一种基于多叉树搜索的供电恢复方案生成算法
【专利摘要】本发明公开了一种基于多叉树搜索的供电恢复方案生成算法，包括：预设多叉树所有开关的预期状态为合。统计多叉树各节点的电源数。统计多叉树各节点的剩余备用容量。遍历多叉树，若电源数为1的节点其“剩余备用容量”为负且其电源数为1的子节点的剩余备用容量不为负，则设置两者之间的开关预期状态设置为分。遍历多叉树，若电源数为2的节点存在2个电源数为1的子节点且两子节点的剩余备用容量都不为负，则把与剩余备用容量小的子节点之间的开关预期状态设置为分。形成新多叉树，重复上述步骤。当多叉树的根节点的电源数小于等于1，则可以生成联络开关合控制命令和其他开关分控制命令。本发明具有算法简洁明确，逻辑清晰，生成速度快等优点。
【专利说明】
一种基于多叉树搜索的供电恢复方案生成算法
技术领域
[0001]本发明涉及智能分布式馈线自动化领域，具体涉及一种基于多叉树搜索的供电恢复方案生成算法。
【背景技术】
[0002]智能分布式馈线自动化的故障恢复问题，是指配电网发生故障停电后，配电终端通过对等通信，不依赖配电主站实现故障定位和故障隔离，并自主实现非故障失电区的供电恢复。在多个联络开关配合恢复供电时，需要充分考虑非故障失电区拓扑结构，并以此为基础协调划分非故障失电区，合理分配每个联络开关的转供区域。
[0003]智能分布式馈线自动化的故障恢复由配电终端作为执行主体，其计算能力及存储能力有限；另一方面，快速性是智能分布式馈线自动化故障自愈的主要指标。因此基于智能分布式馈线自动化系统的供电恢复算法要求具有逻辑简单，生成速度快，层次清晰等特点。目前，馈线故障发生后，对故障自愈速度的要求越来越高，而智能分布式馈线自动化故障恢复算法将大大影响供电恢复速度，所以研究智能分布式馈线自动化系统供电恢复方案快速生成算法具有重要意义。
【发明内容】
[0004]为解决现有技术存在的不足，本发明公开了一种基于多叉树搜索的供电恢复方案生成算法，该方法具有充分考虑拓扑约束，生成速度快等特点。
[0005]为实现上述目的，本发明的具体方案如下:
[0006]—种基于多叉树搜索的供电恢复方案生成算法，以非故障失电区拓扑多叉树为操作对象，包括以下步骤:
[0007](I):预设当前多叉树所有开关的预期状态为“合”；
[0008](2):统计当前多叉树各节点的“电源数”；
[0009](3):统计当前多叉树各节点的“剩余备用容量”；
[0010](4):遍历多叉树，若电源数为I的节点其“剩余备用容量”为负且其电源数为I的子节点的“剩余备用容量”不为负，则设置节点与子节点之间的开关预期状态设置为“分”；
[0011](5):遍历多叉树，若电源数为2的节点存在2个电源数为I的子节点且两子节点的“剩余备用容量”都不为负，则把电源数为2的节点与“剩余备用容量”小的子节点之间的开关预期状态设置为“分”；
[0012](6):删除开关状态为分的边的下游所有的节点形成新多叉树，重复步骤(I)至
(6)；
[0013](7):当多叉树的根节点的电源数小于等于I，则生成联络开关合控制命令和除联络开关之外的其他开关分控制命令，形成供电恢复方案。
[0014]进一步的，非故障失电区拓扑多叉树表示时:将非故障失电区中的电源、负荷、母线及线路均划分为节点，相邻节点之间的开关作为连接节点的边；
[0015]对每个节点进行描述，包括:节点类型、层数、节点编号、父节点编号、子节点个数、子节点编号；
[0016]采用二维数组表示节点与开关之间的对应关系，并存储开关的相应信息。
[0017]进一步的，所述节点类型包括电源节点、负荷节点、母线节点、线路节点，分别根据对应的电源、负荷、母线、线路生成。
