一种用于含微网的配电网故障恢复方法

摘要

本发明涉及一种用于含微网的配电网故障恢复方法，方法步骤包括：⑴采用启发式规则生成初始可行方案，并在此基础上生成候选方案集；⑵利用遗传算法从候选集合中得到故障恢复的最优解。本发明首先考虑利用微网恢复失电区域负荷，减少了联络开关和分段开关的操作次数，从而有效地降低了故障恢复过程的线路损耗，提高了经济效益，本发明将启发式规则与遗传算法相结合，既能找到故障恢复的最优方案，又提高了寻找最优恢复方案的效率。

权利要求

1.一种用于含微网的配电网故障恢复方法，其特征在于：方法步骤如下，⑴采用启发式规则生成初始可行方案，并在此基础上生成候选方案集；具体步骤如下：①统计全部失电区域，计算失电区域总负荷，判断失电区域内故障区下游的非故障失电区域是否含有具备孤岛运行能力的微网；

②若含有具备孤岛运行能力的微网，确定所述微网的非故障停电区域内所有微网的可以外送的功率之和 与停电负荷的总功率 的关系，计算微网可以外送的功率；若有可外送功率，则首先考虑通过微网恢复负荷供电；否则，需确定其他各支撑馈线的负荷裕量，搜索相应的联络开关和分段开关以恢复供电；其中，微网可以外送的功率有一定的范围，该范围可以通过微网的能量管理系统计算得到并通过通讯系统传输到配电管理系中，即在供电恢复过程中此功率范围可以看做实时信息；

③如果非故障停电区域内的所有微网可以满足失电负荷的供电需求，则不考虑切换联络开关和分段开关，直接通过微网恢复非故障停电区域内的供电，否则将剩余负荷转移到其他支路上；

④若其他支路上可转移的功率之和 仍不能恢复非故障停电区域内全部失电负荷，则考虑切除部分非重要负荷，重新回到步骤②进行搜索，直到生成一个初始可行方案为止；

⑤以步骤④形成的初始可行方案为基础，逐步生成一个故障恢复的候选集合；

⑵利用遗传算法从候选集合中得到故障恢复的最优解，具体步骤如下：①对系统中微网的输出功率以及各支撑馈线的支路的状态变量进行染色体编码，并对染色体进行交叉和变异操作，产生后代种群；

②对交叉和变异后所产生的后代种群进行辐射状校验，并去除环网；

③根据步骤②中去除环网以后的种群中的解，确定未恢复区域；

④若未恢复区域中包含有具备孤岛运行能力的微网，优先通过具备孤岛运行能力的微网恢复负荷，根据微网恢复能力，修改相应的开关状态；

⑤根据步骤③所确定的未恢复区域和步骤④得到的开关操作信息来修改相应的开关状态，计算目标函数，校验约束条件；校验约束条件具体为：所述目标函数首先考虑尽快地恢复尽可能多的负荷供电，即：所述约束条件为：

A,支路容量约束，即Si

B,节点电压约束，即Uimin≤Ui≤Uimax，i＝1,2,…,m；

C,网络结构约束，即g∈GR；

D,微网外送功率约束，即：

PMGj≤PMGj,max，j＝1,2,…,Nmg，QMGj≤QMGj,max，j＝1,2,…,Nmg；

⑥根据目标函数和约束条件对染色体进行选择操作，适应性强的将会留下来，产生新的种群；

⑦若满足终止条件，则输出最优解；否则，返回①，直至满足终止条件。

说明书

一种用于含微网的配电网故障恢复方法

技术领域

[0001] 本发明属于电力系统及其自动化和智能配电网技术领域，特别是一种用于含微网的配电网故障恢复方法。

背景技术

[0002] 配电网位于电力系统的末端，直接为用户提供电能，其安全性、经济性和可靠性直接影响着电力系统的整体效益以及国家的国计民生。随着电网建设的逐步加强，电网结构越加庞大复杂，尤其在配电网处，一旦发生永久性故障，导致用户的停电概率越来越大。因此，研究如何正确迅速地恢复断电区域的供电，提高整个电网的可靠性，具有重要的现实意义。

