路1、线路3及母线间出现环流，因此，需在目标函数中加入惩罚项。根据目标函数与约束条件，建立优化模型。优化模型的表示方式为

maxF＝∑P-cM

其中c为恢复路径中多条线路串带同一母线造成环路的个数，M为惩罚因子。

约束条件的表达方式为

其中，S_LK ^(x)为转供后供电线路的负荷；C_LK为供电线路最高允许负荷；S_LK ^(x)≤C_LK和为联络线路的容量裕度约束，即转供后供电线路的负荷应小于其最高允许负荷；

S_TK ^(x)为转供后相应变压器的负荷；C_TK为供电线路最高允许负荷；S_TK ^(x)≤C_TK和为主变的容量裕度约束，即转供后相应变压器的负荷应小于其最高允许负荷。

采用离散粒子群算法求解优化模型得到最优恢复路径，离散粒子群算法采用二进制编码方式，采用离散粒子群算法求解优化模型的方法为

S1:以0表示开关的断开，以1表示开关的闭合，全网开关状态以粒子表示为x_i＝(x_i,1,…,x_i,d,…,x_i,D)；所述D为粒子维数，即开关总数量。

S2：将全网开关状态以粒子表示为x_i＝(x_i,1,…,x_i,d,…,x_i,D)，代入到目标函数中，得到一个被目标函数决定的适应值，并且通过迭代计算在可行解中运动，以达到适应值最优的解，每次迭代过程中，每个粒子x_i通过追踪两个极值来确定速度变量v_i，一个是自己到目前为止最好位置p_i,d，另一个是到目前为止整个群体中所有粒子发现的最好位置p_gd。由全网开关状态以粒子表示得到粒子速度更新公式；粒子速度更新公式为

其中，所述ω为权重系数；C1和C2均为加速常数；r₁和r₂均为0到 1之间的随机数；i＝1,2,3…m，其中m为种群规模；为粒子i在第k 次迭代中位置的第d维分量；为粒子i在第k次迭代过程中速度的第d 维分量；为前k次迭代中粒子i个体最优值的第d维分量；为前k 次迭代中全体粒子最优值的第d维分量。

S3：为了保持粒子x_i中元素均为表示开关位置状态的二进制分量，通过以速度为变量的Sigmoid函数计算位移状态改变的概率，粒子位移更新公式为

关于，根据失电后最优恢复顺序和求解后的优化模型得到的最优恢复路径，确定最优恢复方案。

若待恢复系统有m条配电线路，涉及p个变电站间配电线路联络开关，则利用离散粒子群算法求得的最优解表示为x_B＝(x_B1,…,x_Bm,x_Bm+1,…,x_Bm+p)，其中x_B1,…,x_Bm表示站内开关的位置状态；x_Bm+1……,x_Bm+p表示联络开关的位置状态。以CB_i表示x_B中编号为i的配电线路的站内开关；以SL_j表示x_B中编号为j的联络开关，在最优恢复路径中，唯一一条串供母线的线路的站内开关及其联络开关记为CS(k)＝{CB_k,SL_l}，显然

结合配网调度人员故障处理要求，确定最优恢复方案的方法为：

断开主变低压侧开关，依次断开最优路径中位置为分位的出线开关：CB_i {CB_i∣x_i＝0}；所述CB_i为x_B中编号为i的配电线路的站内开关；

合上转供母线线路联络开关SL_l；

根据失电后最优恢复顺序，依次闭合最优路径中剩余在合位的联络开关 SL_j(SL_j∣x_j＝1；j≠l)。

如图3给出本发明实施例1提出的变电站失电优化恢复后运行方式示意图。变电站失电后，10千伏母线B1及B2及其配出线路1-23需通过变电站间负荷转移恢复供电，附图3为优化后运行方式，附图3中，圆形表示配电线路的站内开关，方形表示配电线路间联络开关，其中“●、■”表示优化后最优运行方式下位置为“合”的断路器，其中“○、□”表示优化后最优运行方式下位置为“分”的断路器。线路1-23的用户重要程度测度值排序(最优恢复序列)为15、3、21、11、13、8、23、1、22、18、5、9、12、10、19、 14、4、7、16、20、2；则最优恢复操作顺序为：S1，断开为母线B1、B2供电的主变低压侧开关。S2，打开开关2-5，7，9-10，12，14-16，18-21，23。 S3：合上开关25，35。S4：依次合上开关32，26，34，33，29，30，28。

本发明还提出一种基于最优恢复序列的配网故障恢复系统，如图4给出本发明实施例1提出的一种基于最优恢复序列的配网故障恢复系统示意图。该系统包括确定最优恢复顺序模块、建立优化模型模块、求解优化模型模块、确定最优恢复方案模块；

用于根据待恢复线路中每条配电线中每个用户重要程度测度值P，计算整个待恢复线路供带用户重要程度测度值P_L；根据整个待恢复线路供带用户重要程度测度值P_L的大小，确定失电后最优恢复顺序；

