CN110011304B - 一种用于开关组网规划中的自优化路由系统 - Google Patents

一种用于开关组网规划中的自优化路由系统 Download PDF

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Abstract

本申请公开了一种用于开关组网规划中的自优化路由系统，自优化路由系统适用于具有多个微电网的配电网，自优化路由系统包括：测控断路器模块设置于母线和用户网负荷之间，测控断路器模块包括电能采集单元和负荷断路器，电能采集单元用于采集用户网负荷的第一电能，负荷断路器的吸合或关断对应于用户网负荷与母线之间的并网或切断；路由控制模块设置于配电网，路由控制模块的信号采集端连接于电能采集单元，路由控制模块的输出端连接于负荷断路器，路由控制模块用于根据第一电能和负荷断路器的吸合或关断，组建配电网的电能路由网络，电能路由网络用于传输配电网中的电能。通过本申请中的技术方案，提高微电网负荷控制的准确性和可靠性。

Description

一种用于开关组网规划中的自优化路由系统
技术领域
本申请涉及电力电子的技术领域，具体而言，涉及一种用于开关组网规划中的自优化路由系统。
背景技术
微电网是一种新型网络结构，是一组微电源、负荷、储能系统和控制装置构成的系统单元，既可以与外部电网并网运行，也可以孤立运行。它是相对传统大电网的一个概念，是指多个分布式电源及其相关负载按照一定的拓扑结构组成的网络，并通过静态开关关联至常规电网，是实现主动式配电网的一种有效方式，是传统电网向智能电网的过渡。
传统配电网主要依靠分段器与联络开关实现网络重构并控制有功潮流，由于调整方式与开关动作次数的限制，难以应对分布式发电的不确定性。受制于分布式电源归属权问题和信息通信系统的局限性，很多用户侧分散接入的分布式电源仍处于不可控、不能控或不易控的状态，其调节能力无法支撑全局性运行优化。
而现有技术中，微电网是包含负荷和分布式发电的一种新的电网组织方式，在很多情况下，并不是完全重新去规划和建设一个微电网，而是在以前的一个用电网中通过新增加一定的分布式发电和储能，配以微电网的控制措施改造升级为微电网，特别是对于电网信息物理融合网络(Grid Cyber-Physical Systems，GCPS)。由于微电网面对的是终极用户网，因此其自动化程度低、需管理的设备数量巨大等问题成了微电网在规划前期所必须面对的问题。
发明内容
本申请的目的在于：解决现有技术中的至少一个问题，提高微电网的自动化程度以及微电网负荷控制的准确性和可靠性。
本申请的技术方案是：提供了一种用于开关组网规划中的自优化路由系统，自优化路由系统适用于具有多个微电网的配电网，微电网包括至少一根母线，母线为多级结构，任一级的母线连接有至少两个用户网负荷，自优化路由系统包括：测控断路器模块以及路由控制模块；测控断路器模块设置于母线和用户网负荷之间，测控断路器模块包括电能采集单元和负荷断路器，电能采集单元用于采集用户网负荷的第一电能，负荷断路器的吸合或关断对应于用户网负荷与母线之间的并网或切断；路由控制模块设置于配电网，路由控制模块的信号采集端连接于电能采集单元，路由控制模块的输出端连接于负荷断路器，路由控制模块用于根据第一电能和负荷断路器的吸合或关断，组建配电网的电能路由网络，电能路由网络用于传输配电网中的电能。
上述任一项技术方案中，进一步地，自优化路由系统还包括：固态开关模块；固态开关模块设置于重要负荷和测控断路器模块之间，其中，重要负荷由用户网负荷自身的重要性确定，固态开关模块包括检测单元和固态开关，检测单元用于检测配电网中的第二电能，固态开关用于当第二电能的波动大于预设波动阈值时，固态开关断开，将重要负荷从电能路由网络中切除；测控断路器模块还用于当固态开关断开时，由并网状态转换至切断状态。
