考虑电源车协同调度的配电网应急抢修恢复方法

1.本发明属于配电网应急抢修领域，尤其涉及一种考虑电源车协同调度的配电网应急抢修恢复方法。


背景技术：

2.随着科技的不断发展，电网在社会发展和人们日常工作生活中越发重要，一旦发生重大故障，如：自然因素导致的地震、台风、洪涝等灾害引起的线路断线、杆塔倒塌等故障；人为因素导致的电压崩溃、设备损坏等故障，将对经济生产和发展产生巨大的影响，导致难以估量的损失。
3.配电网作为电力系统网络中与用户相连的一环，将直接影响到用户用电的质量。配电网网络结构复杂，设备类型繁多，供给负荷类型多样等种种原因，给配电网安全稳定运行带来了巨大的挑战。因此，如何加强配电网应对重大灾害的能力，提高配电网故障后快速恢复供电的能力，保障国民经济水平，减小因大规模故障带来的损失是至关重要的。
4.配电网具有闭环设计、开环运行的结构特点，能够灵活的对线路开关进行操作。在制定故障恢复策略时，隔离故障区，在不对网络结构发生重大改变且满足约束的前提下，通过现有的综合能源恢复非故障停电区的供电。相较于输电网，配电网规模较小，操作简单，研究的配电网故障抢修恢复模型具有工程实际价值。
5.应急电源车作为应急防御的一环，具有极大的灵活性，在应急情况下是不可或缺的。但应急电源车容量有限，且总数也有一定的限制，如何充分发挥应急电源车的灵活性，合理分配有限资源，恢复失电负荷，使效益最大化是目前研究的重点。
6.当前对于应急电源车恢复负荷的研究有限，目前的研究集中在应急电源车的单次调度、对单个负荷或区域进行恢复上，对于应急电源车的利用仍不充分。若应急电源车与抢修小队的工作进行协同，在部分故障恢复后进行转移，恢复其他区域的失电负荷，且利用完好的线路分配多余的电能，能够提高应急电源车的利用效率，减少故障带来的损失。


技术实现要素：

7.为了弥补现有技术的空白和不足，考虑当前对于应急电源车恢复负荷的研究有限，目前的研究集中在应急电源车的单次调度、对单个负荷或区域进行恢复上，对于应急电源车的利用仍不充分。本发明提出一种考虑电源车协同调度的配电网应急抢修恢复方法，提出了应急电源车转移策略矩阵技术及接入策略，用于表示多台应急电源车调度路径和与抢修小队的协同关系，并通过完好的线路恢复接入节点周围负荷，充分利用了应急电源车的供电能力和灵活调度的能力，使应急电源车的供电效益最大化。
8.本发明具体采用以下技术方案：
9.一种考虑电源车协同调度的配电网应急抢修恢复方法，其特征在于，包括以下步骤：首先获得抢修小队的抢修策略，确定故障区域、恢复时间和恢复顺序，接着通过设置转移策略矩阵的方式表达多应急电源车的转移路径，然后通过转移策略矩阵求出应急电源车
的负荷恢复策略，最后通过离散二进制粒子群算法求解最优的转移策略矩阵。
10.进一步地，所述通过设置转移策略矩阵的方式表达多应急电源车的转移路径，具体包括以下过程：
11.通过转移策略矩阵用以表示应急电源车的调度路径及与抢修小队的协同关系：
[0012][0013]
式中：n行表示有n台应急电源车；m列表示m个顺序恢复的孤立网络；x
ij
∈[0,k],其中k为第m个孤立网络的节点个数，对孤立网络中的节点重新编号，取0时表示未接入该孤立网，取[1,k]时表示孤立网中的元素对应的节点编号；
[0014]
在矩阵前插入一列(x
01
,x
02
,
…
,x
0n
)
t
用以表示应急电源车的初始位置，可以将这一列视作一个抢修时间为0的特殊孤立网络，原矩阵扩展为n
×
(m+1)；应急电源车转移策略矩阵的每一行参数，得到应急电源车在不同孤立网络、不同节点之间的转移策略；
[0015]
由转移策略矩阵的每一列代表一个孤立网络区域，通过以下方式，求得各个电源车在各孤立网络的供电时间：
[0016][0017]
式中：t
ij
为第i辆电源车在第j个孤立网络的供电时间；为第j个孤立网络恢复系统侧供电的时间；为第j-n个孤立网络恢复系统侧供电的时间，其中n为使x
i,j-n
不为0的最小正整数；为第i辆电源车在第j个和第j-n个孤立网络间的转移时间；
[0018]
由此得到应急电源车的供电时间矩阵：
[0019][0020]
由供电时间的每一列，供电时间越长的电源车，越早接入该孤立网络，得到应急电源车接入孤立网络的先后顺序。
[0021]
进一步地，所述通过转移策略矩阵求出应急电源车的负荷恢复策略具体为：
[0022]
(1)应急电源车接入后优先恢复应急电源车周边负荷；
[0023]
(2)恢复负荷时如能合并两个网络，则优先合并网络，形成孤岛，并将可恢复负荷扩展到另一网络周边的负荷；
[0024]
(3)在供电能力范围内恢复负荷完成后，切除与孤岛相连的线路；
[0025]
(4)恢复全部不可控负荷后，再恢复可控负荷。
[0026]
进一步地，首先建立故障情况下的负荷价值：
