一种基于路径描述的配电网N‑1安全校验方法与流程

本发明属于配电网重构技术领域，尤其涉及一种基于路径描述的配电网N-1安全校验方法。

背景技术：

配电网作为联系发、输电系统和终端用户的重要纽带，直接面向电能用户，对保证供电安全有重要意义。近年来，随着经济的发展，用电负荷不断增加，网络复杂性不断提高，增加了配电网运行的不确定性。同时，考虑到用户对供电可靠性与电能质量的要求不断提高，配电网可靠性研究受到了广泛关注。配电网N-1是衡量可靠性的重要指标，要求任意一个元件故障时，可快速隔离故障并通过有效馈线联络实现负荷转供，保障用户的连续供电。

因配电网规模庞大，动作开关众多，联络方式复杂多变，负荷转供分析较为困难。目前负荷转供算法大致有启发式搜索算法、随机优化算法、专家系统法和混合算法等四类。但是，启发式算法解的质量依赖于网络初始状态，随着配电网联络复杂度的提高，设计合理的启发式规则较为困难；随机优化算法计算时间较长，实时性差；专家系统法所用知识库的建立和集成耗时较长，且难以涵盖所有故障情况。为此，有必要提出适用范围较广，求解速度较快的新算法进行配电网N-1安全校验分析。

技术实现要素：

针对背景技术中的问题，本发明提出一种基于路径描述的配电网N-1安全校验方法，全面考虑馈线联络和分段情况，将故障发生后，负荷转供方案分析转化为0-1线性规划模型的求解问题。该方法适用范围广，求解速度快，为配电网N-1安全校验提供科学合理的分析方法。

为实现上述目的，本发明提出如下技术方案：

一种基于路径描述的配电网N-1安全校验方法，所述方法包括如下步骤：

(S1)数据采集；

(S2)划分馈线分区；

(S3)路径描述配电网拓扑；

(S4)构建配电网N-1安全校验0-1线性规划模型；

(S5)分析N-1安全校验结果确定负荷转供方案。

进一步地，在所述步骤(S1)中，所述数据包括配电网各用户负荷数据、配电网拓扑。

进一步地，在所述步骤(S2)中，将馈线组以自动隔离装置和联络开关等开关装置为边界划分为多个馈线分区；合并分区内所有负荷，简化馈线分区为负荷节点。

进一步地，在所述步骤(S3)中，利用深度优先搜索方法搜索待校验配电网络所有负荷节点的供电路径，利用所有负荷节点及其供电路径的集合描述配电网拓扑。

进一步地，在所述步骤(S4)中，所述模型的优化目标为：负荷专供方案中需要改变运行状态的开关装置数最少，即基于动作开关数最优。

进一步地，在所述步骤(S4)中，所述模型的约束条件包括：负荷转供后配电网辐射状拓扑约束，电源容量约束，馈线容量约束。

进一步地，所述步骤(S5)的具体过程是：通过分支定界法求解所述0-1线性规划模型；若无解，则待校验元件不满足N-1安全准则；若有解，则该元件可通过N-1安全校验，可根据解得的路径状态确定各动作开关所在支路的通断状态，得到负荷转供方案；

经模型求解，如果待校验配电网络中所有元件均满足N-1安全准则，则说明该馈线组可通过N-1安全校验。

本发明的有益效果在于：

通过构建配电网N-1安全校验模型，全面考虑馈线联络和分段情况，将故障发生后，负荷转供方案分析转化为0-1线性规划模型的求解问题。该方法综合考虑配电网馈线联络情况，可全面考虑各种情况，适用范围广，并且求解速度快，可为配电网N-1安全校验提供科学合理的分析方案。

附图说明

图1为本发明的基于路径描述的配电网N-1安全校验分析方法的流程图；

图2为本发明的实施例简化网络拓扑图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例进一步阐明本发明，而这些实施例仅用于解释说明本发明，而不用于限制本发明的保护范围，本发明的保护范围仍以权利要求为准，本领域技术人员对本发明的各种等同形式的修改均属于本发明的保护范围。

