一种基于实时预想事故集的配电网故障恢复方法

摘要

一种基于实时预想事故集的配电网故障恢复方法，首先确定预想事故严重性指标，结合当前时刻各预想事故的发生概率，得到各预想事故的影响期望值；根据事故影响期望值，对预想事故进行严重等级排序，筛选出需要进行故障恢复分析的预想事故集；在每个时间周期内更新预想事故集，实时输出相应故障恢复方案。本发明通过构建实时预想事故集，剔除影响期望值较小的事故，仅对造成严重影响期望值的事故进行故障恢复方案分析，大大减少了在线动态安全评估需分析的预想事故数目，缩短了故障恢复方案分析的计算时间，本发明实现了故障前的实时故障恢复预案。

说明书

专利领域

本发明属于电力系统自动化技术领域，涉及配电网的重构转供，具体来说是一种考虑了实 时预想事故集的配电网故障恢复方法。

背景技术

随着现代电力系统的发展以及对供电可靠性要求的提高，保障灾害条件下城市配电网的正 常供电直接关系到社会安定和人民的生产与生活。

传统配电网故障恢复均是在故障发生后向终端采集数据，未有效利用故障前终端实时上传 的系统数据；并且在故障发生后再进行故障恢复方案分析会造成停电时间的延长和抢修时间的 缩短。与此同时，故障前的预想事故分析要求确定众多电气设备故障后对系统造成的后果，计 算量过大、计算时间过长。

为了使整个分析过程在较短的时间内尽快完成，从而满足系统运行的需要，我们需要剔除 后果比较轻微的预想事故，只对造成严重后果的预想事故进行详尽的分析。这一点已经得到了 电力系统运行人员的广泛认同。

与此同时，自然灾害的发生会急剧改变电力系统的外部运行环境。在灾害发生期间,事故 发生的概率偏离其长期统计数值,仍然采用一般气象环境下的预想事故集参与评估已经不能准 确反映系统的运行风险。必须结合灾害趋势预测信息,实时调整各预想事故发生的概率，实时 更新预想事故集及相应的故障恢复方案，才能切实实现高效高质的配电网故障恢复预案。

发明内容

本发明的目的是为了克服传统配电网故障恢复只在故障发生后采集终端信息的缺陷，在故 障前每隔一个时间周期就利用终端上传的实时数据与当前时刻各预想事故的发生概率得到各 预想事故的影响期望值，并根据期望值的排序得到需要进行故障恢复方案分析的预想事故集， 实现配电网故障恢复的实时预案。

本发明提供的一种基于实时预想事故集的配电网故障恢复方法，其改进之处在于,所述方 法包括如下步骤:

步骤1：确定预想事故严重性指标，构建故障恢复的目标函数和约束条件；

步骤2：计算当前时刻各预想事故的严重性指标值；

步骤3：结合当前时刻各预想事故的发生概率，得到各预想事故的影响期望值；

步骤4：根据事故影响期望值，对预想事故进行严重等级排序；

步骤5：根据预设的阀值W%，选取排序在前W%的预想事故记为当前时刻的预想事故集 φ；

步骤6：按从前往后的顺序从事故集φ中分别选取事故φ₁,φ₂......φ_n进行故障恢复分析；

步骤7：假设发生事故φ_i，开始故障恢复，求得满足配电网约束条件、保持系统关键负荷 供电且令切负荷损失最小的配电网故障恢复方案；

步骤8：判断是否遍历预想事故集φ中的所有事故，若否，则进入步骤6，若是，则输出 预想事故集φ中各事故对应的故障恢复方案；

步骤9：每隔Δt时间进入步骤2，实时更新预想事故集φ及对应的故障恢复方案。

本发明还可以进一步优选以下技术方案。在本发明提供的配电网故障恢复方法中，步骤1 所述的预想事故严重性指标、故障恢复的目标函数和约束条件定义如下：

预想事故严重性指标为：

$I_{{\phi }_i}=\Sigma c_i{P}_i$

式中，P_i表示预想事故φ_i发生后损失的负荷i的有功功率；c_i表征对应负荷i重要程度的价 值系数。

故障恢复的目标函数包括最小损失切负荷函数和最小开关操作比重函数,分别为：

$\min G\left(P\right)=\underset{i=1}{\overset{N}{\Sigma }}{c}_i(P_i-P_i^{*})$

minW(P)＝k^α

式中，P_i表示负荷i的初始有功功率，表示在重构方案P下采取紧急切负荷措施后负荷 i的有功功率；c_i表征负荷i重要程度的价值系数；k表示重构方案P下的开关操作次数；α为 开关系数，系数越高，开关操作数对重构结果的影响越重；N表示损失的负荷总数。

故障恢复的约束条件包括：

满足配电网潮流方程；节点电压未越限；支路电流未越限；支路流过的功率未超过支路容 量上限。

在本发明提供的配电网故障恢复方法中，步骤3所述的预想事故的影响期望值定义如下：

式中，表征预想事故φ_i的发生概率；表征预想事故φ_i的严重程度。

在本发明提供的配电网故障恢复方法中，步骤7所述的配电网故障恢复包括如下步骤：

（1）将预想事故发生后的配电网划分为正常供电区域、故障区域、非故障失电区域三部 分，闭合非故障失电区内的所有开关；

（2）采用深度优先遍历法找到能为非故障失电区转供的联络开关{LK₁,LK₂,...,LK_m}和不 同联络开关间的连通路径；

（3）列出所有可能的故障恢复方案，逐个判断故障恢复方案是否可行；

（4）对各故障恢复方案的目标函数值进行标准化处理；

（5）对标准值赋予权重比较所有可行方案的综合指标值，得出最优故障恢复方案。

在本发明提供的配电网故障恢复流程中，步骤（3）所述的判断故障恢复方案是否可行的 方法如下：

若在该故障恢复方案中闭合相应联络开关后配电网仍为辐射状，判断支路流过的功率是否 越限。若不越限，则该方案为可行方案；若越限，则逐个断开非故障失电区内离联络开关最远 的开关，直至支路流过的功率不越限。若断开非故障失电区内所有开关后支路流过的功率仍然 越限，则该方案不可行。

若在该故障恢复方案中闭合相应联络开关后配电网为环网状，则逐个断开各联络通路在非 故障失电区域内的开关，直至支路流过的功率不越限。若断开各联络通路在非故障失电区域内 的所有开关后，支路流过的功率仍然越限，则该方案不可行。

在本发明提供的配电网故障恢复流程中，步骤（4）所述的标准化处理方法如下：

切负荷损失函数与开关操作比重函数均为成本型指标，其标准指标值越小越好。式中，f_ij表示第i个重构方案的第j个目标函数标准化后的值，f′_ij表示第i个重构方案的第j个目标函数 的有名值，且f_ij∈[0,1]，j＝1表征切负荷损失函数，j＝2表征开关操作比重函数。

$f_{\mathrm{ij}}=\frac{f_{\mathrm{ij}}^{\prime }-{\min }_j\left\{f_{\mathrm{ij}}^{\prime }\right\}}{{\max }_j\left\{f_{\mathrm{ij}}^{\prime }\right\}-{\min }_j\left\{f_{\mathrm{ij}}^{\prime }\right\}}$

在本发明提供的配电网故障恢复流程中，步骤（5）所述的综合指标值方法如下：

F_i＝λ₁f_i1+λ₂f_i2

式中，F_i表示故障恢复方案i的综合指标值，λ₁和λ₂分别表示切负荷损失函数和开关操作 比重函数的权重，且λ₁+λ₂＝1。综合指标值最小的故障恢复方案为最优方案。

本发明的有益效果是:

本发明公开了一种基于实时预想事故集的配电网故障恢复方法，首先确定预想事故严重性 指标，结合当前时刻各预想事故的发生概率，得到各预想事故的影响期望值；根据事故影响期 望值，对预想事故进行严重等级排序，筛选出需要进行故障恢复分析的预想事故集；在每个时 间周期内更新预想事故集，实时输出相应故障恢复方案。本发明通过构建实时预想事故集，剔 除影响期望值较小的事故，仅对造成严重影响期望值的事故进行故障恢复方案分析，大大减少 了在线动态安全评估需分析的预想事故数目，缩短了故障恢复方案分析的计算时间。传统配电 网故障恢复均是在故障发生后向终端采集数据，未有效利用故障前终端实时上传的系统数据。 本发明在每个时间周期内根据终端上传的实时数据更新预想事故集，并根据灾害趋势预测信息 实时更新各预想事故的发生概率，根据每个时间周期内的负荷波动实时更新预想事故严重性指 标值，实现了故障前的实时故障恢复预案。

附图说明

图1为本发明基于实时预想事故集的配电网故障恢复方法流程图；

图2为城市配电网试验拓扑结构简化图。

具体实施方式

下面结合说明书附图和具体实例对本申请的技术方案作进一步详细说明。

如附图1所示为本发明公开的基于实时预想事故集的配电网故障恢复方法流程图。本发明 的基于实时预想事故集的配电网故障恢复方法包括以下步骤：

步骤1：确定预想事故严重性指标，构建故障恢复的目标函数和约束条件；

在本发明提供的配电网故障恢复方法中，步骤1所述的预想事故严重性指标、故障恢复的 目标函数和约束条件定义如下：

预想事故严重性指标为：

$I_{{\phi }_i}=\Sigma c_i{P}_i$

式中，P_i表示预想事故φ_i发生后损失的负荷i的有功功率；c_i表征对应负荷i重要程度的价 值系数；

故障恢复的目标函数包括最小损失切负荷函数和最小开关操作比重函数,分别为：

$\min G\left(P\right)=\underset{i=1}{\overset{N}{\Sigma }}{c}_i(P_i-P_i^{*})$

minW(P)＝k^α

式中，P_i表示负荷i的初始有功功率，表示在重构方案P下采取紧急切负荷措施后负荷 i的有功功率；c_i表征负荷i重要程度的价值系数；k表示重构方案P下的开关操作次数；α为 开关系数，系数越高，开关操作数对重构结果的影响越重；N表示损失的负荷总数。