[0018]进一步的，多叉树的根节点为电源节点、母线节点或线路节点中的一种，当生成多叉树的范围为整条馈线时，选取根节点为电源节点；当故障后生成非故障失电区多叉树时选取的根节点为用于故障隔离的且未流过故障电流的开关所连接的下游线路节点或母线节点，根节点层数为零，层数代表着从根节点开始，节点的深度，每产生一层子节点则层数加一，连接在同一父节点上的子节点视为同一层。
[0019]进一步的，节点编号用来区分不同节点，多叉树的节点编号的编码方法为:从一开始，从根节点逐层连续累加编码，每个节点都将存储其父节点编号以及子节点编号用来查询其位置对应关系，通过每个节点记录的父节点以及子节点的编号，逐层构建出整个多叉树。
[0020]其中，从根节点逐层连续累加编码，是指节点编号的顺序:从根节点开始编号，向下一层一层逐步编号，即上一层编号完成之后再给下一层编号。
[0021]进一步的，多叉树以开关为边，连接各个节点，开关状态的分合决定了的边的联通关系，某开关分即表示多叉树拆分为两个树。
[0022]进一步的，二维数组维度为N*N，N等于节点个数，行序号与列序号均对应节点编号，第i行j列元素对应节点i与j之间的开关，如果i与j之间没有连接关系，则直接记录为空。
[0023]进一步的，第i行j列表示元素与第j行i列元素均表示节点i和j之间的开关，因此，二维数组是一个对称矩阵，修改某指定元素时，要同时修改其对称元素，即保持XU = Xjl。
[0024]进一步的，二维数组中的每个元素存储的信息包括开关状态，开关配置信息，开关配置信息包括开关所在配电终端IP以及在该配电终端内的开关编号信息。
[0025]进一步的，通过二维数组，将拓扑多叉树中的开关与实际馈线上的开关一一对应，用于供电恢复方案的开关控制命令。
[0026]进一步的，电源数指节点下游所有电源节点的数量。
[0027]进一步的，电源数统计方法为:从多叉树的叶子节点开始统计，每个节点的电源数为其所有子节点电源数之和。
[0028]进一步的，负荷节点的电源数为0，电源节点的电源数为I。
[0029]进一步的，剩余备用容量指节点下游的电源恢复本节点及下游负荷后剩余的可以恢复上游节点的备用容量。剩余备用容量是每个节点都有的属性，本节点指某节点的剩余备用容量中的某节点。
[0030]进一步的，剩余备用容量统计方法为:从多叉树的叶子节点开始统计，每个节点的剩余备用容量为其所有子节点剩余备用容量之和。
[0031]进一步的，负荷节点的剩余备用容量为负荷值的负值，电源节点的剩余备用容量为其本身的备用容量。
[0032]进一步的，开关控制命令的生成判据为:联络开关预期状态为合的生成开关合控制命令，除联络开关之外的其他开关预期状态为分的生成开关分控制命令，因为供电恢复前联络开关的状态是分，非故障失电区中其他所有的开关的状态为合。
[0033]本发明提供的基于多叉树搜索的供电恢复方案生成算法具有以下特征:(I)充分考虑了网络拓扑约束；(2)多联络开关时的供电恢复搜索方向与手拉手线路时的供电恢复搜索方向相似;多叉树反应了按拓扑结构，所有沿多叉树搜索生成的供电恢复方案一定是拓扑上可行的。(3)联络电源的备用容量越大，转供的负荷越多；(4)适用于备用容量充足的供电恢复情况。该算法能够有效解决多联络配电网的供电恢复方案快速生成问题。
[0034]本发明的有益效果:
[0035]本发明提供了一种基于多叉树搜索的供电恢复方案生成算法，该方法以非故障失电区拓扑多叉树为操作对象，充分考虑了馈线拓扑结构，在备用容量充足的情况下，能够协调划分非故障失电区，合理分配每个联络开关的转供区域，快速生成故障恢复方案，具有算法简洁明确，逻辑清晰，生成速度快等优点。
【附图说明】
[0036]图1馈线非故障失电区结构图；
[0037]图2基于多叉树搜索的供电恢复方案生成算法；
[0038]图3非故障失电区馈线拓扑多叉树；
[0039]图4非故障失电区多叉树节点电源数、剩余备用容量统计；