上述任一项技术方案中，进一步地，路由控制模块根据第一电能和负荷断路器的吸合或关断，组建配电网的电能路由网络，具体包括：步骤1，配电网以广播的形式，向微电网中的用户网负荷发送路径检测信号，其中，用户网负荷为储能装置、发电装置和用电负载中的一种；步骤2，配电网根据接收到的路径反馈信号和局部预设参数，采用蚁群算法，构建电能路由网络，其中，局部预设参数由用户网负荷与配电网之间的距离、第一电能以及负荷断路器的吸合或关断确定。
上述任一项技术方案中，进一步地，蚁群算法中，计算当前时刻t，节点vi选择节点vj作为路由路径的概率pij(t)的计算公式为：
Figure GDA0003882544820000031
Figure GDA0003882544820000032
式中，蒸发系数ρ∈(0,1]，Δμ为释放量，α和β为权重系数，γij为局部预设参数，hij为节点vi到节点vj的跳数。
上述任一项技术方案中，进一步地，步骤2中构建电能路由网络具体包括：步骤21，用户网负荷解析路径检测信号，确定目的节点地址，其中，目的节点地址为配电网的地址，将自身的源节点地址进行打包，生成并发送路径反馈信号，路径反馈信号的格式为：源节点地址+当前节点地址+跳数；步骤22，用户网负荷向目的节点地址路径中的其余用户网负荷发送路径反馈信号，当任一相邻的用户网负荷接收到路径反馈信号时，判断自身与配电网之间的距离是否小于接收到的路径反馈信号对应的用户网负荷与配电网之间的距离，若是，执行步骤23，若否，丢弃接收到的路径反馈信号；步骤23，根据路径反馈信号中的源节点地址，判断是否接收过路径反馈信号，若是，丢弃路径反馈信号，若否，执行步骤24；步骤24，利用自身的源节点地址，代替接收到的路径反馈信号中的当前节点地址，并更新跳数，生成当前时刻的路径反馈信号，并采用蚁群算法发送将该路径反馈信号；步骤25，配电网提取接收到路径反馈信号中的源节点地址和跳数，构建电能路由网络。
本申请的有益效果是：通过对配电网进行划分，构建系统保护专网，由微电网直接管理用户网负荷，保障大电网稳定，防止类似特高压直流故障引起的失调，实现精确负荷控制方式快速切负荷。
本申请通过将第一电能、用户网负荷与配电网之间的距离以及负荷断路器的吸合或关断状态引入蚁群算法，利用蚁群算法构建电能路由网络，提高微电网的自动化程度以及微电网负荷控制的准确性和可靠性，同时，减小了电能路由网络中控制信息的流量，降低了路由开销，有利于实现网络信息的高效传输。
附图说明
本申请的上述和/或附加方面的优点在结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是根据本申请的一个实施例的用于开关组网规划中的自优化路由系统的示意框图。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本申请的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本申请进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互结合。
在下面的描述中，阐述了很多具体细节以便于充分理解本申请，但是，本申请还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本申请的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。
在本实施例中，由于GCPS包含的子网络与微电网拓扑结构、组成形态相似，因此，GCPS可以采取微电网组网方式进行组网。