[0003] 近些年来，随着化石能源的日益枯竭，充分开发和利用清洁的可再生能源发电已成为世界各国能源战略的发展发展方向。为深入发掘和充分利用分布式能源的巨大潜力和特殊优点，使其更好的的服务于电网和用户，在21世纪初，国外学者们提出将分布式能源与负荷组合成微网。微网是将可再生能源发电装置、负荷、储能装置及控制装置等有机结合并接入到电网中的技术；微网一般接入到配电系统中，它既可与电网联网运行，也可在电网故障或需要时与主网断开单独运行，它的灵活运行方式可以实现分布式能源的接纳及与电网的互相支撑。随着微网技术的发展和完善，它将成为可再生能源综合利用最有效的方式。

[0004] 微网的接入使传统的单电源辐射状配电网变成了一个遍布电源和负荷的含多电源的新型配电系统，改变了配电网辐射状的结构，增加了配电网潮流的不确定性，从而对系统的运行和控制产生了一系列的影响，考虑微网后的配电网故障恢复不能直接套用传统的恢复算法。目前含微网的配电网故障恢复包含有两种恢复策略：其一利用主网恢复停电负荷；其二利用失电区域的微网孤岛运行恢复停电负荷。在以往的研究中往往将其作为两个独立的优化问题，也即是首先利用主网进行恢复，然后再利用孤岛对未能恢复的负荷进行恢复，这将会在一定程度上造成不必要的停电。主网恢复和孤岛恢复两者之间相互影响，为此,为充分发挥分布式电源的作用，在优化的过程中应将两者结合起来，作为一个整体进行优化求解，需要在现有配电网故障恢复方法基础上,设计一种适用于含微网配电网的快速故障恢复方法。

发明内容

[0005] 本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种用于含微网的配电网故障恢复方法。

[0006] 本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：

[0007] 一种用于含微网的配电网故障恢复方法，方法步骤如下，

[0008] ⑴采用启发式规则生成初始可行方案，并在此基础上生成候选方案集；

[0009] ⑵利用遗传算法从候选集合中得到故障恢复的最优解。

[0010] 而且，所述步骤⑴采用启发式规则生成初始可行方案，并在此基础上生成候选方案集的具体步骤如下：

[0011] ①统计全部失电区域，计算失电区域总负荷，判断失电区域内故障区下游的非故障失电区域是否含有具备孤岛运行能力的微网；

[0012] ②若含有具备孤岛运行能力的微网，确定所述微网的非故障停电区域内所有微网的可以外送的功率之和 与停电负荷的总功率 的关系，计算微网可以外送的功率；若有可外送功率，则首先考虑通过微网恢复负荷供电；否则，需确定其他各支撑馈线的负荷裕量，搜索相应的联络开关和分段开关以恢复供电；

[0013] ③如果非故障停电区域内的所有微网可以满足失电负荷的供电需求，则不考虑切换联络开关和分段开关，直接通过微网恢复非故障停电区域内的供电，否则将剩余负荷转移到其他支路上；

[0014] ④若其他支路上可转移的功率之和 仍不能恢复非故障停电区域内全部失电负荷，则考虑切除部分非重要负荷，重新回到步骤②进行搜索，直到生成一个初始可行方案为止；

[0015] ⑤以步骤④形成的初始可行方案为基础，逐步生成一个故障恢复的候选集合。

[0016] 而且，上述步骤②的微网可以外送的功率有一定的范围，该范围可以通过微网的能量管理系统计算得到并通过通讯系统传输到配电管理系中，即在供电恢复过程中此功率范围可以看做实时信息。

