一种负载均衡的特定电力系统快速故障恢复方法与流程

1.本发明涉及电力系统技术领域，特别涉及一种负载均衡的特定电力系统快速故障恢复方法。


背景技术：

2.随着电气化程度的不断提高，电力作为主要能源在特定系统中的作用越来越大，电力系统的结构越来越复杂，同时，由于人员操作不当、设备自身故障、恶劣天气影响和人为破坏等原因，导致特定电力系统故障几率越来越高。特定电力系统发生故障后，应迅速实现故障定位和故障隔离，并迅速对非故障失电负荷进行故障恢复，减小损失。随着自动化程度逐渐提高，特定电力系统的控制开关均可实现自动控制，开关动作次数已不是电力系统故障恢复的主要目标。文献(蒋燕君，姜建国，任条娟(jiang yanjun，jiang jianguo，ren tiaojuan).采用云理论自适应遗传算法的舰船电力系统故障智能恢复策略(intelligent service restoration strategy based on cloud
‑
theory adaptive genetic algorithm for shipboard power system).电力自动化设备(electric power automation equipment),2012,32(3):47
‑
53.)，利用云理论自适应遗传算法实现了特定电力系统的故障智能恢复。但是，由于智能化方法所固有的收敛时间长缺点，故障恢复速度慢，且均未考虑故障恢复后的负载均衡，严重影响了特定电力系统的正常运行和再次故障恢复的能力。因此，设计负载均衡的特定电力系统快速故障恢复技术具有重要意义。
3.本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本发明的第一方面的目的是提供一种负载均衡的特定电力系统快速故障恢复方法。本发明的目的是为了克服现有特定电力系统故障恢复速度慢且未考虑负载均衡问题，设计了负载均衡的特定电力系统快速故障恢复方法，为电力系统自愈提供有力支撑，促进电力系统快速发展。
5.为实现上述第一方面的目的，本发明采用如下技术方案：
6.根据本公开的一个或多个实施例的一个方面，提供一种负载均衡的特定电力系统快速故障恢复方法，其适用于特定电力系统，特定电力系统的各备用电源均以负载率期望值为目标，按照负载率由低到高的顺序依次对各备用电源的故障恢复负荷进行供电恢复，直至故障恢复区负荷全部恢复供电或备用电源满载，从而实现特定电力系统的快速故障恢复，且保证了故障恢复后的负载均衡，提高了故障恢复电力系统的鲁棒性。
7.根据本公开的一个或多个实施例的一个方面，提供一种负载均衡的特定电力系统快速故障恢复方法，在备用电源容量小于故障恢复区负荷容量时，根据负荷的重要程度，依次恢复重要负荷供电，确保优先恢复重要负荷供电。
8.所述的一种负载均衡的特定电力系统快速故障恢复方法，备用电源的定义为：失
电负荷电源和与失电负荷通过联络开关相连的电源均称为备用电源，均参与故障恢复。
9.所述的一种负载均衡的特定电力系统快速故障恢复方法，故障恢复区负荷定义为：通过两个或两个以上开关分别与两个或两个以上备用电源相连的所有负荷称为故障恢复区负荷。
10.所述的一种负载均衡的特定电力系统快速故障恢复方法，备用电源的故障恢复负荷定义如下：与某个备用电源通过一个开关相连的所有故障恢复区负荷称为该备用电源的故障恢复负荷。
11.所述的一种负载均衡的特定电力系统快速故障恢复方法，故障恢复的目标包括：(1)优先恢复重要负荷供电；(2)最大限度地恢复失电负荷供电；(3)故障恢复后负载均衡；(4)故障恢复后未出现越限元件。目标函数定义如下：
[0012][0013][0014][0015][0016]
式中：i
il
为故障恢复区所有重要负荷等效电流；w
i
为第i个重要负荷的重要等级系数；i
ili
为第i个重要负荷电流；k为重要负荷数量；i
rl
为故障恢复后所有切除的负荷电流；i
