基于负荷均衡期望值搜索的配电网故障恢复方法
【专利摘要】本发明涉及一种馈线自动化领域，特别是一种基于负荷均衡期望值搜索的配电网故障恢复方法，其涉及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。故障恢复方法的总体思路为：在供电恢复过程中，每个供电电源点都以负荷均衡期望值为目标进行搜索，逐步增加非故障失电区段，形成最终的故障恢复方案。本发明能够并列进行、单目标比较的故障恢复方案生成方法，方向性明确，计算量小，能够实现以负荷均衡为目标配电网供电恢复方案快速生成。
【专利说明】基于负荷均衡期望值搜索的配电网故障恢复方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种馈线自动化领域，特别是一种基于负荷均衡期望值搜索的配电网故障恢复方法，其涉及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。
【背景技术】
[0002]配电网的故障恢复问题，是指配电网发生故障停电后，及时的找出一种合理的故障恢复方案，通过对联络开关和分段开关进行操作，恢复对非故障失电区的供电。在多个联络开关配合恢复供电时，为了避免因为负荷分配不均而导致过负荷，保证系统再次发生故障时每个供电电源点都有足够的备用容量，配电网故障后供电恢复时，必须充分考虑负荷均衡原则。
[0003]目前，配电网故障恢复作为智能电网自愈控制的重要课题，是电网建设亟待完善的一项重要课题。当配电网发生故障失电后，迅速合理的实现故障恢复，对配电网乃至整个电力系统的安全经济运行都有重要意义。
[0004]配电网故障恢复策略主要有人工智能方法、数学优化方法和启发式搜索方法。人工智能方法将故障恢复刻画为多目标规划问题，并以概率寻优方式进行求解，目前已有多种智能优化方法被应用于该问题的求解；但是人工智能方法较为复杂，计算时间较长。像遗传方法和粒子群方法等还会出现局部收敛的问题。数学优化方法有完整严格的数学理论基础，但该类解法迭代和搜索次数较多，实时性不强，特别对简单网络不能体现出优势。启发式搜索方法是配电网故障的常用方法，在搜索过程中根据问题本身加入一些启发式信息，从而使之朝着最优化的方向优化；但是系统的初始状态对搜索结果影响很大，方法的稳定性不够好；启发式规则处理故障恢复问题时，有搜索方向性局限，计算效率不高。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于根据现有技术的不足之处而提供一种简单，实时性强、稳定性好、计算效果高的基于负荷均衡期望值搜索的配电网故障恢复方法。
[0006]本发明的目的是通过以下途径来实现的:
[0007]基于负荷均衡期望值搜索的配电网故障恢复方法，其要点在于，包括如下步骤:
[0008]1、确定配电网发生故障后的非故障失电区，以及能够对非故障失电区进行供电恢复的供电电源点；
[0009]2、计算每个供电电源点的负荷均衡期望值S ；
[0010]3、由非故障失电区中主干线路一端的联络开关开始往下游增加故障恢复区的区段，直到搜索到与非故障失电区的下一联络开关相连的区段或者达到负荷均衡期望值:
[0011]4、如果搜索到非故障失电区的下一联络开关，比较这一联络开关当前负荷率与下一联络开关负荷率的大小，负荷率大的联络开关不增加故障恢复区的区段，其负荷分配方案完成，负荷率小的联络开关继续往下游增加故障恢复区的区段；
[0012]5、如果达到负荷均衡期望值，则该联络开关的负荷分配方案完成，由下一联络开关承接搜索过程，重复步骤3，直到所有联络开关负荷分配完成。
[0013]本发明主要思路是:故障恢复过程中，每个供电电源点都以负荷均衡期望值为目标进行搜索增加故障恢复区段。因此本发明提供了一种能够多点起始搜索、单目标比较的故障恢复方案生成方法，并且本发明所述方法对系统初始状态要求不高，具有计算量小、搜索方向性明确、简单，实时性强、稳定性好、计算效果高等优点。
[0014]本发明可以进一步具体为:
[0015]步骤I中，确定配电网发生故障后的非故障失电区后，进一步确定非故障失电区供电恢复搜索的主干线路，其方法为:任选一个联络开关为起始节点，向下搜寻，以所连分支最多的路径为主干线路。
[0016]进一步的，当所述非故障失电区供电恢复搜索的主干线路具有分支线路时，先计算分支线路，将分支线路等效为负荷直接加到与之连接的主干线路上，或者等效为与主干区段直接连接的虚拟联络开关；最终获得的主干线路不再有分支。
