含DG配网多故障多目标联合优化抢修恢复策略求取的制作方法

本发明属于电力系统保护与控制领域，针对含分布式电源配电网发生多故障进行分阶段、分层多目标联合优化抢修恢复策略求取。

背景技术：

电力的持续和可靠供应是维持人们正常生产生活的必要条件。配电网作为输送电能的重要环节，直接影响到对用户的供电质量。据统计，国内停电事故中80％以上是由配电网故障引起的。尤其是分布式电源(dg)接入配电网之后，系统网络结构变得更为复杂，对配电网恢复供电的快速性和高效性提出了新的挑战。因此，含dg的配电网发生多故障时，如何快速恢复供电显得尤为重要。文献《基于改进离散多目标bcc算法的配电网灾后抢修策略》建立了灾后配电网故障抢修和故障恢复相结合的优化模型，并将联络开关作为虚拟故障点处理，但模型中对故障恢复的内容较为单一。《配电网多故障抢修与供电恢复联合优化模型》提出了配电网多故障抢修与恢复的联合优化模型，但对抢修顺序优化问题的求解模型较为简单，计算量较大。配电网故障抢修和供电恢复是分阶段、逐级交替开展的，二者既相对独立，又相互协调，是一个很复杂的过程。目前，基于动态规划理论，考虑配电网故障抢修与供电恢复的关联性，建立含dg的配电网多故障分阶段、分层多目标联合抢修与恢复优化策略的研究很少。该研究对于实现复杂配电网发生多故障时，实现高效抢修和减少停电综合经济损失具有重要指导意义。

技术实现要素：

(一)技术问题

针对目前配电网故障抢修与恢复内容单一，模型简单，未考虑抢修与恢复相互间影响等问题，本发明提出了一种含分布式电源配电网发生多故障进行分阶段、分层多目标联合优化抢修恢复策略获取方法。

(二)技术方案

目前，研究和工程实践中，对配电网故障抢修与恢复较多的是针对发生单一故障，某个单一目标函数以及未考虑分布式电源与主网协同优化的情况进行模型建立，求取最优抢修与恢复策略。这样的策略有局限性，不能很好的解决复杂配网多故障快速，高效地抢修恢复。本发明提出一种含分布式电源配电网发生多故障进行分阶段、分层多目标联合抢修恢复优化策略获取方法，该方法首先通过等效变换，简化网络拓扑结构，主要做了以下简化：①配电网系统中馈线等效简化成虚拟dg，为后面的馈线和dg综合优化提供方便②根据负荷的可控性，把负荷分成可控和不可控，在抢修恢复阶段方便实现可控负荷联盟，进而实现部分负荷恢复和切除，提高抢修恢复效率③对于非相同支路中的两个故障之间存在联络开关，且联络开关的备用容量可以恢复任一支路故障的失电负荷量，即可以互为备用，这样的两处故障可以等效为一处故障，抢修和恢复时可以分阶段进行；然后对每一故障都采用分两阶段，两层进行建模，建立既有简单的抢修恢复优化模型，又有复杂的多目标联合优化模型；最后采用适合配电网抢修恢复特点及数学模型的算法就行求解，求取最优快速抢修恢复多故障配网策略。

(三)有益效果

本发明解决了含分布式电源配电网发生多故障时，抢修与恢复效率低，综合经济损失较高的问题。

附图说明

图1是本发明的具体实施流程图(算法总体流程图)；

图2是馈线等效为虚拟dg；

图3是可控负荷联盟等效图；

图4是含dg的配电网多故障内层抢修与恢复求解流程图；

图5是含dg的配电网多故障外层抢修与恢复求解流程图。

具体实施方式

下面结合结构示意图图和实施例，对本发明的具体实施方式做进一步描述。以下实施例仅用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

如图一所示的优化策略求取流程图。

本发明包括以下步骤：

1)含dg和馈线的配电网多故障网络简化

首先，含dg和馈线的配电网发生多故障时，将馈线等效为等值的dg，配网系统就简化成只含分布式电源和开关的系统，在同一模型下进行故障抢修与恢复策略研究。根据馈线恢复失电负荷量，确定虚拟dg的容量，等效处理后模型如图2。

