考虑区域互联转供的主配用一体化停电范围评估方法与流程

本发明属于电力系统负荷转供领域，尤其涉及考虑电网系统网络拓扑结构以及功率约束条件，对故障区域实现负荷转供。
背景技术：
：近年来，随着我国国民经济的持续不断增长，各行各业对电力的需求迅速增长，但由于城市电网建设相对较为滞后，导致电网结构的不合理等问题比较突出，这很难满足用户对电能质量、供电可靠性等的要求。特别是由于第三产业的兴起，电力负荷的结构也发生了变化，中小用户包括居民用电比例逐年上升，导致城市配电系统中的线路越来越长，节点越来越多，结构越来越复杂，因而发生故障的几率也相应增大。当配电网发生故障，需要尽快切除故障设备，然后应尽快地恢复对用户负荷的供电，尽可能减少停电影响的范围，从而大大减少由于停电而造成的社会影响和经济损失等，同时，在故障处理后还应尽可能减少故障后供电网络的损耗，提高供电可靠性，以及均衡分配载荷等性能。配电网在发生故障后，可以通过调整互联开关和分段开关的开合状态来切除线路故障，转移故障影响区内负荷，改变电网的运行方式等，尽可能减小故障影响的范围，从而提高电网运行的经济性和安全性，保证对用户负荷的供电质量。负荷转供因其可以明显降低故障带来的损失，提高系统供电可靠性，而成为电网自动化系统中的重要核心功能之一。目前电力公司广泛使用的方法基本上基于经验性方法给出相应的操作方案，因此，无法进行操作方案最优性的选择而使得最多负荷得到转移，即停电范围最小；当有多个地方出现过负荷，及故障停电时，无法协调地实现负荷转移；无法合理给出重够方案实现设备负载的均衡。同时当前的经验性方法给出的方案往往要求运行调度人员具有很好的经验，对系统设备有很深入的理解及掌握，从而对运行调度人员增加了很大的工作压力。技术实现要素：为解决现有技术存在的问题，本发明基于互联关系，提出一种配电网故障区域负荷转供策略，该策略在配电网正常运行情况下，根据已有的配电网网络拓扑连接关系，形成网络关系矩阵以及负荷转供区域。当配电网主变发生故障或者检修时，首先定义负荷转移小区容载比，实现故障负荷的合理分配。在此基础上，在负荷分配的过程中，考虑了互联线路以及主变容量的约束条件，实现了基于一次负荷转供的优化转供策略。该仿真和分析方法可以有效提高设备的使用效率，实现配电网负荷转供，从而减少故障或者检修带来的停电损失。为实现上述目的，本发明具体采用以下技术方案：一种考虑区域互联转供的主配用一体化停电范围评估方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：步骤1：采集主配用一体化系统中的配网各节点的连接数据以及互联线路容量约束数据并初始化；步骤2：根据配网各节点的连接数据，建立网络关系矩阵；步骤3：划分负荷可转供区域；步骤4：计算一级负荷转可转供量；步骤5：判断步骤4所计算的负荷转供量是否满足互联线路容量约束条件，若满足约束，进入步骤6，否则进入步骤7；步骤6：按照一级负荷转供策略进行转供，然后进入步骤8；步骤7：则按优化负荷转供策略进行转供，然后进入步骤8；步骤8：最终评估停电范围。本发明进一步包括以下优选方案：在步骤2中，以变电站为核心，将配网中的拓扑划分为n个主区域，每1个变电站所覆盖范围为一个主区域，n个主区域分别编号为1，2，…，n；在各主区域内部进行局部分区，以各变电站管辖的各个主变为核心划分局部分区，一个变电站内有nn个主变，则划分为nn个局部区域，分别为n1，n2,…,nn。定义该区域的网络关系矩阵a为每一主区域中的各个主变划分的局部分区的网络关系式中，若局部区域i和局部区域j之间存在互联关系，则ai,j＝1；若局部区域i和局部区域j之间不存在互联关系，则ai,j＝0，这代表在局部区域i的主变故障或检修时，局部区域j的主变无法直接转供局部区域i主变的负荷。