cli
为第i个切除的负荷电流；t为切除负荷数量；b
l
为载荷均衡函数；μ
i
、μ
j
分别为第i、j个备用电源的负载率；u为备用电源数量；i
ali
为第i个备用能源的实际供电电流；i
maxi
为第i个备用能源的最大允许电流。
[0017]
所述的一种负载均衡的特定电力系统快速故障恢复方法，备用电源的负载率期望值按如下公式计算：
[0018][0019]
式中：为备用电源的负载率期望值；μ
i
为第i个备用电源在执行故障恢复前的负载率；i
maxi
为第i个备用电源的最大允许电流；i
lj
为故障恢复区中第j个的负荷电流；n为故障恢复区负荷数量；u为备用电源数量。
[0020]
所述的一种负载均衡的特定电力系统快速故障恢复方法，备用电源的负载率接近负载率期望值的判据如下：
[0021][0022]
式中：i
oi
为故障恢复前备用电源i的实际负荷电流；i
lij
为备用电源i恢复的第j个负荷电流；d为备用电源i已恢复的故障恢复区负荷数量。当上述公式成立时，则备用电源i的负载率已经接近负载率期望值，该备用电源的故障恢复完成。
[0023]
本发明提供的一种负载均衡的特定电力系统快速故障恢复方法，负载均衡的故障恢复算法步骤如下：
[0024]
步骤s1：根据特定电力系统的拓扑结构和故障点位置，确定故障恢复区负荷、备用电源以及各备用电源的故障恢复区负荷；
[0025]
步骤s2：计算故障恢复区的总负荷容量和备用电源的总备用容量，若故障恢复区的负荷总容量小于所有备用电源的总备用容量，跳转至步骤s5；否则，执行以下步骤；
[0026]
步骤s3：若故障恢复区的重要负荷总容量小于备用电源的总备用容量，以故障恢复区的重要负荷作为故障恢复区负荷，并转至步骤s5；否则，执行以下步骤；
[0027]
步骤s4：按照故障恢复区负荷的重要程度，依次恢复各重要负荷，并转至步骤s8；
[0028]
步骤s5：计算备用电源的负载率期望值；
[0029]
步骤s6：按照备用电源负载率由低到高的顺序，以负载率期望值为目标，依次由各备用电源对相应故障恢复区负荷进行故障恢复；
[0030]
步骤s7：若所有备用电源未完成故障恢复，则转至步骤s6；否则执行以下步骤；
[0031]
步骤s8：若仍有未恢复负荷，根据负荷的重要程度，依次恢复各负荷供电；
[0032]
步骤s9：根据各备用电源的故障恢复路径，形成故障恢复方案，确定故障恢复的开关动作集合，向相应开关发送分闸/合闸命令，从而实现特定电力系统的故障恢复。
[0033]
本发明的第二方面的目的是提供一种负载均衡的特定电力系统快速故障恢复系统，包括计算机及网络设备，以及计算机所包括的存储器、处理器及储存在存储器上并能够在处理器上运行的计算机程序，其特征在于：所述处理器执行所述计算机程序时，通过网络设备与外部设备实现信息交换与数据处理，从而实现如前所述的方法。
[0034]
本公开的有益效果是：
[0035]
(1)本公开适用于特定电力系统，各备用电源以负载率期望值为目标进行故障恢复，无需智能算法的多次搜索，可快速形成故障恢复方案，实现电力系统的快速故障恢复，使损失降至最低，确保电力系统的快速自愈。
[0036]
(2)本公开克服了现有特定电力系统故障恢复方法未考虑负载均衡的缺点，使故障恢复后的特定电力系统仍然负载均衡，减小了由于负载波动导致电源过载故障的概率，并提高了电力系统再次故障恢复的能力，确保了电力系统的安全稳定运行，提高了电力系统的鲁棒性。
[0037]
本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书和前述的权利要求书来实现和获得。
附图说明
[0038]
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步的详细描述，其中：
[0039]
图1是本公开的一种负载均衡的特定电力系统快速故障恢复算法流程图。
