CN111917115B - 一种面向配网自助式停电计划平衡的转供方案自动编制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种面向配网自助式停电计划平衡的转供方案自动编制方法，首先通过全转供模型以及全转供约束条件获得负荷全转供方案，如果出现转供失败的情况，则通过部分转供来获得最小失电负荷的转供方案。本发明考虑转供带电约束，转供馈线限额约束，转供变压器容量约束和故障馈线操作开关约束等约束条件，通过调整开关状态，结合约束条件，可最大限度的缩小停电范围，满足转供操作后转供馈线和转供主变容量不越限的要求，并快速获得最佳转供方案。本发明能够有效的为配网自助式停电计划提供参考，具有良好的经济效益和实用价值。

Description

一种面向配网自助式停电计划平衡的转供方案自动编制方法

技术领域

本发明涉及配电自动化领域，尤其涉及一种面向配网自助式停电计划平衡的转供方案自动编制方法。

背景技术

随着经济的发展，用户对用电可靠性的要求也越来越高。配电网发生故障或检修时，将会产生间接停电，从而造成不良的社会影响和巨大的经济损失。负荷转供因其可以大幅缩小停电范围，提高供电可靠性，成为配网自动化系统中的重要核心功能之一。

目前，针对负荷转供问题提出的方法主要分为以下几类：启发式方法、随机优化算法和专家系统法。启发式算法的计算速度较快，虽能满足约束条件，但无法保证解的最优性；随机优化算法具有良好的寻优能力，但是计算时间较长，无法使用于大规模网络；专家系统法实时性好，可应用于大型网络，但库的建立耗时费力，且故障种类众多，无法记录全部情况。

发明内容

发明目的：针对以上问题，本发明提出一种面向配网自助式停电计划平衡的转供方案自动编制方法，考虑负荷全部转供和负荷部分转供两种情形，首先通过全部符合转供模型以及全转供约束条件获得负荷全转供方案，如果出现转供失败的情况，则通过部分转供来获得最小失电负荷的转供方案。

技术方案：为实现本发明的目的，本发明所采用的技术方案是：一种面向配网自助式停电计划平衡的转供方案自动编制方法，包括步骤：

(1)获取数据输入，需要准备的输入数据涉及开关数据和电气岛数据；

(2)将步骤(1)中的输入数据代入全部负荷转供模型，结合全转供约束条件进行求解，若求解成功，则输出分析结果，生成负荷全转供方案；若求解失败，则将步骤(1)中的输入数据代入部分负荷转供模型，结合部分转供约束条件进行求解，输出分析结果，生成部分负荷转供方案；转供方案中包含单个电气岛内某个转供段的转供信息和所有电气岛的转供信息。

进一步地，所述步骤(1)中，开关数据包括：

分段开关的开关编号，首末端节点号和开关操作权重；

转供开关的开关编号，转供侧节点号和转供对侧节点号，转供馈线编号，转供馈线处剩余容量，转供主变编号和动作开关权重；

边界开关的开关编号，首末端节点号。

进一步地，所述步骤(1)中，电气岛数据包括：

单个电气岛的分段开关数，转供开关数，失电负荷数，边界断开开关数和电气岛下标；

所有单个电气岛的数据，剩余容量的权重以及分段权重信息。

进一步地，所述步骤(2)中，转供方案包含：

单个电气岛内某个转供段的转供信息，包含转供段边界断开开关名称，转供开关名称及对应编号，转供馈线名称及对应编号，转供到馈线上的负荷，转供到主变上的负荷等；

所有电气岛的转供信息包含所有单个电气岛的所有分段转供信息。

进一步地，所述步骤(2)中，全部负荷转供模型：

min f＝f₁+f₂+f₃

其中，f₁为转供主变和馈线剩余容量均衡度，f₂为转供分段数，f₃为开关操作次数；

全转供约束条件包括：网络辐射状约束、转供馈线容量约束、转供主变容量约束、分段开关操作次数约束、转供分段数约束、转供开关操作次数约束、馈线支路容量约束、基尔霍夫电流定律。

进一步地，所述步骤(2)中，部分负荷转供模型：

min f＝-f₁+f₂+f₃

其中，f₁为最大供电，f₂最小分段数，f₃最小开关操作次数；

部分转供约束条件包括：网络辐射约束、分段开关操作次数约束、转供分段数约束、转供开关操作次数约束、转供馈线容量约束、转供主变容量约束、馈线支路容量约束、基尔霍夫电流定律。