在步骤3中，设局部区域i因故障或检修退出运行时，该局部区域i称为故障区域，定义以此故障区域为核心的所有下级互联区域为负荷可转供区域；所述负荷可转供区域包括一级区域和二级区域，与故障区域直接连接的局部区域为一级区域，与一级区域存在联络关系的局部区域称为二级区域。在步骤4中，在计算一级负荷可转供量时，除直接挂接负荷外，其他馈线负荷按比例分配可转供负荷量，根据下式计算得到局部区域j的可转供功率即可转供负荷量：pj,t1代表j区域负荷可转供量pi为故障区域i的负荷，pbi为故障区域i的直接挂接负荷，为表示所有区域的容载比之和，rj表示j区域的容载比。在步骤4中，当故障区域为i时，若局部区域j处于负荷可转供区域中，则计算局部区域j的容载比rj；若局部区域j区域不处在负荷可转供区域中，则其容载比rj＝0，故障区域i的自己的容载比ri为0，具体计算公式如下：其中，wk、pk表示故障区域k的额定容量和所载负荷；pbi为故障区域i所有的直接挂接负荷，j∈x表示故障区域j属于x号的变电站，其中所述直接挂接负荷是指每个主区域内，由该主区域变电站内转供即可，不通过变电站站间转供；ajk用于表征局部区域j和局部区域k的互联关系，如果存在互联关系该值为1，不存在互联关系，该值为0；wi表示故障区域i对应主变的额定容量，pi表示故障区域i对应主变的所载负荷量，n表示主区域中主变总台数。在步骤5中，按照以下判据判断步骤4计算得到的一级负荷可转供量是否满足互联线路功率约束条件；g＝max{pt1-ti,0}其中，pt1＝[p1,t1,…,pj,t1,…,pn,t1]pt1表示一次转供策略中各局部区域的负荷可转供量序列，其中pj,t1表示当局部区域i故障时，局部区域j的负荷可转供量；ti表示互联线路容量矩阵t的第i行，即局部区域i与其它局部区域之间的互联线路所能承载的最大容量；g是一个矩阵向量，其中第j列为gj，表示局部区域i故障时，局部区域j与局部区域i之间的互联线路功率约束条件；当gj＝0时，表明局部区域i和局部区域j之间的互联线路容量满足负荷转供要求，即没有越限，当gj＞0时，代表局部区域i和局部区域j之间的互联线路容量不满足一次负荷转供要求。在步骤6中，根据步骤4计算得到的一次负荷转供向量pt1进行转供。在步骤7中，按照优化负荷转供策略进行转供，当局部区域i故障时，若局部区域j转供局部区域i的互联线路越限，则该条线路满负荷运行，其它局部区域的负荷转供量按下式进行优化：式中，pg,t1代表优化后的g区域负荷可转供量，pi为故障区域i的负荷，pbi为故障区域i的直接挂接负荷，rg表示局部区域g的容载比，表示所有区域容载比之和，代表每个越限线路的容载比之和，p是越限线路的数目，即g＝max{pt1-ti,0}中非0元素的个数，n表示主区域的主变总台数；表示：将直接挂接负荷与(所有越限线路可承担极限负荷总量)减去之后，合理分配至其他非越限线路。在步骤8中，通过下式计算是否需要切除负荷，从而评估停电范围：当区域i发生故障或者检修时，所需要甩掉的负荷量为δpi：δpi＝pi-pbi-sum(pt)其中，sum代表对各局部区域的负荷可转供量求和，当δpi＝0时，代表故障区域i的负荷可以全部转供，代表发生故障但不产生停电范围；当δpi>0时，代表由于互联线路容量约束，故障区域i的负荷经过优化修正也无法全部转供，需要通过操作人员进行切除负荷操作，评估最终停电范围。相对于现有技术，本发明具有以下有益的技术效果：1.