[0027][0028]
式中：wi为第i个节点的负荷价值量；为第i个节点的二级负荷总量；为第i
个节点的不可控三级负荷总量；为第i个节点的可控三级负荷总量；αi为第i个节点的二级负荷紧急度；βi为第i个节点的三级负荷紧急度；ω2为二级负荷权重；ω3为三级负荷权重；xi为第i个节点可控负荷投切状态，0表示未投入，1表示投入；
[0029]
对于可控负荷的接入，通过式(5)选择某个孤立网络的可控负荷接入：
[0030][0031]
式中：xi为第i个可控负荷的投入情况，1表示投入，0表示未投入；gk为第k个孤立网络的可控负荷节点编号集合；p
res
为应急电源车剩余供电能力；
[0032]
由负荷价值函数，结合应急电源车恢复负荷的策略，得到应急电源车恢复负荷的价值函数：
[0033][0034]
式中：wk为第k个节点的负荷权重；t
ij
为第i辆电源车在第j个孤立网络的供电时间；g
ij
为第i辆电源车接入第j个孤立网络后恢复的负荷集合；
[0035]
在应急电源车转移调度，恢复负荷的过程中，需要满足如下约束条件：
[0036]
(1)潮流约束条件：
[0037][0038]
式中：pa,qa为节点a处注入的有功功率和无功功率；ua,ub为节点a和b的电压幅值；ωa为与节点a相连的节点集合；g
ab
,b
ab
为支路ab上的电导和电纳；θ
ab
为节点a和b之间的相角差；
[0039]
(2)节点电压约束：
[0040]umin
≤u≤u
max
ꢀꢀꢀ
(8)
[0041]
式中：u
min
为节点电压下限；u
max
节点电压上限；
[0042]
(3)支路潮流约束：
[0043]
|ps|≤p
smax
ꢀꢀꢀ
(9)
[0044]
式中：ps为流过支路s的有功功率；p
smax
为支路s允许流过最大的有功功率；
[0045]
(4)电源车出力约束：
[0046][0047]
式中：为孤立网络所有电源发电量；为孤立网络所有负荷容量。
[0048]
进一步地，所述通过离散二进制粒子群算法求解最优的转移策略矩阵具体为：
[0049]
获得应急电源车恢复负荷价值函数后，通过离散二进制粒子群算法bpso进行求
解:
[0050]
在采用bpso算法对问题进行求解前，需要对问题进行编码；将转移策略矩阵的每一行进行拼接，将矩阵由n
×
(m+1)维转变为n(m+1)维的向量，并将每一维转换为二进制形式，通过bpso算法对二进制形式的粒子的位置和速度进行更新；粒子的速度更新公式如下：
[0051]vid
(k+1)＝ωv
id
(k)+c1r1[p
id
(k)-x
id
(k)]+c2r2[p
gd
(k)-x
id
(k)]
ꢀꢀꢀ
(11)
[0052]
式中：i为第i个粒子编号；d为粒子的第d维数；k为迭代次数；v
id
表示第i个粒子在d维上的速度；x
id
表示第i个粒子在d维上的位置；p
id
表示第i个粒子最优位置在d维的坐标；p
gd
表示当前全局最优位置在d维的坐标；c1、c2为学习因子；r1、r2为区间[0,1]上的随机数；ω为惯性权重；
[0053]
粒子的位置更新公式如下：
[0054][0055][0056]
式中：ρ为[0,1]上的随机数；
[0057]
通过以上算法的更新公式，以应急电源车转移策略矩阵作为粒子的编码形式，以应急电源车恢复负荷价值函数作为算法的适应度函数，通过种群间信息共享的方式对粒子的速度和位置进行更新，求解获得最优策略。
[0058]
一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可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程序时实现如上所述的考虑电源车协同调度的配电网应急抢修恢复方法。
[0059]
一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现如上所述的考虑电源车协同调度的配电网应急抢修恢复方法。
[0060]
与现有技术相比，本发明及其优选方案采用应急电源车转移策略矩阵，能够通过将抢修小队故障抢修恢复孤立网络的顺序，与应急电源车的调度相结合，有效的规划应急电源车的调度策略，能够给予应急电源车转移一个合理的趋势，使应急电源车能够随着孤立网络恢复顺序进行转移，有效的避免了调度过程中，电源车在同个孤立网络内转移和到达恢复系统侧供电孤立网络节点的情况，有效的减少了问题的解空间，提高求解效率；能够通过转移策略矩阵的行得出多台应急电源车的多次转移路径；能够过转移策略矩阵的列计算电源车在各个孤立网络的供电时间及接入的先后顺序，并按照一定的原则通过完好的线路传输电能，最大限度恢复周围负荷，充分利用应急电源车的转移能力和供电能力，极大程度上提高了应急电源车的利用效率；通过离散二进制粒子群算法对问题进行求解，利用其独特的群体信息共享机制，加快收敛速度，提高了问题的求解速度。