[0017] 而且，上述步骤⑵利用遗传算法从候选集合中得到故障恢复的最优解的具体步骤如下：

[0018] ①对系统中微网的输出功率以及各支撑馈线的支路的状态变量进行染色体编码，并对染色体进行交叉和变异操作，产生后代种群；

[0019] ②对交叉和变异后所产生的后代种群进行辐射状校验，并去除环网；

[0020] ③根据步骤②中去除环网以后的种群中的解，确定未恢复区域；

[0021] ④若未恢复区域中包含有具备孤岛运行能力的微网，优先通过具备孤岛运行能力的微网恢复负荷，根据微网恢复能力，修改相应的开关状态；

[0022] ⑤根据步骤③所确定的未恢复区域和步骤④得到的开关操作信息来修改相应的开关状态，计算目标函数，校验约束条件；

[0023] ⑥根据目标函数和约束条件对染色体进行选择操作，适应性强的将会留下来，产生新的种群；

[0024] ⑦若满足终止条件，则输出最优解；否则，返回①，直至满足终止条件。

[0025] 而且，上述步骤⑤中的计算目标函数，校验约束条件具体为：

[0026] 所述目标函数首先考虑尽快地恢复尽可能多的负荷供电，即：

[0027]

[0028] 所述约束条件为：

[0029] A,支路容量约束，即Si

[0030] B,节点电压约束，即Uimin≤Ui≤Uimax，i=1,2,…,m；

[0031] C,网络结构约束，即g∈GR；

[0032] D,微网外送功率约束，即：

[0033] PMGj≤PMGj,max，j=1,2,…,Nmg，QMGj≤QMGj,max，j=1,2,…,Nmg。

[0034] 本发明的优点和积极效果是：

[0035] 1、本发明考虑了微网接入配电网后对配电网故障恢复发挥的积极作用，首先考虑利用微网恢复失电区域负荷，减少了联络开关和分段开关的操作次数，从而有效地降低了故障恢复过程的线路损耗，提高了经济效益；

[0036] 2、本发明将启发式规则与遗传算法相结合，既能找到故障恢复的最优方案，又提高了寻找最优恢复方案的效率。

附图说明

[0037] 图1为本发明方法流程图；

[0038] 图2为本发明所涉及的一种网络拓扑结构图。

具体实施方式

[0039] 以下结合附图对本发明实施例做进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。

[0040] 一种用于含微网的配电网故障恢复方法，本发明方法所涉及的用于含微网的配电网系统故障恢复是在假设配电网发生故障后，故障的定位和故障的隔离己经完成的基础上进行的，并且故障隔离后的配电网正常运行，所有开关、刀闸均可正常操作，忽略配电网中各种参数和量测量的误差。如图1或2所示，本发明方法步骤如下，

[0041] ⑴采用启发式规则生成初始可行方案，并在此基础上生成候选方案集；具体步骤如下：

[0042] ①算法开始并统计全部失电区域，计算失电区域总负荷，判断失电区域内故障区下游的非故障失电区域是否含有具备孤岛运行能力的微网；所述有具备孤岛运行能力的微网是指当微网与大电网分离后，该微网仍继续向网内负荷持续供电，保证网内负荷的供电可靠性。

[0043] ②若含有具备孤岛运行能力的微网，确定所述微网的非故障停电区域内所有微网的可以外送的功率之和 与停电负荷的总功率 的关系，计算微网可以外送的功率；若有可外送功率，则首先考虑通过微网恢复负荷供电；否则，需确定其他各支撑馈线的负荷裕量，搜索相应的联络开关和分段开关以恢复供电；所述的微网可以外送的功率有一定的范围，该范围可以通过微网的能量管理系统（MEMS）计算得到并通过通讯系统传输到配电管理系（DMS）中，即在供电恢复过程中此功率范围可以看做实时信息；

[0044] ③如果非故障停电区域内的所有微网可以满足失电负荷的供电需求，则不考虑切换联络开关和分段开关，直接通过微网恢复非故障停电区域内的供电，否则将剩余负荷转移到其他支路上；

[0045] ④若其他支路上可转移的功率之和 仍不能恢复非故障停电区域内全部失电负荷，则考虑切除部分非重要负荷，重新回到步骤②进行搜索，直到生成一个初始可行方案为止；