提出了负荷可转供区域的定义，根据区域间互联关系为基础，能够提供一次负荷转供策略。2.考虑了线路的功率约束条件，能够更加合理安排负荷转供策略，通过实际计算给出优化后的负荷转供策略，根据该策略能有效消纳负荷。附图说明图1为本发明公开的考虑区域互联转供的主配用一体化停电范围评估方法的流程示意图；图2为本发明主变互联配电网算例实施例拓扑示意图。具体实施方式下面结合说明书附图对本发明的技术方案做进一步详细介绍。如附图1所示，为本发明考虑区域互联转供的主配用一体化停电范围评估方法的流程示意图。本发明具体包括以下步骤：步骤1：采集主配用一体化系统中的配网各节点的连接数据以及互联线路容量约束数据并初始化；步骤2：根据配网各节点的连接数据，建立网络关系矩阵；设某电力系统以变电站为核心分区，共有n个主区域定义为系统内分有n个变电站，1个变电站所覆盖范围为一个区域，分别编号为1，2，…，n，与其对应的在变电站管辖范围内各区域内部进行局部分区，局部分区代表内部以各变电站管辖主变为核心进行分区，一个变电站内有nn个主变，则可以计划分为nn个区域，分别为n1，n2,…,nn，定义该区域的网络关系矩阵a为式中，若局部区域i和j之间存在互联关系，则ai,j＝1，若局部区域i和局部区域j之间不存在互联关系，则ai,j＝0代表区域之间的联络关系，存在直接连接即1，不存在则为0，代表主变i内故障或检修期间，主变j无法直接转供主变i内的负荷。步骤3：划分负荷可转供区域；本发明在定义网络关系矩阵的基础上，划分负荷转供区域。负荷可转供区域定义：在某电力系统中，由于是区域互联转供，若主网某变电站为为故障区域，与其直接连接的区域定义为一级区域。与一级区域直接互联的区域定义为二级区域，当电网某区域故障或者检修时，需要尽可能减小故障影响的范围，所以需要对故障区域负荷进行转供。负荷能够转供的区域称为负荷可转供区域，负荷可转供区域表示有故障区域所有一级区域与二级区域构成的区域即可以看作其区域为故障区域的下级所有互联区域。设电网区域i因故障或检修退出运行时，定义以此故障区域为核心的所有下级互联区域为负荷可转供区域。bi＝{b1,…,bj,…bn}(2)其中，bj表示故障区域下级的第j号负荷可转供区域。若区域j不属于区域i的一级区域(一级区域表示直接连接故障区域i的区域，即一级区域表示直接互联)，即ai,j＝0则bj＝0代表该区域对故障区域不能提供负荷支撑，同时故障区域自身不能形成负荷转供区域，即bi＝0。步骤4：形成一级负荷可转供量；对于故障区域i所有的直接挂接负荷划分在故障区域i内原所承载所有的负荷，可以仅通过站内转供(系统内有n个变电站，每个变电站覆盖范围内有nn个主变，变电站内以主变为核心划分为nn个区域，站内指各变电站站内)，不需要互联转供。定义负荷可转供区域的容载比为：其中，wk、pk表示故障区域k的额定容量和所载负荷；pbi为故障区域i所有的直接挂接负荷，j∈x表示故障区域j属于x号的变电站，其中所述直接挂接负荷是指每个主区域内，由该主区域变电站内转供即可，不通过变电站站间转供；ajk用于表征局部区域j和局部区域k的互联关系，如果存在互联关系该值为1，不存在互联关系，该值为0；wi表示故障区域i对应主变的额定容量，pi表示故障区域i对应主变的所载负荷量，n表示主区域中主变总台数。根据求得故障区域的容载比，除直接挂接负荷外，其他馈线负荷按比例合理分配，使配电区域负荷更加均衡。所以得到负荷可转供区域j的转供负荷量为其中，pi表示区域i的负荷；pbi为区域i所承载上的直接挂接负荷；rj表示负荷转移小区j的容载比，为表示所有区域的容载比之和，rj表示j区域的容载比。