如图1所示，本实施例提供了一种用于开关组网规划中的自优化路由系统，自优化路由系统适用于具有多个微电网20的配电网10，微电网20包括至少一根母线，母线为多级结构，任一级的母线连接有至少两个用户网负荷，在本实施例中，设定母线分为一级母线31、二级母线32和三级母线33，用户网负荷中包括非重要负荷41和重要负荷42。
负荷按重要性分为三级：一级负荷，一旦事故断电将会造成人身危险或设备损坏，需采用双电源供电，并设备用电源自动投入；二级负荷，一旦事故断电会造成设备损坏，需采用双电源供电，设备用电源手动投入；三级负荷，在事故停电时不会造成上述人身或设备损坏，可单电源供电，不设备用电源。将一级负荷和二级负荷视为重要负荷42，非重要负荷41为三级负荷，其中，重要负荷42可以为储能装置、发电装置，非重要负荷可以为用电负载，如电视机、照明用电。
在本实施例中，自优化路由系统包括：测控断路器模块50以及路由控制模块；测控断路器模块50设置于母线和用户网负荷之间，测控断路器模块50包括电能采集单元和负荷断路器，电能采集单元用于采集用户网负荷的第一电能，并将第一电能实时传输至配电网10，负荷断路器根据配电网10发送的动作指令进行动作，负荷断路器的吸合或关断对应于用户网负荷与母线之间的并网或切断；
路由控制模块设置于配电网10，路由控制模块的信号采集端连接于电能采集单元，路由控制模块的输出端连接于负荷断路器，路由控制模块用于根据第一电能和负荷断路器的吸合或关断，组建配电网10的电能路由网络，电能路由网络用于传输配电网10中的电能。
进一步地，路由控制模块根据第一电能和负荷断路器的吸合或关断，组建配电网10的电能路由网络，具体包括：
步骤1，配电网10以广播的形式，向微电网20中的用户网负荷发送路径检测信号；
步骤2，配电网10根据接收到的路径反馈信号和局部预设参数，采用蚁群算法，构建电能路由网络，其中，局部预设参数由用户网负荷与配电网10之间的距离、第一电能以及负荷断路器的吸合或关断确定。
在该步骤2中，具体地，设定接收到配电网10发送的路径反馈信号的用户网负荷为源节点，配电网10为目的节点，对于一个确定的配电网10，在不考虑用户网负荷是否与配电网10接通的情况下，各个源节点与目的节点之间的距离是由配电网10的物理结构确定的。
进一步地，步骤2中构建电能路由网络具体包括：
步骤21，用户网负荷解析路径检测信号，确定目的节点地址，其中，目的节点地址为配电网10的地址，将自身的源节点地址进行打包，生成并发送路径反馈信号，路径反馈信号的格式为：源节点地址+当前节点地址+跳数；
在该步骤21中，用户网负荷获取到配电网10发送的广播信号后，解析获取广播信号中配电网10对应的目的节点地址，将自身的节点地址作为源节点地址，加入跳数后，打包生成路径反馈信号。在蚁群算法中，将配电网10、微电网20、用户网负荷设定为顶点，并虚拟一个蚂蚁，该蚂蚁携带路径反馈信号，根据目的节点地址，向其余顶点(中间点)前进，直到抵达目的节点地址，即配电网10，此时，当前节点地址等于目的节点地址。当蚂蚁到达下个顶点时，将路径反馈信号中的跳数做加1操作。
步骤22，用户网负荷向目的节点地址路径中的其余用户网负荷发送路径反馈信号，当任一相邻的用户网负荷接收到路径反馈信号时，判断自身与配电网10之间的距离是否小于接收到的路径反馈信号对应的用户网负荷与配电网10之间的距离，若是，执行步骤23，若否，丢弃接收到的路径反馈信号；
在该步骤22中，具体地，设定蚂蚁已经爬至中间点vi，蚂蚁设定中间点vi为起始点，当蚂蚁爬至下一个中间点vj时，即将中间点vi对应的路径反馈信号发送至中间点vj。检查中间点vj与配电网10之间的距离是否小于中间点vi与配电网10之间的距离，即确定蚂蚁是向前爬行。
