CN110350511A - 一种基于转供电亲和度的配电网故障恢复方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于转供电亲和度的配电网故障恢复方法，电网正常运行时，分析负荷节点与各联络开关之间的转供电路径，计算路径的电气长度、运行可靠性及剩余容量，基于TOPSIS排序法统筹上述因素确定各联络开关对负荷节点的转供电亲和度；电网故障后，依据转供电亲和度排序结果快速生成供电恢复方案。本发明利用转供电亲和度不变性联系故障前后配电网形态，通过故障前对转供电亲和度的运算分析提升故障后供电恢复策略的生成速度，有效避免了故障恢复后配电网负载不均衡现象的发生。

Description

一种基于转供电亲和度的配电网故障恢复方法

技术领域

本发明涉及一种基于转供电亲和度的配电网故障恢复方法，属于电力系统自动化和配电网故障恢复领域。

背景技术

伴随着社会经济的发展，电力用户对配电网供电可靠性的要求日益提高。故障恢复是实现配电网自愈性的核心环节，电网故障后快速、合理地恢复非故障失电区域负荷的供电对提高配电网供电可靠性具有重要作用。

目前配电网的供电恢复方法主要包括数学优化算法、启发式算法及人工智能算法三种类型。启发式算法物理意义清晰、供电恢复策略生成效率高，具有较强的工程实用性。郑兰等学者(郑兰，别朝红，王秀丽.一种快速启发式配电网故障恢复算法[J].电力自动化设备，2004，24(2)：16-19.)提出了一种基于网络拓扑分析的配电网快速故障恢复算法，首先根据配电网的拓扑分析，确定提供恢复供电的备选馈线和备选开关对，然后采用启发式原则并通过潮流计算确定操作开关对。茅逸斐等学者(茅逸斐，韩蓓，李国杰，张利军，徐晨博，孙轶恺.基于网络等效的配电网快速供电恢复策略并行化实现[J].电力系统保护与控制，2018，46(11)：99-108.)针对智能配电网的特点，提出了一种基于网络等效和并行化实现的快速供电恢复策略，将支援线路等效为电源节点(称为等效源点)，采用离线等效源点预存储与实时等效源点并行计算相结合的计算模式。此外，利用改进邻接矩阵记录和维护电网拓扑结构，实现网络的高效重构，进一步提升了算法的时效性。

启发式算法利用故障后配电网负荷节点与联络开关之间的转供路径恢复失电负荷的供电，故障前后的配电网在拓扑结构上具有较大的相似性，利用这种相似性在电网正常运行时分析并评估负荷节点的潜在转供路径，能够显著提升故障后失电负荷的供电恢复速度。现有的故障恢复算法未能建立故障前后电网形态的联系，在电网发生故障后再启动供电恢复运算，致使策略的生成速度有待提高；与此同时，现有的启发式算法基于联络开关剩余容量大小的排序，通过对比失电区域负荷有功功率与联络开关剩余容量，采用少量剩余容量较大的联络开关恢复所有失电区域负荷的供电，易造成故障恢复后电网负载不均衡现象的发生。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：为了克服传统启发式算法易发生故障恢复后电网负载不均衡现象的缺陷，进一步提升供电恢复策略的生成速度，提出了一种基于转供电亲和度的配电网故障恢复方法。