图1为本发明的基于路径描述的配电网N-1安全校验分析方法的流程图，如图1所示，一种基于路径描述的配电网N-1安全校验分析方法的具体步骤为：

(1)数据采集

包括配电网各用户负荷数据，配电网拓扑等。

(2)划分馈线分区

将馈线组以自动隔离装置和联络开关等开关装置为边界划分为多个馈线分区。合并分区内所有负荷，简化馈线分区为负荷节点。

(3)路径描述配电网拓扑

利用深度优先搜索方法搜索待校验配电网络所有负荷节点的供电路径，利用所有负荷节点及其供电路径的集合描述配电网拓扑。

(4)构建配电网N-1安全校验0-1线性规划模型

假设配电网任一元件故障，构建N-1安全校验模型。

该模型的优化目标为：负荷专供方案中需要改变运行状态的开关装置数最少，即基于动作开关数最优。

该模型的约束条件包括：负荷转供后配电网辐射状拓扑约束，电源容量约束，馈线容量约束。

(5)分析N-1安全校验结果确定负荷转供方案

通过分支定界法求解上述0-1线性规划模型。若无解，则待校验元件不满足N-1安全准则；若有解，则该元件可通过N-1安全校验，可根据解得的路径状态确定各动作开关所在支路的通断状态，得到负荷转供方案。经模型求解，如果待校验配电网络中所有元件均满足N-1安全准则，则说明该馈线组可通过N-1安全校验。

实施例：

本实施例以一个实际10kV配电网中的一个区域-四联络馈线组网络为例。该配电网有4条馈线，4台主变变压器，14个动作开关装置，其中包括3个联络开关，11个分段开关。

(1)数据采集

采集待校验网络中各用户负荷数据，提取其全年最大值作为校验条件；获取数据格式的配电网拓扑。

(2)划分馈线分区

表1实施例馈线分区视在容量

根据自动开关和手动开关装置的位置，将馈线组网络以开关装置为边界划分馈线分区，合并馈线分区内的负荷，将之视为负荷节点。同时，得到简化后的网络拓扑图。

表1给出了馈线分区划分结果，图2为简化后的四联络馈线组拓扑图。

(3)路径描述配电网拓扑

用负荷节点的供电路径描述配电网拓扑。路径搜索采用深度优先搜索算法。经路径搜索，可得到用于描述实施例网络拓扑的全部44条路径。其中，由电源S1-S4供电的路径均分别有11条。

(4)构建配电网N-1安全校验0-1线性规划模型

因馈线组元件众多，馈线出口故障是所有故障中最严重的故障，故本实施例仅针对馈线出口故障进行馈线N-1安全校验。

定义每个路径状态为一个二进制变量，若路径导通，则状态量为1；否则，状态量为0。依次假设馈线A-D出口故障，构建N-1安全校验模型。

所述模型的优化目标如下：

负荷专供方案中需要改变运行状态的开关装置数最少。开关装置的动作与否可以用其所在支路的通断状态描述，支路通断状态可以用含路径状态表达式表示。识别实施例馈线组网络中的分段开关和联络开关，得到用路径状态得到目标函数的表达式。

所述模型的约束条件如下：

1.负荷转供后配电网辐射状拓扑约束：①对于任意一个负荷节点对应的路径集合，有且仅有一条是连通的。即，同一负荷节点所有可能的供电路径状态变量之和为1。②若一条路径为通路，那么包括在该路径内的任意路径也是通路。即，若一条路径的状态变量的值为1，那么包括在该路径内的任意路径的状态变量的值也是1。

2.电源容量约束：由某一电源供电的所有负荷的视在功率之和应小于电源容量。

3.馈线容量约束：每一条供电线路均不能过载。

(5)分析N-1安全校验结果确定负荷转供方案

用分支定界法求解上述构建的0-1线性规划模型。经计算，实施例网络可通过N-1安全校验，馈线A-D出口故障时，负荷转供方案如表2所示。

表2实施例四联络馈线组N-1转供方案