[0040]图5预设节点15、20之间开关为断开状态所形成多叉树；
[0041]图6预设节点15、20之间开关为断开状态所形成多叉树电源、剩余备用容量统计；
[0042]图7预设节点5、8之间开关为断开状态所形成多叉树；
[0043]图8预设节点5、8之间开关为断开状态所形成多叉树电源、剩余备用容量统计；
[0044]图9各电源节点恢复供电区域。
【具体实施方式】
:
[0045]下面结合附图对本发明进行详细说明:
[0046]本发明主要针对需要多个联络开关协调配合的配电网故障后供电恢复问题。故障隔离后，为了协调多个联络开关转供非故障失电区，快速合理地生成故障恢复方案，本发明提出了一种基于多叉树搜索的供电恢复方案生成算法。
[0047]下面以故障隔离后，非故障失电区生成的拓扑多叉树为例，说明基于多叉树搜索的供电恢复方案生成算法流程图。
[0048](I)把用于故障隔离的且未流过故障电流的开关所连接的下游节点作为非故障失电区拓扑多叉树的根节点，预设该多叉树所有开关的预期状态为“合”。
[0049](2)统计多叉树各节点的“电源数”。电源数指节点下游所有电源节点的数量。其统计方法为:从多叉树的叶子节点开始统计，每个节点的电源数为其所有子节点电源数之和。负荷节点的电源数为0，电源节点的电源数为I。
[0050](3)统计多叉树各节点的“剩余备用容量”。剩余备用容量指节点下游的电源恢复本节点及下游负荷后剩余的可以恢复上游节点的备用容量。其统计方法为:从多叉树的叶子节点开始统计，每个节点的剩余备用容量为其所有子节点剩余备用容量之和。负荷节点的剩余备用容量为负荷值的负值，电源节点的剩余备用容量为其本身的备用容量。
[0051](4)遍历多叉树，若电源数为I的节点其“剩余备用容量”为负且其电源数为I的子节点的“剩余备用容量”不为负，则设置两者之间的开关预期状态设置为“分”。
[0052](5)遍历多叉树，若电源数为2的节点存在2个电源数为I的子节点且两子节点的“剩余备用容量”都不为负，则把与“剩余备用容量”小的子节点之间的开关预期状态设置为“分”。
[0053](6)删除开关状态为分的边的下游所有的节点形成新多叉树，重复步骤(I)至(6)。
[0054](7)当多叉树的根节点的电源数小于等于I，则可以生成联络开关合控制命令和其他开关分控制命令:联络开关预期状态为合的生成开关合控制命令，其他开关预期状态为分的生成开关分控制命令，形成供电恢复方案。
[0055]本发明在另一具体的实施例子，发生故障的馈线结构图如图1所示。故障发生后，两侧开关断开用于隔离故障线路，形成非故障失电区，如图1中虚线所示。非故障失电区可由3个联络开关形成的转供电源恢复供电。基于多叉树搜索的供电恢复方案生成算法流程图如图2所示。非故障失电区馈线拓扑多叉树结构如图3所示，多叉树由电源节点、母线节点、线路节点、负荷节点和连接各节点的边组成。该多叉树把用于故障隔离的且未流过故障电流的开关所连接的下游节点作为非故障失电区拓扑多叉树的根节点(即图1中的Busl母线节点)，预设该多叉树所有开关的预期状态为“合”。非故障失电区可以由3个电源进行供电恢复，区域内包含3个电源节点；7个母线节点；5个线路节点；10个负荷节点。为了简化分析，我们假设电源节点18、23、26的容量分别为9、2、5;负荷节点的负荷值均为I。故障恢复方案生成步骤如下:
[0056]1.预设当前多叉树所有开关预期状态为合，即当前多叉树所有边为联通状态。
[0057]2.统计多叉树各节点的“电源数”。电源数指节点下游所有电源节点的数量。其统计方法为:从多叉树的叶子节点开始统计，每个节点的电源数为其所有子节点电源数之和。负荷节点的电源数为0，电源节点的电源数为I。统计结果如图4所示，图中每个节点的标示中前者表示电源数，后者表示统计的剩余备用容量。