[0017]所述的分支线路的计算具体为:
[0018]I)支路无联络开关。在计算时，将这种支路的总负荷直接加在其所连接的主干道区段上；
[0019]2)支路连接有一个联络开关(设为a)。设其负荷率为Satl, Sak表示a联络开关增加k段线路后的负荷率，而Sa(k+1)表示a联络开关增加k+Ι段线路后的负荷率；此时，如果
Sa(k+1)-S I > I Sak-S I，则将这k段分配给联络开关a，剩余部分和支路无联络开关时一样，分配给其所连接的主干道区段上，
[0020]如果直到第k+i段为主干区段时，仍有|sa(k+1)-s| ( I Sak-S I，则将支路(这k段)全部分配给联络开关a，记a此时的负荷率为Sa ;然后将其虚拟为为一个与主干线路直接相连的联络开关，且其负荷率为Sa。
[0021]3)支路连接有多个联络开关:首先确定这条支路的主干线路，以连接主线路处为末端往上搜索，以最上端的联络开关为起始联络开关，依次对这条支路的联络开关编号(假设无分支，如果分支中再有分支，则继续按照上述分支处理办法计算)，然后按照无分支线路的算法步骤进行负荷分配的计算，直到剩下最后一个联络开关，再按支路连接有一个联络开关所述的进行计算。
[0022]负荷均衡期望值的获取流程为:
[0023]I)定义:负荷均衡是指参与恢复供电的各供电电源点在供电恢复之后的负荷率尽量平衡；区段负荷及电源点的负荷由日最大电流反映，负荷率为供电馈线各区段的日最大电流与馈线额定电流之比的最大值；
[0024]2)负荷均衡期望值是指在负荷均衡目标下，期望参与恢复供电的各供电电源点在供电恢复之后负荷率相等，该理想负荷率即为负荷均衡负荷率期望值:根据各供电电源点
恢复的负荷总量与非故障失电区负荷总量相等的原则提供如下:=1L，其中η为
供电电源点的个数，Si表不第i个供电电源点未增加非故障失电区段时的负荷率，Iffl表不第i个供电电源点的额定电流值，L非故障失电区总负荷量；
[0025]解上述方程可求得负荷均衡期望值S。
[0026]综上所述，本发明提供了一种种基于负荷均衡期望值搜索的配电网故障恢复方法，用于配电网故障后的供电恢复，特别适用于多联络开关配合实现的故障恢复方案生成。故障恢复方法的总体思路为:在供电恢复过程中，每个供电电源点都以负荷均衡期望值为目标进行搜索，逐步增加非故障失电区段，形成最终的故障恢复方案。本发明能够并列进行、单目标比较的故障恢复方案生成方法，方向性明确，计算量小，能够实现以负荷均衡为目标配电网供电恢复方案快速生成。
【专利附图】
【附图说明】
[0027]图1所示为本发明所述基于负荷均衡期望值搜索的配电网故障恢复方法的无分支情况下的流程示意图。
[0028]图2所示本发明所述基于负荷均衡期望值搜索的配电网故障恢复方法的有分支情况下的流程示意图。
[0029]下面结合实施例对本发明做进一步描述。
具体实施例
[0030]最佳实施例:
[0031]首先，对负荷均衡期望值进行定义如下:
[0032]负荷均衡是指参与恢复供电的各供电电源点在供电恢复之后的负荷率尽量平衡。
[0033]区段负荷及电源点的负荷由日最大电流反映，负荷率为供电馈线各区段的日最大电流与馈线额定电流之比的最大值。
[0034]负荷均衡期望值是指在负荷均衡目标下，期望参与恢复供电的各供电电源点在供电恢复之后负荷率相等，该理想负荷率即为负荷均衡负荷率期望值。
[0035]负荷均衡期望值S (负荷率)的计算方法如下:
[0036]根据各供电电源点恢复的负荷总量与非故障失电区负荷总量相等的原则列方程，如下:
[0037]i(S-S,)ItN=IL
[0038]其中，η为供电电源点的个数,Si表示第i个供电电源点未增加非故障失电区段时的负荷率，IiN表示第i个供电电源点的额定电流值，込非故障失电区总负荷量。
[0039]解上述方程即可求得负荷均衡期望值S。
[0040]基于负荷均衡期望值搜索的配电网故障恢复算法中，无分支线路的供电恢复方案生成过程反映了算法的基本步骤，其具体计算算法如下:
[0041]1、确定配电网发生故障后的非故障失电区，以及对其进行供电恢复的供电电源
[0042]2、计算负荷均衡期望值。
[0043]3、由线路某一端的联络开关开始往下游增加区段，直到搜索到下一联络开关相连的区段或者达到负荷均衡期望值。如果搜索到下一联络开关，比较这一联络开关当前负荷率与下一联络开关负荷率的大小，负荷率大的联络开关不增加这一区段，其负荷分配方案完成，负荷率小的联络开关继续往下游增加区段；如果达到负荷均衡期望值，则该联络开关的负荷分配方案完成，由下一联络开关承接搜索过程，直到所有联络开关负荷分配完成。[0044]基于负荷均衡期望值搜索的配电网故障恢复方法中，有分支情况整体计算步骤如下:
[0045]1、确定配电网发生故障后的非故障失电区，以及对其进行供电恢复的供电电源
[0046]2、确定非故障失电区供电恢复搜索的主干线路，其方法为:任选一个联络开关为起始节点，向下搜寻，以所连分支最多的路径为主干线路。
[0047]3、计算负荷均衡期望值。
[0048]4、当确定故障恢复区主干线路后，线路上可能存在分支。在这种情况下，先计算分支线路，将分支线路等效为负荷直接加到与之连接的主干线路上或者等效为与主干区段直接连接的虚拟联络开关。此时，主干线路不再有分支。
[0049]分支线路的计算为并列同时进行，分支之间互不影响。分支具体处理办法如下:
[0050]I)支路无联络开关。在计算时，将这种支路的总负荷直接加在其所连接的主干道区段上。
[0051]2)支路连接有一个联络开关(设为a)。设其负荷率为Satl, Sak表示a联络开关增加k段线路后的负荷率
[0052]如果I sa(k+1)-s I > I Sak-S I，则将这k段分配给联络开关a，剩余部分像支路无联络开关时所述分配给其所连接的主干道区段上。
[0053]如果直到第k+i段为主干区段时，仍有|sa(k+1)-s| ( I Sak-S I，则将支路(这k段)全部分配给联络开关a，记a此时的负荷率为Sa。然后将其虚拟为为一个与主干线路直接相连的联络开关，且其负荷率为Sa。
[0054]3)支路连接有多个联络开关。首先确定这条支路的主干线路，以连接主线路处为末端往上搜索，以最上端的联络开关为起始联络开关，依次对这条支路的联络开关编号(假设无分支，如果分支中再有分支，则继续按照上述分支处理办法计算)。然后按照无分支线路的算法步骤进行负荷分配的计算，直到剩下最后一个联络开关，再按支路连接有一个联络开关是所述计算。
[0055]5、最后进行主干线路的计算。因为经过简化后，主干线路不再具有分支，因此主干线路的具体计算步骤如无分支线路算法。
[0056]结合附图进行说明:
[0057]无分支线路的供电恢复的具体流程如图1，步骤如下:
[0058]I)确定非故障失电区及供电电源点；计算负荷均衡期望值S。
[0059]2)由线路一端的联络开关为始端，往下游根据联络开关(包括虚拟联络开关)所连的线路各区段的相对位置依次进行编号，为1、2、3……N(N为故障恢复区联络开关总数)。设变量1、j、k。各联络开关背后电源点未带故障恢复区负荷时的负荷率SiG表示第i个联络开关)，311;表示1号联络开关增加其下游1段主干线路后的负荷率。令1=1，」=2，1 0，Si0=Sio
[0060]3)由i号联络开关向j号联络开关方向依次增加区段。如果有I Si(k+1)-S I > I Sik-S I，则i联络开关所 带区段为这k段，这样，i联络开关的负荷分配方案完成。如果j+l>N，则将剩余所有区段加在j上，结束此程序。否则，将1、j联络开关之间的剩余区段分配给j号联络开关，此时j号联络开关的负荷率记为Sj0。令i=j，j=j+l, k=0，跳回步骤3)。如果有
si(k+1)-s I≤I Sik-S I，则判定k+i段与j联络开关是否相连:若不相连，则k=k+i，跳回步骤3);若相连，则进入步骤4)。
[0061]4)如果S」(Sik，则前k段分配给i联络开关，i联络开关的负荷分配方案完成。如果j+l>N，则将剩余所有区段加在j上，结束此程序，否则令i=j，j=j+l, k=0, Sitl=Si，跳回步骤3)。如果S>Sik，则这前k+1段分配给i号联络开关，j号联络开关不再增加区段。如果j+l>N，则将剩余所有区段加在i上，结束此程序。否则令j=j+l，跳回步骤3)。
[0062]有分支情况整体计算流程如图2，具体步骤如下:
[0063]1、确定配电网发生故障后的非故障失电区，以及对其进行供电恢复的供电电源
[0064]2、确定非故障失电区供电恢复搜索的主干线路，其方法为:任选一个联络开关为起始节点，向下搜寻，以所连分支最多的路径为主干线路。
[0065]3、计算负荷均衡期望值。
[0066]4、当确定故障恢复区主干线路后，线路上可能存在分支。在这种情况下，先计算分支线路，将分支线路等效为负荷直接加到与之连接的主干线路上或者等效为与主干区段直接连接的虚拟联络开关。此时，主干线路不再有分支。