故障恢复的约束条件包括：

满足配电网潮流方程；节点电压未越限；支路电流未越限；支路流过的功率未超过支路容 量上限。

步骤2：计算当前时刻各预想事故的严重性指标值；

根据步骤1的预想事故严重性指标的计算定义，对当前时刻各预想事故的严重性指标值进 行计算。

步骤3：结合当前时刻各预想事故的发生概率，得到各预想事故的影响期望值；

在本发明提供的配电网故障恢复方法中，步骤3所述的预想事故的影响期望值定义如下：

式中，表征预想事故φ_i的发生概率；表征预想事故φ_i的严重程度。

步骤4：根据事故影响期望值，对预想事故进行严重等级排序；

对步骤3所得的各预想事故的期望值进行从高至低的排序，得到预想事故的严重等级序 列。

步骤5：根据预设的阀值W%，选取排序在前W%的预想事故记为当前时刻的预想事故集 φ；

通过预先设定的阀值，得到需要进行重点配电网故障恢复分析的预想事故集合。

步骤6：按从前往后的顺序从事故集φ中分别选取事故φ₁,φ₂......φ_n进行故障恢复分析；

步骤7：假设发生事故φ_i，开始故障恢复，求得满足配电网约束条件、保持系统关键负荷 供电且令切负荷损失最小的配电网故障恢复方案；

在本发明提供的配电网故障恢复方法中，步骤7所述的配电网故障恢复包括如下步骤：

（1）将预想事故发生后的配电网划分为正常供电区域、故障区域、非故障失电区域三部 分，闭合非故障失电区内的所有开关；

（2）采用深度优先遍历法找到能为非故障失电区转供的联络开关{LK₁,LK₂,...,LK_m}和不 同联络开关间的连通路径；

（3）列出所有可能的故障恢复方案，逐个判断故障恢复方案是否可行；

（4）对各故障恢复方案的目标函数值进行标准化处理；

（5）对标准值赋予权重比较所有可行方案的综合指标值，得出最优故障恢复方案。

在本发明提供的配电网故障恢复流程中，步骤7-3所述的判断故障恢复方案是否可行的方 法如下：

若在该故障恢复方案中闭合相应联络开关后配电网仍为辐射状，判断支路流过的功率是否 越限。若不越限，则该方案为可行方案；若越限，则逐个断开非故障失电区内离联络开关最远 的开关，直至支路流过的功率不越限。若断开非故障失电区内所有开关后支路流过的功率仍然 越限，则该方案不可行。

若在该故障恢复方案中闭合相应联络开关后配电网为环网状，则逐个断开各联络通路在非 故障失电区域内的开关，直至支路流过的功率不越限。若断开各联络通路在非故障失电区域内 的所有开关后，支路流过的功率仍然越限，则该方案不可行。

在本发明提供的配电网故障恢复流程中，步骤7-4所述的标准化处理方法如下：

对于故障恢复的目标函数中的切负荷损失函数与开关操作比重函数，其标准指标值越小越 好，按照下式计算目标函数标准化后的值：

$f_{\mathrm{ij}}=\frac{f_{\mathrm{ij}}^{\prime }-{\min }_j\left\{f_{\mathrm{ij}}^{\prime }\right\}}{{\max }_j\left\{f_{\mathrm{ij}}^{\prime }\right\}-{\min }_j\left\{f_{\mathrm{ij}}^{\prime }\right\}}$

式中，f_ij表示第i个重构方案的第j个目标函数标准化后的值且f_ij∈[0,1]，f′_ij表示第i个重 构方案的第j个目标函数的有名值，j＝1表征切负荷损失函数，j＝2表征开关操作比重函数。

在本发明提供的配电网故障恢复流程中，步骤7-5所述的综合指标值方法如下：

F_i＝λ₁f_i1+λ₂f_i2

式中，F_i表示故障恢复方案i的综合指标值，λ₁和λ₂分别表示切负荷损失函数和开关操作 比重函数的权重，且λ₁+λ₂＝1。综合指标值最小的故障恢复方案为最优方案。

步骤8：判断是否遍历预想事故集φ中的所有事故，若否，则进入步骤6，若是，则输出 预想事故集φ中各事故对应的故障恢复方案；

步骤9：每隔Δt进入步骤2，实时更新预想事故集φ及对应的故障恢复方案。

Δt为预想事故集更新的时间周期，每隔Δt重新计算各预想事故的期望值并对其排序，筛 选出预想事故集，输出对应的最优故障恢复方案。

下面通过具体实施例对本发明的技术方案进行介绍：

附图2所示为一城市配电网拓扑结构简化图，共有23个节点，3个电源。现将该拓扑图 的参数罗列如下：

基于配电网的基本简化条件，忽略三相不平衡，负荷用相电流表示。

负荷节点 当前负荷量与价值系数 负荷节点 当前负荷量与价值系数 2 50A，0.5 13 150A，0.6 4 50A，0.6 17 50A，0.8 7 50A，0.6 18 150A，0.5 9 150A，0.8 20 100A，0.5 11 50A，0.4 22 100A，0.4

当前时刻线路停运概率

线路首端 线路末端 停运概率 1 2 0.00466 2 3 0.10991 3 4 0.11023 4 5 0.07921 5 6 0.20347 6 7 0.06237 7 8 0.10322

