一种计及多目标优化的供电恢复推理搜索方法

摘要

本发明涉及一种计及多目标优化的供电恢复推理搜索方法；该方法包括下述步骤：故障隔离；非故障停电区的“孤岛区间”划分；供电恢复路径初步搜索及有效性过滤；供电恢复路径转供方案搜索；电气校验；本发明所提出的推理方法，不需要大规模遍历计算，可以在充分利用各供电恢复路径转供能力的前提下，自动平衡各路径转供负担，尽量减少开关操作次数，可以在推理搜索过程中直接得出切负荷方案。

说明书

技术领域

本发明涉及电力系统领域的推理搜索方法，具体涉及一种计及多目标优化的供电恢复推理搜索方法。

背景技术

配电网作为直接面向用户的环节，系统规模大、元件多、结构复杂，在实际运行中会面临较多的故障事件，有可能中断对部分用户的正常供电，此时就要考虑如何尽快恢复对用户的供电，解决此问题的过程就叫做配电网的供电恢复。供电恢复作为故障状态下恢复控制的重要实现方式，是配电自动化中最基本、最重要也是目前应用最广泛的系统功能之一，可以有效停电范围、停电时间，提高故障处理的业务自动化和决策智能化水平，有效提高配电网的运行调度水平。

配电网供电恢复本质上是发生故障以后的网络重构，当系统发生故障，在定位并隔离了故障之后，系统被划分为故障停电区、非故障停电区；非故障停电区又可进一步划分为与电源点(变电站)直接连通区和与电源点隔离的非连通区，前者通过闭合相应出线断路器即可恢复供电，后者则成为非故障停电“孤岛”；供电恢复的主要任务就是在满足配电网运行要求的前提下，以恢复负荷最大化、开关操作次数最小化、网络运行方式最优化等为目标，依据网络拓扑结构和潮流分布，通过改变网络中部分联络开关和分段开关的状态，为非故障停电“孤岛”搜寻有效的供电恢复路径。

一般认为供电恢复计算在理论上是一个庞大的非线性整数组合优化问题，由于作为变量的开关组合数量巨大，尤其是随着智能配电网建设的深化推进，网络规模和结构将会更加庞大和复杂，单纯依靠穷举搜索或传统数学方式肯定不能适应要求。目前供电恢复计算方法很多，主要包括启发类算法(包括启发式搜索、专家系统、支路交换法等)、人工智能类算法(比如遗传算法、人工神经网络、Petri网、蚁群算法等)、最优化方法类(比如混合整数优化、图论方法等)。

启发式算法是目前实际工程中应用较多的一类方法，核心在于设定合理科学的启发式规则，是以一定的规则指标来限定搜索的方向，以一定的准则评价可能的解，以此减小搜索空间，减少恢复时间，这类方法可以较快得出可行解，但结果往往距离最优解有较大距离，尤其在复杂配电网结构情况下(多联络多分段)现有启发式规则还很不适应；人工智能类算法一般适用于解决较复杂的多维问题，但是往往计算时间、精度受限于网络初始结构、网络规模、迭代终止条件等，可能出现计算结果不稳定、计算时间长等问题，在实际工程中应用较少；最优化方法中较典型的是基于图论的算法，从配电网拓扑特点出发，结合供电恢复计算的各项约束条件，将供电恢复问题转化成为最小生成树、待恢复树切割等问题，此类方法直观上易于理解，可以反映问题实质，计算速度较快，但是其结果往往受系统的网络结构影响很大。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供了一种用于配电自动化系统或智能配电网自愈控制系统的故障恢复控制模块，针对配电网发生故障后对非故障停电区域的供电恢复路径搜索，计及多目标优化的供电恢复推理搜索方法。

本发明的目的采用下述技术方案予以实现：

所述方法包括下述步骤：

A、故障隔离；

B、非故障停电区的“孤岛区间”划分；

C、供电恢复路径初步搜索及有效性过滤；

D、供电恢复路径转供方案搜索；

E、电气校验；

其改进之处在于，所述步骤C中，搜索与所述非故障停电区直接相连的联络开关，所述联络开关对应一条可能的供电恢复路径；从配电网实际运行规则出发，首先对所有可能的供电恢复路径根据过滤规则进行有效性过滤，形成有效供电恢复路径集合；