有益效果：本发明考虑转供带电约束，转供馈线限额约束，转供变压器容量约束和故障馈线操作开关约束等约束条件，通过调整开关状态，结合约束条件，可最大限度的缩小停电范围，满足转供操作后转供馈线和转供主变容量不越限的要求，并快速获得最佳转供方案。该方法能够有效的为配网自助式停电计划提供参考，具有良好的经济效益和实用价值。

附图说明

图1是转供方案自动编制流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的技术方案作进一步的说明。

本发明所述的面向配网自助式停电计划平衡的转供方案自动编制方法，考虑了负荷全部转供和负荷部分转供两种情形，首先通过全部符合转供模型以及全转供约束条件获得负荷全转供方案，如果出现转供失败的情况，则通过部分转供来获得最小失电负荷的转供方案。

如图1所示，本发明所述的面向配网自助式停电计划平衡的转供方案自动编制方法，包括步骤：

(1)获取数据输入，本发明按照电气岛进行转供，需要准备的输入数据涉及开关数据和电气岛数据；开关包含分段开关、转供开关和分界开关；电气岛包含所有失电电气岛。

(1.1)需要提供的开关数据；

分段开关需要提供开关编号，首末端节点号和开关操作权重等数据；转供开关需要提供开关编号，转供侧节点号和转供对侧节点号，转供馈线编号，转供馈线剩余容量，转供主变编号和动作开关权重等数据；转供电气岛的边界开关需要提供开关编号，首末端节点号等数据。

(1.2)需要提供的失电电气岛数据；

单个失电电气岛需要提供电气岛的分段开关数，转供开关数，失电负荷数，边界断开开关数和电气岛下标等数据；所有失电电气岛需要提供单个失电电气岛数据，剩余容量的权重以及分段权重信息。

(2)将步骤(1)中的输入数据代入全部负荷转供模型，结合全转供约束条件进行求解，若求解成功，则输出分析结果，生成负荷全转供方案；

若求解失败，则将步骤(1)中的输入数据代入部分负荷转供模型，结合部分转供约束条件进行求解，输出分析结果，生成部分负荷转供方案。

当出现全部负荷转供失败的情况时，说明当前转供馈线和主变的容量不足以满足全部负荷的需求。此时可通过部分负荷转供模型，获得最小失电负荷的转供方案，即允许部分权重较低的负荷失电，优先保证权重大的负荷带电。

将输入数据代入模型之后，通过分支定界法求解，获得最优转供方案。该方案中包含的内容有：单个电气岛内某个转供段的转供信息和所有电气岛的转供信息。

单个电气岛内某个转供段的转供信息包含转供段边界断开开关名称，转供开关名称及对应编号，转供馈线名称及对应编号，转供到馈线上的负荷，转供到主变上的负荷等；所有电气岛的转供信息包含所有单个电气岛的所有分段转供信息。

分支定界法作为一种枚举型的求解思想，通过分割解空间来限定最优解的上下界，从而较为高效地获得问题的最优解。为了快速获得目标函数的最优解，本发明使用分支定界法对模型进行求解，结合约束条件，获得最优转供方案。

本发明的模型全面设计了负荷转供的各个因素，具有模型完整的特点。

(2.1)全部负荷转供模型；

(2.1.1)目标函数

配电网馈线转供是针对检修造成的间接停电段，在当前方式下，通过优化开关状态获得最佳的转供方案，其目标函数可表示为：

min f＝f₁+f₂+f₃

目标函数为考虑转供剩余容量均衡度、开关操作次数以及转供分段数的多目标优化函数。

转供主变和馈线剩余容量均衡目标：

其中，N_L、N_G分别为转供馈线和转供主变数；Δs_l、Δs_g分别为转供馈线l和转供主变g的剩余容量；

分别为转供馈线剩余容量权重和转供主变剩余容量权重；α、β分别为转供馈线和转供主变剩余容量之和的均值，即：

式(1)的目的是尽量保证各条转供馈线或主变的剩余容量均衡，不会出现某条馈线或主变带过多负荷的情况，从而导致其剩余容量很小甚至为0。由于式(1)含有绝对值运算，无法直接优化。对此，可引入辅助变量，将其进行等价变换。引入辅助变量

