含分布式电源的智能配电网全景故障恢复博弈方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种含分布式电源的智能配电网全景故障恢复博弈方法，特别针对一 种配电网多故障检修时间下的故障恢复问题。
【背景技术】
[0002] 为应对全球气候的变化和能源结构的调整，智能电网已成为未来全球电力行业的 共同选择。智能配电网以提高用户用电效率、电能质量和供电可靠性为目标，既降低了大规 模用户停电的风险，又使得分布式能源得到了有效利用。目前主要的研宄方向包括配电网 运行可靠性、网络结构优化、分布式能源接入位置优化、故障保护技术等等。其中，配电网的 故障恢复技术则作为智能电网自愈建设实现过程中最重要的一环，受到国内外研宄学者的 广泛关注。
[0003] 含分布式电源配电网的故障恢复是一种大规模、非线性、多目标的组合优化问题， 目前主要的求解方法主要有启发式搜索方法和智能优化方法。但是目前通过上述两种方法 求解的故障恢复模型主要存在以下问题：1)未考虑分布式电源的间歇性和波动性，简单将 风机、光伏的输出功率视为恒定功率，；2)未考虑配电网负荷的动态变化，往往只采用静态 负荷数据进行优化计算。3)不考虑或简单认为故障检修时间极短，只对故障恢复的算法进 行优化，尽管得出的方法恢复速度快、恢复效果较好，但脱离实际，实用性不强。
[0004] 当故障检修时间较长时，智能配电网中的分布式电源和负荷的状态将会发生变 化，利用传统故障恢复方法制定的故障恢复策略可能不能满足新网络中负荷的需求，导致 频繁更新故障恢复策略并切换网络中的开关状态，并易导致配电网过电压等异常情况，发 生二次故障，造成不可估量的后果。因此，需要制定新型的故障恢复解决策略。
[0005] 博弈论用于研宄多个决策主体之间存在竞争关系或利益存在冲突时，做出有利于 自身或决策者联盟的一种经济学理论。其在电气工程领域最早应用于电力市场，目前已经 广泛应用到电力系统规划、电力市场、电力调度、可再生能源定容等研宄领域，将其引入到 故障恢复策略的制定将会带来新的思路。
【发明内容】
[0006] 本发明要克服现有技术的上述缺点，提出一种新型的全景故障恢复博弈方法。
[0007] 全景故障恢复方法旨在解决故障检修时间较长、负荷和微源参数变化较大时的配 电网故障恢复问题。当配电发生故障后，若根据专家系统知识库的预测和现有的检修资源， 估算得出的故障检修时间较长，配电网内的供电恢复问题将会变的十分复杂：在配电网故 障检修时间段内，各个时间段内的配电网故障恢复既是一种合作关系，也是一种竞争关系： 各个时间段内的配电网都希望最大限度的恢复本时间段内的负荷，同时不同时间段的配电 网之间又需要保证配电网故障恢复状态的平稳过渡，本发明根据博弈理论，建立了全景故 障恢复博弈模型，并通过量子粒子群算法进行求解，旨在解决多故障检修时间下的故障恢 复问题。
[0008] 根据上述博弈伦理论建模，将全景故障恢复问题转化为多个博弈者之间以自身收 益函数最大为目标的博弈均衡求解问题。本发明项目采用量子粒子群算法求解该博弈模 型，具体的优化流程如图1所示。本发明所述的含分布式电源的智能配电网全景故障恢复 博弈方法，步骤如下所述：
[0009] 1)输入初始参数
[0010] 输入故障的发生位置、故障检修时间等参数，并设置量子粒子群算法的相关初始 参数；
[0011] 2)建立博弈模型
[0012] 博弈模型的建立主要包括四个方面：博弈者的策略、博弈者的收益、博弈者的约束 和博弈模式。
[0013] 2. 1)博弈者的策略
[0014] 考虑故障检修时间为T小时，设博弈者全体集合为r= {G」i= 1，2,…，T}。集 合中含有T个博弈者，博弈者Gi分别对应故障检修时间内第i小时的故障恢复策略下的配 电网。当系统发生故障时，每个博弈者需要选择符合自身时段的故障恢复策略，以保障本时 段内的收益取得最大化。
[0015] 2. 1. 1)第i个博弈者的故障恢复策略集合为
[0016]
【主权项】
1. 含分布式电源的智能配电网全景故障恢复博弈方法，步骤如下所述： 1) 输入初始参数； 输入故障的发生位置、故障检修时间，并设置量子粒子群算法的相关初始参数，包括 种群数量和迭代次数； 2) 建立博弈模型； 博弈模型的建立主要包括四个方面：博弈者的策略、博弈者的收益、博弈者的约束和博 弈模式； 2. 1)博弈者的策略； 考虑故障检修时间为T小时，设博弈者全体集合为r = {Gil i = 1，2，…，T};集合中 含有T个博弈者，博弈者Gi分别对应故障检修时间内第i小时的故障恢复策略下的配电网； 当系统发生故障时，每个博弈者需要选择符合自身时段的故障恢复策略，以保障本时段内 的收益取得最大化； 2. I. 1)第i个博弈者的故障恢复策略集合为
