CN115632386A - 一种配电网故障的处理方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种配电网故障的处理方法及装置，所述方法包括：获取待抢修配电网的故障信息，根据故障信息获取相应的平均抢修时间和节点/线路重要度；将平均抢修时间设置为约束条件，将节点/线路重要度设置为价值系数，建立状态转移方程，根据状态转移方程进行计算求解，生成待抢修配电网的关键节点/线路；其中，关键节点/线路为对于恢复配电网故障具有关键作用的节点/线路；根据关键节点/线路对待抢修配电网进行故障处理。采用本发明实施例有效提高了配电网故障处理的效率。
Description
技术领域
本发明涉及电网抢修技术领域，尤其涉及供一种配电网故障的处理方法及装置。
背景技术
配电网故障恢复问题，是指配电网故障发生后，在故障定位和故障隔离基础上，采用故障恢复策略，对配电网的联络开关及分段开关进行操作，将断电负荷转移到其它馈线进行供电，及时找到非故障区的复电路径，完成配电网故障恢复任务。配电网故障恢复是一个多目标、多维数、多约束、多时段非线性的组态优化问题，是NP(Non-deterministicPolynomial)难题的一种，所以需要及时对配电网故障进行处理。
现有的配电网的故障处理过程中，仅关注抢修路径的选择以得出抢修最短路径，却忽略了优先抢修配电网关键节点、线路，从而导致配电网的故障处理效率不高。
发明内容
本发明实施例提供一种配电网故障的处理方法及装置，有效提高了配电网故障处理的效率。
本申请实施例的第一方面提供了一种配电网故障的处理方法，包括：
获取待抢修配电网的故障信息，根据故障信息获取相应的平均抢修时间和节点/线路重要度；
将平均抢修时间设置为约束条件，将节点/线路重要度设置为价值系数，建立状态转移方程，根据状态转移方程进行计算求解，生成待抢修配电网的关键节点/线路；其中，关键节点/线路为对于恢复配电网故障具有关键作用的节点/线路；
根据关键节点/线路对待抢修配电网进行故障处理。
在第一方面的一种可能的实现方式中，故障信息包括：故障节点/线路的编号及故障原因。
在第一方面的一种可能的实现方式中，根据故障信息获取相应的平均抢修时间和节点/线路重要度，具体为：
根据故障信息从风灾后配电网基本信息表中获取相应的平均抢修时间和节点/线路重要度。
在第一方面的一种可能的实现方式中，将平均抢修时间设置为约束条件，将节点/线路重要度设置为价值系数，建立状态转移方程，具体为：
根据故障节点/线路和预设修复时间，定义二维DP数组；
将平均抢修时间设置为约束条件，将节点/线路重要度设置为价值系数，结合二维DP数组，建立状态转移方程；其中，建立状态转移方程用于表示在预设修复时间内修复故障节点/线路所能获得的最大价值系数。
在第一方面的一种可能的实现方式中，根据状态转移方程进行计算求解，生成待抢修配电网的关键节点/线路，具体为：
根据MATLAB对状态转移方程进行计算求解，生成待抢修配电网的关键节点/线路。
本申请实施例的第二方面提供了一种配电网故障的处理装置，包括：获取模块、计算模块和处理模块；
其中，获取模块用于获取待抢修配电网的故障信息，根据故障信息获取相应的平均抢修时间和节点/线路重要度；
计算模块用于将平均抢修时间设置为约束条件，将节点/线路重要度设置为价值系数，建立状态转移方程，根据状态转移方程进行计算求解，生成待抢修配电网的关键节点/线路；其中，关键节点/线路为对于恢复配电网故障具有关键作用的节点/线路；
处理模块用于根据关键节点/线路对待抢修配电网进行故障处理。
在第二方面的一种可能的实现方式中，故障信息包括：故障节点/线路的编号及故障原因。
在第二方面的一种可能的实现方式中，根据故障信息获取相应的平均抢修时间和节点/线路重要度，具体为：
根据故障信息从风灾后配电网基本信息表中获取相应的平均抢修时间和节点/线路重要度。