本发明为解决技术问题所采取的技术方案如下：

一种基于转供电亲和度的配电网故障恢复方法，包括如下步骤：

⑴负荷节点转供电路径分析：配电网正常运行时，分析负荷节点与各联络开关的潜在转供路径；

⑵转供电亲和度分析：基于TOPSIS排序法计算潜在转供路径的电气长度、运行可靠性及剩余容量，对与负荷节点相关联的联络开关转供优先顺序进行排序；

⑶配电网故障后，基于转供电亲和度排序结果生成故障恢复方案。

在步骤⑴中，所述负荷节点转供电路径分析方法如下：

①以主变电源、负荷节点、联络开关为节点，配电线路为边，建立配电网络的简化模型；

②从主变电源出发，对负荷节点与联络开关进行深度优先遍历，确定各电气岛所辖的负荷节点与联络开关；

③从电气岛所辖的负荷节点出发，对该电气岛内的联络开关进行广度优先遍历，确定负荷节点与每一个联络开关之间的潜在转供路径。

在步骤⑵中，所述潜在转供路径的电气长度、运行可靠性及剩余容量的定义如下：

(a)潜在转供路径电气长度的计算公式为：

式中：Z_i为供电路径上线路i的阻抗模值，N为供电路径上的线路数；

(b)潜在转供路径运行可靠性的计算公式为：

式中：p_i为供电路径上线路i的故障率，N为该供电路径上的线路数；

(c)潜在转供路径剩余容量的计算公式为：

I_M＝min{I_imax-I_i}i∈B

式中：B为电源到负荷供电路径上所有线路的集合；I_imax为支路i允许通过的最大电流值，I_i为实际流过支路i的电流值。

在步骤⑵中，基于TOPSIS排序法计算潜在转供路径的电气长度、运行可靠性及剩余容量，对与负荷节点相关联的联络开关转供优先顺序进行排序：

a)计算各负荷节点的亲和度评估指标值，包括潜在转供路径的电气距离D_z、运行可靠性RLB，以及潜在转供路径剩余容量I_M；

b)假设某负荷与m个联络开关相关联，将联络开关作为评价对象，将潜在供电路径的电气距离、可靠性以及剩余供电容量3个量作为评价指标，确定属性矩阵X；

c)构造规范化决策矩阵R，对属性矩阵X进行同趋化和归一化处理，得到规范化决策矩阵R；

d)采用综合赋权法确定各指标权重矩阵W，并构造加权规范化矩阵V＝[V_ij]；

e)确定理想解A^*和负理想解A^-：

转供路径的电气距离是成本型，转供电路径剩余容量和可靠性是效益型，若属性值为成本型，理想解为每列中的最小值，而负理想解为每列中的最大值；若目标属性为效益型，则理想解为每列中的最大值，负理想解为每列中的最小值；

其中，J^*为效益型属性，J^-为成本型属性；

f)计算各评价方案到理想解的距离与负理想解的距离计算公式如下：

g)根据各方案与理想方案和负理想方案的距离，计算各评价方案与理想解的相对接近度C_i；

其中i＝1,L,m0≤C_i≤1

h)根据相对贴近度C_i的大小对各联络开关亲和度进行排序,C_i越大的联络开关亲和度越高，从而对联络开关由大到小顺序进行排序，供电恢复时优先利用亲和度大的联络开关进行转供电。

在步骤⑶中，所述基于转供电亲和度排序结果生成故障恢复方案包括如下步骤：

①基于配电网保护故障定位结果，确定失电负荷节点，判断失电负荷节点潜在供电路径的可行性；

②在与失电负荷节点相关联的联络开关亲和度排序表中剔除不具有可行性的联络开关，将排序在第一位的联络开关作为失电负荷的转供电源；

③将失电负荷与转供电源之间的路径上所有的开关闭合，失电区域中其它的开关打开，生成故障恢复方案；

④控制开关通断，完成恢复失电负荷的供电。

本发明提出了一种基于转供电亲和度的配电网故障恢复方法，利用故障前后负荷节点与联络开关之间转供路径的不变性特征，联系故障前后配电网形态，通过故障前对转供电亲和度的运算分析提升故障后供电恢复策略的生成速度，有效避免了故障恢复后配电网负载不均衡现象的发生。

