含分布式电源配电网故障的主网与孤岛恢复同步算法
【专利摘要】本发明公开了属于配电网故障恢复算法领域的一种含分布式电源配电网故障的主网与孤岛恢复同步算法。在原始配电系统基础上，通过在分布式电源与变电站节点间增加虚拟支路，形成扩展网络，使后面计算过程能够通过执行一次遗传算法，同步地处理主网重构、孤岛生成、确定DG运行方式，实现全局优化；然后进入遗传算法迭代过程，引入切负荷算子，根据待切除负荷类型和位置决定其具体切除方式；另外，每次迭代后，还需要对新种群中的不可行网络结构进行修正，保持其为全连通的辐射状网络，将配电网故障后的损失降至最低。
【专利说明】含分布式电源配电网故障的主网与孤岛恢复同步算法
【技术领域】
[0001] 本发明属于配电网故障恢复算法领域，特别涉及一种含分布式电源配电网故障的 主网与孤岛恢复同步算法。
【背景技术】
[0002] 分布式发电值G)在经济性、环保性、能源利用多样性、安全可靠性等方面相比于 传统集中发电形式拥有诸多优势，在世界范围内得到了广泛关注和应用。对于DG运行方式 的处理，在最初制定的标准IE邸929-2000中，从系统/人员安全和电能质量的角度出发， 要求DG系统应避免孤岛出现，在系统故障时受影响DG必须全部退出运行；而随着DG渗透 率的不断上升，W及系统自动化水平的提高，从IE邸1547- 2003标准开始，已经不再禁止 孤岛的存在，而是鼓励供电方和用户通过技术手段实现有意识的孤岛运行。另一方面，故障 后，快速、合理地恢复失电区域供电也是建设坚强智能电网的一项基本要求，因此研究如何 在配电网故障时，综合利用系统和DG发电能力，实现故障恢复，对提高系统供电可靠性具 有十分重要的意义和价值。
[0003] 涉及分布式发电的配网故障恢复是一个优化问题，它与传统故障恢复算法存在区 另IJ。传统算法中，整个系统可W作为统一的网络来处理，涉及到的问题主要是网络的重构； 而加入DG后，由于允许意识孤岛存在，供电区域内不再受连通性的约束，除网络重构外，还 涉及到主网和孤岛范围的划分，W及DG运行方式（并网/孤岛运行）的优化，问题更加复 杂。目前针对该问题的常用解决方法是，将"主网重构"和"孤岛生成"两个过程独立开来， 分别进行优化，再通过简单的协调规则生成最终恢复方案，即所谓的"两阶段算法"，它主要 包括"先生成孤岛，再主网重构"和"先主网重构，再生成孤岛"两种处理方式。该算法存 在W下缺陷：
[0004] 1)两个过程采用的优化方法往往不同，存在优化标准不一致，优化目标不统一的 问题。
[0005] 2)无法实现全局优化，两个过程相互干扰，每一阶段最优并不等价于全局最优。由 于该算法的两阶段特性，第一阶段具有绝对的优先级，在最优化目标的驱使下，必然尽可能 扩大供电范围，优先抢占重要负荷，导致下一阶段中重要的供电路径遭到破坏，难W得到满 意的恢复方案。
[0006] 另外，针对切负荷问题，目前算法中对可控负荷的处理，更多是直接将其切除，来 作为尽可能为重要负荷供电或扩大供电范围的手段，而没有考虑到它与"断开支路断路器 形成下游失电区域"该种切负荷方式的协调。因此恢复方案优劣很大程度上取决于重要负 荷和可控负荷的分布，有可能出现开关动作次数过多，恢复方案过于复杂的结果。
【发明内容】
[0007] 本发明的目的是提出一种含分布式电源配电网故障的主网与孤岛恢复同步算法， 其特征在于，在原始配电系统基础上，通过在分布式电源与变电站节点间增加虚拟支路，形 成扩展网络，使后面计算过程能够通过执行一次遗传算法，同步地处理主网重构、孤岛生 成、确定DG运行方式，实现全局优化；然后进入遗传算法迭代过程，在计算个体适应度时， 引入切负荷算子，根据待切除负荷类型和位置决定其具体切除方式，并随算法迭代优化二 者比例；另外，每次迭代后，还需要对新种群中的不可行网络结构进行修正，保持其为全连 通的福射状网络，将配电网故障后的损失降至最低，具体包括如下步骤：
[0008] 1)建立数学模型，涉及分布式电源的故障恢复的优化，包括：
[0009] 1. 1目标函数
[0010] (1)尽可能减少停电负荷
[0011]
【权利要求】
1. 一种含分布式电源配电网故障的主网与孤岛恢复同步算法，其特征在于，在原始配 电系统基础上，通过在分布式电源与变电站节点间增加虚拟支路，形成扩展网络，使后面计 算过程能够通过执行一次遗传算法，同步地处理主网重构、孤岛生成、确定DG运行方式，实 现全局优化；然后进入遗传算法迭代过程，在计算个体适应度时，引入切负荷算子，根据待 切除负荷类型和位置决定其具体切除方式，并随算法迭代优化二者比例；另外，每次迭代 后，还需要对新种群中的不可行网络结构进行修正，保持其为全连通的辐射状网络，将配电 网故障后的损失降至最低，具体包括如下步骤： 1) 建立数学模型，涉及分布式电源的故障恢复的优化，包括： I. 1目标函数 (1) 尽可能减少停电负荷
