本發(fā)明涉及配電自動(dòng)化領(lǐng)域，尤其涉及一種配電網(wǎng)大面積停電快速恢復(fù)最優(yōu)路徑選取方法

背景技術(shù)：

目前，配電網(wǎng)在運(yùn)行過程中，當(dāng)110kv變電站發(fā)生因進(jìn)線或母線發(fā)生故障時(shí)，導(dǎo)致變電站全停時(shí)，配電網(wǎng)會(huì)生成大面積停電，如何快速恢復(fù)供電區(qū)域的負(fù)荷成為配電網(wǎng)調(diào)度的首要問題。

依靠配電自動(dòng)化系統(tǒng)把故障快速隔離后，就可以把停電負(fù)荷通過網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)移出去，常規(guī)的方法是把負(fù)荷轉(zhuǎn)移到對側(cè)，如果轉(zhuǎn)移過去會(huì)導(dǎo)致主變或線路過載，則減少轉(zhuǎn)移負(fù)荷量，使其滿足過載約束。

配電自動(dòng)化能夠在分鐘級別同時(shí)完成非故障區(qū)恢復(fù)供電的任務(wù)，其執(zhí)行效率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于現(xiàn)場人工合聯(lián)絡(luò)開關(guān)，配電自動(dòng)化能夠大大縮短大面積停電時(shí)非故障區(qū)快速復(fù)電的時(shí)間，充分發(fā)揮配電自動(dòng)化優(yōu)勢成為配電網(wǎng)調(diào)度人員努力的方向。

常規(guī)的大面積停電恢復(fù)供電算法主要以恢復(fù)供電最大量為目標(biāo)，沒有充分發(fā)揮配電自動(dòng)化的優(yōu)勢，即沒有考慮整個(gè)恢復(fù)方案執(zhí)行時(shí)間問題，從而使得計(jì)算出來的供電路徑有時(shí)因執(zhí)行時(shí)間過長而造成用戶停電時(shí)間過長，使得企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益受損。存在著恢復(fù)方案執(zhí)行時(shí)間過長等弊端。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明提供了一種配電網(wǎng)大面積停電快速恢復(fù)供電方法，以實(shí)現(xiàn)最短的時(shí)間內(nèi)恢復(fù)最大量的負(fù)荷。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案：

一種配電網(wǎng)大面積停電快速恢復(fù)供電方法，其特征在于包括以下步驟：

(1)對停電變電站每條饋線進(jìn)行處理，采集與停電前負(fù)荷，并識別其所屬類型：

a.單路徑饋線：饋線只有一條恢復(fù)路徑；

b.多路徑饋線：饋線有多于一條的恢復(fù)路徑；

(2)收集各路徑所關(guān)聯(lián)的母線、變電站、主變，計(jì)算轉(zhuǎn)供線路的裕度及主變裕度參數(shù)。

(3)進(jìn)行第一階段單路徑饋線恢復(fù)計(jì)算，對恢復(fù)負(fù)荷和限額進(jìn)行設(shè)置，建立安全運(yùn)行約束，安全運(yùn)行約束包括線路傳輸限額約束及主變限額約束，數(shù)學(xué)表達(dá)如下：

(3.1)線路限額約束

xi≤min(ri(1-ai),kli)(1)

式(1)中,xi為單路徑饋線i的待恢復(fù)負(fù)荷量，0<xi,ri為轉(zhuǎn)移側(cè)的線路容量，ai為轉(zhuǎn)移側(cè)實(shí)際負(fù)載率，li為失電前饋線i的負(fù)荷量，k為負(fù)荷波動(dòng)因子，其中0<k,表示負(fù)荷波動(dòng)系數(shù)。

(3.2)主變限額約束

式中：ω1為轉(zhuǎn)移到同一臺(tái)主變上的所有單路徑停電饋線的組合，ti為轉(zhuǎn)移到同一臺(tái)主變的限額，限額由運(yùn)行方式所確定，bi為轉(zhuǎn)移前主變的負(fù)載率。