所述步骤D中，所述供电恢复路径转供方案搜索包括：

1)计算所述有效供电恢复路径集合中各供电恢复路径的冗余转供能力I_k-can；计算所述“孤岛区间”的待转负荷量I_i-need；

2)设定所述有效供电恢复路径集合中各供电恢复路径对应联络开关闭合，所述供电恢复路径的初始转供范围是各自直接关联的“孤岛区间”；计算所述各供电恢复路径的剩余转供能力I_k-remain；按照所述各供电恢复路径的I_k-remain大小排序；

3)选择I_k-remain最大的供电恢复路径，统计所述I_k-remain最大的供电恢复路径直接关联“孤岛区间”的上游所有“孤岛区间”待转负荷之和以及下游对应的统计所述I_k-remain最大的供电恢复路径上游所有供电恢复路径冗余转供能力之和以及下游对应的分别计算和根据所述I_k-remain最大的供电恢复路径上下游转供能力和待转负荷的情况，将转供能力相对较弱的方向作为“蚕食方向”，选择是向上还是向下“蚕食”；其他非直接关联“孤岛区间”作为自身转供范围；

4)所述I_k-remain最大的供电恢复路径“蚕食”其它“孤岛区间”后剩余转供能力降低，更新所述各供电恢复路径的剩余转供能力数值，动态调整“蚕食”主体，重复3)中的步骤；

5)剩余转供能力最大的供电恢复路径“蚕食”过程中，如果遇到与准备“蚕食”的“孤岛区间”有直接关联的其他供电恢复路径，则将该“孤岛区间”设为一个“壁垒”，需要特别的规则判断是否可以“蚕食”；所述判断规则为：如果剩余转供能力大于“壁垒”直接关联供电恢复路径的冗余转供能力，则可以“蚕食”，并将被“蚕食”的“孤岛区间”直接关联供电恢复路径删除；反之则不能；

6)所述1)-5)搜索过程的终止条件为所有“孤岛区间”都已经被划入供电恢复路径的转供范围，或所述各供电恢复路径的最终的剩余转供能力小于直接关联的“孤岛区间”的待转负荷；所述搜索过程完成后，所有能够转供的“孤岛区间”已经由若干转供能力较强的供电恢复路径划入各自转供范围，剩余不能划入到转供范围的“孤岛区间”则为需要切除的负荷；

7)如果需要进一步减少实际供电恢复路径的数量，则将上述1)-5)搜索形成的各供电灰复路径对应转供范围为整体对象，称之为“待转孤岛群”，判断相邻的“待转孤岛群”是否可以进一步合并，合并规则是选择合并后剩余转供能力较大的路径作为合并后实际路径。

本发明提供的一种优选的技术方案是：所述步骤A中，所述配电网故障发生后，量测设备获得故障监测信息，经过故障识别、故障定位，将故障支路直接关联的开关开断，完成故障的隔离；所述故障隔离完成后，故障点所在馈线的非故障部分被分为与馈线电源点连通区域和与电源点隔离区域这样2个或2个以上子网络。

本发明提供的第二优选的技术方案是：所述步骤B中，所述非故障停电区内部划分为至少一个以分段开关/联络开关为边界点的子网络，称为“孤岛区间”，所述“孤岛区间”是非故障停电区内部参与所述供电恢复路径转供范围分配的最小子网络。

本发明提供的第三优选的技术方案是：所述过滤规则包括：

(1)对于所述“孤岛区间”直接关联两条及两条以上路径的情况，选择冗余转供能力最大的路径为有效路径，其余的路径作为无效路径从供电恢复路径集合中删除；

(2)与所述非故障停电区直接相连的供电恢复路径集合中，所述部分供电恢复路径属于同一回非故障馈线，选择冗余转供能力最大的路径为有效路径，其余的路径作为无效路径从供电恢复路径集合中删除；

(3)与所述非故障停电区直接相连的供电恢复路径集合中，所述部分供电恢复路径的冗余转供能力较小，所述供电恢复路径的冗余转供能力小于与之直接相连“孤岛区间”的待转负荷，则该供电恢复路径无法起到实际转供作用，所述该供电恢复路径作为无效路径从供电恢复路径集合中删除。

本发明提供的第四优选的技术方案是：所述步骤E中，形成供电恢复与切负荷方案后，调用潮流计算程序对供电恢复路径所在馈线进行安全校验；所述电气校验包括电流越限校验和电压越限校验；如电气校验通过，则执行供电恢复与切负荷方案；如没有通过，则将未通过电气校验的供电恢复路径转供范围缩小，缩小规则为去除待转负荷最小的“孤岛区间”，再次进行电气校验直至通过。