[0058]3.统计多叉树各节点的“剩余备用容量”。剩余备用容量指节点下游的电源恢复本节点及下游负荷后剩余的可以恢复上游节点的备用容量。其统计方法为:从多叉树的叶子节点开始统计，每个节点的剩余备用容量为其所有子节点剩余备用容量之和。负荷节点的剩余备用容量为负荷值的负值，电源节点的剩余备用容量为其本身的备用容量。统计结果如图4所示，图中每个节点的标示中前者表示统计的电源数，后者表示剩余备用容量。
[0059]4.遍历多叉树，若电源数为I的节点其“剩余备用容量”为负且其电源数为I的子节点的“剩余备用容量”不为负，则设置两者之间的开关预期状态设置为“分”。从图3，图4中可知15号节点剩余备用容量为-1，20号节点剩余备用容量为I，因此15号节点与20号节点之间的开关预期状态设置为“分”。
[0060]5.遍历多叉树，若电源数为2的节点存在2个电源数为I的子节点且两子节点的“剩余备用容量”都不为负，则把与“剩余备用容量”小的子节点之间的开关预期状态设置为“分”。没有符合要求的节点，不对多叉树进行操作。
[0061]6.删除开关状态为分的边的下游所有的节点形成新多叉树，即删除节点15、节点20之间的边，节点15、20、22、23及其之间的边，所形成新多叉树如图5所示。
[0062]7.统计新多叉树各节点的“电源数”。统计结果如图6所示。
[0063]8.统计新多叉树各节点“剩余备用容量”。统计结果如图6所示。
[0064]9.遍历多叉树，若电源数为I的节点其“剩余备用容量”为负且其电源数为I的子节点的“剩余备用容量”不为负，则设置两者之间的开关预期状态设置为“分”。没有符合要求的节点，不对多叉树进行操作。
[0065]10.遍历多叉树，若电源数为2的节点存在2个电源数为I的子节点且两子节点的“剩余备用容量”都不为负，则把与“剩余备用容量”小的子节点之间的开关预期状态设置为“分”。节点5电源数为2，其子节点:节点7、节点8电源数为I，且节点7、节点8剩余备用容量分别为4、3，所以将节点5与节点8之间节点之间的开关预期状态设置为“分”。
[0066]11.删除开关状态为分的边的下游所有的节点，形成新多叉树，即删除节点5、节点8之间的边，节点8、24、25、26、27及其之间的边，所形成新多叉树如图7所示。
[0067]12.统计多叉树各节点的“电源数”。统计结果如图8所示。
[0068]多叉树的根节点的电源数等于I，生成联络开关合控制命令和其他开关分控制命令:断开节点15、节点20之间的开关，断开节点5节点8之间的开关，闭合所有连接电源节点联络开关，形成供电恢复方案。各电源节点供电恢复区域如图9所示。
[0069]需要说明的是:本发明提供的一种基于多叉树搜索的供电恢复方案生成算法，该方法以非故障失电区拓扑多叉树为操作对象，充分考虑了馈线拓扑结构，在备用容量充足的情况下，能够协调划分非故障失电区，合理分配每个联络开关的转供区域，快速生成故障恢复方案，具有算法简洁明确，逻辑清晰，生成速度快等优点。
[0070]上述虽然结合附图对本发明的【具体实施方式】进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。
【主权项】
1.一种基于多叉树搜索的供电恢复方案生成算法，其特征是，以非故障失电区拓扑多叉树为操作对象，包括以下步骤: (1):预设当前多叉树所有开关的预期状态为“合”； (2):统计当前多叉树各节点的“电源数”； (3):统计当前多叉树各节点的“剩余备用容量”； (4):遍历多叉树，若电源数为I的节点其“剩余备用容量”为负且其电源数为I的子节点的“剩余备用容量”不为负，则设置节点与子节点之间的开关预期状态设置为“分”； (5):遍历多叉树，若电源数为2的节点存在2个电源数为I的子节点且两子节点的“剩余备用容量”都不为负，则把电源数为2的节点与“剩余备用容量”小的子节点之间的开关预期状态设置为“分”； (6):删除开关状态为分的边的下游所有的节点形成新多叉树，重复步骤(I)至(6); (7):当多叉树的根节点的电源数小于等于I，则生成联络开关合控制命令和除联络开关之外的其他开关分控制命令，形成供电恢复方案。