步骤23，根据路径反馈信号中的源节点地址，判断是否接收过路径反馈信号，若是，丢弃路径反馈信号，若否，执行步骤24；
步骤24，利用自身的源节点地址，代替接收到的路径反馈信号中的当前节点地址，并更新跳数，生成当前时刻的路径反馈信号，并采用蚁群算法发送该路径反馈信号；
具体地，当蚂蚁爬过任一个中间点时，该中间点会记录蚂蚁携带的路径反馈信号，当中间点vj判定已经接收过该蚂蚁携带的路径反馈信号时，表明该蚂蚁来过，为了避免消息的循环和重复发送，将相同源节点地址的路径反馈信号进行丢弃。若中间点vj判定未接收过该路径反馈信号，记录该路径反馈信号，并将自身的源节点地址vj代替路径反馈信号中的当前节点地址vi，并将跳数加1，向下一个相邻的中间点转发，重复步骤22，直到蚂蚁爬行至配电网10，即路径反馈信号中的当前节点地址等于目的节点地址。
在蚁群算法中，计算当前时刻t，蚂蚁从中间点(节点)vi选择中间点(节点)vj作为路由路径的概率pij(t)的计算公式为：
Figure GDA0003882544820000071
Figure GDA0003882544820000072
式中，蒸发系数ρ∈(0,1]，Δμ为释放量，α和β为权重系数，γij为局部预设参数，hij为节点vi到节点vj的跳数。
具体地，考虑到蚂蚁在爬行的过程中，每经过一个有效的中间点时，会进行信息素的释放，设定信息素的释放量为Δμ，为了避免统治地位路径的生成，即该路径成为电能路由网路中的必选路径，引入信息素蒸发机制，设定蒸发系数ρ，对信息素进行蒸发，以减小之前蚂蚁爬过该路径对电能路由网络的影响。
步骤25，配电网10提取接收到路径反馈信号中的源节点地址和跳数，构建电能路由网络。
在该步骤25中，当蚂蚁抵达配电网10后，配电网10根据路径反馈信号建立与用户网负荷之间的电能路由网路，实现对测控断路器模块中的负荷断路器的控制，通过控制负荷断路器的吸合或关断，将用户网负荷并网或从配电网10中切断，实现直接管理用户网负荷，保障大电网稳定。
优选地，当配电网10中的电能波动较大时，为了快速对配电网10的波动做出反应，保护用户网负荷中的重要负荷42的安全稳定运行，在自优化路由系统中设置固态开关模块60；固态开关模块60设置于重要负荷42和测控断路器模块50之间，固态开关模块60包括检测单元和固态开关，检测单元用于检测配电网10中的第二电能，固态开关用于当第二电能的波动大于预设波动阈值时，固态开关断开，将重要负荷42从电能路由网络中切除；相应的，在切除重要负荷42后，利用测控断路器模块50，将用户网负荷由并网状态转换至切断状态。
以上结合附图详细说明了本申请的技术方案，本申请提出了一种用于开关组网规划中的自优化路由系统，自优化路由系统适用于具有多个微电网的配电网，自优化路由系统包括：测控断路器模块设置于母线和用户网负荷之间，测控断路器模块包括电能采集单元和负荷断路器，电能采集单元用于采集用户网负荷的第一电能，负荷断路器的吸合或关断对应于用户网负荷与母线之间的并网或切断；路由控制模块设置于配电网，路由控制模块的信号采集端连接于电能采集单元，路由控制模块的输出端连接于负荷断路器，路由控制模块用于根据第一电能和负荷断路器的吸合或关断，组建配电网的电能路由网络，电能路由网络用于传输配电网中的电能。通过本申请中的技术方案，提高微电网负荷控制的准确性和可靠性。
本申请中的步骤可根据实际需求进行顺序调整、合并和删减。
本申请装置中的单元可根据实际需求进行合并、划分和删减。
尽管参考附图详地公开了本申请，但应理解的是，这些描述仅仅是示例性的，并非用来限制本申请的应用。本申请的保护范围由附加权利要求限定，并可包括在不脱离本申请保护范围和精神的情况下针对发明所作的各种变型、改型及等效方案。

Claims (3)