附图说明
[0061]
图1为本发明实施例电源车恢复负荷策略示意图。
[0062]
图2为本发明实施例电源车协同调度恢复策略流程示意图。
具体实施方式
[0063]
为让本专利的特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，作详细说明如下：
[0064]
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本技术提供进一步的说明。除非另有指明，本说明书使用的所有技术和科学术语具有与本技术所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
[0065]
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技术的示例性实施方式。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。
[0066]
如图2所示，本实施例提供的考虑电源车协同调度的配电网应急抢修恢复方法的总体方案包括以下内容：
[0067]
对于考虑应急电源车协同调度的配电网应急抢修恢复策略，首先获得抢修小队的抢修策略，确定故障区域、恢复时间和恢复顺序，接着通过设置转移策略矩阵的方式表达多应急电源车的转移路径，然后通过转移策略矩阵求出应急电源车的负荷恢复策略，最后通过离散二进制粒子群算法求解最优的转移策略矩阵。其具体步骤如下：
[0068]
1.在配电网多故障情况下，由于配电网开环运行的特点，故障会将网络划分为多个孤立的网络。通过抢修小队的抢修工作，故障逐步恢复后，多个孤立网络内的负荷将会得到系统侧的供电。通过获得抢修小队的抢修策略，可以确定出孤立网络恢复系统侧供电的时间和顺序。
[0069]
2.通过转移策略矩阵用以表示应急电源车的调度路径及与抢修小队的协同关系：
[0070][0071]
式中：n行表示有n台应急电源车；m列表示m个顺序恢复的孤立网络；x
ij
∈[0,k],其中k为第m个孤立网络的节点个数，对孤立网络中的节点重新编号，取0时表示未接入该孤立网，取[1,k]时表示孤立网中的元素对应的节点编号。
[0072]
在矩阵前插入一列(x
01
,x
02
,
…
,x
0n
)
t
用以表示应急电源车的初始位置，可以将这一列视作一个抢修时间为0的特殊孤立网络，原矩阵扩展为n
×
(m+1)。应急电源车转移策略矩阵的每一行参数，可以得到应急电源车在不同孤立网络、不同节点之间的转移策略。
[0073]
由转移策略矩阵的每一列代表一个孤立网络区域，故可以通过以下方式，求得各个电源车在各孤立网络的供电时间：
[0074][0075]
式中：t
ij
为第i辆电源车在第j个孤立网络的供电时间；为第j个孤立网络恢复系统侧供电的时间；为第j-n个孤立网络恢复系统侧供电的时间，其中n为使x
i,j-n
不为0的最小正整数；为第i辆电源车在第j个和第j-n个孤立网络间的转移时间。
[0076]
由此可以得到应急电源车的供电时间矩阵：
[0077][0078]
由供电时间的每一列，供电时间越长的电源车，越早接入该孤立网络，故可以得到应急电源车接入孤立网络的先后顺序。
[0079]
3.根据应急电源车接入网络的先后顺序，按照以下规则，通过完好的线路恢复周围负荷：
[0080]
(1)应急电源车接入后优先恢复应急电源车周边负荷，减少长距离输送损耗。
[0081]
(2)恢复负荷时如能合并两个网络，则优先合并网络，形成孤岛，并将可恢复负荷扩展到另一网络周边的负荷。
[0082]
(3)在供电能力范围内恢复负荷完成后，切除与孤岛相连的线路。
[0083]
(4)恢复全部不可控负荷后，合理恢复可控负荷。
[0084]
如图1所示，假设每台电源车都有为四个节点负荷供电的能力，g1先接入节点2，g2后接入节点5，按照如下步骤恢复负荷
[0085]
步骤一：先接入电源车g1，恢复节点1,2,3,7，断开线路3-4,3-10,7-8。
[0086]
步骤二：接入电源车g2，恢复节点4,5,6。
[0087]
步骤三：闭合线路3-4，将两辆应急电源车供电的网络合并。
[0088]
步骤四：闭合3-10，断开10-11，为节点10进行供电。
[0089]
将上述规则建立数学模型进行表示，首先建立故障情况下的负荷价值：
[0090][0091]
式中：wi为第i个节点的负荷价值量；为第i个节点的二级负荷总量；为第i个节点的不可控三级负荷总量；为第i个节点的可控三级负荷总量；αi为第i个节点的二级负荷紧急度；βi为第i个节点的三级负荷紧急度；ω2为二级负荷权重；ω3为三级负荷权重；xi为第i个节点可控负荷投切状态，0表示未投入，1表示投入。