2.如权利要求1所述的一种基于多叉树搜索的供电恢复方案生成算法，其特征是，非故障失电区拓扑多叉树表示时:将非故障失电区中的电源、负荷、母线及线路均划分为节点，相邻节点之间的开关作为连接节点的边； 对每个节点进行描述，包括:节点类型、层数、节点编号、父节点编号、子节点个数、子节点编号； 采用二维数组表示节点与开关之间的对应关系，并存储开关的相应信息。3.如权利要求2所述的一种基于多叉树搜索的供电恢复方案生成算法，其特征是，所述节点类型包括电源节点、负荷节点、母线节点、线路节点，分别根据对应的电源、负荷、母线、线路生成。4.如权利要求2所述的一种基于多叉树搜索的供电恢复方案生成算法，其特征是，多叉树的根节点为电源节点、母线节点或线路节点中的一种，当生成多叉树的范围为整条馈线时，选取根节点为电源节点；当故障后生成非故障失电区多叉树时选取的根节点为用于故障隔离的且未流过故障电流的开关所连接的下游线路节点或母线节点，根节点层数为零，层数代表着从根节点开始，节点的深度，每产生一层子节点则层数加一，连接在同一父节点上的子节点视为同一层； 节点编号用来区分不同节点，多叉树的节点编号的编码方法为:从I开始，从根节点逐层连续累加编码，每个节点都将存储其父节点编号以及子节点编号用来查询其位置对应关系，通过每个节点记录的父节点以及子节点的编号，逐层构建出整个多叉树。5.如权利要求2所述的一种基于多叉树搜索的供电恢复方案生成算法，其特征是，多叉树以开关为边，连接各个节点，开关状态的分合决定了的边的联通关系，某开关分即表示多叉树拆分为两个树。6.如权利要求2所述的一种基于多叉树搜索的供电恢复方案生成算法，其特征是，二维数组维度为N*N，N等于节点个数，行序号与列序号均对应节点编号，第i行j列元素对应节点i与j之间的开关，如果i与j之间没有连接关系，则直接记录为空。 第i行j列表示元素与第j行i列元素均表示节点i和j之间的开关，因此，二维数组是一个对称矩阵，修改某指定元素时，要同时修改其对称元素，即保持= Xjl; 二维数组中的每个元素存储的信息包括开关状态，开关配置信息，开关配置信息包括开关所在配电终端IP以及在该配电终端内的开关编号信息。7.如权利要求2所述的一种基于多叉树搜索的供电恢复方案生成算法，其特征是，电源数指节点下游所有电源节点的数量； 电源数统计方法为:从多叉树的叶子节点开始统计，每个节点的电源数为其所有子节点电源数之和。8.如权利要求1所述的一种基于多叉树搜索的供电恢复方案生成算法，其特征是，剩余备用容量指节点下游的电源恢复本节点及下游负荷后剩余的可以恢复上游节点的备用容量； 剩余备用容量统计方法为:从多叉树的叶子节点开始统计，每个节点的剩余备用容量为其所有子节点剩余备用容量之和。9.如权利要求1所述的一种基于多叉树搜索的供电恢复方案生成算法，其特征是，负荷节点的剩余备用容量为负荷值的负值，电源节点的剩余备用容量为其本身的备用容量。10.如权利要求1所述的一种基于多叉树搜索的供电恢复方案生成算法，其特征是，开关控制命令的生成判据为:联络开关预期状态为合的生成开关合控制命令，除联络开关之外的其他开关预期状态为分的生成开关分控制命令。
【文档编号】G06Q10/06GK105894173SQ201610052179
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2016年1月26日
【发明人】朱国防, 王浩之, 侯梅毅, 高湛军
【申请人】山东大学