CN113178863B - 一种极限状态下的配电网拓扑快速调整和切负荷方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及电力系统自动化和配电网重构领域，具体涉及一种极限状态下的配电网拓扑快速调整和切负荷方法；本发明包括以下网络快速拓扑调整过程和极限状态切负荷过程，网络快速拓扑调整过程中通过控制分段开关和联络开关的通断状态将高风险设备转移至供电路径的末端，将原高风险设备下游的负荷转移至其它供电路径上，极限状态切负荷过程中首先判断电网系统处于脆弱状态还是异常状态，然后快速地切除指定的设备和负荷来维持电网系统的稳定运行；本发明能够有效地解决现有技术存在适用范围较窄和反应较慢等问题。

Description

一种极限状态下的配电网拓扑快速调整和切负荷方法
技术领域
本发明涉及电力系统自动化和配电网重构领域，具体涉及一种极限状态下的配电网拓扑快速调整和切负荷方法。
背景技术
配电网作为联系输电环节和电力用户的重要枢纽，直接关系到电能供应的安全性、可靠性和经济性。近年来，随着社会经济的快速发展，电力用户对供电可靠性和电能质量要求逐渐升高。配电网重构作为自愈控制的重要手段，尤其是极限状态下快速调整网络结构、确定切负荷策略，从而避免事故发生，对保证配网运行稳定、提高供电可靠性具有重要作用。
目前配电网重构问题主要分为正常状态下的经济性重构(也称优化重构)和风险情况下的预防性重构。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。传统数学优化算法依靠数学理论和推导对模型进行求解，常用的方法包括整数规划法、非线性规划法和动态规划方法等。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。李辰雷等(李辰雷,卫志农,韩连山.序优化理论在配电网重构中的应用[J].电力系统保护与控制,2015,43(08):41-48.)提出基于序优化理论的配电网重构算法。该算法从配电网运行和开关调整方式入手，运用序优化理论制定一种按照评估值优先准则，进行解集的选择和排序，改进的粗糙函数不仅能够进行序曲线的确定，而且能去除大量的无效解，提高重构速度。尹洪等学者(尹洪,刘天琪,李樊,李兴源.基于免疫遗传算法的含分布式电源配电网重构[J].电力系统及其自动化学报,2014,26(04):15-19.)通过引入免疫记忆和克隆算子对遗传算法进行改进，提出了一种免疫遗传算法，并对考虑有功损耗、负荷均衡及电压质量的多目标重构问题求解。
但是，现有的技术在实际应用的过程中仍存在以下不足：
第一，适用范围较窄，因为现有的配电网重构方法多依托智能优化算法或复杂的混合算法，当供电容量无法满足要求时，容易出现问题不收敛或无可行解的情况。
第二，反应较慢，因为现有电网运行控制的重构策略制定速度较慢，从而难以满足极限情况下快速调整网络结构、消除故障风险的要求。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，解决上述背景技术中提出的问题。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：一种极限状态下的配电网拓扑快速调整和切负荷方法，包括以下步骤：
步骤一：网络快速拓扑调整过程，通过控制分段开关和联络开关的通断状态将高风险设备转移至供电路径的末端，将原高风险设备下游的负荷转移至其它供电路径上；
步骤二：极限状态切负荷过程，当配电网处于脆弱状态时切除部分负荷以维持电网系统的稳定运行；当电网系统故障后转供能力不足、无法全局恢复供电时，通过切除部分非重要负荷，优先保证重要失电负荷的供电恢复。
更进一步地，所述网络快速拓扑调整过程包括以下步骤：
S1，利用Floyd算法搜索供电路径，从而判断出高风险设备所在供电路径的下游设备和负荷；
S2，当配电网处于异常状态时，保留高风险设备继续运行，并将高风险设备下游部分负荷转移至其它电源馈线供电；
S3，当配电网处于脆弱状态时，将高风险设备下游负荷转移至其它电源馈线供电，并将高风险设备退出运行。
更进一步地，所述极限状态切负荷过程包括以下步骤：
step1，通过风险评估获得过负荷线路和电压越限负荷点；
step2，通过拓扑分析，搜索符合线路和电压越限负荷点所在的供电馈线；
step3，分析所述step2所得路径上负荷的重要程度、容量大小以及该路径上的负荷是否为可控负荷；
