一种基于安全域的配电系统网络重构方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及配电系统优化运行领域，尤其设及一种基于安全域的配电系统网络重 构方法。
【背景技术】
[0002] 配电网网络重构值istributionNetworkReconfiguration,DNR)指通过开关操 作W调整网络结构，是提高配电系统运行安全性与经济性的重要手段。
[0003]DNR数学本质上是一个多约束的组合优化问题。在模型的优化目标与约束方面，传 统DNR的目标主要包括：降低网损、均衡负荷、提高电压质量，而约束则为正常状态运行约 束W及网络的福射结构约束。在算法方面，由于多约束的组合优化问题求解困难，大量研究 致力于提高求解算法的速度与精度，W满足网络重构的实际应用需求；特别是W遗传算法 为代表的智能算法，取得了很好的效果。
[0004] 随着用户对供电可靠性要求的不断提高，安全、可靠逐渐成为DNR的目标或约束。 可靠性的本质是系统各个时间断面的安全性的积分，指标较多且体系成熟，方便用于网络 重构的目标函数，例如：系统平均停电次数（SAIFI)等。基于可靠性的DNR对计算速度要求 不高，更加适合应用在电网规划领域；而安全性更关注系统某一个时间断面的运行状态，基 于安全性的DNR面向系统的实时调度与监控，对计算速度要求较高。
[0005] 长久W来，基于安全性的DNR研究较少，主要是由于；1)传统安全性分析采用N-1 逐点仿真法，在配电网规模较大时，逐点法计算速度较慢，若直接将N-1分析过程加入DNR 模型，则会进一步增加网络重构计算的难度；2)现有安全性指标多为N-1故障发生后的系 统失负荷量，而正常运行时DNR的目标是对电网进行预防或优化控制，需要能够反映当前 电网安全信息的指标。
【发明内容】
[0006] 本发明提供了一种基于安全域的配电系统网络重构方法，本发明将安全域理论应 用于配电系统网络重构中，为面向安全性的配电网实时调度与优化控制提供方法，详见下 文描述：
[0007] -种基于安全域的配电系统网络重构方法，所述配电系统网络重构方法包括W下 步骤：
[0008] 根据配电系统安全域、安全边界方程构建配电系统安全域的安全性指标；
[0009] 根据所述配电系统安全域的安全性指标获取网络重构模型，通过所述网络重构模 型对配电系统网络进行重构，获取全网最终的开关状态。
[0010] 所述根据配电系统安全域、安全边界方程构建配电系统安全域的安全性指标的步 骤具体为：
[0011] 获取单条馈线安全距离；
[0012] 通过所述单条馈线安全距离分别获取平均馈线安全距离、W及最小馈线安全距 离。
[0013] 所述根据所述配电系统安全域的安全性指标、结合遗传算法获取网络重构模型的 步骤具体为：
[0014] 将环形接线上的所有开关集合作为一个基因块，各条环形接线的基因块组成染色 体；
[0015] 将配电网的网损百分比作为适应度函数，通过所述单条馈线安全距离的约束影响 适应度函数的取值，对染色体进行筛选；
[0016] 通过限制交叉和变异操作产生新的个体，同时使得网络重构后的电网拓扑结构保 持福射运行特性；
[0017] 通过最优个体保存策略提高算法的收敛速度。
[0018] 本发明提供的技术方案的有益效果是；本方法首次将DSSR理论应用于配电系统 网络重构，建立了计及DSSR安全性指标的网络重构模型，是安全域理论在网络重构领域的 首次尝试。
[0019] 首先，DSSR理论可W在电网实际运行之前，优先给出工作点可W运行的N-1安全 边界方程并储存在调度中屯、的计算机中，W备观测时直接调用，从而省略了复杂耗时的N-1 逐点计算过程。因此，本方法可W从根本上提高网络重构的计算速度，使其满足配电网实时 监控和运行的需求。
[0020] 其次，模型W系统网损为目标函数，安全距离SD等为约束条件。其中利用向量 SDmi。可W区别设置各条馈线的安全裕度约束，该有利于灵活设置不同的重构策略，W满足 不同的经济性和安全性的需求。相比于传统的单纯考虑经济性的重构方法，本方法可W针 对重要馈线进行安全约束，最大化的提高重要馈线的安全裕度，同时较好的减小全网网损。
[0021] 最后，本方法采用改进的遗传算法求解网络重构模型，可W避免个体"早熟"，收敛 效果较好，算法较为稳定。本方法为配电网安全域理论的应用提供新思路，对于N-1要求严 格的大规模互联城市配电网的优化运行（网络重构），尤其具有较好的指导作用。
【附图说明】
[0022] 图1为改进的遗传算法网络重构流程图；
[0023] 图2为11节点互联配电网图；
[0024] 图3为算例电网结构图；
[0025] 图4为不同约束策略的安全距离与网损对比示意图；
[0026] 图5为安全约束策略1下的群体进化情况；
[0027] 图6为一种基于安全域的配电系统网络重构方法的流程图。
【具体实施方式】
[0028] 为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本发明实施方式作进一步 地详细描述。
