一种含微网电源的配电网的故障自愈方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及在含微网电源的配电网故障自愈方法，特别涉及一种采用故障定位、 改进粒子群算法寻求最优解的故障自愈方法。
【背景技术】
[0002] 近年来，中国进行了大规模的城市电网改造，城市配电网的信息化与自动化水平 有了较大幅度的提升。但随着各种新能源发电技术的发展，配电网的运行与控制保护面 临许多新挑战，如大量DG接入后的配电网电压越限问题。自愈控制是高级配电自动化 (advanceddistributionautomation,ADA)的核心功能，是对传统配电自动化技术的发展 与延伸，能实现更高的供电可靠性与配电资产利用率，能友好地适应未来电网的各种挑战， 包括各种分布式发电设备、储能、电动汽车充放电设施的接人，需求侧响应等。智能配电网 自愈控制是解决中国配电网长期以来存在的设备利用率低、供电可靠性低、线损率高等关 键问题的核心技术，是解决DG大量接人的关键技术。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的是提供一种含微网电源的配电网故障自愈方法，实现了对重要负荷 的及时供电，加速电网的整体恢复，减轻电网恢复的负担，减少损失。
[0004] 本发明的目的通过以下技术方案予以实现：构建出了 一种开关函数如式，
【主权项】
1. 一种含微网电源的配电网的故障自愈方法，其特征在于：构建出了一种开关函数：
式中："E"表示"逻辑或"运算；以第j号开关为分断点，将配电网分成两部分，包含了 系统电源的一部分称为第J号开关的上半区，另一部分称为第J号开关的下半区；Ksl、Ks2 为电源开关系数，分别用来表示第J号开关上、下半区的电源是否接入配电网，若某电源接 入配网则对应的电源系数取1，否则取0 ;Xj，si、Xj，s2分别表示从第j号开关到上半区电 源51、下半区电源52路径上所经过的馈线区段状态值；zjX?)、又/(/?)分别为第J号开关上、 下半区中的馈线区段状态值；#、A分别为第J号开关上、下半区中的馈线区段总数； 当某馈线区段上发生故障时，该馈线区段状态值取1，否则取0,令系统电源指向用户 端的方向为故障定位过程中的唯一正方向，第J号开关处FTU根据实际检测到的故障电流 情况上传的状态信息如下
利用的和Jj前定义完成了评价函数的改进，改进后的评价函数在对含微网电源 配电网的多重故障进行定位时只需要确定一次正方向，即令系统电源指向用户端的方向为 整个故障定位过程中唯一的正方向； 通过引入电源开关系数使得评价函数可以适应配电网中分布式电源的投入和退出，其 中系统电源开关系数始终取1，分布式电源开关系数在对应的分布式电源接入配电网时取 1，退出时取0 ; 当所有的分布式电源退出配电网时，配电网回归到了单电源辐射型结构，对应的分布 式电源开关系数全部为〇,系统电源开关系数为1，此时开关函数变成了如下形式：
此时若第J号开关的下游某区段发现故障，对应的馈线区段状态Xj(n)=l，代入上式 可得= 1;当第j号开关的上游某区段发生故故障时，对应的馈线区段状态xj(n) =0，
,代入上式可得<(!) = 0; 当配电网中第J号开关上游存在一个系统电源，下游存在一个分布式电源时，贝1J釕分)=1，釕功=1，此时开关函数变成了如下形式：
此时，当第j号开关的下游某个区段发生故障时，对应的馈线区段状态xj(n)=l，xj(m)=0, 1|4色)=0,代入上式可得= 当第j号开关的上游某个区段发 生故障时，对应的馈线区段Xj(n)=0，xj(m)=l，；^2(f2)=0,代入上式可得