(4)建立以單路徑饋線最優(yōu)解為目標(biāo)的數(shù)學(xué)模型表達(dá)；所述數(shù)學(xué)模型表達(dá)建立在以下假設(shè)基礎(chǔ)上：

a.研究的各停電饋線未來一段時(shí)間內(nèi)的負(fù)荷波動(dòng)是相同的。

b.對于三雙接線的饋線認(rèn)為其停電前的負(fù)荷就是其恢復(fù)后的負(fù)荷，不考慮因送電時(shí)間差異所導(dǎo)致的兩條饋線間的負(fù)荷轉(zhuǎn)移；

c.不考慮停電變電站母線間的運(yùn)行方式。

所述第一階段數(shù)學(xué)模型表達(dá)的初始目標(biāo)函數(shù)如下：

式中：xi代表單路徑饋線i上所能恢復(fù)的負(fù)荷，n為單路徑饋線的數(shù)量，f為停電變電站所能恢復(fù)的最大負(fù)荷量

對約束條件進(jìn)行松弛，引入松弛變量將函數(shù)不等式約束化為等式約束；

式(1)、(2)可轉(zhuǎn)換成如下形式：

xi+x′i＝min(ri(1-ai),kli)(4)

式中：x′i，x″i分別為對應(yīng)xi與ti的松馳變量；

最終將第一階段目標(biāo)函數(shù)轉(zhuǎn)化成：

其中m為轉(zhuǎn)移主變的數(shù)量

(6)建立數(shù)學(xué)模型后，以x′i，x″i作為數(shù)學(xué)模型的基變量，得到一個(gè)單位矩陣，令非基變量為0，得到初始基可行解，利用單純形法進(jìn)行迭代，求出目標(biāo)函數(shù)最大值，由于矩陣列向量均為非零向量，故有最優(yōu)解。

(7)把最優(yōu)解作為供電恢復(fù)第一階段目標(biāo)，把第一階段執(zhí)行結(jié)果作為第二階段的初始狀態(tài)，建立第二階段運(yùn)行約束，數(shù)學(xué)表達(dá)示如下：

(7.1)線路負(fù)荷時(shí)效限額約束

wjxj≤min(rj(1-aj),klj)(7)

其中xj為多路徑饋線轉(zhuǎn)移的所能恢復(fù)的負(fù)荷量，wi為負(fù)荷轉(zhuǎn)移時(shí)間系數(shù)，rj轉(zhuǎn)移側(cè)的線路容量，aj為轉(zhuǎn)移側(cè)目前的負(fù)載率，lj失電前饋線j的負(fù)荷量。

wj計(jì)算公式如下：

其中，u為負(fù)荷轉(zhuǎn)移路徑需要的聯(lián)絡(luò)開關(guān)數(shù)量，k為此條轉(zhuǎn)移路徑的每一個(gè)聯(lián)絡(luò)開關(guān)，ck為此聯(lián)絡(luò)開關(guān)閉合所花費(fèi)的時(shí)間，ck可以取標(biāo)幺值，其基礎(chǔ)量綱可根據(jù)實(shí)際設(shè)置。

(7.2)主變限額約束，

其中，ω2為轉(zhuǎn)移到同一臺(tái)主變上的所有多路徑停電饋線的組合，tj為轉(zhuǎn)移到同一臺(tái)主變的限額，限額由運(yùn)行方式所確定，bj為第一階段轉(zhuǎn)移后主變的負(fù)載率。