8 9 0.13348 9 10 0.07382 11 10 0.12743 12 11 0.10365 13 12 0.09264 14 13 0.00246 5 15 0.14823 7 16 0.20351 16 17 0.16431 15 17 0.04932 17 18 0.03289 18 19 0.05342 20 19 0.19296 21 20 0.08376 22 21 0.07637 23 22 0.00328

对于附图2所示的配电网，其故障恢复方法，步骤如下:

（1）确定预想事故严重性指标，构建故障恢复的目标函数和约束条件。预想事故严重性 指标为：

$I_{{\phi }_i}=\Sigma c_i{P}_i$

式中，P_i表示预想事故φ_i发生后损失的负荷i的有功功率；c_i表征对应负荷i重要程度的价 值系数。

故障恢复的目标函数包括最小损失切负荷函数和最小开关操作比重函数,分别为：

$\min G\left(P\right)=\underset{i=1}{\overset{N}{\Sigma }}{c}_i(P_i-P_i^{*})$

minW(P)＝k^α

式中，P_i表示负荷i的初始有功功率，表示在重构方案P下采取紧急切负荷措施后负荷 i的有功功率；c_i表征负荷i重要程度的价值系数；k表示重构方案P下的开关操作次数；α为 开关系数，系数越高，开关操作数对重构结果的影响越重；N表示损失的负荷总数。

故障恢复的约束条件包括：

满足配电网潮流方程；节点电压未越限；支路电流未越限；支路流过的功率未超过支路容 量上限。其中馈线段容量为550A。

（2）计算当前时刻各预想事故的严重性指标值，如下表所示：

线路首端 线路末端 事故严重性 1 2 320 2 3 320 3 4 295 4 5 295 5 6 295 6 7 150 7 8 150 8 9 120 9 10 120 11 10 20 12 11 20 13 12 110 14 13 110 5 15 295 7 16 150 16 17 115 15 17 115 17 18 115 18 19 115 20 19 50 21 20 50

22 21 90 23 22 90

（3）结合当前时刻各预想事故的发生概率，得到各预想事故的影响期望值，如下表所示：

线路首端 线路末端 事故影响期望值 1 2 1.4912 2 3 35.1712 3 4 32.51785 4 5 23.36695 5 6 60.02365 6 7 9.555 7 8 15.483 8 9 16.0176 9 10 8.8584 11 10 2.5486 12 11 2.073 13 12 10.1904 14 13 0.2706 5 15 43.72785 7 16 30.5265 16 17 18.89565 15 17 5.6718 17 18 3.78235 18 19 6.1433 20 19 9.648 21 20 4.188 22 21 6.8733 23 22 0.2952

（4）根据事故影响期望值，对预想事故进行严重等级排序。

（5）根据预设的阀值W%，选取排序在前W%的预想事故记为当前时刻的预想事故集φ。 取W%为13%，则预想事故集φ为线路5-6,5-15,2-3故障。

（6）按从前往后的顺序从事故集φ中分别选取事故φ₁,φ₂......φ_n进行故障恢复分析。

（7）假设发生事故φ_i，开始故障恢复，求得满足配电网约束条件、保持系统关键负荷供 电且令切负荷损失最小的配电网故障恢复方案。假设线路5-6故障，则最优故障恢复方案为闭 合联络开关19、16；假设线路5-15故障，则最优故障恢复方案为闭合联络开关19、16；假设 线路2-3故障，则最优故障恢复方案为闭合联络开关19,16,10，断开开关15,8。

（8）判断是否遍历预想事故集φ中的所有事故，若否，则进入步骤（6），若是，则输出 预想事故集φ中各事故对应的故障恢复方案。当前时刻的预想事故集和对应故障恢复方案如下 表所示：

（9）每隔Δt进入步骤（2），实时更新预想事故集φ及对应的故障恢复方案。设定Δt为30s。