[0029] 基于N-1准则的配电系统安全域值istributionSystemSecurityRegion,DSSR) 是分析配电网安全性的新工具，可W有效解决上述问题w。首先，DSSR可W在电网实际 运行之前，根据电网结构和配置直接给出系统的N-1安全边界方程，并将其预先储存在调 度中屯、的计算机中，需要观测时可W直接调用，省略了复杂耗时的N-1计算过程。其次， 根据工作点到安全边界的相对位置，可W给出新的安全性指标一一安全距离（Security Distance,SD)，该指标可W量化描述系统当前工作点的安全信息，提供预防和优化控制的 依据。
[0030] 实施例1
[0031] 一种基于安全域的配电系统网络重构方法，该配电系统网络重构方法包括W下步 骤：
[0032] 101 ;根据配电系统安全域、安全边界方程构建配电系统安全域的安全性指标；
[0033] 102;根据配电系统安全域的安全性指标获取网络重构模型，通过网络重构模型对 配电系统网络进行重构，获取全网最终的开关状态。
[0034] 其中，根据配电系统安全域、安全边界方程构建配电系统安全域的安全性指标的 步骤具体为：
[00巧]获取单条馈线安全距离；
[0036] 通过所述单条馈线安全距离分别获取平均馈线安全距离、W及最小馈线安全距 离。
[0037] 其中，根据配电系统安全域的安全性指标、结合遗传算法获取网络重构模型的步 骤具体为：
[0038] 将环形接线上的所有开关集合作为一个基因块，各条环形接线的基因块组成染色 体；
[0039] 将配电网的网损百分比作为适应度函数，通过单条馈线安全距离的约束影响适应 度函数的取值，对染色体进行筛选；
[0040] 通过限制交叉和变异操作产生新的个体，同时使得网络重构后的电网拓扑结构保 持福射运行特性；
[0041 ] 通过最优个体保存策略提局算法的收敛速度。
[0042] 通过上述的操作步骤从根本上提高网络重构的计算速度，使其满足配电网实时监 控和运行的需求。
[004引实施例2
[0044] 下面结合具体的试验数据，计算公式详细的描述一种基于安全域的配电系统网络 重构方法的操作过程，详见下文描述：
[0045] 201 ;构建配电系统安全域及其安全边界方程；
[0046] 配电系统安全域DSSR定义为满足N-1安全运行准则及其他各种运行约束（例如： 基尔霍夫定律约束，潮流方程约束，节点电压幅值约束或福射结构运行约束，具体实现时， 本发明实施例对此不做限制）的所有工作点W的集合。其中，工作点W是配电系统所有负 荷节点组成的n维向量，即配电系统安全域为：
[0047] W=化，F2，...，Fi，...，Fn)T
[0048] (1)
[004引 Qdssr= 1WIf(V，0 ) =W，g师）< 0}
[0050] 式（1)中，Qdss巧DSSR的数学符号；V，0为节点电压的幅值和相角。f(V，0)= W为潮流平衡约束；g(W)<0为安全运行约束，主要包括；N-1故障后的支路电流约束、主变容 量约束和节点电压约束。。表示节点负荷；T表示转置。对于常见的单环网结构配电网络，W可简化为用馈线出口功率表示。
[0051] 已有研究表明，严格计及电压网损的DSSR边界也具有近似线性的特征，当结果精 度要求不高时，简化网损和电压约束DSSR的安全边界可W仅根据故障重构路径直接解析 得出，此时第i条馈线对应的安全边界方程记为B(i):
[0052]
【主权项】
1. 一种基于安全域的配电系统网络重构方法，其特征在于，所述配电系统网络重构方 法包括以下步骤： 根据配电系统安全域、安全边界方程构建配电系统安全域的安全性指标； 根据所述配电系统安全域的安全性指标、结合遗传算法获取网络重构模型，通过所述 网络重构模型对配电系统网络进行重构，获取全网最终的开关状态。
2. 根据权利要求1所述的一种基于安全域的配电系统网络重构方法，其特征在于，所 述根据配电系统安全域、安全边界方程构建配电系统安全域的安全性指标的步骤具体为： 获取单条馈线安全距离； 通过所述单条馈线安全距离分别获取平均馈线安全距离、以及最小馈线安全距离。
3. 根据权利要求2所述的一种基于安全域的配电系统网络重构方法，其特征在于，所 述根据所述配电系统安全域的安全性指标、结合遗传算法获取网络重构模型的步骤具体 为： 将环形接线上的所有开关集合作为一个基因块，各条环形接线的基因块组成染色体； 将配电网的网损百分比作为适应度函数，通过所述单条馈线安全距离的约束影响适应 度函数的取值，对染色体进行筛选； 通过限制交叉和变异操作产生新的个体，同时使得网络重构后的电网拓扑结构保持辐 射运行特性； 通过最优个体保存策略提高算法的收敛速度。
【专利摘要】本发明公开了一种基于安全域的配电系统网络重构方法，所述配电系统网络重构方法包括以下步骤：根据配电系统安全域、安全边界方程构建配电系统安全域的安全性指标；根据所述配电系统安全域的安全性指标、结合遗传算法获取网络重构模型，通过所述网络重构模型对配电系统网络进行重构，获取全网最终的开关状态。本方法采用改进的遗传算法求解网络重构模型，可以避免个体“早熟”，收敛效果较好，算法较为稳定。本方法为配电网安全域理论的应用提供新思路，对于N-1要求严格的大规模互联城市配电网的优化运行，尤其具有较好的指导作用。
【IPC分类】G06Q10-04, H02J3-00, G06Q50-06, G06N3-12
【公开号】CN104866921
【申请号】CN201510266477
【发明人】肖峻, 祖国强, 刘佳
【申请人】天津大学
【公开日】2015年8月26日
【申请日】2015年5月22日