[0092]
对于可控负荷的接入，通过式(5)选择某个孤立网络的可控负荷接入：
[0093][0094]
式中：xi为第i个可控负荷的投入情况，1表示投入，0表示未投入；gk为第k个孤立网络的可控负荷节点编号集合；p
res
为应急电源车剩余供电能力。
[0095]
由负荷价值函数，结合应急电源车恢复负荷的策略，可以得到应急电源车恢复负荷的价值函数：
[0096][0097]
式中：wk为第k个节点的负荷权重；t
ij
为第i辆电源车在第j个孤立网络的供电时
间；g
ij
为第i辆电源车接入第j个孤立网络后恢复的负荷集合。
[0098]
在应急电源车转移调度，恢复负荷的过程中，需要满足如下约束条件：
[0099]
(5)潮流约束条件：
[0100][0101]
式中：pa,qa为节点a处注入的有功功率和无功功率；ua,ub为节点a和b的电压幅值；ωa为与节点a相连的节点集合；g
ab
,b
ab
为支路ab上的电导和电纳；θ
ab
为节点a和b之间的相角差。
[0102]
(6)节点电压约束：
[0103]umin
≤u≤u
max
ꢀꢀꢀ
(8)
[0104]
式中：u
min
为节点电压下限；u
max
节点电压上限。
[0105]
(7)支路潮流约束：
[0106]
|ps|≤p
smax
ꢀꢀꢀ
(9)
[0107]
式中：ps为流过支路s的有功功率；p
smax
为支路s允许流过最大的有功功率。
[0108]
(8)电源车出力约束：
[0109][0110]
式中：为孤立网络所有电源发电量；为孤立网络所有负荷容量。
[0111]
4.获得应急电源车恢复负荷价值函数后，可以通过离散二进制粒子群算法(binary particle swarm optimization，bpso)进行求解，bpso算具有独特的种群间信息共享机制，能够快速收敛。
[0112]
在采用bpso算法对问题进行求解前，需要对问题进行编码。将转移策略矩阵的每一行进行拼接，将矩阵由n
×
(m+1)维转变为n(m+1)维的向量，并将每一维转换为二进制形式，通过bpso算法对二进制形式的粒子的位置和速度进行更新。粒子的速度更新公式如下：
[0113]vid
(k+1)＝ωv
id
(k)+c1r1[p
id
(k)-x
id
(k)]+c2r2[p
gd
(k)-x
id
(k)]
ꢀꢀꢀ
(11)
[0114]
式中：i为第i个粒子编号；d为粒子的第d维数；k为迭代次数；v
id
表示第i个粒子在d维上的速度；x
id
表示第i个粒子在d维上的位置；p
id
表示第i个粒子最优位置在d维的坐标；p
gd
表示当前全局最优位置在d维的坐标；c1、c2为学习因子；r1、r2为区间[0,1]上的随机数；ω为惯性权重。
[0115]
粒子的位置更新公式如下：
[0116][0117][0118]
式中：ρ为[0,1]上的随机数。
[0119]
通过以上算法的更新公式，以应急电源车转移策略矩阵作为粒子的编码形式，以应急电源车恢复负荷价值函数作为算法的适应度函数，通过种群间信息共享的方式对粒子的速度和位置进行更新，求解最优策略。
[0120]
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、装置、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
[0121]
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(装置)、和计算机程序产品的流程图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图中的每一流程、以及流程图中的流程结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程中指定的功能的装置。
[0122]
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程图中指定的功能。
[0123]
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程中指定的功能的步骤。
[0124]
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。
[0125]
本专利不局限于上述最佳实施方式，任何人在本专利的启示下都可以得出其它各种形式的考虑电源车协同调度的配电网应急抢修恢复方法，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本专利的涵盖范围。