有如下约束：

那么，目标函数可以等价转换为以下线性形式：

最小分段数目标：

min f₂＝w₃·z (6)

式中，z为转供分段数(z＞0)，若全线转供，z＝1，w₃为转供分段权重。

最小开关操作次数目标：

式中，S_T为转供开关集合，

为转供开关ij闭合操作的权重，n_ij为转供开关ij的操作次数，默认转供开关初始状态为打开，当转供开关由打开到闭合时，n_ij＝1；S_D为分段开关集合，

为分段开关打开操作的权重，m_ij为分段开关ij的操作次数，默认分段开关初始状态为闭合，当分段开关由闭合到打开时，m_ij＝1；S_C＝S_T∪S_D，S_C为分段和转供开关的集合。

(2.1.2)约束条件

网络辐射状约束：

式中，N_B为总节点数，N_G为主变数，x_ij为分段和转供开关状态，断开是0，闭合是1。

转供馈线容量约束：

式中，

为转供馈线l的最大视在功率

R为可指定的最大限额比，S_l为转供后转供馈线l的视在功率s_l，Δs_l为转供馈线l的剩余容量。

转供主变容量约束：

式中，s_g为变压器低压母线节点输出功率；

为变压器容量，Δs_g为变压器剩余容量。

分段开关操作次数约束：

x_ij+m_ij＝1(11)

式中，x_ij为分段开关，默认为闭合状态，即x_ij＝1；m_ij为分段开关的动作次数。当分段开关不动作时，x_ij＝1，m_ij＝0；否则，当分段开关动作时，x_ij＝0，m_ij＝1

转供分段数约束：

式中，

为最大转供分段数。

转供开关操作次数约束：

x_ij-n_ij＝0(13)

式中，x_ij为转供开关，默认为打开状态，即x_ij＝0；n_ij为转供开关的动作次数；当转供开关不动作时，x_ij＝0，n_ij＝0；否则，当转供开关动作时，x_ij＝1，n_ij＝1。

馈线支路容量约束：

式中，s_ij为馈线段ij的电流，其参考方向为由i到j；

为馈线段ij的最大电流

基尔霍夫电流定律：

式中，在标幺值下，电流标幺值与容量标幺值相等。s_g∈i为属于节点i的所有电源的电流；s_d∈i为属于节点i的所有负荷的电流。

(2.2)部分负荷转供模型；

(2.2.1)目标函数

部分负荷转供的目标是尽可能保证权重大的负荷优先转供，同时满足分段和转供开关操作次数最小的要求。部分负荷转供的目标函数为：

min f＝-f₁+f₂+f₃

目标函数为考虑最大供电、最小分段数以及最小开关操作次数的多目标优化函数。

最大供电目标：

式中，x_i为节点i是否连通变量，当x_i＝1时，表示节点i的所有负荷带电，当x_i＝0时，表示w_i为节点i的所有负荷不带电；w_i、s_i为分别为节点i的综合负荷权重和总负荷，其计算公式为：

s_i＝s_i1+s_i2+…+s_ik (18)

式(16)表示负荷加权值最大，即权重大的负荷优先转供。需要注意的是，对于同一个节点，其可能挂接多个不同权重负荷。当节点i有k个负荷时，即s_i1，…，s_ik，负荷权重分别为w_i1，…，w_ik，那么节点i的综合权重和总负荷计算公式分别为式(17)和(18)。

最小分段数目标：

min f₂＝w₃·z (19)

式中，z为转供分段数(z＞0)，若全线转供，z＝1，w₃为转供分段权重。

最小开关操作次数目标：

式中，

为开关ij合闸操作的权重，n_ij为动作后开关状态与初始状态的变化量，若初始状态是0(断开)，动作后状态是1(闭合)n_ij＝1，若开关状态不变，则n_ij＝0；

为开关ij断开操作的权重，m_ij为开关ij从初始状态到动作后状态的变化量，若开关从初始状态1(闭合)，动作后状态为0(断开)，则m_ij＝1，若开关状态不变，则m_ij＝0。

(2.2.2)运行约束

网络辐射约束：

部分负荷转供时，允许部分节点失电，因此网络辐射状约束需要转变为如下形式：

式中，x_i为节点i是否连通变量，当x_i＝1时该节点负荷均带电(有可能一个节点下包含多个负荷)，反之当x_i＝0时该节点负荷均失电；

表示失电节点数。

分段开关操作次数约束：

x_ij+m_ij＝1(22)