(8)建立多路徑饋線最優(yōu)解為目標(biāo)的數(shù)學(xué)模型表達(dá)；所述數(shù)學(xué)模型表達(dá)建立在以下假設(shè)基礎(chǔ)上：

a.不同多路徑饋線可以轉(zhuǎn)移到同一臺(tái)主變；

b.一條多路徑饋線轉(zhuǎn)移路徑至少有兩條；

c.一條多路徑饋線的可轉(zhuǎn)移路徑不能同時(shí)出現(xiàn)在一個(gè)數(shù)學(xué)模型中。

d.所有的多路徑饋線必須在一個(gè)數(shù)據(jù)模型中。

所述數(shù)學(xué)模型表達(dá)的初始目標(biāo)函數(shù)如下：

式中：xj代表多路徑饋線j上所能恢復(fù)的負(fù)荷，d為多路徑饋線的數(shù)量，f'為停電變電站所能恢復(fù)的最大負(fù)荷量

對約束條件進(jìn)行松弛，引入松弛變量將函數(shù)不等式約束(7)和(9)化為等

式約束wjxj+x'j＝min(rj(1-aj),klj)(11)

其中x'j，x″j分別為對應(yīng)xj與tj的松馳變量；

最終將第二階段目標(biāo)函數(shù)轉(zhuǎn)化成

其中q為轉(zhuǎn)移主變的數(shù)量。

(9)選擇多路徑轉(zhuǎn)移方案，轉(zhuǎn)移方案生成規(guī)則如下：

a.在每一次方案生成時(shí)，一條多路徑饋線只能從其可行的轉(zhuǎn)移方案中選擇一種；

b.所有的多路徑饋線在每一次方案生成時(shí)，都必須選擇一次；

c.每種選擇方案至少有一條轉(zhuǎn)移路徑與其它方案不同；

(10)對每一種轉(zhuǎn)移方案，應(yīng)用單純形法求解第二階段目標(biāo)函數(shù)值。

(11)對轉(zhuǎn)移方案的目標(biāo)函數(shù)值進(jìn)行比較，選擇最大值，把方案加入優(yōu)選方案集。

本發(fā)明的有益效果是：提出一種配電網(wǎng)大面積停電快速恢復(fù)最優(yōu)路徑選取方法，此方法有效兼顧最大恢復(fù)負(fù)荷量與最短恢復(fù)時(shí)間之間的平衡，能夠充分現(xiàn)有網(wǎng)架的網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)供能力，并充分發(fā)揮配電自動(dòng)化系統(tǒng)在恢復(fù)供電方案的優(yōu)勢，使得選出的最優(yōu)路徑更具有可操作性。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的流程圖；

圖2是單路徑饋線示意圖；

圖3是多路徑饋線示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。

圖1給出了配電網(wǎng)大面積停電快速恢復(fù)最優(yōu)路徑選擇方法。其中

f1:識別停電饋線路徑，對停電變電站每條饋線進(jìn)行處理，采集與停電前負(fù)荷，并識別其所屬類型：

a.單路徑饋線：饋線只有一條恢復(fù)路徑；

b.多路徑饋線：饋線有多于一條的恢復(fù)路徑；

所述的單路徑饋線見圖2中的c1橢圓形區(qū)域所包括的饋線。

所述的多路徑饋線見圖3中的c2橢圓形區(qū)域所包括的饋線

f2:收集計(jì)算參數(shù)，包括各路徑所關(guān)聯(lián)的母線、變電站、主變，計(jì)算轉(zhuǎn)供線路的裕度及主變裕度參數(shù)。

f3：進(jìn)行第一階段單路徑饋線恢復(fù)計(jì)算，對恢復(fù)負(fù)荷和限額進(jìn)行設(shè)置，建立安全運(yùn)行約束，安全運(yùn)行約束包括線路傳輸限額約束及主變限額約束，數(shù)學(xué)表達(dá)如下：

(3.1)線路限額約束

xi≤min(ri(1-ai),kli)(1)

