CN111200286B - 一种用于配电网自愈的智能供电恢复方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于配电网自愈的智能供电恢复方法。首先，确定可以远程遥控的常开联络开关及其对应供区供电容量，并计算故障下游负荷实现供电恢复的容量因子；其次，利用该容量因子和配电网潮流计算结果，观测系统是否存在节点过电压和线路潮流过载等问题；然后，针对电压和潮流越限等问题，采用目标函数解最优集合的方式，解算用于区域正常供电恢复的常规联络开关和负荷开关的组合方式；最后，在获得最优可行解后，直接操作计算获得的开关组合方式，实现区域智能供电恢复。本发明对不同位置的常开联络开关闭合后，通过供电容量、电压电流越限等方面的计算对比分析，在最短时间和开关最少动作范围内，实现了对负荷的快速供电恢复。

Description

一种用于配电网自愈的智能供电恢复方法

技术领域

本发明涉及一种用于配电网的供电恢复方法。

背景技术

可靠的电力供应对改善客户的社会经济发展至关重要。数字化是影响电网走向清洁能源未来的重要因素之一，配电自动化的重要策略之一是实现配电网的自动恢复，当配电网发生故障时，必须对系统的受影响部分进行隔离，对健全部分进行恢复。故障定位、隔离和供电恢复是实现配电网自愈的重要技术。当馈线的某一部分发生故障时，馈线的自愈重构有助于减少故障对客户的影响，从而提高供电可靠性。

自动故障定位和故障隔离相对容易实现。但是，自动供电恢复存在许多障碍。供电恢复指的是配电网发生故障后，系统已正确完成故障定位并已实现故障隔离，配电网健全部分恢复正常供电的过程。馈线故障隔离完毕后的状态为：故障所在馈线的出线断路器和故障点两端的负荷开关均处于分断状态，等待采取必要的措施，现故障上游和故障下游负荷的快速恢复供电。现有技术中的供电恢复方案存在操作开关数量多、耗时长的问题，无法满足快速供电恢复的要求。

发明内容

本发明提出了一种用于配电网自愈的智能供电恢复方法，其目的是：缩短操作时间和操作开关的数量，实现对负荷的快速供电恢复。

本发明技术方案如下：

一种用于配电网自愈的智能供电恢复方法，通过计算机装置实现以下步骤：

1)遍历搜寻故障下游所有可以远程遥控的常开联络开关，并记录下常开联络开关的数量以及每个与常开联络开关相连供区的剩余供电容量S_t；

2)根据故障前配电网的实际运行数据，计算每个常开联络开关闭合后，对应的故障下游负荷实现供电恢复的容量因子F_c；

9)对计算所得的多个F_c从大到小进行排序，形成F_c序表；

10)将最大的F_c对应的联络开关增加到可操作开关集合中；如果最大的F_c大于1，则转至步骤5)，否则转至步骤6)；

11)对最大的F_c所对应的联络开关闭合后的电路直接进行潮流分析；潮流计算完成后，分析节点电压是否存在欠压和过压情况，以及线路潮流是否有超负荷情况；如果节点电压不存在欠压和过压情况并且线路潮流未超负荷，则直接合上该常开联络开关，完成供电恢复；如果节点电压存在欠压和过压情况或者线路潮流超负荷，则转至步骤8)；

12)按F_c序表顺序进一步增加常开联络开关到可操作开关集合中，每增加一个联络开关后，计算当前可操作开关集合中的开关所对应的F_c的总和是否大于1，直至该总和大于1停止增加，转至步骤7)；

13)针对可操作开关集合和负荷开关，以开关是否操作为决策变量，以所操作的开关的数量最少为目标，进行最优集合求解；

如果上述求解有解，则按照计算结果对相应的常开联络开关和负荷开关进行操作，实现供电恢复；如果上述求解无解，则转至步骤8)；

14)从F_c序表内继续按顺序增加一个常开联络开关至可操作开关集合，如果此时仍未遍历所有联络开关，则返回至步骤7)，否则通过切负荷的方式再次进行最优集合求解，得到可行解后，按照计算结果对相应的常开联络开关、负荷开关以及负荷进行操作，实现供电恢复。

作为本方法的进一步改进：步骤2)中容量因子F_c的计算方法为：

式中，L_d为该常开联络开关闭合后，需要恢复供电的负荷总容量。

作为本方法的进一步改进：步骤5)中潮流计算采用如下方法：

式中，i＝1,2,…,n；n为联络开关闭合后配电系统的节点总数，V_i、θ_i为节点i电压向量的幅值和相角，G_ij和B_ij分别为导纳矩阵中节点i和j之间的电导和电纳。

作为本方法的进一步改进：步骤7)中，最优集合求解的方法为：

obj.min∑W_s

s.t.