2. 如权利要求1所述的一种含微网电源的配电网的故障自愈方法，其特征在于，其最 优恢复路径采用改进粒子群算法求解； 初始化设置MPSO各参数,给定粒子状态位置自由搜索初速度1V;设定粒子数Ne, 粒子维数D，随机生成乂个初始粒子；构建维的粒子：
式中：每个粒子%表示n个DG的启动顺序；行表示DG序号，第一行表示DG1、第二行 表示DG2 ;列表示启动顺序，第一列表示第1个启动、第二列表示第2个启动；而且每行每 列就只有一个1，其它都为0,如[1，〇,〇;〇,〇, 1;〇, 1，〇]的粒子位置，转化为DG序号则为 [1，3,2]，表示06的启动顺序为061、063、062; 调用Warshall-Floyd算法对生成的Ne个粒子搜索最短恢复路径，对已找到的路径赋 一较小值，记录路径上所经过的负荷节点，若有重复则置空； 计算其适应值，取种群中适应值最好的粒子位置作为全局历史最优位置; 自愈初期配电网的恢复目标是尽可能快和多的恢复对重要负荷的供电，DG启动后优 化的目标为在自愈初期以尽可能小的路径代价权重恢复尽可能多的重要负荷量；目标函数 为：
其中，%表示第i个负荷是否启动，只取〇或1，〇表示未启动，1表示启动；表示负荷 重要程度，一级负荷用1，二级负荷用〇. 1，三级负荷用〇. 01 表示第|个负荷功功率值； 表示第^|条路径的权值;^表示路径数，g表示负荷数，并且要满足功率约束：
其中表示第f个DG最大发电功率;表示第^个DG最小稳定功率;4取〇或 1，1表示启动，〇表示未启动；和PftmSC表示第^个DG发出的有功功率下限和上限； 表示第^个DG发出的无功功率下限和上限；表示DG个数； 适应值函数为：
其中a表示NBDG(非黑启动分布式电源)个数；b表示BDG(黑启动分布式电源)个数； 4取值为〇或1，1表示NBDG启动顺序排在l~a之间，0表示在a~a+b之间；^取值为0或 1，1表示BDG启动顺序在a~a+b之间，0表示在l~a之间；S为一个很大的正数； 启用MPSO中的自由搜索，根据适应值函数分别计算当前位置以及从不同两个方向 搜索的位置对应的适应值/f 和;如果,/\的值最优，按照自由搜索位置更 新公式：，
更新位置，并令速度惯性量
；如果 的值最优，根据.....更新位置，并令速度惯性量
；
如果/jr的值最优，则更新状态g= *P； +1，速度更新为
； 若粒子状态变量^更新为6,则进入步骤6 ;按照改进粒子群的编码方式，粒子的位置 只有0和1两种状态，所以要根据更新位置的大小对其进行如下处理：
then将分布式电源I+ ?与歎的排列顺序调换，如[1，3, 2]调换后变成[2, 3, 1];elseif
then将分布式电源I-f与的排列顺序调换；else
位置不变； 其中表示粒子i在第| + 1次迭代中，分布式电源^排在第j个,f= (l,2, ???,?〇),
边界处理：若
判断当前粒子的适应值是否比其前后两粒子的适应值优，若当前粒子的适应 值最优，则进入MPSO中的精细搜索，更新位置公式为：
、
速度更新公式为：
并判断更新粒子的全局历史最 优位置继续和前后两个粒子比较；否则，取其前后两粒子中适应值最优的粒子作为当 前粒子的跟踪对象，进入MPSO中的跟踪搜索； 若在跟踪过程中搜索到比原始跟踪位置更优的位置，返回MPSO中自由搜索；直到迭代 次数达到设定值，搜索结束，跟踪搜索为当前粒子向它的前后粒子中最优的位置迁移的过 程，给定跟踪初速度，用下式更新粒子的速度和位置：
式中爾为惯性权因子；/为粒子当前的适应度值；/_,/_分别为所有粒子的最小和 平均适应度值；rtjr为跟踪初速度；￡>为正的加速度常数 为在0到1之间均勻分布的随 机数；f为正的速度限制常数；Pi为所跟踪的目标粒子位置，跟踪速度的速度更新公式中