step4，按照负荷的特点和切负荷的原则逐个切除负荷；
step5，验证是否满足电网系统稳定运行的约束条件，若满足则完成切负荷操作，如不满足则返回至所述step4。
更进一步地，所述step4中的切负荷的原则包括：
(1)优先切除供电线路末端的负荷；
(2)优先切除等级较低的负荷，当等级相同时优先切除可控的负荷，当等级、可控程度均相同时优先切除容量小的负荷；
(3)当电网系统中同时存在电压偏移和过负荷时，优先处理过负荷问题，再对电压偏移进行切负荷；
(4)在供电恢复过程中，应优先对非故障失电区域进行切负荷操作；而当失电区只剩重要负荷时，则定量切除正常区域的部分可控负荷。
更进一步地，所述(1)中，当供电路径末端是重要等级较高的一、二级负荷时，应越过该负荷，切除其上游的三级负荷。
与现有技术相比，本发明的优点和积极效果在于，
本发明中通过控制分段开关和联络开关的通断状态，将高风险设备移至供电路径末端或直接退出运行并将原高风险设备下游的负荷转移至其它供电路径上，从而避免事故的发生或降低高风险设备可能造成的事故影响，同时本发明在供电容量无法满足要求时不会出现问题不收敛或无可行解的情况，此外，本发明还具备电网系统运行重构策略制定速度较快等优点。
附图说明
图1为本发明的网络快速拓扑调整过程前的示意图；
图2为本发明的网络快速拓扑调整过程在异常状态下调整方案的示意图；
图3为本发明的网络快速拓扑调整过程在脆弱状态下调整方案的示意图；
图4为本发明的网络快速拓扑调整过程的流程示意图；
图5为本发明的极限状态切负荷过程的流程示意图；
图6为本发明的极限状态切负荷过程前的系统状态图；
图7为本发明的极限状态切负荷过程后的系统状态图。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。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组合。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明并不限于下面公开说明书的具体实施例的限制。
本实施例的一种极限状态下的配电网拓扑快速调整和切负荷方法，参照图1-7：包括以下步骤：
步骤一：网络快速拓扑调整过程，通过控制分段开关和联络开关的通断状态将高风险设备转移至供电路径的末端，将原高风险设备下游的负荷转移至其它供电路径上；
步骤二：极限状态切负荷过程，当配电网处于脆弱状态时切除部分负荷以维持电网系统的稳定运行(这是因为当电网系统处于脆弱状态时，电网系统通常伴随着严重的电流越限或电压越限的问题)；当电网系统故障后转供能力不足、无法全局恢复供电时，通过切除部分非重要负荷，优先保证重要失电负荷的供电恢复(这样可以尽量降低电网系统恢复供电过程中所造成的生产生活损失)。
网络快速拓扑调整过程包括以下步骤：
S1，利用Floyd算法搜索供电路径，从而判断出高风险设备所在供电路径的下游设备和负荷；
S2，当配电网处于异常状态时，保留高风险设备继续运行，并将高风险设备下游部分负荷转移至其它电源馈线供电(这样可以尽可能的提升电网系统中的负载均衡性)；
S3，当配电网处于脆弱状态时，将高风险设备下游负荷转移至其它电源馈线供电，并将高风险设备退出运行。
通过利用Floyd算法搜索高风险设备所在的供电路径和下游用户负荷，并通过控制开关状态，将位于供电上游的高风险设备转移至供电路径末端或直接退出运行，从而降低高风险设备可能造成的事故影响。
相比于异常状态，脆弱状态下的设备和电网系统风险等级更高，此时电网系统处于故障和事故的边缘，因此需要及时快速地采取相应的措施来避免电网系统发生故障。
Floyd算法又称为插点法，是一种利用动态规划的思想寻找给定的加权图中多源点之间最短路径的算法，其简单有效，并且由于三重循环结构紧凑，对于稠密图来说，其效率要高于执行|V|次Dijkstra算法，也要高于执行|V|次SPFA算法；其算法流程描述如下：
a)初始化：D[u，v]＝A[u，v]
b)For k：＝1 to n
For i：＝1 to n
For j：＝1 to n
If D[i，j]>D[i，k]+D[k，j]Then
D[i，j]：＝D[i，k]+D[k，j]；
c)算法结束：D即为所有点对的最短路径矩阵。
极限状态切负荷过程包括以下步骤：
step1，通过风险评估获得过负荷线路和电压越限负荷点；
step2，通过拓扑分析，搜索符合线路和电压越限负荷点所在的供电馈线；