[0040]
图2为本公开实施例中特定电力系统的结构图。
具体实施方式
[0041]
以下将参照附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。应当理解，优选实施例仅为了说明本发明，而不是为了限制本发明的保护范围。
[0042]
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本公开提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本公开所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
[0043]
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本公开的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
[0044]
图1是本公开的一种负载均衡的特定电力系统快速故障恢复算法流程图，负载均衡的故障恢复算法步骤如下：
[0045]
步骤s1：根据特定电力系统的拓扑结构和故障点位置，确定故障恢复区负荷、备用电源以及各备用电源的故障恢复区负荷；
[0046]
步骤s2：计算故障恢复区的总负荷容量和备用电源的总备用容量，若故障恢复区的负荷总容量小于所有备用电源的总备用容量，跳转至步骤s5；否则，执行以下步骤；
[0047]
步骤s3：若故障恢复区的重要负荷总容量小于备用电源的总备用容量，以故障恢复区的重要负荷作为故障恢复区负荷，并转至步骤s5；否则，执行以下步骤；
[0048]
步骤s4：按照故障恢复区负荷的重要程度，依次恢复各重要负荷，并转至步骤s8；
[0049]
步骤s5：计算备用电源的负载率期望值；
[0050]
步骤s6：按照备用电源负载率由低到高的顺序，以负载率期望值为目标，依次由各备用电源对相应故障恢复区负荷进行故障恢复；
[0051]
步骤s7：若所有备用电源未完成故障恢复，则转至步骤s6；否则执行以下步骤；
[0052]
步骤s8：若仍有未恢复负荷，根据负荷的重要程度，依次恢复各负荷供电；
[0053]
步骤s9：根据各备用电源的故障恢复路径，形成故障恢复方案，确定故障恢复的开关动作集合，向相应开关发送分闸/合闸命令，从而实现特定电力系统的故障恢复。
[0054]
图2是实施例中特定电力系统(以船舶电力系统为例)的结构图。该电力系统分为4个供电区域，每个供电区域含有一个供电电源，电力系统中各电源和负荷的参数如表1所示。负载均衡分配给4个电源，各电源的负载率均为0.909。
[0055]
假设支路b
10
、b
63
故障，则l3、l
12
和l
13
为停电负荷，负荷l3由备用电源g4恢复供电，负荷l
13
由备用电源g2恢复供电，负荷l
12
由于没有备用电源恢复供电而失电。由于故障支路b
10
、b
63
分别为电源g1和g3供电支路，停电负荷分别通过联络开关与电源g2和g4相连，因此，备用电源的集合为{g1，g2，g3，g4}。各备用电源的故障恢复前的负荷电流、负载率以及相应的故障恢复区负荷如表2所示。
[0056]
表1船舶电力系统电源和负荷参数
[0057][0058]
表2故障恢复前备用电源和故障恢复区负荷参数
[0059][0060]
计算备用电源负载率期望值为备用电源可以恢复所有故障恢复区负荷，无需考虑负荷的重要程度。从负载率最小的备用电源g3开始进行故障恢复，满足接近负载率期望值判据时，备用用电g3恢复的负荷为{l
11
,l
16
,l
17
,l
10
}，μ3＝0.84，备用电源g3完成故障恢复。l
15
只能由备用电源g4恢复供电，恢复l
15
后备用电源g4的负载率为μ3＝0.847，已满足接近负载率期望值判据，备用电源g4完成故障恢复。l1和l
20