[0046] ⑤以步骤④形成的初始可行方案为基础，逐步生成一个故障恢复的候选集合；

[0047] ⑵利用遗传算法从候选集合中得到故障恢复的最优解；

[0048] ①对系统中微网的输出功率以及各支撑馈线的支路的状态变量进行染色体编码，并对染色体进行交叉和变异操作，产生后代种群；

[0049] ②对交叉和变异后所产生的后代种群进行辐射状校验，并去除环网；

[0050] ③根据步骤②中去除环网以后的种群中的解，确定未恢复区域；

[0051] ④若未恢复区域中包含有具备孤岛运行能力的微网，优先通过具备孤岛运行能力的微网恢复负荷，根据微网恢复能力，修改相应的开关状态；

[0052] ⑤根据步骤③所确定的未恢复区域和步骤④得到的开关操作信息来修改相应的开关状态，计算目标函数，校验约束条件；其中，

[0053] 目标函数在这里首先考虑尽快地恢复尽可能多的负荷供电，即：

[0054]

[0055] 所述约束条件为：

[0056] A,支路容量约束，即Si

[0057] B,节点电压约束，即Uimin≤Ui≤Uimax，i=1,2,…,m；

[0058] C,网络结构约束，即g∈GR；

[0059] D,微网外送功率约束，即

[0060] PMGj≤PMGj,max，j=1,2,…,Nmg，QMGj≤QMGj,max，j=1,2,…,Nmg；

[0061] ⑥根据目标函数和约束条件对染色体进行选择操作，适应性强的将会留下来，产生新的种群；

[0062] ⑦若满足终止条件，则输出最优解；否则，返回①，直至满足终止条件。

[0063] 实例

[0064] 本实例采用IEEE的典型三馈线系统，如图2所示，为了在研究中考虑到微网的影响，节点⑥、节点⑩、节点 和节点 接入微网，同时，增加支路27、28和29，其中支路28为联络支路，如图2所示，故障点设在支路16上，从而造成了节点⑧、⑨、⑩、 、 和 停电，与之相连的联络支路为15、21和28，算例的原始数据如表1所示。

[0065] 表1算例的原始数据

[0066]

[0067]

[0068] 假设系统支路16上发生永久性故障，故障隔离后造成的非故障停电区域包括节点⑧、⑨、⑩、 、 和 ，通过计算得出停电总负荷等于16.1+j4.2MVA，假设节点⑩和节点处的微网一定时间内最大输出功率分别为8.0+j4.0MVA和12.0+j5.0MVA。此时，非故障停电区域内的所有微网的最大外送的功率之和大于所有停电负荷的功率之和，应选择微网恢复。

[0069] 表2不同权重系数情况下的最优微网恢复方案对比

[0070]

[0071] 注：ω1为线损率的权重；ω2微网输出功率总费用的权重系数。

[0072] 通过表2的计算结果可以看出，通过最优潮流计算得到的微网恢复方案，不仅能够满足各种约束条件，而且故障恢复后形成的供电孤岛系统的线损率十分小（小于1%），证明了本文提出的微网恢复方案的可行性，计算结果可以供调度员进行参考。

[0073] 假设系统支路16上发生永久性故障，故障隔离后造成的非故障停电区域包括节点⑧、⑨、⑩、 、 和 ，通过计算得出停电总负荷等于16.1+j4.2MVA，节点⑥、节点⑩、节点 和节点 处接入的微网的故障后的最大输出功率如表4-3所示,算例中线路的最大传输有功功率均设为15.0MW，正常运行情况下，通过潮流计算得到馈线1和馈线3的最大容量裕度分别为7.4和9.9MW此时，当非故障停电区域内的停电负荷的总功率大于所有微网的外送功率之和（6.0MW）但是小于微网的外送功率之和加上所有相邻馈线的容量裕度之和（23.3MW），应选择相邻馈线恢复。

[0074] 表3微网故障前输出功率和故障后输出最大功率

[0075]

[0076]

[0077] 根据表2可以得出以下结论：

[0078] 1)接入配电网的未达到最大输出功率的微网在故障恢复重构中可以在保持线路不过载、低损耗的情况下快速使更多的停电负荷得到供电恢复。

[0079] 2)接入配电网的未达到最大输出功率的微网能够消除故障恢复重构后网络中的过载现象。