)的计算需要把隹粒子转换成1父《维，如[1，3,2]，进行速度更新效果更； 根据MPSO得到的最优位置输出具体恢复路径。
3. -种如权利要求1所述的一种含微网电源的配电网的故障自愈方法，其特征在于， 包含自愈算法流程，根据不同的运行状态，对网络中的大量开关进行分类： 状态〇 :初始状态，不管是联络开关还是分段开关，可以随意进行开闭操作，该状态归 为集合I; 状态1 :不能打开的开关，主要是一些因为特殊情况无法进行开关操作的分段开关，该 状态归为集合II; 状态2 :发生故障的线路上的开关，该开关必须保持断开状态，不能闭合，该状态归为 集合III; 状态3 :分布式电源形成微网孤岛运行后断开的开关，该开关也不能闭合，该状态归为 集合IV; (1) 对整个配电网络进行搜寻，找到所有失电区域，对失电区母线进行标记，统计失电 负荷的总量； (2) 判断失电区域是否存在分布式电源，若存在，则根据分布式电源类型确定其能否组 成微网运行，如果不能，则直接切除分布式电源；若能微网运行，则以分布式电源为根节点， 根据当前网络状况及分布式电源容量，找到相应的网络开关并断开，将开关标记到集合IV， 然后组成孤岛运行，若此时所有失电区域都恢复了供电，则算法结束，退出程序； (3) 若不存在分布式电源，或者分布式电源微网运行后，仍然有未恢复供电的区域，则 统计连接带电区与停电区，且不属于集合III和集合IV的联络开关数n，若n等于0,表示此失 电区域没有故障自愈的路径，算法结束，退出程序； (4) 若n不等于0,则随机选择n个开关中的一个，将其闭合； (5) 此时再判断是否还有失电区域，若有，则再次统计连接带电区与停电区，且不属于 集合III币1集合IV的联络开关数n，若n不等于0,转到步骤4,直至不存在失电区域或者 n等于0 ; (6) 随意选择一个网络中断开的联络开关，将其闭合，然后打开形成的环网或两端供电 网络中任何一个不属于集合II的分段开关，检查潮流是否收敛，电压值是否越限，若潮流 不收敛或电压值越限，则将两个开关恢复原来的状态，重新执行该步骤； (7) 计算潮流及目标函数值变化，若新的网络结构具有较小的目标函数值，则接受这种 网络结构，否则按一定的概率接受新的网络结构，该判断依据为exp(-Af/t)>random(0， 1)是否成立，若成立则接受新值，否则不接受，然后转到步骤6,直至接受解达到最大数或 者支路开关交换数达到最大支路交换数目； (8) 当目标函数值变化极小，则认为系统已经达到冻结状态，输出此时的网络结构，即 为最优的故障自愈恢复策略； (9) 输出最优的网络结构和未故障自愈的区域及相应损失的负荷。
【专利摘要】本发明提供了含微网电源的配电网故障自愈方法，采用了故障定位，改进型粒子群算法求解最优路径，并提供了一种自愈算法流程，在配电网的不同层次和区域内实施充分协调且技术经济优化的控制手段与策略，使其具有自我感知、自我诊断、自我决策、自我恢复的能力，实现配电网在不同状态下的安全、可靠与经济运行。智能配电网自愈控制将实现电网正常运行时的优化与预警，故障情况下的故障诊断、网络重构与供电恢复，极端情况下与主网解列并依靠系统中的分布式电源(DG)及储能装置独立运行。
【IPC分类】G06N3-00, H02J13-00
【公开号】CN104578427
【申请号】CN201510040260
【发明人】王璟, 黄泽华, 李锰, 王利利, 李鹏, 郭勇, 全少理, 孙义豪
【申请人】国家电网公司, 国网河南省电力公司经济技术研究院
【公开日】2015年4月29日
【申请日】2015年1月27日