2)配电网可控负荷联盟

含dg的配电网发生多故障时，将dg可恢复范围内的可控负荷与不可控负荷分类，可控负荷进行联盟，根据dg的供电容量进行可控负荷的部分或者全部恢复，可控负荷联盟等效图如图3，其中2、4、6、8是可控负荷，1、3、5、7是不可控负荷。

3)特定故障等效

对于非相同支路中的两个故障之间存在联络开关，且联络开关的备用容量可以恢复任一支路故障的失电负荷量，即可以互为备用，这样的两处故障可以等效为一处故障。

4)约束条件和各阶段内、外层目标函数模型

4.1)约束条件

1)辐射状结构：

gk∈gk式子中：gk为当前配电网运行结构；gk为配电网所有辐射状结构运行情况的集合。

2)il≤ilmaxl＝1,2,…,n

式子中：il为流过线路l的电流；ilmax为流过线路的l的最大电流；n为线路数量。

3)节点电压约束：

uimin≤ui≤uimaxi＝1,2,…,m

式子中：uimin和uimax分别为节点电压的下限和上限；m为节点数量。

4)dg的出力约束：

pdgcmin≤pdgc≤pdgcmaxc＝1,2,…,ndg

式子中：ndg为dg总数；pdgcmin，pdgc，pdgcmax分别为第c个dg的实际出力及其出力上限和下限。

5)联络开关备用容量约束：

式子中：dj为第j个故障造成的失电负荷节点集合,j＝1,2,…,m；sk为故障恢复前第k条支路的潮流，k＝1,2,…,nbf，其中nbf为联络开关到电源点之间的支路数；为第k条支路的额定容量。

6)应急发电车约束：

pe≤pemax

式子中：pe为应急发电车e的实际出力；pemax为应急发电车e的最大出力。

4.2)第一、二阶段内、外层目标函数模型

第一阶段，含dg配电网多故障分阶段、分层多目标联合抢修恢复优化模型中，内层优化模型以负荷恢复价值最大为目标函数；外层优化模型则以网损和开关动作次数联合最小为目标函数。

1)第一阶段的内层优化模型：

2)第二阶段的外层优化模型

minh＝αfloss+βfbreak

其中ki为负荷节点i的带电状态，1为带电，0为失电；pi为负荷节点i负荷量，wi为负荷节点i的重要等级权重,本发明中，一级负荷取3，二级负荷取2，三级负荷取1；d为第j个阶段抢修故障恢复的失电负荷节点集合；floss、fbreak分别为各阶段故障抢修恢复网损和开关动作次数，计算时都归一化处理，α、β分别为对应指标的权重因子，α>β，α,β∈[01]，本发明取α＝0.8,β＝0.3；sb为故障后开关集合；tb为故障前开关集合；ki为开关i的状态量，0表示断开，1表示闭合；o为开关总数。

第二阶段，含dg配电网多故障分阶段、分层多目标联合抢修恢复优化模型中，内层优化模型以网损最小为目标函数；外层优化模型以抢修时间最短为目标函数。

1)第一阶段的内层优化模型：

2)第二阶段的外层优化模型：

minf4(x)＝{t1,t2,…,tn-m}

式子中，z为配电网中所有支路的集合；ii为支路i的电流；ri为支路i的电阻；ti为第i个故障的抢修时间；n-m为未修复的故障总数。ωi、ωl分别为负荷节点i、l的重要等级权重。tj为恢复单位重要负荷所需时间，是根据现有抢修支援技术水平定的。

5)含dg配电网多故障分阶段、分层多目标联合抢修恢复优化模型求解，获取抢修与恢复策略

5.1)dg孤岛划分原则

在本发明求解最优多故障抢修与恢复策略时，需要充分利用dg来恢复部分重要负荷，充分利用分布式电源，提高抢修和恢复效率。本发明孤岛划分原则如下：①考虑所有有效的联络线，当联络线不存在与配电网主电源的通路，但存在与dg的通路时，可以将负荷划分到孤岛内；②在满足孤岛内总负荷不超过dg总发电容量的前提下，使孤岛包含尽可能多的一级和二级负荷；③尽量选取形成孤岛数目较少、开关动作次数较少，并且孤岛中微电源和负荷功率差额尽量小的解列方案；④当出现两个孤岛相交的情况时，若可以合并成一个大孤岛运行，则合并，且在满足dg容量基础上，添加新负荷，否则不合并；⑤采用深度优先搜索策略时，若搜索到两侧具有相同恢复价值的负荷，但无法同时恢复所有失电负荷时，本文以负荷重要度等级为评价指标，优先恢复重要负荷的供电。