只能由备用电源g1恢复供电，恢复l1和l
20
后，备用电源g1的负载率为μ1＝0.481，而备用电源g2的负载率为μ2＝0.464<μ1。因此，备用电源g2的先执行故障恢复。恢复负载l8后，备用电源g2的负载率为μ2＝0.867，满足接近负载率期望值判据，故障恢复完成。剩余的负荷l5和l6由备用电源g1恢复，备用电源g1的负载率为μ1＝0.818，满足接近负载率期望值判据。此时，该电力系统的故障恢复全部完成。
[0061]
将所提出的负载均衡故障恢复方法(lb)与其他智能化方法：标准遗传算法(sga)、自适应遗传算法(aga)和云理论自适应遗传算法(caga)的故障恢复结果进行对比，故障恢复后各备用电源的负荷及负载率对比如表3所示。由表3可知，采用负载均衡的故障恢复方法可以最大限度地满足供电恢复的要求，且实现了故障恢复后的负载均衡，得到最优的故障恢复方案；而其他方法均不能实现故障恢复后的负载均衡，在负载变化或再次故障恢复时负载率大的备用电源容易出现过载，影响特定电力系统的正常运行。在matlab仿真环境中编写上述故障恢复算法，经运行测试，在10ms内即可完成故障恢复，而采用智能化方法，故障恢复的时间为3～28s。因此，所提出的故障恢复方法的故障恢复时间明显小于智能化方法，可快速实现特定电力系统的故障恢复，使电力系统的故障损失降至最低。
[0062]
表3故障恢复结果对比
[0063][0064]
本公开适用于特定电力系统，以负载率期望值为目标，根据备用电源负载率由低到高的顺序依次恢复故障恢复区负荷供电，实现特定电力系统的快速故障恢复，且实现的故障恢复后的负载均衡，不但提高特定电力系统的故障恢复速度，减小故障造成的损失，而且使电力系统鲁棒性增强，确保电力系统安全稳定运行
[0065]
应当认识到，本发明的实施例可以由计算机硬件、硬件和软件的组合、或者通过存储在非暂时性计算机可读存储器中的计算机指令来实现或实施。所述方法可以使用标准编程技术
‑
包括配置有计算机程序的非暂时性计算机可读存储介质在计算机程序中实现，其中如此配置的存储介质使得计算机以特定和预定义的方式操作——根据在具体实施例中描述的方法和附图。每个程序可以以高级过程或面向对象的编程语言来实现以与计算机系统通信。然而，若需要，该程序可以以汇编或机器语言实现。在任何情况下，该语言可以是编译或解释的语言。此外，为此目的该程序能够在编程的专用集成电路上运行。
[0066]
此外，可按任何合适的顺序来执行本文描述的过程的操作，除非本文另外指示或以其他方式明显地与上下文矛盾。本文描述的过程(或变型和/或其组合)可在配置有可执行指令的一个或多个计算机系统的控制下执行，并且可作为共同地在一个或多个处理器上执行的代码(例如，可执行指令、一个或多个计算机程序或一个或多个应用)、由硬件或其组合来实现。所述计算机程序包括可由一个或多个处理器执行的多个指令。
[0067]
进一步，所述方法可以在可操作地连接至合适的任何类型的计算平台中实现，包括但不限于个人电脑、迷你计算机、主框架、工作站、网络或分布式计算环境、单独的或集成的计算机平台、或者与带电粒子工具或其它成像装置通信等等。本发明的各方面可以以存储在非暂时性存储介质或设备上的机器可读代码来实现，无论是可移动的还是集成至计算平台，如硬盘、光学读取和/或写入存储介质、ram、rom等，使得其可由可编程计算机读取，当存储介质或设备由计算机读取时可用于配置和操作计算机以执行在此所描述的过程。此外，机器可读代码，或其部分可以通过有线或无线网络传输。当此类媒体包括结合微处理器或其他数据处理器实现上文所述步骤的指令或程序时，本文所述的发明包括这些和其他不同类型的非暂时性计算机可读存储介质。当根据本发明所述的方法和技术编程时，本发明还包括计算机本身。
[0068]
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明
的权利要求范围当中。