式(1)中,xi為單路徑饋線i的待恢復(fù)負(fù)荷量，0<xi,ri為轉(zhuǎn)移側(cè)的線路容量，ai為轉(zhuǎn)移側(cè)實(shí)際負(fù)載率，li為失電前饋線i的負(fù)荷量，k為負(fù)荷波動(dòng)因子，其中0<k,表示負(fù)荷波動(dòng)系數(shù)。

(3.2)主變限額約束

式中：ω1為轉(zhuǎn)移到同一臺(tái)主變上的所有單路徑停電饋線的組合，ti為轉(zhuǎn)移到同一臺(tái)主變的限額，限額由運(yùn)行方式所確定，bi為轉(zhuǎn)移前主變的負(fù)載率。

(3.3)建立以單路徑饋線最優(yōu)解為目標(biāo)的數(shù)學(xué)模型表達(dá)；所述數(shù)學(xué)模型表達(dá)建立在以下假設(shè)基礎(chǔ)上：

a.研究的各停電饋線未來一段時(shí)間內(nèi)的負(fù)荷波動(dòng)是相同的。

b.對于三雙接線的饋線認(rèn)為其停電前的負(fù)荷就是其恢復(fù)后的負(fù)荷，不考慮因送電時(shí)間差異所導(dǎo)致的兩條饋線間的負(fù)荷轉(zhuǎn)移；

c.不考慮停電變電站母線間的運(yùn)行方式。

所述第一階段數(shù)學(xué)模型表達(dá)的初始目標(biāo)函數(shù)如下：

式中：xi代表單路徑饋線i上所能恢復(fù)的負(fù)荷，n為單路徑饋線的數(shù)量，f為停電變電站所能恢復(fù)的最大負(fù)荷量

對約束條件進(jìn)行松弛，引入松弛變量將函數(shù)不等式約束化為等式約束；

式(1)、(2)可轉(zhuǎn)換成如下形式：

xi+x′i＝min(ri(1-ai),kli)(4)

式中：x′i，x″i分別為對應(yīng)xi與ti的松馳變量；

最終將第一階段目標(biāo)函數(shù)轉(zhuǎn)化成：

其中m為轉(zhuǎn)移主變的數(shù)量

(3.4)建立數(shù)學(xué)模型后，以x′i，x″i作為數(shù)學(xué)模型的基變量，得到一個(gè)單位矩陣，令非基變量為0，得到初始基可行解，利用單純形法進(jìn)行迭代，求出目標(biāo)函數(shù)最大值，由于矩陣列向量均為非零向量，故有最優(yōu)解。

f4:修改第二階段計(jì)算參數(shù)，把最優(yōu)解作為供電恢復(fù)第一階段目標(biāo)，把第一階段執(zhí)行結(jié)果作為第二階段的初始狀態(tài)。建立第二階段運(yùn)行約束，數(shù)學(xué)表達(dá)示如下：

(4.1)線路負(fù)荷時(shí)效限額約束

wjxj≤min(rj(1-aj),klj)(7)

其中xj為多路徑饋線轉(zhuǎn)移的所能恢復(fù)的負(fù)荷量，wi為負(fù)荷轉(zhuǎn)移時(shí)間系數(shù)，rj轉(zhuǎn)移側(cè)的線路容量，aj為轉(zhuǎn)移側(cè)目前的負(fù)載率，lj失電前饋線j的負(fù)荷量。

wj計(jì)算公式如下：

其中，u為負(fù)荷轉(zhuǎn)移路徑需要的聯(lián)絡(luò)開關(guān)數(shù)量，k為此條轉(zhuǎn)移路徑的每一個(gè)聯(lián)絡(luò)開關(guān)，ck為此聯(lián)絡(luò)開關(guān)閉合所花費(fèi)的時(shí)間，若為自動(dòng)化開關(guān)，其取值為2，若為非自動(dòng)化開關(guān)，其取值為16.