式中：M为参与故障恢复的全部节点的集合；A i为节点i负荷的重要程度；Pu为节点 i的负荷Wi为节点i的负荷状态：1表示连接，O表示切除； (2) 尽可能减少开关操作次数
式中：T、S、C分别代表系统中的分段开关集合、联络开关集合、可控负荷开关集合；Xi、yi、Zi分别对应上述三种开关的状态，1代表闭合，〇代表断开； 1. 2约束条件 (1) 机组出力约束 Sg. i. min ^ Sg J ^ Sg J max (3) (2) 配电网辐射状运行约束 g e G (4) (3) 节点电压约束 KKVlmx (5) (4) 支路容量约束 S1JSll- (6) 式中：Su、Suniaj^ St^min分别代表机组i实际出力及其出力的上、下限；G为辐射状拓 扑结构集合；Vhw Vi^in分别代表节点i实际电压及其上、下限S1. ^ax分别代表支 路i实际潮流及其容量； 2) 算法综述 采用遗传算法寻优，染色体编码方式采用二进制编码，并根据实际意义将变量分为两 段，其中，第一段变量代表"扩展网络"中各支路开关的状态，用以优化"扩展网络"重构策 略，包括孤岛生成优化和主网重构优化；第二段变量代表所有节点的负荷状态，用以优化切 负荷策略；1表示连通，〇表示断开； 3) 构造扩展网络 由于考虑DG的故障恢复问题允许有意识的孤岛存在，供电区域内不再受到连通性约 束，这就大幅增加了重构问题的复杂性；目前主流算法多采用"两阶段算法"，无法对主网重 构、孤岛生成及DG运行方式的确定进行同步优化，只是将两阶段优化结果相叠加，显然难 以得到满意的恢复方案； 在原始配电系统基础上，通过构造"扩展网络"，将上述"主网重构、孤岛生成、确定DG 运行方式"三个问题统一为在"扩展网络上"的生成树问题，然而，在"扩展网络"的重构过 程中，只是通过生成树算法产生或修正，得到了全连通的辐射状网络，此状态下并不存在失 电区域，负荷或连接于主网，或连接于DG形成的孤岛中；因此，单凭"扩展网络"重构形成的 故障恢复方案可能会违背"支路容量"和"节点电压"的约束，此时则需要通过染色体中第 二段变量来优化切除负荷，并根据负荷切除方案得到最终的故障恢复方案； 4)切负荷算子 根据负荷是否参与直接负荷控制，将负荷分为可控负荷CL :负荷与母线之间具有负荷 开关；和不可控负荷NCL :负荷与母线之间不具有负荷开关；相应的切负荷方式分为以下两 种： 方式1 :断开负荷上游支路开关，形成失电区域，对所有负荷有效； 方式2 :断开负荷开关，切除该节点负荷，只对可控负荷有效； 根据负荷状态，决定开关操作方案的具体步骤如下： (1) 根据染色体中的第二段变量"负荷状态"信息，得到待切除的负荷节点集合R ; (2) 断开R中不可控负荷节点上游的支路开关，连同不可控负荷节点下游节点，一起形 成失电区域A ; (3) 断开R中不包含在A中的可控负荷节点的负荷开关，如果网络拓扑的末端能找到一 个最大的子树，该子树内的所有负荷状态均为"断开"，则通过断开该子树上游的支路开关 来代替多次负荷开关动作，即用方式1代替方式2切除这些负荷，以减少开关操作次数；如 果针对网络中存在连续切负荷子树，则断开该子树上游支路开关，形成失电区域。
2. 根据权利要求1所述一种含分布式电源配电网故障的主网与孤岛恢复同步算法，其 特征在于，所述通过构造"扩展网络"，将上述"主网重构、孤岛生成、确定DG运行方式"三个 问题统一为在"扩展网络上"的生成树问题，具体措施如下：在具有孤岛运行能力的分布式 电源与变电站节点之间添加一条零阻抗的虚拟支路Vb，支路的容量等于该DG最大容量，支 路的接通或断开状态与DG的连接状态相反，对于不具备孤岛运行能力的分布式电源不作 处理。
3. 根据权利要求2所述一种含分布式电源配电网故障的主网与孤岛恢复同步算法，其 特征在于，所述虚拟支路Vb,设X为虚拟支路Vb的状态变量，当X = 1时，Vb导通，在福射 状网络的约束下，该DG不可能再通过其它路径与主网相连，这实际就等价于以该DG为中心 形成孤岛；当X = O时，Vb断开，在连通性的约束下，DG只能通过其它常规支路与带电区域 相连，处于并网运行状态，它包括并联于主网，或并联于以其它DG为中心形成的孤岛，由此 可以看出，DG的运行方式选择（并网或孤岛运行），通过主网重构过程中"虚拟支路"状态的 变化来实现；而且当DG采取孤岛运行方式时，其孤岛供电范围的调整亦可通过主网重构过 程中其他常规支路状态的变化来实现；因此，通过所提出的构造"扩展网络"的方法，DG的 孤岛生成和主网重构则可便捷地统一到一个简单的生成树问题中，实现两者的同步优化。
【文档编号】H02J3/00GK104362624SQ201410645900
【公开日】2015年2月18日 申请日期:2014年11月14日 优先权日:2014年11月14日
【发明者】黄弦超, 杨雨, 任小宇, 孙秋洁, 江成, 程养春 申请人:华北电力大学