基于配电网故障失负荷恢复值的配电网运行安全评估方法

摘要

本发明涉及一种基于配电网故障失负荷恢复值的运行安全评估方法，属于电力系统调度自动化与电网仿真技术领域。该方法对配电网进行N-1故障扫描，每一故障下对失电负荷进行恢复优化计算得到能够恢复的失电负荷值；扫描完成后，累加每次恢复的失电负荷得到总的恢复失电负荷值。根据总失电负荷值、总的可能恢复的失负荷值、总的恢复负荷值，建立配电网运行安全指标。这其中，故障失负荷恢复优化是考虑了有功、无功、电压及辐射状运行约束的配电网详细恢复优化模型，该混合整数二次约束规划问题采用分支定界法求解；本发明基于上述优化模型，制定的配电网运行安全评估的指标，能够反映出当前配电网运行条件和网络结构的安全性。

主权项

1.一种基于配电网故障失负荷恢复值的配电网运行安全评估方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：1）构建带混合整数二次约束的优化模型：1.1）构建初始恢复优化模型如下所示：$\mathrm{Obj}.\mathrm{Min}\underset{{i\in \Phi }_{\mathrm{out}}}{\Sigma }(L_{p,i}^0-\underset{j\in i}{\Sigma }{x}_{\mathrm{ij}}{P}_{\mathrm{ij}})---\left(1\right)$xij∈{0,1},i,j∈Φall(2)$\underset{j\in i}{\Sigma }{x}_{\mathrm{ij}}{P}_{\mathrm{ij}}=L_{p,i}^0,i\in {\Phi }_{\mathrm{all}}-{\Phi }_{\mathrm{loss}}---\left(3\right)$$\underset{j\in i}{\Sigma }{x}_{\mathrm{ij}}{.Q}_{\mathrm{ij}}=L_{p,i}^0,i\in {\Phi }_{\mathrm{all}}-{\Phi }_{\mathrm{loss}}---\left(4\right)$$\underset{i\ne j}{\Sigma }{x}_{\mathrm{ij}}=N_{\mathrm{node}}-N_{\mathrm{root}},i,j\in {\Phi }_{\mathrm{all}}---\left(5\right)$$\underset{j\in i}{\Sigma }{x}_{\mathrm{ij}}{P}_{\mathrm{ij}}\ge 0,i\in {\Phi }_{\mathrm{loss}}---\left(6\right)$$L_{p,i}^0-\underset{j\in i}{\Sigma }{x}_{\mathrm{ij}}{P}_{\mathrm{ij}}\ge 0,i\in {\Phi }_{\mathrm{loss}}---\left(7\right)$$\frac{P_{\mathrm{ij}}^2+Q_{\mathrm{ij}}^2}{V_i^2}\le {\bar{I}}_{\mathrm{ij}}^2,i,j\in {\Phi }_{\mathrm{all}},i\ne j---\left(8\right)$$V_i^2-V_j^2=2(R_{\mathrm{ij}}{P}_{\mathrm{ij}}+Q_{\mathrm{ij}}{X}_{\mathrm{ij}})-(R_{\mathrm{ij}}^2+X_{\mathrm{ij}}^2)\frac{P_{\mathrm{ij}}^2+Q_{\mathrm{ij}}^2}{V_i^2},i,j\in {\Phi }_{\mathrm{all},i\ne }j---\left(9\right)$$\underset{‾}{V_i}\le V_i\le {\bar{V}}_i,i\in {\Phi }_{\mathrm{all}}---\left(10\right)$其中，N_node为节点总个数；N_branch为支路总个数；N_root为馈线根节点个数；Φ_loss为故障隔离后失电的负荷节点集合；Φ_all为网络中所有节点集合；j∈i为表明与节点i有连接关系的节点；和为故障前节点i处的负荷有功和无功数值；x_ij为模型中支路的连接状态，0和1分别表示断开及闭合；P_ij和Q_ij为支路ij上的有功与无功潮流数值；为支路ij的安全电流限值；R_ij和X_ij为支路ij的电阻与电抗值；V_i，分别为节点i的电压幅值、电压上限、电压下限；该初始优化模型中，式(1)为目标函数，要求失负荷尽可能地少；式(2)-(10)为约束；式(2)为反映支路开闭情况的01变量；(3)-(4)为功率平衡约束；(3-5)共同组成了辐射状约束；(6)-(7)为失电节点恢复功率约束；(8)为线路热稳定约束；(9)-(10)为支路两端电压关系及节点电压约束；1.2）对初始优化模型中的部分约束形式进行处理：a）将约束(8)改进为：$P_{\mathrm{ij}}^2+Q_{\mathrm{ij}}^2\le x_{\mathrm{ij}}.