在第二方面的一种可能的实现方式中，将平均抢修时间设置为约束条件，将节点/线路重要度设置为价值系数，建立状态转移方程，具体为：
根据故障节点/线路和预设修复时间，定义二维DP数组；
将平均抢修时间设置为约束条件，将节点/线路重要度设置为价值系数，结合二维DP数组，建立状态转移方程；其中，建立状态转移方程用于表示在预设修复时间内修复故障节点/线路所能获得的最大价值系数。
在第二方面的一种可能的实现方式中，根据状态转移方程进行计算求解，生成待抢修配电网的关键节点/线路，具体为：
根据MATLAB对状态转移方程进行计算求解，生成待抢修配电网的关键节点/线路。
相比于现有技术，本发明实施例提供的一种配电网故障的处理方法及装置，所述方法包括：获取待抢修配电网的故障信息，根据故障信息获取相应的平均抢修时间和节点/线路重要度；将平均抢修时间设置为约束条件，将节点/线路重要度设置为价值系数，建立状态转移方程，根据状态转移方程进行计算求解，生成待抢修配电网的关键节点/线路；其中，关键节点/线路为对于恢复配电网故障具有关键作用的节点/线路；根据关键节点/线路对待抢修配电网进行故障处理。
其有益效果在于：本发明实施例根据故障信息获取相应的平均抢修时间和节点/线路重要度后，根据平均抢修时间和节点/线路重要度建立状态转移方程，根据建立状态转移方程计算求解，生成待抢修配电网的关键节点/线路，最后根据关键节点/线路对待抢修配电网进行故障处理。本发明实施例在配电网故障的处理过程中，根据平均抢修时间和节点/线路重要度计算出待抢修配电网的关键节点/线路，其中，关键节点/线路为对于恢复配电网故障具有关键作用的节点/线路，所以根据关键节点/线路对待抢修配电网进行故障处理能够在有限的时间内快速恢复种配电网故障，有效提高了配电网故障处理的效率。
进一步地，本发明实施例将抢修目标定为灾后24小时(即预设修复时间t)以内尽可能多的恢复发电机投入和负荷并网，能够有效保证配电网的连通性。
最后，本发明实施例使用动态规划理论求解最优抢修策略(即根据关键节点/线路对待抢修配电网进行故障处理)，时间复杂度低，实用性高。
附图说明
图1是本发明一实施例提供的一种配电网故障的处理方法的流程示意图；
图2是本发明一实施例提供的待抢修配电网的拓扑结构图；
图3是本发明一实施例提供的一种配电网故障的处理装置的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
参照图1，是本发明一实施例提供的一种配电网故障的处理方法的流程示意图，包括S101-S103：
S101：获取待抢修配电网的故障信息，根据故障信息获取相应的平均抢修时间和节点/线路重要度。
在本实施例中，所述故障信息包括：故障节点/线路的编号及故障原因。
在一具体实施例中，所述根据所述故障信息获取相应的平均抢修时间和节点/线路重要度，具体为：
根据故障信息从风灾后配电网基本信息表中获取相应的平均抢修时间和节点/线路重要度。
进一步地，风灾后配电网基本信息表的建立过程具体为：
通过目标配电网监测系统获得风灾后配电网故障节点/线路的编号及故障原因，建立风灾后配电网基本信息表。通过节点/线路故障损失度或脆弱性对故障节点/线路的重要度进行量化，总结历史风灾下故障平均抢修时间。将故障节点/线路的编号及故障原因所对应的节点/线路重要度及平均抢修时间填入基本信息表。
示例性地，故障原因包括：杆塔受损、线路断线、风偏跳闸和异物挂线；假设不同故障原因导致的平均抢修时间包括：杆塔受损的平均抢修时间为5h，线路断线的平均抢修时间为3h，风偏跳闸的平均抢修时间为2h，异物挂线的平均抢修时间为1h，所有节点平均抢修时间统一假设为2h。在实际案例中，平均抢修时间还是取决于当地调度队工作效率，本实施例所做的假设仅供参考。
S102：将平均抢修时间设置为约束条件，将节点/线路重要度设置为价值系数，建立状态转移方程，根据状态转移方程进行计算求解，生成待抢修配电网的关键节点/线路。
其中，关键节点/线路为对于恢复配电网故障具有关键作用的节点/线路。