建立优化模型模块用于以恢复供电的线路供带用户重要程度测度值最大值为目标函数，结合约束条件，建立优化模型；

求解优化模型模块模块用于采用离散粒子群算法求解优化模型得到最优恢复路径；

确定最优恢复方案模块用于根据失电后最优恢复顺序和最优恢复路径，确定最优恢复方案。

其中，确定最优恢复顺序模块包括计算模块和确定方案模块；

计算模块用于用于根据待恢复线路中每条配电线中每个用户重要程度测度值P，计算整个待恢复线路供带用户重要程度测度值P_L；

确定方案模块用于根据整个待恢复线路供带用户重要程度测度值P_L的大小，确定失电后最优恢复顺序。

尽管说明书及附图和实施例对本发明创造已进行了详细的说明，但是，本领域技术人员应当理解，仍然可以对本发明创造进行修改或者等同替换；而一切不脱离本发明创造的精神和范围的技术方案及其改进，其均涵盖在本发明创造专利的保护范围当中。

Claims (9)

1.一种基于最优恢复序列的配网故障恢复方法，其特征在于，包括以下步骤：

根据待恢复线路中每条配电线中每个用户重要程度测度值P，计算整个待恢复线路供带用户重要程度测度值P_L；根据整个待恢复线路供带用户重要程度测度值P_L的大小，确定失电后最优恢复顺序；

以恢复供电的线路供带用户重要程度测度值最大值为目标函数，结合约束条件，建立优化模型；

采用离散粒子群算法求解优化模型得到最优恢复路径；所述离散粒子群算法为二进制编码方式；

根据失电后最优恢复顺序和最优恢复路径，确定最优恢复方案。

2.根据权利要求1所述的一种基于最优恢复序列的配网故障恢复方法，其特征在于，所述P_L的计算方法为：

所述m为配电线路的用户数。

3.根据权利要求1所述的一种基于最优恢复序列的配网故障恢复方法，其特征在于，所述恢复供电的线路供带用户重要程度测度值的表示方式为

所述n为总共恢复的线路数。

4.根据权利要求1所述的一种基于最优恢复序列的配网故障恢复方法，其特征在于，所述优化模型的表示方式为

max F＝∑P-cM

所述c为恢复路径中多条线路串带同一母线造成环路的个数；所述M为惩罚因子。

5.根据权利要求1所述的一种基于最优恢复序列的配网故障恢复方法，其特征在于，所述约束条件的表达方式为

所述S_LK ^(x)为转供后供电线路的负荷；所述C_LK为供电线路最高允许负荷；所述S_LK ^(x)≤C_LK为联络线路的容量裕度约束，即转供后供电线路的负荷应小于其最高允许负荷；

所述S_TK ^(x)为转供后相应变压器的负荷；所述C_TK为供电线路最高允许负荷；所述S_TK ^(x)≤C_TK为主变的容量裕度约束，即转供后相应变压器的负荷应小于其最高允许负荷。

6.根据权利要求1所述的一种基于最优恢复序列的配网故障恢复方法，其特征在于，所述采用离散粒子群算法求解优化模型的方法为

S1：以0表示开关的断开，以1表示开关的闭合，全网开关状态以粒子表示为x_i＝(x_i,1,…,x_i,d,…,x_i,D)；所述D为粒子维数，即开关总数量；

S2：由全网开关状态以粒子表示得到粒子速度更新公式；所述粒子速度更新公式为

其中，所述ω为权重系数；所述C1和C2均为加速常数；所述r₁和r₂均为0到1之间的随机数；所述i＝1,2,3…m，其中m为种群规模；所述为粒子i在第k次迭代中位置的第d维分量；所述为粒子i在第k次迭代过程中速度的第d维分量；所述为前k次迭代中粒子i个体最优值的第d维分量；所述为前k次迭代中全体粒子最优值的第d维分量；

S3：以速度为变量的Sigmoid函数计算位移状态改变的概率，粒子位移更新公式为

所述

7.根据权利要求1所述的一种基于最优恢复序列的配网故障恢复方法，其特征在于，所述根据失电后最优恢复顺序和最优恢复路径，确定最优恢复方案的方法为：

断开主变低压侧开关，依次断开最优路径中位置为分位的出线开关：CB_i{CB_i∣x_i＝0}；所述CB_i为x_B中编号为i的配电线路的站内开关；

合上转供母线线路联络开关SL_l；

根据失电后最优恢复顺序，依次闭合最优路径中剩余在合位的联络开关SL_j(SL_j∣x_j＝1；j≠l)。

8.一种基于最优恢复序列的配网故障恢复系统，其特征在于，所述系统包括确定最优恢复顺序模块、建立优化模型模块、求解优化模型模块、确定最优恢复方案模块；

所述确定最优恢复顺序模块用于根据待恢复线路中每条配电线中每个用户重要程度测度值P，计算整个待恢复线路供带用户重要程度测度值P_L；根据整个待恢复线路供带用户重要程度测度值P_L的大小，确定失电后最优恢复顺序；

所述建立优化模型模块用于以恢复供电的线路供带用户重要程度测度值最大值为目标函数，结合约束条件，建立优化模型；

所述求解优化模型模块模块用于采用离散粒子群算法求解优化模型得到最优恢复路径；

所述确定最优恢复方案模块用于根据失电后最优恢复顺序和最优恢复路径，确定最优恢复方案。

9.根据权利要求8所述的一种基于最优恢复序列的配网故障恢复系统，其特征在于，所述确定最优恢复顺序模块包括计算模块和确定方案模块；

所述计算模块用于用于根据待恢复线路中每条配电线中每个用户重要程度测度值P，计算整个待恢复线路供带用户重要程度测度值P_L；

所述确定方案模块用于根据整个待恢复线路供带用户重要程度测度值P_L的大小，确定失电后最优恢复顺序。