一种考虑供电可靠性的分区电网协调自愈恢复方法与流程

1.本发明涉及电网维护技术领域，特别涉及一种考虑供电可靠性的分区电网协调自愈恢复方法。


背景技术：

2.大面积停电后的快速复电，主要任务是减少大面积停电的影响范围，阻止连锁故障的扩大以及减少各故障区域的停电时间。
3.如何在满足频率安全情况下按照负荷优先级确定下一步恢复的负荷，以及各分区之间的协调恢复策略，从而增强电网的抗灾害能力，提高电网供电可靠性，是目前研究的一大难点。


技术实现要素：

4.针对现有技术无法为电网恢复提供较合理的协调恢复策略的问题，本发明提供了一种考虑供电可靠性的分区电网协调自愈恢复方法，通过分区并建立目标函数，利用利用遗传算法求解得到恢复策略的方式，实现分区电网的协调自愈恢复。
5.以下是本发明的技术方案。
6.一种考虑供电可靠性的分区电网协调自愈恢复方法，包括以下步骤：连接电网中各节点，使整个网架形成联通网；根据预设条件合并节点至不同分组，以组为单位分区；建立目标函数和约束条件；利用遗传算法求解得到恢复策略。
7.本发明考虑各分区内的发电负荷平衡、发电机启动响应时间、负荷的重要性等各种因素，通过采取合理的动态分区，协调好机组、负荷及不同区域之间的联络策略，实现先局部分区的并行快速恢复，再通过分区联络协调，逐步实现整个系统的恢复。
8.作为优选，所述合并节点的过程包括：合并度为1的节点；删除度为2的节点；删除独立环；将合并的节点分为一个组；将各分组中的待恢复机组与该分组内黑启动电源等效为一个新的黑启动电源，新的黑启动电源所在节点的有功功率等于实际黑启动电源和该分组内待恢复机组的有功功率之和，新的黑启动电源所在节点的负荷等于实际黑启动电源节点、该分组内待恢复机组节点以及恢复路径经过的节点的负荷之和。
9.作为优选，所述建立目标函数包括：建立适应于每个分区的负荷恢复目标函数：式中：n为某个分区内的总节点数；为第i个分区内第j个负荷节点的权重，该数值由调度员根据实际系统来确定；为第i个分区内第j个负荷节点的负荷量；表示第i
个分区内第j个负荷的恢复状态，1为恢复，否则为0。
10.作为优选，所述约束条件包括：黑启动电源约束：各黑启动电源必须分配到不同分区中，并且自身无启动能力、需尽快启动电源及需要快速恢复的重要负荷必须与一个或多个黑启动电源相连；功率平衡约束：发电机总容量大于等于负荷总量；不等式约束：包括：发电机有功、无功约束、线路n安全性约束、节点电压约束以及频率偏移约束。
11.作为优选，所述利用遗传算法求解，包括：以线路状态进行编码，0表示断开，1表示投运，染色体长度为该子系统中所有线路的数量；根据潮流计算的结果，构造如下式的适应度函数；式中：μ为惩罚因子，w为节点的权重，p为节点的负荷量，x为负荷的恢复状态，对于违反约束的个体，分别引入不同的惩罚系数修正其适应度函数值；通过交叉、变异操作选出最优分区；其中，为每个负荷分配随机权重，并乘以负荷本身的权重，作为最终负荷权重；每次切除总权重最小的负荷，直到总负荷量小于发电量。
12.在求解过程中，对于潮流不收敛问题，考虑随机切除负荷的方法。为了尽量不破坏遗传算法的随机性，为每个负荷分配随机权重，并乘以负荷本身的权重，作为最终负荷权重。每次切除总权重最小的负荷，直到总负荷量小于发电量。这样既保证不破坏搜索的随机性，又能保证重要负荷不被切除，提高了寻优效率。对于产生的子代个体中违反网络连通性的问题，提出采用修补策略。首先，根据线路状态，采用深度优先搜索遍历所有线路，统计当前染色体对应的线路状态所产生的孤岛数目。从已恢复供电的孤岛出发，结合步进搜索算法求解从供电区域连通某个孤岛的最短路径，直到所有孤岛连接起来。此时，线路权重不再是这条线路的长度，而是连通该线路后新引入负荷量的大小。这样处理既保证不破坏遗传算法随机性，又能最小限度地引入不必要的负荷，使整个网架成为连通网。
13.本发明的实质性效果包括：考虑各分区内的发电负荷平衡、发电机启动响应时间、负荷的重要性等各种因素，通过采取合理的动态分区，协调好机组、负荷及不同区域之间的联络策略，实现先局部分区的并行快速恢复，再通过分区联络协调，逐步实现整个系统的恢复。
附图说明
14.图1是本发明实施例的整体流程图；图2是本发明实施例的遗传算法求解流程图。
具体实施方式
15.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合实施例，对本技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提
下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
16.应当理解，在本发明的各种实施例中，各过程的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本发明实施例的实施过程构成任何限定。
17.应当理解，在本发明中，“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
18.下面以具体的实施例对本发明的技术方案进行详细说明。实施例可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例不再赘述。
19.实施例：一种考虑供电可靠性的分区电网协调自愈恢复方法，包括如图1所示的以下步骤：连接电网中各节点，使整个网架形成联通网；根据预设条件合并节点至不同分组，以组为单位分区；建立目标函数和约束条件；利用遗传算法求解得到恢复策略。
20.在本实施例中，首先，根据线路状态，采用深度优先搜索遍历所有线路然后，对应的线路状态所产生的孤岛数目。从已恢复供电的孤岛出发，采用dijkstra(迪杰斯特拉)算法求解从供电区域连通某个孤岛的最短路径，直到所有孤岛连接起来。最后连通所有孤岛，使整个网架形成联通网。
21.实际电力系统的节点数和支路数一般都很多，为减少计算负担，提高计算效率，需要尽可能简化系统的拓扑图。此三条原则分别为:1)合并度为1的节点；2)删除度为2的节点；3)删除独立环。其中，在使用原则2)对图进行简化时，还要求该度为2的节点既不是发电机节点也不是负荷节点。提出一条简化原则，即:4)合并已确定分组的节点。分组是指在对系统分区前，首先将部分节点划分到一组中，并在分区模型中等效为一个新节点，以保证组内的节点在同一个分区中。这里将各分组中的待恢复机组与该分组内黑启动电源等效为一个新的黑启动电源。新的黑启动电源所在节点的有功功率等于实际黑启动电源和该分组内待恢复机组的有功功率之和，新的黑启动电源所在节点的负荷等于实际黑启动电源节点、该分组内待恢复机组节点以及恢复路径经过的节点的负荷之和。对于已确定分组的节点，将这些节点等效为一个节点可保证同一组的节点被划分到同一个分区中。