1.一种用于开关组网规划中的自优化路由系统，其特征在于，所述自优化路由系统适用于具有多个微电网的配电网，所述微电网包括至少一根母线，所述母线为多级结构，任一级的所述母线连接有至少两个用户网负荷，所述自优化路由系统包括：测控断路器模块以及路由控制模块；
所述测控断路器模块设置于所述母线和所述用户网负荷之间，所述测控断路器模块包括电能采集单元和负荷断路器，所述电能采集单元用于采集所述用户网负荷的第一电能，所述负荷断路器的吸合或关断对应于所述用户网负荷与所述母线之间的并网或切断；
所述路由控制模块设置于所述配电网，所述路由控制模块的信号采集端连接于所述电能采集单元，所述路由控制模块的输出端连接于所述负荷断路器，所述路由控制模块用于根据所述第一电能和所述负荷断路器的吸合或关断，组建所述配电网的电能路由网络，所述电能路由网络用于传输所述配电网中的电能，其中，
所述路由控制模块根据所述第一电能和所述负荷断路器的吸合或关断，组建所述配电网的电能路由网络，具体包括：
步骤1，所述配电网以广播的形式，向所述微电网中的所述用户网负荷发送路径检测信号，其中，所述用户网负荷为储能装置、发电装置和用电负载中的一种；
步骤2，所述配电网根据接收到的路径反馈信号和局部预设参数，采用蚁群算法，构建所述电能路由网络，其中，所述局部预设参数由所述用户网负荷与所述配电网之间的距离、所述第一电能以及所述负荷断路器的吸合或关断确定；其中，
所述蚁群算法中，计算当前时刻t，节点vi选择节点vj作为路由路径的概率pij(t)的计算公式为：
Figure FDA0003882544810000011
Figure FDA0003882544810000012
式中，ρ为蒸发系数，ρ∈(0,1]，Δμ为释放量，α和β为权重系数，γij为所述局部预设参数，hij为节点vi到节点vj的跳数。
2.如权利要求1所述的用于开关组网规划中的自优化路由系统，其特征在于，所述自优化路由系统还包括：固态开关模块；
所述固态开关模块设置于重要负荷和所述测控断路器模块之间，其中，所述重要负荷由所述用户网负荷自身的重要性确定，所述固态开关模块包括检测单元和固态开关，所述检测单元用于检测所述配电网中的第二电能，所述固态开关用于当所述第二电能的波动大于预设波动阈值时，所述固态开关断开，将所述重要负荷从所述电能路由网络中切除；
所述测控断路器模块还用于当所述固态开关断开时，由并网状态转换至切断状态。
3.如权利要求1所述的用于开关组网规划中的自优化路由系统，其特征在于，步骤2中构建所述电能路由网络具体包括：
步骤21，所述用户网负荷解析所述路径检测信号，确定目的节点地址，其中，所述目的节点地址为所述配电网的地址，将自身的源节点地址进行打包，生成并发送所述路径反馈信号，所述路径反馈信号的格式为：源节点地址+当前节点地址+跳数；
步骤22，所述用户网负荷向目的节点地址路径中的其余用户网负荷发送所述路径反馈信号，当任一相邻的用户网负荷接收到所述路径反馈信号时，判断自身与配电网之间的距离是否小于接收到的路径反馈信号对应的用户网负荷与配电网之间的距离，若是，执行步骤23，若否，丢弃接收到的所述路径反馈信号；
步骤23，根据所述路径反馈信号中的所述源节点地址，判断是否接收过所述路径反馈信号，若是，丢弃所述路径反馈信号，若否，执行步骤24；
步骤24，利用自身的源节点地址，代替接收到的所述路径反馈信号中的所述当前节点地址，并更新所述跳数，生成当前时刻的路径反馈信号，并采用蚁群算法发送该路径反馈信号；
步骤25，所述配电网提取接收到所述路径反馈信号中的所述源节点地址和所述跳数，构建所述电能路由网络。
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