在本实施例中，所述将所述平均抢修时间设置为约束条件，将所述节点/线路重要度设置为价值系数，建立状态转移方程，具体为：
根据所述故障节点/线路和预设修复时间，定义二维DP数组；
将所述平均抢修时间设置为约束条件，将所述节点/线路重要度设置为价值系数，结合所述二维DP数组，建立状态转移方程；其中，所述建立状态转移方程用于表示在所述预设修复时间内修复所述故障节点/线路所能获得的最大价值系数。
S103：根据关键节点/线路对待抢修配电网进行故障处理。
在本实施例中，所述根据所述状态转移方程进行计算求解，生成所述待抢修配电网的关键节点/线路，具体为：
根据MATLAB对所述状态转移方程进行计算求解，生成所述待抢修配电网的关键节点/线路。
在一具体实施例中，进一步解释了计算待抢修配电网的关键节点/线路的具体过程包括：
1、将抢修策略优化问题(即计算待抢修配电网的关键节点/线路的过程)视作0-1规划问题满足时间约束前提下，得到选择性地在预设修复时间t内修复第i个故障节点/线路所能获得最大的价值系数；
2、基于参数i与t的不同组合，定义一个二维DP数组用于表示优化问题多种解的状态；
3、基于DP数组，考虑边界条件及一般条件，建立状态转移方程；
4、使用MATLAB软件对状态转移方程编程并求解。
(1)0-1整数规划问题：
0-1规划问题也常常被称为0-1背包问题。其基本原理是：假设有一个容量为M的背包用于运输物品，有N件价值和重量各不相同的物品，目标是要在充分利用背包容量的前提下尽可能使带走物品价值最高，从而使得一次带走物品总价值最高。同理可得，本发明将预设修复时间看作一个背包，抢修目标就是在预设修复时间里使抢修后线路总的价值系数达到最高。记：
其中，恢复线路/节点的总价值系数(目标函数)如下所示：
约束条件如下所示：
其中，Ti是第i个故障节点/线路所需的平均抢修时间。最终目标是在满足约束条件的前提下尽量使W的值最大。
(2)动态规划理论：
动态规划(DP)思想属于运筹学的一个分支，常常被用来分析解决决策过程最优化问题。使用动态规划思想解决问题时需要经历多个阶段，每一个小阶段都可以视作一个子问题，每一个子问题又对应着一组状态，最后使用MATLAB进行求解。使用动态规划一般有四个步骤：
a)定义原问题和子问题。
原问题：在满足时间约束前提下，将25个节点/线路选择性的在预设修复时间24h内修复所能获得最大的价值系数。
子问题：在满足时间约束前提下，将前i(i≤25)个节点/线路选择性的在预设修复时间t(t≤24)内修复所能获得最大的价值系数。
b)定义状态。
在本文中，记W(i,t)为选择性在预设修复时间t内修复第i个故障节点/线路所能获得的最大价值系数，那么W(25,24)就是我们要求解的原问题答案。在这里i和t构成的一个组合就是对应子问题的状态。由于这里有两个参数，所以编程时需要定义一个二维DP数组。
c)寻找状态转移方程。
首先考虑边界条件：
Ⅰ.矩阵第一行：W(1,t)表示将第1个元件(即故障节点/线路)在预设修复时间t内修复所能获得最大价值系数，显然只要t≥Ti，即只要预设修复时间t大于第1个元件的平均抢修时间Ti，就有W(1,t)＝w1；否则W(1,t)＝0。Wi为第i个元件的价值系数(综合重要度)。
Ⅱ.矩阵第一列：W(i,2)表示把前i个元件在预设修复时间2h内修复所能获得的最大价值系数。首先需要检索到前i个元件中修复时间为2h以内的元件，然后找到其中价值系数最大的那一个，这样W(i,2)就等于这个元件的价值系数；若前i个元件中不存在修复时间为2h以内的元件，W(i,2)＝0。
然后考虑一般条件：
Ⅰ.第i个元件的平均抢修时间Ti超过了预设修复时间t：这时只能放弃元件i，那么根据前文定义：W(i,t)＝W(i-1,t)，即“前i个元件在限定时间内修复获得价值系数”＝“前i-1个元件在限定时间内修复获得价值系数”。
Ⅱ.第i个元件的平均抢修时间Ti超过了预设修复时间t，此时有两种选择：
