基于混合决策图的含分布式电源配电系统故障恢复方法
【专利摘要】本发明公开了一种含分布式电源的配电系统故障恢复问题的建模方法，包括以下步骤：（1）读取配网的原始数据，以开关为边界对配网进行分区，并将开关作为决策变量；（2）形成待恢复区域的邻接矩阵；（3）形成待恢复区域的可达矩阵；（4）形成故障恢复各项约束的布尔函数；（5）合并为最终的混合决策图，转换生成有序二元决策图，收缩解空间；（6）对收缩后的解空间按照目标函数的优先级确定最优故障恢复方案。本发明能有效降低含分布式电源配电网故障恢复问题的求解复杂度，具有计算速度快、解的可信度高和工程实操性强等特点。
【专利说明】基于混合决策图的含分布式电源配电系统故障恢复方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种含分布式电源配电系统的故障恢复建模方法，特别涉及一种基于混合决策图的含分布式电源配电系统故障恢复方法，该方法适用于自动化程度较高的配电系统故障恢复。
【背景技术】
[0002]随着电力需求的迅速增长，以大机组、大电网、高电压为主要特征的大型电网的弊端日益显著。尤其在近年来，世界范围内发生了以美加大停电为首的几次大面积停电事故，充分暴露了电网的脆弱性。
[0003]作为新型的、具有发展潜力的发电和能源综合利用方式，分布式发电供能技术拥有环境友好、发电方式灵活、能源种类多样、投资见效快等优点，极好地适应了分散电力需求和能源分布，它不但可用于电力调峰、建造备用电源或热电联供电站，又可实现边远地区独立发电。大电网与分布式发电(Distributed Generation, DG)相结合被业界认为是21世纪电力工业的发展方向。大电网与分布式发电供能系统相结合，不仅有助于提高分布式发电的供能质量，有助于分布式发电技术的大规模推广应用、降低能耗，也有助于防止大面积停电，提高电力系统的安全性、可靠性和灵活性，增强电网抵御自然灾害的能力，对于电网乃至国家安全都有重大现实意义。
[0004]目前，分布式电源按其发电一次能源是否可再生可分为两类:一类为发电能源可再生的分布式发电方式，如:太阳能光伏发电，风能、地热能、潮汐能等发电形式；另一类为发电能源不可再生的分布式发电形式，主要包括:内燃机、热电联产、微型燃气轮机、燃料电池等。
[0005]配电网故障恢复是指当配电馈线某处发生故障时，馈线自动化启动快速定位和隔离故障后，通过各种开关的配合动作为停电的非故障区域恢复供电。配电网故障恢复不仅在保证配电网安全经济运行发挥着重要作用，而且关系到国民经济生产的持续发展。
[0006]DG以其发电方式灵活、环境友好等优点广泛接入配电网，对配电系统的结构和运行产生了深远的影响，同样给传统的配电网故障恢复方法带来不可避免的冲击。一方面，一次能源的强随机性造成分布式电源功率输出呈间歇性和波动性，故障恢复决策考虑因素多、数量大；另一方面，《可再生能源法》和节能减排政策要求DG按照最大发电功率发电，电网故障恢复时应充分考虑DG出力并及时消纳。前者对含分布式电源配电系统的故障恢复速度提出了更高的要求，后者意味着配电网允许DG独立向负荷供电的运行方式，即孤岛运行。
[0007]DG孤岛运行方式有助于缩小故障停电的影响范围，降低非故障失电区域的停电时间，提高系统的供电可靠性。在孤岛内部，不仅要满足孤岛内有功平衡要求，还须要考虑到无功平衡。而以励磁电压可调型同步发电机为核心的DG与双馈风电机组的无功输出有容量范围；经逆变器并网的DG具有通过有功无功解耦控制灵活调节输出功率的特性。若忽视无功平衡约束将导致故障恢复的孤岛划分存在严重的模型误差，脱离工程实际。
【发明内容】
