[发明专利]一种含分布式电源的配电网智能故障恢复方法

摘要

本发明公开了一种含分布式电源的配电网智能故障恢复方法，该方法针对目前配电网中发生的大部分是暂时性故障，考虑配电网中分布式电源的渗透率逐渐提高，故障恢复方法根据故障影响范围，以一级负荷以及负荷总恢复率为判据选择基于分布式电源或基于拓扑重构的恢复方法。在故障恢复过程中，为隔离故障点并恢复失电的非故障负荷，以故障恢复时间和故障恢复影响支路负荷率最小和可能恢复负荷最大为目标函数，逐步恢复配电网中的负荷。本发明以53节点网络为测试系统给出了详细的算法描述，并通过一系列的实验证明所提方法在提高故障恢复速度以及有效提高了一级负荷的恢复速度。

主权项

一种含分布式电源的配电网智能故障恢复方法，其特征在于该方法包括以下步骤：步骤(1)：每隔时间Δt检测配电网系统中所有节点是否有故障；步骤(2)：当故障发生后，根据配电网系统中的拓扑结构，断开受故障影响的支路隔离开关，并计算故障时刻的潮流分布；步骤(3)：根据潮流分布，判断失电区域内分布式电源容量是否可以满足失电负荷的供应；具体为：若分布式电源容量可以满足所有处于失电状态的一级负荷以及处于失电状态的非一级负荷的80％，即满足：∑PDGs≥∑Pcritical loads+80％×∑Pnoncritical loads其中，∑PDGs表示失电区域内所有分布式电源的可用容量；∑Pcritical loads表示失电状态的一级负荷，∑Pnoncritical loads表示失电状态的非一级负荷；则在此次故障恢复过程中，采用基于分布式电源的故障恢复方法进行恢复；否则，改变系统拓扑结构对故障进行恢复；所述步骤(3)中，基于分布式电源的故障恢复方法，具体为：(A1)计算当前状态下所有可恢复支路的负荷恢复能力，其中包括直接恢复负荷大小以及每条可恢复支路对剩余待恢复负荷的位置关系；所述可恢复支路不包括系统关联开关，具体为：(A1.1)假设当前状态下共有n条支路可恢复，若恢复其中一条支路，就可以使一部分负荷恢复供应，则该部分负荷为该条支路的直接恢复负荷；第i条可恢复支路的直接恢复负荷用表达式(A‐1)计算：Pdirectloads(i)=Σj=1kρj×Pj---(A-1)]]>其中，k为第i条可恢复支路的直接恢复负荷的个数；ρj为第j个直接恢复负荷的权重，若为一级负荷ρj＝100；否则，ρj＝1；Pj为第j个直接恢复负荷的大小；(A1.2)第i条可恢复支路的间接恢复负荷Pindirect loads(i)用表达式(A‐2)计算：Pindirectloads(i)=Σq=1mρq×Pindirectloads,iqdistanceiq---(A-2)]]>其中，m为选择恢复第i条可恢复支路后，剩余待恢复负荷的个数；Pindirect loads,iq，恢复第i条可恢复支路后，第q个待恢复负荷的大小；distanceiq为在恢复第i条可恢复支路后，恢复第q个待恢复负荷需恢复的支路数量；(A1.3)综合考虑直接/间接恢复负荷，第i条可恢复支路的负荷恢复能力，用表达式(A‐3)计算：Precover loads(i)＝Pdirect loads(i)+Pindirect loads(i)  (A‐3)(A2)计算当前状态下所有可恢复支路的操作时间成本；将系统中所有节点按照其连接的母线分成不同区域，若支路上的开关为关联开关，则时间成本为0.4；若支路上开关不是关联开关，根据支路两端连接的节点是否处于同一区域判断时间成本，若在同一区域内，则断路器时间成本为0.1；若不在同一区域内，则断路器时间成本为0.2；(A3)将每条可恢复支路的负荷恢复能力和时间成本，按照重要性等级加权两者的归一化值，进而以此作为可恢复支路的恢复代价矩阵元素，每次从矩阵中选择一条代价最小的支路；其中，可恢复支路的恢复代价，用表达式(A‐5)计算：Cost(i)＝β1φ(f1i)+β3φ(f3i)  (A‐5)其中，f1i为时间成本的归一化值；f3i为支路负荷恢复能力的归一化值；β1为时间成本的权重，β1＝1；β3为支路负荷恢复能力的权重，β3＝5；而φ为惩罚函数，对于x∈[0,1]有φ(x)=1,0≤x<1/33,1/3≤x<2/310,2/3≤x<9/1070,9/10≤x<1---(A-6)]]>(A4)计算并检验系统的恢复此条支路后是否满足潮流运行约束和线路安全约束；对于所有的支路，其线路安全约束为：V‾≤V≤V‾]]>I2≤I‾2]]>其中，V为线路电压的下限；为线路电压的上限；V为线路电压；为线路电流的上限；I为线路电流；(A5)若不满足，则从可恢复支路中排除当前不满足约束的支路；重复步骤(A3)和(A4)，直到找到满足约束条件的最小可恢复支路；恢复该满足约束条件的最小可恢复支路，更新系统的拓扑结构；(A6)重复步骤(A1)～(A5)，直到恢复所有可恢复负荷；所述步骤(3)中，改变系统拓扑结构对故障进行恢复，具体为：(B1)计算当前状态下所有可恢复支路的负荷恢复能力，其中包括直接恢复负荷大小以及每条可恢复支路对剩余待恢复负荷的位置关系；所述可恢复支路包括系统关联开关，具体为：(B1.1)假设当前状态下共有n条支路可恢复，若恢复其中一条支路，就可以使一部分负荷恢复供应，则该部分负荷为该条支路的直接恢复负荷；第i条可恢复支路的直接恢复负荷用表达式(B‐1)计算：Pdirectloads(i)=Σj=1kρj×Pj---(B-1)]]>其中，k为第i条可恢复支路的直接恢复负荷的个数；ρj为第j个直接恢复负荷的权重，若为一级负荷ρj＝100；否则，ρj＝1；Pj为第j个直接恢复负荷的大小；(B1.2)第i条可恢复支路的间接恢复负荷Pindirect loads(i)用表达式(B‐2)计算：Pindirectloads(i)=Σq=1mρq×Pindirectloads,iqdistanceiq---(B-2)]]>其中，m为选择恢复第i条可恢复支路后，剩余待恢复负荷的个数；Pindirect loads,iq，恢复第i条可恢复支路后，第q个待恢复负荷的大小；distanceiq为在恢复第i条可恢复支路后，恢复第q个待恢复负荷需恢复的支路数量；(B1.3)综合考虑直接/间接恢复负荷，第i条可恢复支路的负荷恢复能力，用表达式B‐(3)计算：Precover loads(i)＝Pdirect loads(i)+Pindirect loads(i)  (B‐3)(B2)计算当前状态下所有可恢复支路的风险系数，即为由于恢复某条支路而可能造成其他非故障支路负荷率增长的归一化加权值；具体为：第i条可恢复支路的风险系数用表达式(B‐4)计算：Risk(i)=Σl=1L|Il-Ilimit,l|Ilimit,l---(B-4)]]>其中，L为恢复第i条可恢复支路后，引起潮流变化的支路数量；Il为第l条支路的实际电流；Ilimit,l为第l条支路的电流容量；(B3)计算当前状态下所有可恢复支路的操作时间成本；将系统中所有节点按照其连接的母线分成不同区域，若支路上的开关为关联开关，则时间成本为0.4；若支路上开关不是关联开关，根据支路两端连接的节点是否处于同一区域判断时间成本，若在同一区域内，则断路器时间成本为0.1；若不在同一区域内，则断路器时间成本为0.2；(B4)将每条可恢复支路的负荷恢复能力，风险系数以及时间成本，按照重要性等级加权三者的归一化值，进而以此作为可恢复支路的恢复代价矩阵元素，每次从矩阵中选择一条代价最小的支路；其中，可恢复支路的恢复代价，用表达式(B‐5)计算：Cost(i)＝β1φ(f1i)+β2φ(f2i)+β3φ(f3i)  (B‐5)其中，f1i为时间成本的归一化值；f2i为支路风险系数的归一化值；f3i为支路负荷恢复能力的归一化值；β1为时间成本的权重，β1＝1；β2为支路风险系数的权重，β2＝3；β3为支路负荷恢复能力的权重，β3＝5；而φ为惩罚函数，对于x∈[0,1]有φ′(x)=1,0≤x<1/33,1/3≤x<2/310,2/3≤x<9/1070,9/10≤x<1---(B-6)]]>(B5)计算并检验系统的恢复此条支路后是否满足潮流运行约束和线路安全约束；对于所有的支路，其线路安全约束为：V‾≤V≤V‾]]>I2≤I‾2]]>其中，V为线路电压的下限；为线路电压的上限；V为线路电压；为线路电流的上限；I为线路电流；(B6)若不满足，则从可恢复支路中排除当前不满足约束的支路；重复步骤(B4)～(B5)，直到找到满足约束条件的最小可恢复支路；恢复该满足约束条件的最小可恢复支路，更新系统的拓扑结构；(B7)重复步骤(B1)～(B6)，直到恢复所有可恢复负荷。