含分布式电源配电网故障的主网与孤岛恢复同步算法

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。

主权项

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：1.1目标函数(1)尽可能减少停电负荷$\min f_1=\underset{i\in M}{\Sigma }{\lambda }_i{P}_{L.i}(1-w_i)---\left(1\right)$式中：M为参与故障恢复的全部节点的集合；λ_i为节点i负荷的重要程度；P_L.i为节点i的负荷；w_i为节点i的负荷状态：1表示连接，0表示切除；(2)尽可能减少开关操作次数$\min f_2=\underset{i\in T}{\Sigma }(1-x_i)+\underset{i\in S}{\Sigma }{y}_i+\underset{i\in C}{\Sigma }(1-z_i)---\left(2\right)$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；x_i、y_i、z_i分别对应上述三种开关的状态，1代表闭合，0代表断开；1.2约束条件(1)机组出力约束S_G.i.min≤S_G.i≤S_G.i.max        (3)(2)配电网辐射状运行约束g∈G         (4)(3)节点电压约束V_i.min≤V_i≤V_i.max         (5)(4)支路容量约束S_l.i≤S_l.i.max         (6)式中：S_G.i、S_G.i.max、S_G.i.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；V_i、V_i.max、V_i.min分别代表节点i实际电压及其上、下限；S_l.i、S_l.i.max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，0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，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；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，在辐射状网络的约束下，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＝0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；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。