附图说明

图1为本发明的流程框图；

图2为本发明方法的试验配电系统示意图；

图3为本发明方法试验配电系统的简化图。

具体实施方式

实施例：一种基于转供电亲和度的配电网故障恢复方法，包括如下步骤：

⑴负荷节点转供电路径分析：配电网正常运行时，分析负荷节点与各联络开关的潜在转供路径；

⑵转供电亲和度分析：基于TOPSIS排序法计算潜在转供路径的电气长度、运行可靠性及剩余容量，对与负荷节点相关联的联络开关转供优先顺序进行排序；

⑶配电网故障后，基于转供电亲和度排序结果生成故障恢复方案。

在步骤⑴中，所述负荷节点转供电路径分析方法如下：

①以主变电源、负荷节点、联络开关为节点，配电线路为边，建立配电网络的简化模型；

②从主变电源出发，对负荷节点与联络开关进行深度优先遍历，确定各电气岛所辖的负荷节点与联络开关；

③从电气岛所辖的负荷节点出发，对该电气岛内的联络开关进行广度优先遍历，确定负荷节点与每一个联络开关之间的潜在转供路径。

在步骤⑵中，所述潜在转供路径的电气长度、运行可靠性及剩余容量的定义如下：

(a)潜在转供路径电气长度的计算公式为：

式中：Z_i为供电路径上线路i的阻抗模值，N为供电路径上的线路数；

(b)潜在转供路径运行可靠性的计算公式为：

式中：p_i为供电路径上线路i的故障率，N为该供电路径上的线路数；

(c)潜在转供路径剩余容量的计算公式为：

I_M＝min{I_imax-I_i}i∈B

式中：B为电源到负荷供电路径上所有线路的集合；I_imax为支路i允许通过的最大电流值，I_i为实际流过支路i的电流值。

在步骤⑵中，基于TOPSIS排序法计算潜在转供路径的电气长度、运行可靠性及剩余容量，对与负荷节点相关联的联络开关转供优先顺序进行排序：

a)计算各负荷节点的亲和度评估指标值，包括潜在转供路径的电气距离D_z、运行可靠性RLB，以及潜在转供路径剩余容量I_M；

b)假设某负荷与m个联络开关相关联，将联络开关作为评价对象，将潜在供电路径的电气距离、可靠性以及剩余供电容量3个量作为评价指标，确定属性矩阵X；

c)构造规范化决策矩阵R，对属性矩阵X进行同趋化和归一化处理，得到规范化决策矩阵R；

d)采用综合赋权法确定各指标权重矩阵W，并构造加权规范化矩阵V＝[V_ij]；

e)确定理想解A^*和负理想解A^-：

转供路径的电气距离是成本型，转供电路径剩余容量和可靠性是效益型，若属性值为成本型，理想解为每列中的最小值，而负理想解为每列中的最大值；若目标属性为效益型，则理想解为每列中的最大值，负理想解为每列中的最小值；

其中，J^*为效益型属性，J^-为成本型属性；

f)计算各评价方案到理想解的距离与负理想解的距离计算公式如下：

g)根据各方案与理想方案和负理想方案的距离，计算各评价方案与理想解的相对接近度C_i；

其中i＝1,L,m 0≤C_i≤1

h)根据相对贴近度C_i的大小对各联络开关亲和度进行排序,C_i越大的联络开关亲和度越高，从而对联络开关由大到小顺序进行排序，供电恢复时优先利用亲和度大的联络开关进行转供电。

在步骤⑶中，所述基于转供电亲和度排序结果生成故障恢复方案包括如下步骤：

①基于配电网保护故障定位结果，确定失电负荷节点，判断失电负荷节点潜在供电路径的可行性；

②在与失电负荷节点相关联的联络开关亲和度排序表中剔除不具有可行性的联络开关，将排序在第一位的联络开关作为失电负荷的转供电源；

③将失电负荷与转供电源之间的路径上所有的开关闭合，失电区域中其它的开关打开，生成故障恢复方案；

④控制开关通断，完成恢复失电负荷的供电。

下面结合附图对本发明做进一步的解释和说明：

如附图1所示为本发明公开的一种基于转供电亲和度的配电网故障恢复方法流程图。本发明利用故障前后负荷节点与联络开关之间转供路径的不变性特征，在电网正常运行时分析负荷节点的潜在转供路径，计算路径的电气长度、运行可靠性及剩余容量，基于TOPSIS排序法分析与负荷节点相关联的联络开关转供电亲和度，电网故障后依据转供电亲和度排序结果快速生成供电恢复方案。

如附图2所示是本发明的试验配电系统仿真模型，该系统有3个电源节点，18条配电线路，13个负荷节点，3个联络开关和10个分段开关。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本发明的范围及其应用。

本发明提出的一种基于转供电亲和度的配电网故障恢复方法的具体步骤如下：

步骤一、电网正常运行时，分析负荷节点的潜在转供路径：

(1)以主变电源、负荷节点、联络开关为节点，配电线路为边，建立如附图2所示配电系统的简化模型如附图3所示；

(2)从主变电源出发，对负荷节点与联络开关进行深度优先遍历，确定各电气岛所辖的负荷节点与联络开关，附图2所示配电系统的电气岛划分结果如表1所示：

表1配电系统电气岛划分结果

(3)从电气岛所辖的负荷节点出发，对该岛内的联络开关进行广度优先遍历，确定负荷节点与每一个联络开关之间的潜在转供路径：

步骤二、转供电亲和度排序，计算潜在转供路径的电气长度、运行可靠性及剩余容量，基于TOPSIS排序法分析与负荷节点相关联的联络开关转供电亲和度；

潜在转供路径的电气长度、运行可靠性及剩余容量的计算公式分别为：

I_M＝min{I_imax-I_i}i∈B

基于TOPSIS排序法，排列与负荷节点相关联的联络开关转供电亲和度，以2号电气岛为例，各负荷节点的潜在转供路径电气长度、运行可靠性、剩余容量及联络开关转供电亲和度的排序结果如表2所示。

表2负荷节点的潜在供电路径及转供电亲和度排序结果

步骤三、生成故障恢复方案：假设配电线路5发生故障，开关QF₂,QS₄,QS₇打开隔离故障；

(1)确定失电负荷节点为：[6]～[9]，故障线路5不在失电负荷的潜在转供路径中，因此失电负荷节点的潜在转供路径全部可行；

(2)基于失电负荷节点[6]～[9]的转供电亲和度排序结果(表2所示)，确定失电负荷[6]、[8]和[9]的转供电源是S₁，[5]和[7]的转供电源是S₃；

(3)生成转供电方案：将失电负荷[6]、[8]和[9]的转供电源S₁之间的路径上的开关QS₁₁闭合，负荷[5]和[7]的转供电源S₃之间的路径上的开关QS₁₂闭合，开关QS₄打开；

