[发明专利]含分布式电源的智能配电网全景故障恢复博弈方法

摘要

一种新型的全景故障恢复博弈方法，包括如下步骤：1)输入初始参数；2)建立博弈模型；3)生成博弈初始策略空间；4)计算博弈者i局部最优策略；5)计算局部最优策略空间；6)收敛性检验；7)输出结果。本发明通过引入博弈论的理论，解决含动态负荷和微源参数的智能配电网的故障恢复问题。

主权项

1.含分布式电源的智能配电网全景故障恢复博弈方法，步骤如下所述：1)输入初始参数；输入故障的发生位置、故障检修时间，并设置量子粒子群算法的相关初始参数,包括种群数量和迭代次数；2)建立博弈模型；博弈模型的建立主要包括四个方面：博弈者的策略、博弈者的收益、博弈者的约束和博弈模式；2.1)博弈者的策略；考虑故障检修时间为T小时，设博弈者全体集合为Γ＝{Gi|i＝1，2，…，T}；集合中含有T个博弈者，博弈者Gi分别对应故障检修时间内第i小时的故障恢复策略下的配电网；当系统发生故障时，每个博弈者需要选择符合自身时段的故障恢复策略，以保障本时段内的收益取得最大化；2.1.1)第i个博弈者的故障恢复策略集合为 x i = { x i 1 , x i 2 , x i 3 , ... , x i k , ... } - - - ( 1 ) ]]>其中，对应博弈者Gi的第k种故障恢复策略： x i k = { l 1 k , l 2 k , ... , l j k , ... , l M k , b 1 k , b 2 k , ... , b j k , ... , b N k } - - - ( 2 ) ]]>其中，M表示配电网内负荷的个数；N表示配电网内可动作开关总数；ljk表示第k种故障恢复策略下负荷j的恢复动作，ljk＝0或1分别表示该负荷未恢复供电或恢复正常供电；bjk表示第k种故障恢复策略下开关j的状态，bjk＝0或1分别表示该开关打开或闭合；2.1.2)T个博弈者Gi的纯策略组合为：x＝{x1，x2，…，xi，…，xT} (3)2.1.3)除策略xi外的其他策略组合为：x-i＝{x1，x2，…，xi-1，xi+1，…，xT} (4)2.2)博弈者的收益每个博弈者Gi在博弈过程中的目标均是使自身时间段内负荷获得尽量多的供电恢复，减少负荷切除的总量，同时，还需要降低不同博弈者(即不同时间段)之间电压的偏移率和开关操作变化次数；为此，博弈者Gi的收益函数主要由三部分组成：负荷供电恢复收益、电压偏移损失和开关动作损失；2.2.1)负荷供电恢复收益；博弈者Gi的负荷供电恢复收益为： R i = Σ j ∈ L i b j k j P j - - - ( 5 ) ]]>其中，Li表示博弈者Gi的负荷集合，kj为负荷j的重要程度加权系数，Pj为负荷j的有功功率；可见，博弈者Gi的负荷供电恢复收益即为加权负荷恢复总量；2.2.2)网损损失；博弈者Gi的网损Si是指其采取故障恢复策略后，所有供电恢复网络的网损之和，Si表达式为: S i = Σ j ∈ D i r j P j 2 + Q j 2 U j 2 - - - ( 6 ) ]]>其中，Di表示博弈者Gi中所有供电恢复的线路集合；rj表示第j条支路的电阻，Pj、Qj表示第j条支路末端流过的有功功率和无功功率；Uj表示第j条支路末端的节点电压；2.2.3)开关动作损失；博弈者Gi的开关动作损失Ti是指相邻的故障恢复策略之间开关的动作次数，Ti表达式为: T i = Σ i = 1 N ( b j i ⊕ b j i n i + 1 2 b j i ⊕ b j i + 1 ) i = 1 Σ i = 1 N 1 2 ( b j i - 1 ⊕ b j i + b j i ⊕ b j i + 1 ) 1 < i < T Σ i = 1 N ( 1 2 b j i - 1 ⊕ b j i + b j i ⊕ b j i n i ) i = T - - - ( 7 ) ]]>其中，bjini为正常运行状态下配电网中开关j的状态，bji为博弈者Gi中开关j的状态；可见，博弈者Gi的开关动作损失为该博弈者与相邻博弈者之间开关变化次数的加权总和；2.2.4)博弈者的收益函数；博弈者Gi在其故障恢复策略xi下的收益函数ui为： u i = 2 R ‾ i - S ‾ i - T ‾ i - - - ( 8 ) ]]>其中，和分别表示统一量纲标准化后的供电恢复收益、网损和开关动作损失；2.3)博弈者的约束；约束条件主要包括系统的功率平衡约束、辐射状网络约束、电压幅值约束以及平均电压偏移率约束，如公式(9)—公式(12)所示；PDG＝PLD+Ploss (9)Cgrid∈Cf (10)Vmin≤Vj≤Vmax j∈A (11) 1 O Σ j = 1 O | V j i - V j i - 1 V j i | ≤ ΔV p e r , i = 1 , 2 , ... , T - - - ( 12 ) ]]>其中，公式(9)为功率平衡约束，PDG、PLD和Ploss分别表示配电网的分布式电源功率总和、负荷功率总和以及线路网损；公式(10)为辐射状网络约束，Cgrid为重构后的拓扑结构，Cf为辐射状的拓扑结构；公式(11)为电压幅值约束，A为负荷恢复供电的节点集合，Vj为故障恢复后系统中节点j的电压，Vmax和Vmin分别为节点j电压的上下限；公式(12)为平均电压偏移率约束，用于保证配电网相邻策略变化时电压的平稳过渡，O表示配电网中的节点总数，Vji为博弈者Gi节点j的电压值，Vj0表示节点j在故障前的电压值，ΔVper为电压平均偏移率的允许值；针对上述四种约束条件，可以定义博弈者的可行策略和不可行策略；若博弈者的故障恢复策略满足约束条件(9)—(12)，即功率平衡约束、配电网放射状约束和节点电压约束，则记为可行策略；否则记为不可行策略；2.4)博弈模式；2.4.1)非合作博弈；在故障检修的时间内，博弈者Gi分别采用不同的故障恢复策略，均使得自身获得最大的收益，属于非合作博弈；该博弈方式的收益即公式(8)；2.4.2)合作博弈；在故障检修时间段内，组成同一个联盟的博弈者兼顾自身和相邻博弈者的情况，使得整个联盟取得的收益最大，属于合作博弈；在这种模式下，同一个联盟下的博弈者共享收益，即每个博弈者的收益函数为整个联盟的收益函数： u i = 2 R ‾ W i - T ‾ W i - S ‾ W i - - - ( 13 ) ]]> R W i = Σ i ∈ W i R i - - - ( 14 ) ]]> T W i = Σ i ∈ W i T i - - - ( 15 ) ]]> S W i = Σ i ∈ W i S i - - - ( 16 ) ]]>其中，Wi为博弈者i所在的联盟集；和分别表示标准化后整个联盟的供电恢复收益、开关动作损失和网损损失；3)生成博弈初始策略空间；根据公式(1)—(4)，在各博弈者的策略空间中随机生成初始可行策略组合x＝{x1，x2，…，xi，…，xT}，即各个时间段内配电网的开关状态；4)计算博弈者i局部最优策略；保持策略组合x-i＝{x1，x2，…，xi-1，xi+1，…，xT}不变，利用量子粒子群优化算法进行寻优；计算博弈者i不同策略时的量子粒子适应值，结合算法进行博弈者i策略的更新，若算法收敛，则得出博弈者i在当前策略组合x-i下的局部最优策略xi*： x i * = arg m a x x i u i ( x i , x - i ) - - - ( 17 ) ]]>5)计算局部最优策略空间；对每个博弈者按步骤(4)进行寻优，得到新的最优策略空间：x*＝{x1*，x2*，…，xi*，…，xT*} (18)6)收敛性检验；判断量子粒子群寻优得到的局部最优策略空间x*与前次迭代得到的局部最优策略组合x是否满足收敛判据||x*-x||≤ε2，若满足，则表明新得到的策略组合是一个博弈全局最优策略，博弈结束，进入步骤7)；否则，回到步骤4)，再次迭代寻优；7)输出结果；输出步骤6)所得到的最优策略，得到配电网在故障时间T下的全景故障最优恢复策略。