22.完成系统分区之后，需尽快同步恢复各分区内的重要负荷。该阶段旨在满足频率安全情况下按照负荷优先级确定下一步恢复的负荷，并给出合理的网架结构。同时，恢复过程中应避免出现过电压、线路潮流越限等情况。由此，所建适应于每一个分区的负荷恢复目标函数为：式中：n为某个分区内的总节点数；为第i个分区内第j个负荷节点的权重，该数值由调度员根据实际系统来确定；为第i个分区内第j个负荷节点的负荷量；表示第i
个分区内第j个负荷的恢复状态，1为恢复，否则为0。应满足的约束条件包括：所建目标函数应满足如下约束条件:1)黑启动电源约束：各黑启动电源必须分配到不同分区中，并且部分自身无启动能力、需尽快启动电源及需要快速恢复的重要负荷必须与一个或多个黑启动电源相连。
23.2)功率平衡约束：为简化计算，近似认为发电机总容量与负荷平衡的约束条件为:3)不等式约束：包括：发电机有功、无功约束、线路n安全性约束、节点电压约束以及频率偏移约束：p
gimin
≤p
gi
≤p
gimax
,i＝1,2,3,...,ngq
gimin
≤q
gi
≤q
gimax
,i＝1,2,3,...,ngu
imin
≤ui≤u
imax
,i＝1,2,3,...,n|δf|≤0.5针对上述优化问题，采用遗传算法来求解：1)基因链构造。以线路状态进行编码，0表示断开，1表示投运。染色体长度为该子系统中所有线路的数量。
24.2)适应度函数和约束条件处理。由于线路潮流只能在网络连通的情况下才能计算，因此，计算适应度函数之前需要判断当前网架结构的连通性。根据潮流计算的结果，构造如下式的适应度函数。
25.式中:μ为惩罚因子，对于违反有功平衡与线路容量约束、无功平衡与节点电压约束、过电压约束、频率约束的个体，分别引入相应的惩罚系数修正其适应度函数值。
26.3)交叉、变异操作。通过交叉、变异操作选出最优分区。
27.4)在计算中考虑如下问题：(a)对于潮流不收敛问题，考虑随机切除负荷的方法。为了尽量不破坏遗传算法的随机性，为每个负荷分配随机权重，并乘以负荷本身的权重，作为最终负荷权重。每次切除总权重最小的负荷，直到总负荷量小于发电量。这样既保证不破坏搜索的随机性，又能保证重要负荷不被切除，提高了寻优效率。
28.(b)对于产生的子代个体中违反网络连通性的问题，提出采用修补策略。首先，根据线路状态，采用深度优先搜索遍历所有线路，统计当前染色体对应的线路状态所产生的孤岛数目。从已恢复供电的孤岛出发，结合步进搜索算法求解从供电区域连通某个孤岛的最短路径，直到所有孤岛连接起来。此时，线路权重不再是这条线路的长度，而是连通该线路后新引入负荷量的大小。这样处理既保证不破坏遗传算法随机性，又能最小限度地引入不必要的负荷，使整个网架成为连通网。应用遗传算法求解负荷恢复问题的流程图如图2所
示。
29.本实施例考虑各分区内的发电负荷平衡、发电机启动响应时间、负荷的重要性等各种因素，通过采取合理的动态分区，协调好机组、负荷及不同区域之间的联络策略，实现先局部分区的并行快速恢复，再通过分区联络协调，逐步实现整个系统的恢复。
30.通过以上实施方式的描述，所属领域的技术人员可以了解到，为描述的方便和简洁，仅以上述各功能模块的划分进行举例说明，实际应用中可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能模块完成，即将具体装置的内部结构划分成不同的功能模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。
31.在本技术所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的结构和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的关于结构的实施例仅仅是示意性的，例如，模块或单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个结构，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，结构或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
32.作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是一个物理单元或多个物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个不同地方。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
33.另外，在本技术实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
34.集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个可读取存储介质中。基于这样的理解，本技术实施例的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一个设备(可以是单片机，芯片等)或处理器(processor)执行本技术各个实施例方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(read only memory，rom)、随机存取存储器(random access memory，ram)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
35.以上内容，仅为本技术的具体实施方式，但本技术的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本技术揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本技术的保护范围之内。因此，本技术的保护范围应以权利要求的保护范围为准。