一种独立电力系统智能重构方法与流程

技术特征：

1.一种独立电力系统智能重构方法，其特征在于，所述方法包括下述步骤：

步骤1：故障发生后判定独立电力系统是否需要重构计算；

步骤2：基于图论的广度优先搜索算法面向电力系统中关键负载设备进行拓扑重构；

步骤3：采用启发式算法对系统中所有非关键负载进行重构。

2.如权利要求1所述的独立电力系统智能重构方法，其特征在于，所述步骤1包括：

当故障发生后，独立电力系统的保护装置动作，使故障区域周围的断路器开断，以隔离故障区域；若某一母线失电，则连接在此母线上的自动转换开关在重构之前自动动作，切换为另一路母线供电；当故障发生时，该故障所在区域的代理首先需要判断是否能不需要其他区域的协助，独立解决该故障；对于无备用路径的低压配电母线，若出现故障，则直接将该母线所连接的联络开关断开，不需要其他代理的协助；

若代理判断其故障无法由自己区域内部独立解决，则向相邻代理发送信息，开始进行全局的信息采集计算；当迭代计算过程完成时，每个代理除了知道自身区域的设备状态以外，还获得电力系统全局的负载信息与分区信息，并计算出各区域内的功率余额；若某区域R内所有投运的发电机的额定有功功率之和大于接入该区域内的所有负载的有功功率之和，即：

$\underset{L_i\∈R}{\Σ}{L}_i\≤\underset{G_i\∈R}{\Σ}{G}_i---(1-1)$

则表示该区域的功率有剩余，即有正功率余额，其中L_i表示负载的功率，G_i表示发电机的功率，若：

$\underset{L_i\∈R}{\Σ}{L}_i\>\underset{G_i\∈R}{\Σ}{G}_i---(1-2)$

则称该区域存在功率缺额；

若电力系统中所有区域均有正功率余额，且电力系统中没有负载失电，则电力系统不需要重构；否则，进入重构计算过程。

3.如权利要求1所述的独立电力系统智能重构方法，其特征在于，所述步骤2为第一阶段重构计算，包括如下步骤：

步骤2-1：在代理进行信息传递计算之后，投入所有备用发电机，状态置为1，并将连接手动转换开关的失电负载转换至另一路供电，状态置为-1；每个代理均已知道电力系统分区情况与各区域发电、负荷设备的状态与连接方式；计算出不同区域的功率余额；对于存在功率缺额的区域，按照功率缺额的大小，置于代理的优先队列中；功率缺额大的区域在队列中排在前面的位置；从队列中第一个区域开始，采用广度优先算法，搜索最短的供电路径，使新形成的供电区域具有正功率余额；当功率缺额大的区域搜索到一个能使区域功率余额为正 的供电路径，或已经遍历了全部的路径时，则停止搜索，并将功率缺额大的区域从优先队列中移除；在搜索过程中，表示电力系统分区情况的代理分区向量亦需要随电力系统主网络拓扑结构的改变而进行相应改变；按照广度优先算法，直到功率缺额区域的队列中的元素为空为止；

对于环形供电的独立电力系统网络结构，搜索算法得到的供电路径为一条；

步骤2-2：在供电区域搜索结束后，考察所有关键负载设备所在区域；若关键负载设备所在区域的发电容量大于关键负载设备的额定功率，则表示关键负载均能保证供电；若关键负载设备所在区域的发电容量小于关键负载设备的额定功率，则表示关键负载不能恢复供电，必须进行重构。

4.如权利要求3所述的独立电力系统智能重构方法，其特征在于，在独立电力系统中，关键负载设备有不同的供电方式，包括：

a)由主配电板供电：

关键负载设备连接在与发电机相连的主配电板上，独立电力系统中的推进负载L1和L2，关键负载设备的供电路径为一条，关键负载设备的供电路径即是该区域的供电路径；关键负载设备的供电路径已在前一个步骤中找到，若按此供电路径，此关键负载不能被供电，则将其切除；

b)由区域配电板供电：区域配电板包括负载中心；

关键负载设备除了正常的供电路径外，还通过备用供电路径，由另外的区域配电板供电；

对不能恢复供电的关键负载设备按重要度进行排序，形成优先队列，重要度高的关键负载设备在优先队列中排序靠前；在重构时，非关键负载的状态均置0；依次搜索优先队列中每个重要负载的供电路径；当搜索到一个能使该负载恢复供电且使其接入区域有正功率余额的供电路径，或已经遍历关键负载设备全部的路径时，则停止搜索，并将关键负载设备从优先队列中移除，重复路径搜索步骤，直到不能恢复供电的重要负载队列中的元素为空为止；