[0067]分支线路的计算为并列同时进行，分支之间互不影响。分支具体处理办法如下:
[0068]I)支路无联络开关。在计算时，将这种支路的总负荷直接加在其所连接的主干道区段上。
[0069]2)支路连接有一个联络开关(设为a)。设其负荷率为Satl, Sak表示a号联络开关增加k段线路后的负荷率
[0070]如果I Sa(k+1)-Si〉I Sak-Sl,则将这k段分配给联络开关a，剩余部分像I)所述分配给其所连接的主干道区段上。
[0071]如果直到第k+i段为主干区段时，仍有sa(k+1)-s ( I Sak-S I，则将支路(这k段)全部分配给联络开关a，记a此时的负荷率为Sa。然后将其虚拟为为一个与主干线路直接相连的联络开关，且其负荷率为Sa。
[0072]3)支路连接有多个联络开关。首先确定这条支路的主干线路，以连接主线路处为末端往上搜索，以最上端的联络开关为起始联络开关，依次对这条支路的联络开关编号(假设无分支，如果分支中再有分支，则继续按照上述分支处理办法计算)。然后按照无分支线路的算法步骤进行计算，直到剩下最后一个联络开关，再按2)所述计算。
[0073]5、最后进行主干线路的计算。因为经过简化后，主干线路不再具有分支，因此主干线路的具体计算步骤如无分支线路算法。
[0074]本发明未述部分与现有技术相同。
【权利要求】
1.基于负荷均衡期望值搜索的配电网故障恢复方法，其特征在于，包括如下步骤:步骤一:确定配电网发生故障后的非故障失电区，以及能够对非故障失电区进行供电恢复的供电电源点；步骤二:计算每个供电电源点的负荷均衡期望值S ；步骤三:由非故障失电区中线路一端的联络开关开始往下游增加故障恢复区的区段，直到搜索到与非故障失电区的下一联络开关相连的区段或者达到负荷均衡期望值:如果搜索到非故障失电区的下一联络开关，比较这一联络开关当前负荷率与下一联络开关负荷率的大小，负荷率大的联络开关不增加故障恢复区的区段，其负荷分配方案完成，负荷率小的联络开关继续往下游增加故障恢复区的区段；步骤四:如果达到负荷均衡期望值，则该联络开关的负荷分配方案完成，由下一联络开关承接搜索过程，重复步骤3，直到所有联络开关负荷分配完成。
2.根据权利要求1所述的基于负荷均衡期望值搜索的配电网故障恢复方法，其特征在于，步骤I中，确定配电网发生故障后的非故障失电区后，进一步确定非故障失电区供电恢复搜索的主干线路，其方法为:任选一个联络开关为起始节点，向下搜寻，以所连分支最多的路径为主干线路。
3.根据权利要求2所述的基于负荷均衡期望值搜索的配电网故障恢复方法，其特征在于，当所述非故障失电区供电恢复搜索的主干线路具有分支线路时，先计算分支线路，将分支线路等效为负荷直接加到与之连接的主干线路上，或者等效为与主干区段直接连接的虚拟联络开关；最终获得的主干线路不再有分支。
4.根据权利要求3所述的基于负荷均衡期望值搜索的配电网故障恢复方法，其特征在于，所述的分支线路的计算具体为:(1)支路无联络开关；在计算时，将这种支路的总负荷直接加在其所连接的主干道区段上；(2)支路连接有一个联络开关a，设其负荷率为Satl,Sak表示a联络开关增加k段线路后的负荷率，而Sa(k+1)表示a联络开关增加k+Ι段线路后的负荷率；此时，如果Sa(k+1)-S I > I Sak-S I，则将这k段分配给联络开关a，剩余部分和支路无联络开关时一样，分配给其所连接的主干道区段上，如果直到第k+i段为主干区段时，仍有|sa(k+1)-s| ( I Sak-S |，则将支路(这k段)全部分配给联络开关a，记a此时的负荷率为Sa ;然后将其虚拟为为一个与主干线路直接相连的联络开关，且其负荷率为Sa ；(3)支路连接有多个联络开关:首先确定这条支路的主干线路，以连接主线路处为末端往上搜索，以最上端的联络开关为起始联络开关，依次对这条支路的联络开关编号(假设无分支，如果分支中再有分支，则继续按照上述分支处理办法计算)，然后按照无分支线路的算法步骤进行负荷分配的计算，直到剩下最后一个联络开关，再按支路连接有一个联络开关所述的进行计算。
【文档编号】H02H3/06GK103441476SQ201310344364
【公开日】2013年12月11日 申请日期:2013年8月8日 优先权日:2013年8月8日
【发明者】李天友, 王庆华, 黄建业, 朱国防, 高厚磊 申请人:国家电网公司, 福建省电力有限公司, 福建省电力有限公司电力科学研究院, 山东大学