(4.2)主變限額約束，

其中，ω2為轉(zhuǎn)移到同一臺(tái)主變上的所有多路徑停電饋線的組合，tj為轉(zhuǎn)移到同一臺(tái)主變的限額，限額由運(yùn)行方式所確定，bj為第一階段轉(zhuǎn)移后主變的負(fù)載率。

(4.3)建立多路徑饋線最優(yōu)解為目標(biāo)的數(shù)學(xué)模型表達(dá)；所述數(shù)學(xué)模型表達(dá)建立在以下假設(shè)基礎(chǔ)上：

a.不同多路徑饋線可以轉(zhuǎn)移到同一臺(tái)主變；

b.一條多路徑饋線轉(zhuǎn)移路徑至少有兩條；

c.一條多路徑饋線的可轉(zhuǎn)移路徑不能同時(shí)出現(xiàn)在一個(gè)數(shù)學(xué)模型中。

d.所有的多路徑饋線必須在一個(gè)數(shù)據(jù)模型中。

所述數(shù)學(xué)模型表達(dá)的初始目標(biāo)函數(shù)如下：

式中：xj代表多路徑饋線j上所能恢復(fù)的負(fù)荷，d為多路徑饋線的數(shù)量，f'為停電變電站所能恢復(fù)的最大負(fù)荷量

對約束條件進(jìn)行松弛，引入松弛變量將函數(shù)不等式約束(7)和(9)化為等

式約束wjxj+x'j＝min(rj(1-aj),klj)(11)

其中x'j，x″j分別為對應(yīng)xj與tj的松馳變量；

最終將第二階段目標(biāo)函數(shù)轉(zhuǎn)化成

其中q為轉(zhuǎn)移主變的數(shù)量。

f5：識別可選方案，可選方案生成規(guī)則如下：

a.在每一次方案生成時(shí)，一條多路徑饋線只能從其可行的轉(zhuǎn)移方案中選擇一種；

b.所有的多路徑饋線在每一次方案生成時(shí)，都必須選擇一次；

c.每種選擇方案至少有一條轉(zhuǎn)移路徑與其它方案不同；

f6：對每個(gè)可選方案進(jìn)行第二階段計(jì)算。對每個(gè)可選方案應(yīng)用單純形法求解第二階段目標(biāo)函數(shù)值。

f7：判斷是否所有的可選方案都完成第二階段目標(biāo)函數(shù)值的計(jì)算，如果沒有完成，則繼續(xù)執(zhí)行s6

f8：對所有可選方進(jìn)行排序。排序時(shí)的主要依據(jù)第二階段目標(biāo)函數(shù)值的大小，如以圖3中的s1變電站發(fā)生全停，多選路徑有s1->s2,s1->s3兩條多路徑方案。

如果s1->s2和s1->s3聯(lián)絡(luò)開關(guān)均為自動(dòng)化開關(guān)，并且都能夠滿足運(yùn)行約束，則它們都屬于最優(yōu)方案，如果s1->s2聯(lián)絡(luò)開關(guān)屬于自動(dòng)化開關(guān)，而s1->s3中的聯(lián)絡(luò)開關(guān)屬于需要人工現(xiàn)場合閘的非自動(dòng)化開關(guān)，則s1->s2目標(biāo)函數(shù)值將超過s1->s3目標(biāo)函數(shù)值，s1->s2則為最優(yōu)方案。

f9：選擇最優(yōu)路徑，把最大目標(biāo)函數(shù)值的所有路徑加入優(yōu)選方案集做為最優(yōu)路徑。

本發(fā)明的有益效果是：提出一種配電網(wǎng)大面積停電快速恢復(fù)最優(yōu)路徑選取方法，此方法有效兼顧最大恢復(fù)負(fù)荷量與最短恢復(fù)時(shí)間之間的平衡，能夠充分現(xiàn)有網(wǎng)架的網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)供能力，并充分發(fā)揮配電自動(dòng)化系統(tǒng)在恢復(fù)供電方案的優(yōu)勢，使得選出的最優(yōu)路徑更具有可操作性。