V_imin≤V_i≤V_imax

P_i≤P_imax

式中，∑W_s为开关动作次数求和；V_imin和V_imax分别为节点i电压的下限值和上限值，P_imax为节点i所连接负荷的有功功率最大值。

作为本方法的进一步改进：步骤8)中最优集合求解的方法为：

obj.min∑k_d(σ₁L_s1+σ₂L_s2+σ₃L_s3)+k_sW_s

s.t.

V_imin≤V_i≤V_imax

P_i≤P_imax

式中，L_s1、L_s2和L_s3分别表示被切除的I类、II类和III类负荷的容量，σ₁、σ₂和σ₃为三类负荷分别对应的权重系数，k_d和k_s为负荷切除总量和开关操作次数的权重系数。

作为本方法的进一步改进：σ₁、σ₂和σ₃三者比例为10:5:1。

作为本方法的进一步改进：k_d和k_s二者比例的范围为6～10。

相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：本发明对不同位置的常开联络开关闭合后，通过供电容量、电压电流越限等方面的计算对比分析，求解出供电恢复的操作方案，缩短了操作时间和操作开关的数量，实现了负荷的快速供电恢复。

附图说明

图1为本发明方法的流程示意图。

图2为实施例中的配电网供电示意图。

图3为图2中配电网实现供电恢复后的示意图。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明的技术方案：

供电恢复指的是配电网发生故障后，系统已正确完成故障定位并已实现故障隔离，配电网健全部分恢复正常供电的过程。配电自动化系统中，馈线故障隔离完毕后的状态为：故障所在馈线的出线断路器和故障点两端的负荷开关均处于分断状态。故障隔离完成后，为实现故障上游和故障下游负荷的快速恢复供电，需采取必要的措施。

故障上游的负荷恢复供电较为简单，直接重合故障所在馈线的出线断路器，即可立即恢复故障上游的负荷供电，该过程无需核查系统容量是否满足等问题。

故障下游的负荷恢复供电较为复杂，需要考虑备用供区容量、系统电压水平、线路负荷水平等。

具体恢复步骤如图1所示，详细说明如下：

1)遍历搜寻故障下游所有可以远程遥控的常开联络开关，并记录下常开联络开关的数量以及每个与常开联络开关相连供区的剩余供电容量S_t。

2)根据故障前配电网的实际运行数据，计算每个常开联络开关闭合后，对应的故障下游负荷实现供电恢复的容量因子F_c。其中，L_d为该常开联络开关闭合后，需要恢复供电的负荷总容量。

3)对计算所得的多个F_c从大到小进行排序，形成F_c序表。

4)将最大的F_c对应的联络开关增加到可操作开关集合中；如果最大的F_c大于1，则转至步骤5)，否则转至步骤6)。

5)对最大的F_c所对应的联络开关闭合后的电路直接进行潮流分析。潮流计算采用如下计算方法：

式中，i＝1,2,…,n；n为联络开关闭合后配电系统的节点总数，V_i、θ_i为节点i电压向量的幅值和相角，G_ij和B_ij分别为导纳矩阵中节点i和j之间的电导和电纳。

潮流计算完成后，分析节点电压是否存在欠压和过压情况，以及线路潮流是否有超负荷情况。如果节点电压不存在欠压和过压情况并且线路潮流未超负荷，则直接合上上述常开联络开关，完成供电恢复；如果节点电压存在欠压和过压情况或者线路潮流超负荷，则转至步骤8)。

6)按F_c序表顺序进一步增加常开联络开关到可操作开关集合中，每增加一个联络开关后，计算当前可操作开关集合中的开关所对应的F_c的总和是否大于1，直至该总和大于1停止增加，转至步骤7)；

7)针对可操作开关集合和负荷开关，以开关是否操作为决策变量，求解最优集合：

obj.min∑W_s

s.t.

V_imin≤V_i≤V_imax

P_i≤P_imax

式中，∑W_s为开关动作次数求和；V_imin和V_imax分别为节点i电压的下限值和上限值。P_imax为节点i所连接负荷的有功功率最大值。如果上述求解有解，则按照计算结果对相应的常开联络开关和负荷开关进行操作，实现供电恢复，此处负荷开关的动作是为不同供区供电，进行分区运行，避免合环运行；如果上述求解无解，则转至步骤8)。

8)从F_c序表内继续按顺序增加一个常开联络开关至可操作开关集合，如果此时仍未遍历所有联络开关，则返回至步骤7)，否则通过切负荷的方式再进行求解：

obj.min∑k_d(σ₁L_s1+σ₂L_s2+σ₃L_s3)+k_sW_s

s.t.