与现有技术相比，本发明达到的有益效果是：

(1)本发明提供的计及多目标优化的供电恢复推理搜索方法通过基于规则的推理进行搜索计算，不需要大规模的遍历计算，计算速度快，符合实际工程对实时性的要求；

(2)本发明提供的计及多目标优化的供电恢复推理搜索方法的推理过程中充分利用了各有效供电恢复路径的转供能力，保证可以恢复尽可能多的失电负荷；

(3)本发明提供的计及多目标优化的供电恢复推理搜索方法的推理过程中可以在保证负荷恢复最大化的前提下，自动平衡各路径转供负担，并尽量减少开关操作次数；

(4)如果存在需要切负荷的情况，本发明提供的计及多目标优化的供电恢复推理搜索方法可以在推理过程中直接得出切负荷方案；

(5)本发明提供的计及多目标优化的供电恢复推理搜索方法尤其适合接线方式复杂的情况，比如多分段多联络方式、网格状接线方式，适应未来智能配电网结构更为复杂的需求。

附图说明

图1是本发明提供的计及多目标优化的供电恢复推理搜索方法推理过程流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。

图1是本发明提供的计及多目标优化的供电恢复推理搜索方法推理过程流程图，本发明提供的计及多目标优化的供电恢复推理搜索方法，包括以下步骤：

1.故障隔离

(1)配电网故障发生后，量测设备获得故障监测信息，经过故障识别、故障定位，随后将故障支路直接关联的开关开断，完成故障的隔离；

(2)故障隔离完成后，故障点所在馈线的非故障部分被分为与馈线电源点连通区域和与电源点隔离区域这样2个或以上子网络，前者可通过闭合出线断路器恢复供电，后者则成为与电源点相隔离的非故障停电区，也可称为“供电孤岛”，需要通过与非故障停电区相关联的联络路径的转供能力来实现“供电孤岛”的恢复供电。

2.非故障停电区的“孤岛区间”划分

非故障停电区内部可以划分为若干个以分段开关/联络开关为边界点的子网络，可以称为“孤岛区间”，这是非故障停电区内部可以参与各供电恢复路径转供范围分配的最小子网络。

3.供电恢复路径初步搜索及有效性过滤

搜索与非故障停电区直接相连的联络开关，每个联络开关都对应一条可能的供电恢复路径。从配电网实际运行规则出发，可以首先对所有可能的供电恢复路径进行有效性过滤，形成有效供电恢复路径集合，以减少后续计算复杂程度，过滤规则如下：

1)对于某“孤岛区间”直接关联两条及以上供电恢复路径的情况，由于实际中只能有一条可以起到转供负荷的作用，本发明所给策略是选择冗余转供能力最大的供电恢复路径为有效路径，其余的供电恢复路径作为无效路径从供电恢复路径集合中删除；

2)与非故障停电区直接相连的供电恢复路径集合中，可能部分路径属于同一回非故障馈线，按照配电网正常运行为辐射状的规则，属于同一回非故障馈线的两条(或多条)路径只能有一条可以实际起到转供负荷的作用，本发明所给策略是选择冗余转供能力最大的路径为有效路径，其余的路径作为无效路径从供电恢复路径集合中删除；

3)与非故障停电区直接相连的供电恢复路径集合中，可能有部分供电恢复路径的冗余转供能力较小，如果有某供电恢复路径的冗余转供能力小于与之直接相连“孤岛区间”的待转负荷，则该供电恢复路径在实际中无法真正起到转供作用，可以就作为无效路径从供电恢复路径集合中删除。

4.供电恢复路径转供方案搜索

1)计算各供电恢复路径的冗余转供能力I_k-can(表示第k条供电恢复路径的冗余转供能力，为该供电恢复路径对应馈线出口至联络开关路径上的设备冗余载流量与联络开关本身额定载流量的最小值)；计算各“孤岛区间”的待转负荷量I_i-need(表示第i个“孤岛区间”待转移负荷量)；

2)设定所有供电恢复路径对应联络开关闭合，各供电恢复路径的初始转供范围是各自直接关联的“孤岛区间”；计算各供电恢复路径的剩余转供能力I_k-remain(I_k-remain＝I_k-can-I_i-need，其中I_i-need为第k条供电恢复路径直接关联的“孤岛区间”所对应待转负荷量)；按照各供电恢复路径的I_k-remain大小排序；