第一种选择是不修复元件i：这时价值系数还是等于W(i-1,t)；
第二种选择是修复元件i：如果修复了元件i，则至少可以获得价值系数wi，并且此时剩余时限为24-Ti。如果剩余时限大于0，则可以认为这是一个新的动态规划问题，时限就是24-Ti，将前i-1个元件选择性维修获得最大价值系数为W(i-1,24-Ti)，所以选择修复i等获得价值系数为wi+W(i-1,24-Ti)。至于是否修复i取决于与它能够带来价值系数的大小。
d)使用MATLAB编程求解。
对于实施例分析，使用IEEE39节点系统，故障节点和故障线路以及故障原因使用随机抽样的方法进行假设，具体分布见图2，图2是本发明一实施例提供的待抢修配电网的拓扑结构图。
故障情景假设：首先是要确定电力系统中发生故障的节点和线路，对于本文故障节点和线路选取，先用随机抽样方式得到所有节点和线路故障率，用于表示脆弱度。然后从中选取故障率最高的一组节点和线路确定为发生故障。所有情景假设如下所示：
a)假设故障率前10的节点和故障率前15的线路发生了故障跳闸断线，并且为每个故障节点、线路设置故障类型；
b)假设情景为台风过境后24h以内尽量抢修足够多的关键线路，从而保证供电可靠性，忽略抢修小组赶路时间；
c)由于发生杆塔倒塌故障的维修时间过长(最少一周)，因此该故障不纳入考虑。假设杆塔受损平均抢修时间为5h，线路断线平均抢修时间为3h，风偏闪络平均抢修时间为2h，异物挂线平均抢修时间为1h，所有节点平均抢修时间统一假设为2h；
d)假设所有故障一经抢修，便不会再次故障，纳入正常工作线路集；
通过对配电网维修进行研究可以发现，线路、元件的状态只有故障或正常两种状态，不存在任何中间过渡状态。又因为抢修时间有限制。因此可以把抢修策略看作一个动态规划的0-1整数规划问题，价值系数就采用节点、线路量化后的损失度或重要度。
灾后配电网基本信息表假设如下表1所示：
表1：灾后配电网基本信息表
实施例分析：
为了增强规划恢复对象的可行性，还需要对规划好的抢修方案进行检测，通过搜索正常工作线路间的拓扑关系，将它们所连接的电源和负荷节点进行合并。如果所有电源和负荷节点都属于同一个拓扑网络，即恢复后网络中没有出现孤岛，则认为方案有效。否则，就需要更改或增删原有恢复方案中的部分线路节点。
假设风灾后故障配电网有6台发电机完全丧失供电能力，9个负荷失去电能。整个配电网产生大量孤岛，发电机G1、G4、G8承担了最大孤岛的电能供应，总发电功率为2172MW，但该孤岛负荷所需功率为2507MW，难以保证电能质量及供电稳定性。而在执行24小时内关键线路、节点抢策略后，所有发电机均恢复供电，总发电功率为5620MW。失电负荷减为4个，失电功率为1384.4MW。可见本发明保证了供电功率，且尽可能恢复了配电网结构完整性。最终的恢复方案在不超时的前提下，仅在最初始方案上改变了1条线路、2个节点恢复顺序。可见一共恢复了7条输电线路和6个节点，恢复数量在可接受范围内。
虽然线路L4-14和节点15附近线路属于网络关键部分，且重要度评价较高。但由于L4-14和L15-16杆塔受损，维修时间较长，因此只能暂时放弃抢修。而执行恢复策略后所有发电机都重新投入了使用，整个电力网络形成了一个完整的联通环网，有助于提升系统供电可靠性，为调度人员在风灾后快速安排抢修策略提供有效辅助。
则待抢修的节点/线路(即关键节点/线路)如表二所示：
| 线路编号 | 起始节点 | 终止节点 | 节点编号 |
| 5 | 2 | 30 | 3 |
| 8 | 4 | 5 | 5 |
| 13 | 6 | 11 | 14 |
| 14 | 6 | 31 | 20 |
| 30 | 17 | 18 | 22 |
| 35 | 21 | 22 | 29 |
| 39 | 23 | 36 |
表2：待抢修的节点/线路的基本信息表
为了进一步说明配电网故障的处理装置，请参照图3，图3是本发明一实施例提供的一种配电网故障的处理装置的结构示意图，包括：获取模块301、计算模块302和处理模块303；