[0008]本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种基于混合决策图的含分布式电源配电系统故障恢复方法，该方法将含分布式电源的配电系统故障恢复问题一般被描述成整数优化问题，即满足一定约束条件下以某目标最优确定配电网故障影响区域所有开关的通断状态。若把拟参与决策开关的通断状态用布尔变量表示，则系统故障恢复的最优化问题可转化为求解可满足性问题，即涉及代数运算的约束条件用代数决策图ADD处理后，与易用的有序二元决策图OBDD表示的部分约束条件合并为混合决策图，再转换生成最终的0BDD，调用OBDD的Satisfy-all算法搜索全部解空间，通过安全分析筛选最优恢复方案。这样能在保证可行解多样性的同时，高效获得全局最优解。
[0009]本发明的目的通过以下技术方案实现，一种基于混合决策图的含分布式电源配电系统故障恢复方法，包括以下步骤:
[0010]步骤1、故障隔离后，根据配电系统的结构选定配电系统的故障恢复区域，以开关为边界对配点系统进行分区，并以开关状态作为决策变量；
[0011] 步骤2、构建配电网故障恢复区域的邻接矩阵:
a1-1 a1-2 a1-3 …α\-η
“2-1 ^2-2 口2—3 *.* ^2-n
[0012]A= U3 l fl3—2 a3 3...a3—? ，
_β?—I αη—1 αη-3 …ηΧΒ
[0013]当节点i和节点j存在开关相连时，为布尔决策变量，否则，Bi^=O ；
[0014]步骤3、构造配电系统故障恢复区域的可达矩阵；
[0015]步骤4、形成配电系统故障恢复各项约束的布尔函数，并构建配电系统故障恢复所需要满足的约束条件；
[0016]步骤5、合并生成最终的混合决策图CSR，并收缩解空间；
[0017]步骤6、对收缩后的解空间按照目标函数的优先级确定最优故障恢复方案。
[0018]所述步骤I中，所述开关包括待恢复区域内的分段开关、一级联络开关、二级联络开关和可中断负荷的开关。
[0019]所述步骤3中，所述可达矩阵基于求二元关系传递闭包的Warshall算法形成。
[0020]所述步骤4中，所述的约束条件包括拓扑约束C1，其布尔函数表示为:
[0021]C1 = C14 ? Cx_2，
[0022]式中，CV1表示网供电源不联系；(V2表示供电区域没有存在环，根据可达矩阵P的定义，网供电源i与j无联系约束Cm的布尔函数表示为:
[0023]Q-ι = Y\P, j ^
[0024]式中，“一”表示逻辑非运算，Qs为网供电源集合；该布尔函数表示网供电源之间没有联系，即每个负荷节点至多仅与I个网供电源有联系，非环状约束(V2的布尔函数表示为:[0025]Cu2 = nrl.,=0，
k^Qi1-j^k
[0026]式中，1-j为环路k所含的支路，为环路集合，该布尔函数的含义为各电源供电区域不形成环。
[0027]所述步骤4中，所述的约束条件包括安全性约束C2，其布尔函数表示为:
f \ φ Pj-P.Pi—j + Pj-P.Qi j +
[0028]C2= Π，
P-1/enS\vL ”εΩΝ
<52.-d
\^maxj-y ^ J
[0029]式中，Qswl和ΩΝ分别表示联络开关和负荷节点的集合，和&分别表示支路
1-j在故障前流过的有功功率和无功功率，Smax, 1-j为支路1-j的容量上限，Pw和Qw分别为待恢复失电区域节点q的有功负荷和无功负荷，d为容量与负荷功率的容差阈值，所述容差阈值包括网损和负荷功率波动。
[0030]所述步骤4中，所述的约束条件包括开关操作约束C3，其布尔函数表示为:
f{P1-k ? t\Pj^ ?Κ} ?