5.2)含dg的配电网多故障第一、二阶段内层恢复策略求解获取

首先对多故障配电网网络拓扑结构初始化，设置蚁群初始化参数和算法的迭代次数；接着对网络中是否含有馈线判断，有则利用步骤1)中的方法等效，获取虚拟dg的最大容量等参数，没有则直接进入算法迭代次数判断，直到达到迭代次数才输出第一阶段的最优恢复策略，没有达到迭代次数就进行算法子模块的调用。这阶段分两个子模块实现，一块是dg没在蚁群优化支路内，这块实现的功能是含dg的孤岛划分，采用深度优先搜索原则实现失电负荷供电，对于没有孤岛重合的就得到该孤岛方案；如果孤岛之间有重合，则需要则考虑孤岛合并以及添加新负荷，在孤岛划分原则的前提，形成孤岛划分策略；对于dg在蚁群优化支路内时，即dg并网运行，实现恢复优化策略，这里为第二个模块。第二个模块是以含dg的配电网多故障第一、二阶段内层恢复目标函数为目标优化求取优化策略，该策略的实现流程如图4。

1)第一阶段的内层优化模型：

1)第二阶段的内层优化模型：

目标函数中各参数代表意义在4.2)中有说明，目标函数的求取结果需要验证约束条件是否满足，满足才合格，不满足舍弃。

这样一次循环就可以实现一次孤岛划分方案和满足内层优化目标的主网恢复方案，直达达到迭代次数才输出最优恢复策略。

5.3)含dg配网多故障分两大阶段阶段，内、外层多目标联合优化抢修恢复策略求取

外层优化模型是在内层恢复策略的基础上，求解最优抢修顺序，本发明采用dbcc优化算法，对故障抢修和供电恢复实现多目标联合优化，需要进行多次重构计算。含dg的配电网多故障抢修与恢复模型中，内层优化模型是在外层优化模型的基础上优化自己的目标函数，外层优化模型的决策结果又受内层优化模型故障恢复策略的影响。本发明采用dbcc优化算法，对故障抢修和供电恢复实现多目标联合协调优化，求解最优抢修顺序，抢修与恢复联合协调优化流程如图5。

该发明采用本发明采用dbcc优化算法，对故障抢修和供电恢复实现多目标联合协调优化，求解最优抢修顺序。首先，设置算法的迭代次数，通过除去一些独立故障支路来简化网络拓扑，初始化细菌种群，按照5.2)所示流程进行第一阶段、内层的抢修恢复重构，得到孤岛划分方案和主网抢修恢复的故障点，即更新的网路拓扑。在这样的拓扑结构基础上以网损和开关动作次数联合最小目标函数，确定前面已经确定需要抢修的故障点的抢修顺序。

其中目标函数：minh＝αfloss+βfbreak

约束条件为4.1)

得到抢修顺序后，按照5.2)所示流程进行第一阶段、内层的抢修恢复重构，得到孤岛划分方案和主网抢修恢复的故障点，即更新的网路拓扑。通过判断失电负荷是否完全恢复供电来决定第一阶段是否结束。在第一阶段抢修恢复结束形成的网络拓扑结构基础下，进入第二阶段的抢修恢复，抢修恢复第一阶段未抢修恢复的故障点。先进行第二阶段的内层优化策略，得出在一阶段后剩余故障的抢修故障点。

其中网损最小为目标函数：

约束条件为4.1)

在上面的基础上实现第二阶段的外层优化，目标函数为：

minf4(x)＝{t1,t2,…,tn-m}

约束条件为4.1)

以上所以步骤就完成了含dg配网多故障分两大阶段阶段，内、外层多目标联合优化抢修恢复策略的一次求取，接着再循环，直到达到细菌种群设置迭代次数，输出最后的整个抢修恢复的策略。与其他的多故障未考虑多目标联合协同优化，孤岛与主网为协同优化，抢修与恢复交替动态优化等的优化策略相比，该测策略具有显著的成效。

以上实施方式仅用于说明本发明，而非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术实施方案也属于本发明的保护范畴。