V_imin≤V_i≤V_imax

P_i≤P_imax

式中，L_s1、L_s2和L_s3分别表示被切除的I类、II类和III类负荷的容量，σ₁、σ₂和σ₃为三类负荷分别对应的权重系数，优选的，三者比例为10:5:1。k_d和k_s为负荷切除总量和开关操作次数的权重系数，由于尽量少切除负荷更为重要，因此二者比例的优选范围为6～10。

结合系统潮流优化计算，得到可行解后，按照计算结果对相应的常开联络开关、负荷开关以及负荷进行操作。

图2所示为一个典型的配电网结构，负荷容量、变压器可用容量等数值已在图中标识。在正常运行阶段，出线断路器TS1和TS4处于闭合状态，出线断路器TS2、TS3和TS5处于断开状态，负荷开关除IS10外，都处于闭合状态。变电站SS1和SS4向该区域负荷供电。

当故障发生在负荷L1处时，故障通过出线断路器TS1和负荷开关IS1分断隔离。

采用上述方法，最终该区域恢复供电后的网络结构如图3所示，负荷开关IS4，IS7，IS13由闭合状态转为分断状态，负荷开关IS10由分断状态转为闭合状态，SS2～SS5分别向对应的负荷供电。

Claims (6)

1.一种用于配电网自愈的智能供电恢复方法，其特征在于通过计算机装置实现以下步骤：

1)遍历搜寻故障下游所有可以远程遥控的常开联络开关，并记录下常开联络开关的数量以及每个与常开联络开关相连供区的剩余供电容量S_t；

2)根据故障前配电网的实际运行数据，计算每个常开联络开关闭合后，对应的故障下游负荷实现供电恢复的容量因子F_c；

容量因子F_c的计算方法为：

式中，L_d为该常开联络开关闭合后，需要恢复供电的负荷总容量；

3)对计算所得的多个F_c从大到小进行排序，形成F_c序表；

4)将最大的F_c对应的联络开关增加到可操作开关集合中；如果最大的F_c大于1，则转至步骤5)，否则转至步骤6)；

5)对最大的F_c所对应的联络开关闭合后的电路直接进行潮流分析；潮流计算完成后，分析节点电压是否存在欠压和过压情况，以及线路潮流是否有超负荷情况；如果节点电压不存在欠压和过压情况并且线路潮流未超负荷，则直接合上该常开联络开关，完成供电恢复；如果节点电压存在欠压和过压情况或者线路潮流超负荷，则转至步骤8)；

6)按F_c序表顺序进一步增加常开联络开关到可操作开关集合中，每增加一个联络开关后，计算当前可操作开关集合中的开关所对应的F_c的总和是否大于1，直至该总和大于1停止增加，转至步骤7)；

7)针对可操作开关集合和负荷开关，以开关是否操作为决策变量，以所操作的开关的数量最少为目标，进行最优集合求解；

如果上述求解有解，则按照计算结果对相应的常开联络开关和负荷开关进行操作，实现供电恢复；如果上述求解无解，则转至步骤8)；

8)从F_c序表内继续按顺序增加一个常开联络开关至可操作开关集合，如果此时仍未遍历所有联络开关，则返回至步骤7)，否则通过切负荷的方式再次进行最优集合求解，得到可行解后，按照计算结果对相应的常开联络开关、负荷开关以及负荷进行操作，实现供电恢复。

2.如权利要求1所述的用于配电网自愈的智能供电恢复方法，其特征在于步骤5)中潮流计算采用如下方法：

式中，i＝1,2,…,n；n为联络开关闭合后配电系统的节点总数，V_i、θ_i为节点i电压向量的幅值和相角，G_ij和B_ij分别为导纳矩阵中节点i和j之间的电导和电纳。

3.如权利要求2所述的用于配电网自愈的智能供电恢复方法，其特征在于步骤7)中，最优集合求解的方法为：

式中，∑W_s为开关动作次数求和；V_imin和V_imax分别为节点i电压的下限值和上限值，P_imax为节点i所连接负荷的有功功率最大值。

4.如权利要求3所述的用于配电网自愈的智能供电恢复方法，其特征在于步骤8)中最优集合求解的方法为：

式中，L_s1、L_s2和L_s3分别表示被切除的I类、II类和III类负荷的容量，σ₁、σ₂和σ₃为三类负荷分别对应的权重系数，k_d和k_s为负荷切除总量和开关操作次数的权重系数。

5.如权利要求4所述的用于配电网自愈的智能供电恢复方法，其特征在于：σ₁、σ₂和σ₃三者比例为10:5:1。

6.如权利要求4所述的用于配电网自愈的智能供电恢复方法，其特征在于：k_d和k_s二者比例的范围为6～10。

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