按照以上路径搜索算法，代理能够达到最大化电力系统存活度等级的效果，即满足式max f(q)最大化电力系统的存活度等级的优化目标；第一阶段重构结束后，每个代理根据重构的结果下发指令，控制其供电区域内的关键负载设备按照计算出的重构策略进行动作，即实现关键负载设备的重构；恢复所有非关键负载设备的初始状态，考察不同供电区域的功率平衡情况；若所有区域均有正功率余额，则表示所有关键负载设备均能恢复供电，重构结束；否则，进入第二阶段重构计算过程；其中表示电力系统中所有关键负载 设备的状态，f为电力系统存活度分级的函数。

5.如权利要求1所述的独立电力系统智能重构方法，其特征在于，所述步骤3为第二阶段重构计算，包括：

通过第一阶段重构过程，电力系统中所有关键负载设备的连接方式与状态已经确定，即确定电力系统的存活度等级；在第二阶段重构过程中，电力系统的优化目标是最大化该存活度等级下的系统生命力指标，即：

${\mathrm{max\Ψ}}_S=\frac{\underset{i\∈S}{\Σ}{G}_i\underset{j\∈{\mathrm{\Ω}}_i}{\Σ}{\mathrm{\λ}}_j{L}_j{o}_j}{\underset{i\∈S}{\Σ}{G}_i\underset{j\∈{\mathrm{\Ω}}_i}{\Σ}{\mathrm{\λ}}_j{L}_j}---(1-3)$

其中：S表示电力系统结构，i表示子电力系统，j表示与子电力系统相连的区域，Ψ_S表示结构S的功能完成度，G_i表示子电力系统i的发电机的额定发电功率，Ω_i表示与子电力系统i相连的区域，λ_j和o_j分别表示其重要程度所决定的加权系数及状态，o_j＝1或0表示该负载正常或无法运行，L_j表示Ω_i中所连接的负载有功功率的大小；

所述步骤3采用启发式重构算法进行第二阶段重构计算。

6.如权利要求5所述的独立电力系统智能重构方法，其特征在于，所述启发式重构算法包括下述步骤：

步骤3-1：将电力系统中所有非关键负载设备加入待重构负载集合中并进行排序；排序的方法为：重要等级高的负载，在待重构负载集合中排序在前；对于重要等级相同的负载，其供电路径越少，则排序越靠前；如果关键负载设备的重要等级相同且供电路径条数相同，则容量越大的负载，排序越靠前；由于电力系统主网络结构已在第一阶段重构中确定，关键负载设备均采用辐射状供电，供电路径有限；代理需根据电力系统中负载的连接情况，确定其供电路径；若关键负载设备接在带有备用供电路径的区域配电板上，其供电路径为两条；

若关键负载设备接在区域配电板下面的低压配电板上，其重构路径为三条；

若某关键负载设备通过备用路径接入的电站与其自身所在电站处在同一个拓扑分区中，则其供电路径等效为1条；

若当前供电路径损坏或区域超过容量约束，则再寻找其他的供电路径；若关键负载设备所有供电路径均无法使之恢复供电，则将关键负载设备卸载；

步骤3-2：待重构负载集合中负载的重构需要受到有功负荷平衡约束和辐射状供电约束两个约束条件的限制；

A)有功负荷平衡约束：

在重构过程中，满足发电和负荷功率的平衡，不能引起发电机的过载；约束条件表示为：

$\underset{L_i\∈R}{\Σ}{L}_i\≤\underset{G_i\∈R}{\Σ}{G}_i---(1-1)$

b)辐射状供电约束：

关键负载设备在供电时只能由正常路径和备用路径中的1条来为其供电，正常路径和备用路径不能同时导通；约束条件表示为

$\underset{i\∈B}{\Σ}{x}_i\≤1---(1-4)$

式中：B为关键负载设备所有供电路径的集合；

步骤3-3：采用下述规则指导备用发电机的投切：

当第一阶段重构过程中，将所有状态为0的备用发电机均设为状态置为1的投运，以此来计算重构；重构结束后，重新考察每个区域的功率平衡情况，依次将其中包含的备用发电机的状态由1置成0，并计算每个区域的发电机平均负载率；如果平均负载率小于90％，则说明备用发电机不进行投运；反之则说明此备用发电机应当投运，将其状态重新置1。