其中，所述获取模块301用于获取待抢修配电网的故障信息，根据所述故障信息获取相应的平均抢修时间和节点/线路重要度；
所述计算模块302用于将所述平均抢修时间设置为约束条件，将所述节点/线路重要度设置为价值系数，建立状态转移方程，根据所述状态转移方程进行计算求解，生成所述待抢修配电网的关键节点/线路；其中，所述关键节点/线路为对于恢复配电网故障具有关键作用的节点/线路；
所述处理模块303用于根据所述关键节点/线路对所述待抢修配电网进行故障处理。
在本实施例中，所述故障信息包括：故障节点/线路的编号及故障原因。
在一具体实施例中，所述根据所述故障信息获取相应的平均抢修时间和节点/线路重要度，具体为：
根据故障信息从风灾后配电网基本信息表中获取相应的平均抢修时间和节点/线路重要度。
在本实施例中，所述将所述平均抢修时间设置为约束条件，将所述节点/线路重要度设置为价值系数，建立状态转移方程，具体为：
根据所述故障节点/线路和预设修复时间，定义二维DP数组；
将所述平均抢修时间设置为约束条件，将所述节点/线路重要度设置为价值系数，结合所述二维DP数组，建立状态转移方程；其中，所述建立状态转移方程用于表示在所述预设修复时间内修复所述故障节点/线路所能获得的最大价值系数。
在一具体实施例中，所述根据所述状态转移方程进行计算求解，生成所述待抢修配电网的关键节点/线路，具体为：
根据MATLAB对所述状态转移方程进行计算求解，生成所述待抢修配电网的关键节点/线路。
本发明实施例通过获取模块获取待抢修配电网的故障信息，根据故障信息获取相应的平均抢修时间和节点/线路重要度；通过计算模块将平均抢修时间设置为约束条件，将节点/线路重要度设置为价值系数，建立状态转移方程，根据状态转移方程进行计算求解，生成待抢修配电网的关键节点/线路；其中，关键节点/线路为对于恢复配电网故障具有关键作用的节点/线路；通过处理模块根据关键节点/线路对待抢修配电网进行故障处理。
本发明实施例根据故障信息获取相应的平均抢修时间和节点/线路重要度后，根据平均抢修时间和节点/线路重要度建立状态转移方程，根据建立状态转移方程计算求解，生成待抢修配电网的关键节点/线路，最后根据关键节点/线路对待抢修配电网进行故障处理。本发明实施例在配电网故障的处理过程中，根据平均抢修时间和节点/线路重要度计算出待抢修配电网的关键节点/线路，其中，关键节点/线路为对于恢复配电网故障具有关键作用的节点/线路，所以根据关键节点/线路对待抢修配电网进行故障处理能够在有限的时间内快速恢复种配电网故障，有效提高了配电网故障处理的效率。
进一步地，本发明实施例将抢修目标定为灾后24小时(即预设修复时间t)以内尽可能多的恢复发电机投入和负荷并网，能够有效保证配电网的连通性。
最后，本发明实施例使用动态规划理论求解最优抢修策略(即根据关键节点/线路对待抢修配电网进行故障处理)，时间复杂度低，实用性高。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种配电网故障的处理方法，其特征在于，包括：
获取待抢修配电网的故障信息，根据所述故障信息获取相应的平均抢修时间和节点/线路重要度；
将所述平均抢修时间设置为约束条件，将所述节点/线路重要度设置为价值系数，建立状态转移方程，根据所述状态转移方程进行计算求解，生成所述待抢修配电网的关键节点/线路；其中，所述关键节点/线路为对于恢复配电网故障具有关键作用的节点/线路；
根据所述关键节点/线路对所述待抢修配电网进行故障处理。
2.根据权利要求1所述的一种配电网故障的处理方法，其特征在于，所述故障信息包括：故障节点/线路的编号及故障原因。
3.根据权利要求2所述的一种配电网故障的处理方法，其特征在于，所述根据所述故障信息获取相应的平均抢修时间和节点/线路重要度，具体为：
根据故障信息从风灾后配电网基本信息表中获取相应的平均抢修时间和节点/线路重要度。