所以一次负荷转供向量pt1＝[p1,t1,…,pj,t1,…,pn,t1]。步骤5：判断步骤4所计算的负荷转供向量是否满足互联线路容量约束条件：定义互联容量矩阵t其中，ti,j表示区域i与区域j之间的互联线路所能承载的最大容量；若两个局部区域之间不存在互联关系，则ti,j＝0，同时，自身的互联线路容量ti,i＝0。所以第i行的含义就是ti＝[ti,1…ti,j…ti,n]，是和pt1同维度的一个向量。如果pt1的负荷可转供向量中某区域负荷可转供量(假设为m，即pm,t1)超过其与故障区域i的互联线路容量即ti,m，则差值一定大于0，就说明i区域与m区域之间的互联线路容量越限了，即不满足功率约束。pt1是由各个区域(以j区域表示就是pj,t1)的负荷可转供量构成的向量。g＝max{pt1-ti,0}其中，pt1＝[p1,t1,…,pj,t1,…,pn,t1]pt1表示一次转供策略中各局部区域的负荷可转供量序列，其中pj,t1表示当局部区域i故障时，局部区域j的负荷可转供量；ti表示互联线路容量矩阵t的第i行，即局部区域i与其它局部区域之间的互联线路所能承载的最大容量；g是一个矩阵向量，其中第j列为gj，表示局部区域i故障时，局部区域j与局部区域i之间的互联线路功率约束条件；当gj＝0时，表明局部区域i和局部区域j之间的互联线路容量满足负荷转供要求，即没有越限，当gj＞0时，代表局部区域i和局部区域j之间的互联线路容量不满足一次负荷转供要求。步骤6：按照一级负荷转供策略进行转供：根据求得故障区域的容载比，除直接挂接负荷外，其他馈线负荷按比例合理分配，使配电区域负荷更加均衡。所以得到负荷可转供区域j的转供负荷量为其中，pi表示区域i的负荷；pbi为区域i所承载上的直接挂接负荷；rj表示负荷转移小区j的容载比。所以一次负荷转供向量为pt1＝[p1,t1,…,pj,t1,…,pn,t1]该一次负荷转供向量表示一次负荷转供策略。步骤7：按照优化负荷转供向量转供：在步骤7中，按照优化负荷转供策略进行转供，当局部区域i故障时，若局部区域j转供局部区域i的互联线路越限，则该条线路满负荷运行，其它局部区域的负荷转供量按下式进行优化：式中，pg,t1代表优化后的g区域负荷可转供量，pi为故障区域i的负荷，pbi为故障区域i的直接挂接负荷，rg表示局部区域g的容载比，表示所有区域容载比之和，代表每个越限线路的容载比之和，，n表示主区域的主变总台数(表示将直接挂接负荷与考虑互联线路容量约束条件后，首先确定了越限的互联线路，最后形成优化负荷转供向量：pt2＝[p1,t1,…,ti.j,…pg,t2,…,pn,t2]pt2代表优化负荷转供向量，ti.j代表i区域与j区域的线路容量。由于j区域越限，只能满功率的转供所以用ti.j。步骤8：评估停电范围。当区域i发生故障或者检修时，设所需要甩掉的负荷量为δpi，计算公式为下式：δpi＝pi-pbi-sum(pt2)(8)其中，sum代表对向量内部数值全部求和，当δpi为0时，代表故障区域i的负荷可以全部转供，代表发生故障但不产生停电范围；当δpi大于0时，代表由于互联线路容量约束，故障区域i的负荷经过优化修正也无法全部转供，需要通过操作人员进行切除负荷操作，评估最终停电范围。按照向量pt(计算得出没有越限，则最终的pt＝pt1，如果有越限现象，则pt＝pt2。)表示的负荷转供策略转供，δpi表示按照该策略转供后无法消纳的负荷量，δpi＝0代表全部消纳，不需要切除负荷，δpi>0代表有故障区域i有部分负荷无法被其余区域消纳，可以计算得出i区域需要切除该量的负荷。)1.主变故障后，其局部区域包含负荷停电。