3)选择I_k-remain最大的供电恢复路径，统计该路径直接关联“孤岛区间”的上游(靠近馈线出口的方向为上游，反之为下游)所有“孤岛区间”待转负荷之和(C_up为上游“孤岛区间”集合)，以及下游对应的(C_dowp为下游“孤岛区间”集合)；统计该路径上游所有供电恢复路径冗余转供能力之和(L_up为上游供电恢复路径集合)，以及下游对应的(L_dowp为下游供电恢复路径集合)；分别计算和根据该路径上下游转供能力和待转负荷的情况，将转供能力相对较弱的方向作为“蚕食方向”，选择是向上还是向下“蚕食”其它的“孤岛区间”作为自身转供范围，(如果没有下游或下游，则直接将上游作为“蚕食”方向)；

4)I_k-remain最大的供电恢复路径“蚕食”其它“孤岛区间”后剩余转供能力降低，更新各供电恢复路径的剩余转供能力数值，动态调整“蚕食”主体，重复3)中的步骤；

5)剩余转供能力最大的供电恢复路径“蚕食”过程中，可能会遇到准备“蚕食”的“孤岛区间”有直接关联的供电恢复路径，则将该“孤岛区间”设为一个“壁垒”，需要特别的规则判断是否可以“蚕食”；判断规则为，如果剩余转供能力大于“壁垒”直接关联供电恢复路径的冗余转供能力，则可以“蚕食”，并将被“蚕食”的“孤岛区间”直接关联供电恢复路径删除；反之则不能；

6)上述搜索过程的终止条件为所有“孤岛区间”都已经被划入供电恢复路径的转供范围，或各供电恢复路径的最终的剩余转供能力小于直接关联的“孤岛区间”的待转负荷；搜索过程完成后，所有能够转供的“孤岛区间”已经由若干转供能力较强的供电恢复路径划入各自转供范围，剩余不能划入到转供范围的“孤岛区间”则为需要切除的负荷；

7)如果需要进一步减少实际供电恢复路径的数量(即更少的开关操作次数)，则将上面搜索形成的各供电恢复路径对应转供范围(包括1个及以上的“孤岛区间”)为整体对象(称为“待转孤岛群”)，判断相邻的“待转孤岛群”是否可以进一步合并，合并规则是选择合并后剩余转供能力较大的供电恢复路径作为合并后实际供电恢复路径。

5.电气校验

形成供电恢复与切负荷方案后，调用潮流计算程序对供电恢复路径所在馈线进行安全校验，电气校验包括电流越限校验和电压越限校验；如电气校验通过，则执行供电恢复与切负荷方案；如没有通过，则将未通过校验的供电恢复路径转供范围缩小，缩小规则为去除待转负荷最小的“孤岛区间”，再次进行电气校验直至通过。

本发明针对配电网发生故障后对非故障停电区域的供电恢复路径搜索问题，首先将非故障停电区域以分段开关、联络开关为边界点进行区间划分；然后对各区间边界点为联络开关所对应可能的供电恢复路径根据相关规则进行有效性过滤，形成有效供电恢复路径集合；接着设定各有效供电恢复路径对应联络开关全部闭合，转供能力强的路径根据一定规则不断向上游或下游“蚕食”而扩大自身转供范围，“蚕食”过程中不断比较各路径的实际剩余转供能力而动态调整“蚕食”主体，同时在保证恢复负荷最大的前提下，为减少开关操作次数，“蚕食”过程中可以减少供电恢复路径数量，通过上述过程所有能够转供负荷已经由若干转供能力较强的供电恢复路径划入各自转供范围，剩余不能划入到转供范围的则为需要切除的负荷；推理过程结束后调用潮流计算程序进行电流、电压越限校验。本发明所提出的推理搜索方法，不需要大规模遍历计算，可以在充分利用各供电恢复路径转供能力的前提下，自动平衡各路径转供负担，尽量减少开关操作次数，可以在推理搜索过程中直接得出切负荷方案，本发明提供的方法尤其适合多分段多联络等复杂接线方式，是一种计及多目标优化的供电恢复推理搜索方法。

最后应该说明的是：结合上述实施例仅说明本发明的技术方案而非对其限制。所属领域的普通技术人员应当理解到：本领域技术人员可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，但这些修改或变更均在申请待批的权利要求保护范围之中。