(4)控制开关通断，恢复失电负荷的供电。

最后应说明的是：结合上述实施例仅说明本发明的技术方案而非对其限制。所属领域的技术人员应当理解到：本领域技术人员可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，但这些修改或变更均在申请待批的权利要求保护范围之中。

Claims (5)

1.一种基于转供电亲和度的配电网故障恢复方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

⑴负荷节点转供电路径分析：配电网正常运行时，分析负荷节点与各联络开关的潜在转供路径；

⑵转供电亲和度分析：基于TOPSIS排序法计算潜在转供路径的电气长度、运行可靠性及剩余容量，对与负荷节点相关联的联络开关转供优先顺序进行排序；

⑶配电网故障后，基于转供电亲和度排序结果生成故障恢复方案。

2.根据权利要求1所述的一种基于转供电亲和度的配电网故障恢复方法，其特征在于：在步骤⑴中，所述负荷节点转供电路径分析方法如下：

①以主变电源、负荷节点、联络开关为节点，配电线路为边，建立配电网络的简化模型；

②从主变电源出发，对负荷节点与联络开关进行深度优先遍历，确定各电气岛所辖的负荷节点与联络开关；

③从电气岛所辖的负荷节点出发，对该电气岛内的联络开关进行广度优先遍历，确定负荷节点与每一个联络开关之间的潜在转供路径。

3.根据权利要求1所述的一种基于转供电亲和度的配电网故障恢复方法，其特征在于：在步骤⑵中，所述潜在转供路径的电气长度、运行可靠性及剩余容量的定义如下：

(a)潜在转供路径电气长度的计算公式为：

式中：Z_i为供电路径上线路i的阻抗模值，N为供电路径上的线路数；

(b)潜在转供路径运行可靠性的计算公式为：

式中：p_i为供电路径上线路i的故障率，N为该供电路径上的线路数；

(c)潜在转供路径剩余容量的计算公式为：

I_M＝min{I_imax-I_i}i∈B

式中：B为电源到负荷供电路径上所有线路的集合；I_imax为支路i允许通过的最大电流值，I_i为实际流过支路i的电流值。

4.根据权利要求1所述的一种基于转供电亲和度的配电网故障恢复方法，其特征在于：在步骤⑵中，基于TOPSIS排序法计算潜在转供路径的电气长度、运行可靠性及剩余容量，对与负荷节点相关联的联络开关转供优先顺序进行排序：

a)计算各负荷节点的亲和度评估指标值，包括潜在转供路径的电气距离D_z、运行可靠性RLB，以及潜在转供路径剩余容量I_M；

b)假设某负荷与m个联络开关相关联，将联络开关作为评价对象，将潜在供电路径的电气距离、可靠性以及剩余供电容量3个量作为评价指标，确定属性矩阵X；

c)构造规范化决策矩阵R，对属性矩阵X进行同趋化和归一化处理，得到规范化决策矩阵R；

d)采用综合赋权法确定各指标权重矩阵W，并构造加权规范化矩阵V＝[V_ij]；

e)确定理想解A^*和负理想解A^-：

转供路径的电气距离是成本型，转供电路径剩余容量和可靠性是效益型，若属性值为成本型，理想解为每列中的最小值，而负理想解为每列中的最大值；若目标属性为效益型，则理想解为每列中的最大值，负理想解为每列中的最小值；

其中，J^*为效益型属性，J^-为成本型属性；

f)计算各评价方案到理想解的距离与负理想解的距离计算公式如下：

g)根据各方案与理想方案和负理想方案的距离，计算各评价方案与理想解的相对接近度C_i；

其中i＝1,L,m 0≤C_i≤1

h)根据相对贴近度C_i的大小对各联络开关亲和度进行排序,C_i越大的联络开关亲和度越高，从而对联络开关由大到小顺序进行排序，供电恢复时优先利用亲和度大的联络开关进行转供电。

5.根据权利要求1所述的一种基于转供电亲和度的配电网故障恢复方法，其特征在于：在步骤⑶中，所述基于转供电亲和度排序结果生成故障恢复方案包括如下步骤：

①基于配电网保护故障定位结果，确定失电负荷节点，判断失电负荷节点潜在供电路径的可行性；

②在与失电负荷节点相关联的联络开关亲和度排序表中剔除不具有可行性的联络开关，将排序在第一位的联络开关作为失电负荷的转供电源；

③将失电负荷与转供电源之间的路径上所有的开关闭合，失电区域中其它的开关打开，生成故障恢复方案；

④控制开关通断，完成恢复失电负荷的供电。