step3，分析上述step2所得路径上负荷的重要程度、容量大小以及该路径上的负荷是否为可控负荷；
step4，按照负荷的特点和切负荷的原则逐个切除负荷：
step5，验证是否满足电网系统稳定运行的约束条件，若满足则完成切负荷操作，如不满足则返回至上述step4。
值得注意的是，上述step4中每次只切除一个负荷，然后立即执行上述step5进行验证。
上述step4中的切负荷的原则包括：
(1)优先切除供电线路末端的负荷(因为随着配电网供电路径的延长，网损和电压降落就越严重)；
(2)优先切除等级较低的负荷，当等级相同时优先切除可控的负荷，当等级、可控程度均相同时优先切除容量小的负荷(即，判断符合被切除的优先级为：负荷等级>可控程度>容量大小)；
(3)当电网系统中同时存在电压偏移和过负荷时，优先处理过负荷问题，再对电压偏移进行切负荷(因为电压偏移通常指节点电压低于允许的最小值，其一般不会对系统造成破坏性影响，而过负荷能直接影响电网系统能否安全稳定的运行)；
(4)在供电恢复过程中，应优先对非故障失电区域进行切负荷操作；而当失电区只剩重要负荷时，则定量切除正常区域的部分可控负荷。
上述(1)中，当供电路径末端是重要等级较高的一、二级负荷时，应越过该负荷，切除其上游的三级负荷。
本发明首先找出高风险设备所在供电路径的下游负荷和设备，然后判断电网系统处于异常状态(脆弱状态)，将高风险设备转移至线路末端(或切除)，并将高风险设备下游的负荷转移至其它剩余容量大的可行供电路径转供电。
当系统同时出现过负荷和电压偏移状态时，首先解决过负荷问题，即先通过风险评估找到负荷线路和电压越限负荷点，然后通过拓扑分析找到负荷线路和电压越限负荷点所在的供电馈线，然后分析该路径上各个负荷的特征(包括等级、容量和可控性)，然后根据相应的原则逐个切除负荷，并判断电网系统是否满足稳定运行的条件。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例应用于其它领域，但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (2)

1.一种极限状态下的配电网拓扑快速调整和切负荷方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一：网络快速拓扑调整过程，通过控制分段开关和联络开关的通断状态将高风险设备转移至供电路径的末端，将原高风险设备下游的负荷转移至其它供电路径上；
所述网络快速拓扑调整过程包括以下步骤：
S1，利用Floyd算法搜索供电路径，从而判断出高风险设备所在供电路径的下游设备和负荷；
S2，当配电网处于异常状态时，保留高风险设备继续运行，并将高风险设备下游部分负荷转移至其它电源馈线供电；
S3，当配电网处于脆弱状态时，将高风险设备下游负荷转移至其它电源馈线供电，并将高风险设备退出运行；
步骤二：极限状态切负荷过程，当配电网处于脆弱状态时切除部分负荷以维持电网系统的稳定运行；当电网系统故障后转供能力不足、无法全局恢复供电时，通过切除部分非重要负荷，优先保证重要失电负荷的供电恢复；
所述极限状态切负荷过程包括以下步骤：
step1，通过风险评估获得过负荷线路和电压越限负荷点；
step2，通过拓扑分析，搜索符合线路和电压越限负荷点所在的供电馈线；
step3，分析所述step2所得路径上负荷的重要程度、容量大小以及该路径上的负荷是否为可控负荷；
step4，按照负荷的特点和切负荷的原则逐个切除负荷；
step5，验证是否满足电网系统稳定运行的约束条件，若满足则完成切负荷操作，如不满足则返回至所述step4；
所述step4中的切负荷的原则包括：
（1）优先切除供电线路末端的负荷；
（2）优先切除等级较低的负荷，当等级相同时优先切除可控的负荷，当等级、可控程度均相同时优先切除容量小的负荷；
（3）当电网系统中同时存在电压偏移和过负荷时，优先处理过负荷问题，再对电压偏移进行切负荷；
（4）在供电恢复过程中，应优先对非故障失电区域进行切负荷操作；而当失电区只剩重要负荷时，则定量切除正常区域的部分可控负荷。
2.根据权利要求1所述的一种极限状态下的配电网拓扑快速调整和切负荷方法，其特征在于，所述原则（1）中，当供电路径末端是重要等级较高的一、二级负荷时，应越过该负荷，切除其上游的三级负荷。
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