式中，x_ij为分段开关，默认为闭合状态，即x_ij＝1；m_ij为分段开关的动作次数。当分段开关不动作时，x_ij＝1，m_ij＝0；否则，当分段开关动作时，x_ij＝0，m_ij＝1。

转供分段数约束：

式中，

为最大转供分段数。

转供开关操作次数约束：

x_ij-n_ij＝0(24)

式中，x_ij为转供开关，默认为打开状态，即x_ij＝0；n_ij为转供开关的动作次数；当转供开关不动作时，x_ij＝0，n_ij＝0；否则，当转供开关动作时，x_ij＝1，n_ij＝1。

转供馈线容量约束：

式中，S_ij为转供馈线(转供开关)功率，规定S_ij为正(i节点为电源节点)；

为转供馈线最大容量，ΔS_ij为转供馈线剩余容量。注意S_ij可能对应多个转供开关，例如多个转供段通过转供开关转到同一条转供馈线，需要将转供开关上的电流或功率相加(注意保持功率方向一致)，得到整个转供馈线功率S_ij。

转供主变容量约束：

式中，S_g为变压器低压母线节点输出功率；

为变压器容量，ΔS_g为变压器剩余容量。

馈线支路容量约束：

式中，s_ij为馈线段ij的电流，其参考方向为由i到j；

为馈线段ij的最大电流。

基尔霍夫电流定律：

式中，s_g∈i为电源电流，S_B为系统节点数；s_d∈i为属于节点i的所有负荷的电流。

本发明方案考虑了转供带电约束，转供馈线限额约束，转供变压器容量约束和故障馈线操作开关约束等约束条件，通过调整开关状态，结合约束条件，可最大限度的缩小停电范围，满足转供操作后转供馈线和转供主变容量不越限的要求，并快速获得最佳转供方案。该方法的提出能够有效的为配网自助式停电计划提供参考，具有良好的经济效益和实用价值。

Claims (1)

1.一种面向配网自助式停电计划平衡的转供方案自动编制方法，其特征在于，包括步骤：

(1)获取数据输入，需要准备的输入数据涉及开关数据和电气岛数据；

开关数据包括：

分段开关的开关编号，首末端节点号和开关操作权重；

转供开关的开关编号，转供侧节点号和转供对侧节点号，转供馈线编号，转供馈线处剩余容量，转供主变编号和动作开关权重；

边界开关的开关编号，首末端节点号；

电气岛数据包括：

单个电气岛的分段开关数，转供开关数，失电负荷数，边界断开开关数和电气岛下标；

所有单个电气岛的数据，剩余容量的权重以及分段权重信息；

(2)将步骤(1)中的输入数据代入全部负荷转供模型，结合全转供约束条件进行求解，若求解成功，则输出分析结果，生成负荷全转供方案；若求解失败，则将步骤(1)中的输入数据代入部分负荷转供模型，结合部分转供约束条件进行求解，输出分析结果，生成部分负荷转供方案；转供方案中包含单个电气岛内某个转供段的转供信息和所有电气岛的转供信息；

转供方案包含：

单个电气岛内某个转供段的转供信息，包含转供段边界断开开关名称，转供开关名称及对应编号，转供馈线名称及对应编号，转供到馈线上的负荷，转供到主变上的负荷；

所有电气岛的转供信息包含所有单个电气岛的所有分段转供信息；

全部负荷转供模型：

min f＝f₁+f₂+f₃

其中，f₁为转供主变和馈线剩余容量均衡度，f₂为转供分段数，f₃为开关操作次数；

全转供约束条件包括：网络辐射状约束、转供馈线容量约束、转供主变容量约束、分段开关操作次数约束、转供分段数约束、转供开关操作次数约束、馈线支路容量约束、基尔霍夫电流定律；

部分负荷转供模型：

min f＝-f₁+f₂+f₃

其中，f₁为最大供电，f₂最小分段数，f₃最小开关操作次数；

部分转供约束条件包括：网络辐射约束、分段开关操作次数约束、转供分段数约束、转供开关操作次数约束、转供馈线容量约束、转供主变容量约束、馈线支路容量约束、基尔霍夫电流定律。

Images