? ? A吨
[0031]C3= Π---，
η~ (^r- 一 A—)
Πλ-^Π^-α-
\ken.J
[0032]式中，qsw、Qs分别为开关、电源节点的集合，?为逻辑或运算；当开关为分段开关时，;当开关为联络开关时，bt =at r,中括弧内第一项表示开关两侧区域都失电时
开关不进行操作的情况，中括弧内第二项表示开关两侧区域至少一侧恢复供电的情况。
[0033]所述步骤4中，所述的约束条件包括运行约束C4,其布尔函数表示为:
[0034]C4 = C4^ Θ C4—2，
[0035]式中，Cf1为孤岛功率约束；C4_2表示非黑启动电源联系约束，孤岛功率约束CV1的布尔函数表示为:
[0036]c4_, = n(d > O ? ρΝ,(, > O) Θ 5；,l/ > O) ’
[0037]=_(^Netj)，
J
[0038]= Σ P1-J P丨
j
[0039]Gn I = Σ -P>-M + d j
j
[0040]式中，ΡΝ6Μ^Ν6?,^Ν6Μ分别为电源i所在区域的净有功功率、净无功功率和净视在功率；P1、Qi分别表示节点i注入有功功率和无功功率；Sma!U为节点j的最大视在功率；dP, dQ分别表示有功阈值和无功阈值；[0041]非黑启动DG联系约束C4_2的布尔函数表示为:
[0042]
【权利要求】
1.基于混合决策图的含分布式电源配电系统故障恢复方法，其特征在于，包括以下步骤: 步骤1、故障隔离后，根据配电系统的结构选定配电系统的故障恢复区域，以开关为边界对配点系统进行分区，并以开关状态作为决策变量； 步骤2、构建配电网故障恢复区域的邻接矩阵:
2.根据权利要求1所述的基于混合决策图的含分布式电源配电系统故障恢复方法，其特征在于，所述步骤I中，所述开关包括待恢复区域内的分段开关、一级联络开关、二级联络开关和可中断负荷的开关。
3.根据权利要求1所述的基于混合决策图的含分布式电源配电系统故障恢复方法，其特征在于，所述步骤3中，所述可达矩阵基于求二元关系传递闭包的Warshall算法形成。
4.根据权利要求1所述的基于混合决策图的含分布式电源配电系统故障恢复方法，其特征在于，所述步骤4中，所述的约束条件包括拓扑约束C1，其布尔函数表示为:
5.根据权利要求1所述的基于混合决策图的含分布式电源配电系统故障恢复方法，其特征在于，所述步骤4中，所述的约束条件包括安全性约束C2，其布尔函数表示为:
6.根据权利要求1所述的基于混合决策图的含分布式电源配电系统故障恢复方法，其特征在于，所述步骤4中，所述的约束条件包括开关操作约束C3，其布尔函数表示为:
7.根据权利要求1所述的基于混合决策图的含分布式电源配电系统故障恢复方法，其特征在于，所述步骤4中，所述的约束条件包括运行约束C4，其布尔函数表示为:
8.根据权利要求1所述的基于混合决策图的含分布式电源配电系统故障恢复方法，其特征在于，所述步骤5中，所述的合并生成最终的混合决策图CSR的表达式为:
3St e 5* —> Csr = C1 ? C2 Θ C3 Θ C4 I ? 式中，Si为决策空间S上的第i个恢复策略，由一系列布尔决策变量构成；cSK为系统故障恢复需要满足的约束条件为拓扑约束；c2为安全性约束；c3为开关操作约束；c4为孤岛功率约束；?为逻辑与运算；==1表示布尔真。
9.根据权利要求1所述的基于混合决策图的含分布式电源配电系统故障恢复方法，其特征在于，所述步骤5中，所述的收缩解空间是将混合决策图转换为OBDD，通过其满足全部约束算法获得的。
10.根据权利要求1所述的基于混合决策图的含分布式电源配电系统故障恢复方法，其特征在于，所述步骤6中，所述的最优故障恢复方案表示为:
HiiniF1 (Si)1F2(Si)1F3(Si)1F4(Si)I, 式中，F1、F2、F3与F4分别表示不可中断负荷损失量、负荷损失量、开关操作次数和网络损耗；所述的目标函数的优先级排列为:不可中断负荷损失量、负荷损失量、开关操作次数和网络损耗。
【文档编号】H02H7/26GK103579990SQ201310487810
【公开日】2014年2月12日 申请日期:2013年10月17日 优先权日:2013年10月17日
【发明者】汪隆君, 王钢, 张竣淇, 李海锋, 钟庆 申请人:华南理工大学