2.基于负荷转移小区容载比对故障主变负荷进行“按需分配”。在分配的过程中，针对互联线路容量约束条件，执行优化负荷转供策略，对故障主变负荷进行消纳，从而对失电进行恢复，负荷进行转移。停电范围评估策略：1.排除直接挂接负荷，提前将剩余负荷按照重要性分为两类：重要负荷与非重要负荷，在进行负荷切除时，重要负荷的切除影响远大于等量非重要负荷的切除影响。2.建立负荷切除搜索策略，搜索两类负荷中负荷量最小的负荷，进行切除，设该部分负荷量为pi1，同时去除非重要负荷中该负荷。3.设切除负荷量总量为sumpi，如果sumpi>δpi则停止搜索与切除，进入步骤5，若sumpi<δpi则继续搜索，切除剩余负荷中的负荷量最小负荷，若非重要负荷切除后，还未满足切除总量条件，则进入步骤4。4.操作开关，对重要负荷提供移动应急电源供电，进入步骤5。5.停电设备为根据步骤4和步骤5操作后的切除的负荷部分，该部分负荷处于失电状态，实现对故障区域i的停电范围的评估。下面结合附图2中的主变互联配电网拓扑作为实施例，对本发明的技术方案进行介绍。步骤1：采集主配用一体化系统中的配网各节点的连接数据以及互联线路容量约束数据并初始化。在本实施例中，配网各节点的连接数据以及互联线路容量约束数据如表1所示：表1联络支路数据步骤2：根据配网各节点的连接数据，建立网络关系矩阵步骤3：划分负荷可转供区域以区域5故障为例进行模拟仿真，验证负荷专供策略的有效性。首先根据拓扑连接关系计算以区域5为核心的负荷可转供区域b5为b5＝[0b20b40b60000](9)步骤4：计算负荷可转供区域的容载比，形成一级负荷转可转供向量；下表为计算各负荷可转供区域的容载比表1负荷可转供区域的容载比负荷可转供区域b2b4b6区域编号1、2、3、93、46、9、10可转供区域容载比1.48411.59091.5305一次负荷转供向量pt1为pt1＝[07.808.3608.040000](10)步骤5：判断一级负荷转供策略是否满足互联线路容量约束条件，若满足约束，进入步骤6，否则进入步骤7在本发明提出的考虑区域互联转供的主配用一体化系统停电范围评估方法中，每条互联线路都有容量限制，因此各个主区域的负荷可转供量受互联线路的容量限制，不得超过负载最大容量。互联线路容量矩阵为:互联线路容量约束判断向量g为g＝[0004.2000000](11)结果表明区域4-5之间线路功率容量过载，不满足约束条件。步骤7：则按优化负荷转供策略进行转供，然后进入步骤8；容量过载4.2mw，所以在一次负荷转供方案下，故障区域需要切除4.2mw的负荷，该部分负荷为停电区域。所以根据约束判断向量计算优化负荷转供向量pt2，结果为pt1＝[010.2304.1209.850000](12)该向量表示了负荷转供的优化策略。步骤8：最终评估停电范围。按(8)式，故障区域5需要甩掉的负荷为δpi＝0mw(13)通过ieee互联电网系统算例进行具体的仿真和分析表明，可以看出所提的优化负荷转供方法能有效给出负荷转供策略，本策略能够通过互联区域对发生故障区域5的全部负荷进行有效承载，采用负荷可转供区域容载比为指标对故障区域负荷进行分配，能够使负荷消纳更加平衡，同时提高了此系统的负荷转供能力和设备利用效率，有效缩小了停电范围。本发明申请人结合说明书附图对本发明的实施示例做了详细的说明与描述，但是本领域技术人员应该理解，以上实施示例仅为本发明的优选实施方案，详尽的说明只是为了帮助读者更好地理解本发明精神，而并非对本发明保护范围的限制，相反，任何基于本发明的发明精神所作的任何改进或修饰都应当落在本发明的保护范围之内。当前第1页12