4.根据权利要求3所述的一种配电网故障的处理方法，其特征在于，所述将所述平均抢修时间设置为约束条件，将所述节点/线路重要度设置为价值系数，建立状态转移方程，具体为：
根据所述故障节点/线路和预设修复时间，定义二维DP数组；
将所述平均抢修时间设置为约束条件，将所述节点/线路重要度设置为价值系数，结合所述二维DP数组，建立状态转移方程；其中，所述建立状态转移方程用于表示在所述预设修复时间内修复所述故障节点/线路所能获得的最大价值系数。
5.根据权利要求4所述的一种配电网故障的处理方法，其特征在于，所述根据所述状态转移方程进行计算求解，生成所述待抢修配电网的关键节点/线路，具体为：
根据MATLAB对所述状态转移方程进行计算求解，生成所述待抢修配电网的关键节点/线路。
6.一种配电网故障的处理装置，其特征在于，包括：获取模块、计算模块和处理模块；
其中，所述获取模块用于获取待抢修配电网的故障信息，根据所述故障信息获取相应的平均抢修时间和节点/线路重要度；
所述计算模块用于将所述平均抢修时间设置为约束条件，将所述节点/线路重要度设置为价值系数，建立状态转移方程，根据所述状态转移方程进行计算求解，生成所述待抢修配电网的关键节点/线路；其中，所述关键节点/线路为对于恢复配电网故障具有关键作用的节点/线路；
所述处理模块用于根据所述关键节点/线路对所述待抢修配电网进行故障处理。
7.根据权利要求6所述的一种配电网故障的处理装置，其特征在于，所述故障信息包括：故障节点/线路的编号及故障原因。
8.根据权利要求7所述的一种配电网故障的处理装置，其特征在于，所述根据所述故障信息获取相应的平均抢修时间和节点/线路重要度，具体为：
根据故障信息从风灾后配电网基本信息表中获取相应的平均抢修时间和节点/线路重要度。
9.根据权利要求8所述的一种配电网故障的处理装置，其特征在于，所述将所述平均抢修时间设置为约束条件，将所述节点/线路重要度设置为价值系数，建立状态转移方程，具体为：
根据所述故障节点/线路和预设修复时间，定义二维DP数组；
将所述平均抢修时间设置为约束条件，将所述节点/线路重要度设置为价值系数，结合所述二维DP数组，建立状态转移方程；其中，所述建立状态转移方程用于表示在所述预设修复时间内修复所述故障节点/线路所能获得的最大价值系数。
10.根据权利要求9所述的一种配电网故障的处理装置，其特征在于，所述根据所述状态转移方程进行计算求解，生成所述待抢修配电网的关键节点/线路，具体为：
根据MATLAB对所述状态转移方程进行计算求解，生成所述待抢修配电网的关键节点/线路。
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| CN202211427922.1A CN115632386A (zh) | 2022-11-15 | 2022-11-15 | 一种配电网故障的处理方法及装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN115632386A true CN115632386A (zh) | 2023-01-20 |
Family
ID=84909651
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202211427922.1A Pending CN115632386A (zh) | 2022-11-15 | 2022-11-15 | 一种配电网故障的处理方法及装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN115632386A (zh) |
-
2022
- 2022-11-15 CN CN202211427922.1A patent/CN115632386A/zh active Pending
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