其中，M表示配电网内负荷的个数；N表示配电网内可动作开关总数；1/表示第k种故 障恢复策略下负荷j的恢复动作，I/= 〇或1分别表示该负荷未恢复供电或恢复正常供电； b/表示第k种故障恢复策略下开关j的状态，b /= O或1分别表示该开关打开或闭合； 2. I. 2) T个博弈者Gi的纯策略组合为： X {xi，X。，? ? ?，Xi，? ? ?，x:} (3) 2. 1. 3)除策略Xi外的其他策略组合为： X-j - {x J，X2，...，Xi-J，xi+1，...，xT} (4) 2. 2)博弈者的收益 每个博弈者匕在博弈过程中的目标均是使自身时间段内负荷获得尽量多的供电恢复， 减少负荷切除的总量，同时，还需要降低不同博弈者（即不同时间段）之间电压的偏移率和 开关操作变化次数；为此，博弈者匕的收益函数主要由三部分组成：负荷供电恢复收益、电 压偏移损失和开关动作损失； 2. 2. 1)负荷供电恢复收益； 博弈者匕的负荷供电恢复收益为：
其中，Li表示博弈者G i的负荷集合，h为负荷j的重要程度加权系数，P 负荷j的 有功功率；可见，博弈者Gi的负荷供电恢复收益即为加权负荷恢复总量； 2. 2. 2)网损损失； 博弈者Gi的网损S i是指其采取故障恢复策略后，所有供电恢复网络的网损之和，S彦 达式为：
其中，Di表示博弈者G ,中所有供电恢复的线路集合；表示第j条支路的电阻，P p Qj 表示第j条支路末端流过的有功功率和无功功率表示第j条支路末端的节点电压； 2. 2. 3)开关动作损失； 博弈者Gi的开关动作损失T ,是指相邻的故障恢复策略之间开关的动作次数，T ,表达式 为：
其中，b/ni为正常运行状态下配电网中开关j的状态，b/为博弈者Gi中开关j的状态； 可见，博弈者Gi的开关动作损失为该博弈者与相邻博弈者之间开关变化次数的加权总和； 2. 2. 4)博弈者的收益函数； 博弈者Gi在其故障恢复策略X ,下的收益函数u ,为： Ui=IRl-Si-Ti (8) 其中，和?!分别表示统一量纲标准化后的供电恢复收益、网损和开关动作损 失； 2. 3)博弈者的约束； 约束条件主要包括系统的功率平衡约束、辐射状网络约束、电压幅值约束以及平均电 压偏移率约束，如公式（9) 一公式（12)所示；
其中，公式（9)为功率平衡约束，PD(；、Pui和P 1(^分别表示配电网的分布式电源功率总 和、负荷功率总和以及线路网损；公式（10)为辐射状网络约束，C#id为重构后的拓扑结构， CfS辐射状的拓扑结构；公式（11)为电压幅值约束，A为负荷恢复供电的节点集合，、为故 障恢复后系统中节点j的电压，￥_和V min分别为节点j电压的上下限；公式（12)为平均电 压偏移率约束，用于保证配电网相邻策略变化时电压的平稳过渡，O表示配电网中的节点总 数，V/为博弈者G ,节点j的电压值，V /表示节点j在故障前的电压值，A V 为电压平均 偏移率的允许值； 针对上述四种约束条件，可以定义博弈者的可行策略和不可行策略；若博弈者的故障 恢复策略满足约束条件（9)一（12)，即功率平衡约束、配电网放射状约束和节点电压约束， 则记为可行策略；否则记为不可行策略； 2. 4)博弈模式； 2. 4. 1)非合作博弈； 在故障检修的时间内，博弈者Gi分别采用不同的故障恢复策略，均使得自身获得最大 的收益，属于非合作博弈；该博弈方式的收益即公式（8); 2. 4. 2)合作博弈； 在故障检修时间段内，组成同一个联盟的博弈者兼顾自身和相邻博弈者的情况，使得 整个联盟取得的收益最大，属于合作博弈；在这种模式下，同一个联盟下的博弈者共享收 益，即每个博弈者的收益函数为整个联盟的收益函数：
其中，WiS博弈者i所在的联盟集；1^.、％和^；.分别表示标准化后整个联盟的供电 恢复收益、开关动作损失和网损损失； 3) 生成博弈初始策略空间； 根据公式（1)一（4)，在各博弈者的策略空间中随机生成初始可行策略组合X= Ix1, X2，…，Xi，…，xT}，即各个时间段内配电网的开关状态； 4) 计算博弈者i局部最优策略； 保持策略组合X_i= (X1, X2，…，XppXw，…，xT}不变，利用量子粒子群优化算法进行 寻优；计算博弈者i不同策略时的量子粒子适应值，结合算法进行博弈者i策略的更新，若 算法收敛，则得出博弈者i在当前策略组合h下的局部最优策略X i%
5) 计算局部最优策略空间； 对每个博弈者按步骤（4)进行寻优，得到新的最优策略空间： 氺f?氺氺氺氺I /1rA X = {x I，X2，…，Xi，…，Xt (18) 6) 收敛性检验； 判断量子粒子群寻优得到的局部最优策略空间f与前次迭代得到的局部最优策略组 合X是否满足收敛判据I |x#-x| I < e2，若满足，则表明新得到的策略组合是一个博弈全局 最优策略，博弈结束，进入步骤7);否则，回到步骤4)，再次迭代寻优； 7) 输出结果； 输出步骤6)所得到的最优策略，得到配电网在故障时间T下的全景故障最优恢复策 略。
【专利摘要】一种新型的全景故障恢复博弈方法，包括如下步骤：1)输入初始参数；2)建立博弈模型；3)生成博弈初始策略空间；4)计算博弈者i局部最优策略；5)计算局部最优策略空间；6)收敛性检验；7)输出结果。本发明通过引入博弈论的理论，解决含动态负荷和微源参数的智能配电网的故障恢复问题。
【IPC分类】G06Q10-04, G06Q50-06
【公开号】CN104820864
【申请号】CN201510145273
【发明人】王晶, 陈骏宇, 冯杰
【申请人】浙江工业大学
【公开日】2015年8月5日
【申请日】2015年3月31日