{\bar{I}}_{\mathrm{ij}}^2.V_0^2,i,j\in {\Phi }_{\mathrm{all}}---(8\text{'})$其中的为常数，为支路电流上限，V₀为节点预设电压，都是常数；式(8)改进后，式(3)-(4)和(6)-(7)中不同变量相乘的形式：x_ij·P_ij与x_ij·Q_ij也被分别表示为P_ij和Q_ij：$\underset{j\in i}{\Sigma }{P}_{\mathrm{ij}}=L_{p,i}^0,i\in {\Phi }_{\mathrm{all}}-{\Phi }_{\mathrm{loss}}---(3\text{'})$$\underset{j\in i}{\Sigma }{Q}_{\mathrm{ij}}=L_{q,i}^0,i\in {\Phi }_{\mathrm{all}}-{\Phi }_{\mathrm{loss}}---(4\text{'})$$\underset{j\in i}{\Sigma }{P}_{\mathrm{ij}}\ge 0,i\in {\Phi }_{\mathrm{loss}}---(6\text{'})$$L_{p,i}^0-\underset{j\in i}{\Sigma }{P}_{\mathrm{ij}}\ge 0,i\in {\Phi }_{\mathrm{loss}}---(7\text{'})$使所述优化模型变得可求解；b）约束(9)改为：U_i-U_j＝2(P_ijR_ij+Q_ijX_ij)(9’)i,j∈Φ_all,U_i≥0,U_j≥0其中U_i≥0、U_j≥0；c）对支路两端电压关系的约束(9’)进一步处理：引入变量Mij：M_ij＝(1-x_ij)·M₀(11)其中的M₀是给定的一个足够大的正数，进而(9’)改进为：U_i-U_j≤M_ij+2(P_ijR_ij+Q_ijX_ij)U_i-U_j≥-M_ij+2(P_ijR_ij+Q_ijX_ij)；(9”)i,j∈Φ_all,U_i≥0,U_j≥0d.）对约束(3)‐(5)进行处理，以解决零注入节点产生的问题：给所有零注入节点增设一个足够小的负荷ε，即对于没有失电的节点，如果其初始负荷为0，则设而对于失电节点，约束(6)改为：$\underset{j\in i}{\Sigma }{P}_{\mathrm{ij}}\ge ϵ,i\in {\Phi }_{\mathrm{loss}}---(6\text{'})$通过步骤1.2)改进后原初始优化模型成为带线性目标、带混合整数二次约束的优化模型；该优化模型以(1)为优化目标，约束为(2)(3’)(4’)(5)(6’)(7’)(8’)(9’’)(11)；2）基于配电网故障失负荷恢复值对配电网的运行安全进行评估：具体步骤如下：2.1）网络的初始化：将配电网简化为可开闭的线路，和带有负荷的节点；2.2）令i=1；2.3）设置第i条线路为故障线路；2.4）故障隔离：将故障线路i隔离，故障隔离后，配电网网络分为两个部分，一个部分是带电部分，另一个部分是包括一个或多个失电区域的失电部分；失电区域进一步分为可能恢复的失电区域和不可能恢复的失电区域；由带电部分和失电部分的可能恢复的失电区域的线路和节点获得用于计算的网络结构、总的失电负荷数值和可能恢复的失电负荷数值；2.5）求解失负荷恢复带混合整数二次约束的优化模型将步骤2.1）-2.4）中得到的线路和节点网络结构、节点负荷值、线路电流限额和节点电压限额作为带混合整数二次约束的优化模型的输入，该网络结构仅包括带电部分和可能恢复的失电部分；用分支定界法求解带混合整数二次约束的优化模型，得到电网故障失负荷恢复值；即得到当前第i条线路故障情况下的实际恢复失电负荷值；2.6）“N-1”故障扫描判断：若i=N，N为线路总个数，则故障扫描已完成，进行步骤2.7）；若i<N，故障扫描未完成，即还有其它线路需要计算，令i=i+1，回到步骤2.3）；2.7）计算配电网安全评估结果：定义如下配电网运行安全指标作为配电网安全评估结果：$\mathrm{Index}2=\underset{i=1}{\overset{N}{\Sigma }}{L}_{\mathrm{restorable},i}/\underset{i=1}{\overset{N}{\Sigma }}{L}_{\mathrm{outage},i}$$\mathrm{Index}2=\underset{i=1}{\overset{N}{\Sigma }}{L}_{\mathrm{restorable},i}/\underset{i=1}{\overset{N}{\Sigma }}{L}_{\mathrm{outage},i}$其中，为故障扫描中各次总失电负荷之和；为故障扫描中各次可能恢复的失电负荷之和；为由恢复算法计算得到的各次实际能够恢复的失电负荷之和；由Index1和Index2共同表征配电网的运行安全性，是最终的安全评估结果。