本發明涉及配電自動化領域，尤其涉及一種配電網大面積停電快速恢復最優路徑選取方法

背景技術：

目前，配電網在運行過程中，當110kv變電站發生因進線或母線發生故障時，導致變電站全停時，配電網會生成大面積停電，如何快速恢復供電區域的負荷成為配電網調度的首要問題。

依靠配電自動化系統把故障快速隔離后，就可以把停電負荷通過網絡轉移出去，常規的方法是把負荷轉移到對側，如果轉移過去會導致主變或線路過載，則減少轉移負荷量，使其滿足過載約束。

配電自動化能夠在分鐘級別同時完成非故障區恢復供電的任務，其執行效率遠遠高于現場人工合聯絡開關，配電自動化能夠大大縮短大面積停電時非故障區快速復電的時間，充分發揮配電自動化優勢成為配電網調度人員努力的方向。

常規的大面積停電恢復供電算法主要以恢復供電最大量為目標，沒有充分發揮配電自動化的優勢，即沒有考慮整個恢復方案執行時間問題，從而使得計算出來的供電路徑有時因執行時間過長而造成用戶停電時間過長，使得企業經濟效益受損。存在著恢復方案執行時間過長等弊端。

技術實現要素：

有鑒于此，本發明提供了一種配電網大面積停電快速恢復供電方法，以實現最短的時間內恢復最大量的負荷。為實現上述目的，本發明采取以下技術方案：

一種配電網大面積停電快速恢復供電方法，其特征在于包括以下步驟：

(1)對停電變電站每條饋線進行處理，采集與停電前負荷，并識別其所屬類型：

a.單路徑饋線：饋線只有一條恢復路徑；

b.多路徑饋線：饋線有多于一條的恢復路徑；

(2)收集各路徑所關聯的母線、變電站、主變，計算轉供線路的裕度及主變裕度參數。

(3)進行第一階段單路徑饋線恢復計算，對恢復負荷和限額進行設置，建立安全運行約束，安全運行約束包括線路傳輸限額約束及主變限額約束，數學表達如下：

(3.1)線路限額約束

xi≤min(ri(1-ai),kli)(1)

式(1)中,xi為單路徑饋線i的待恢復負荷量，0<xi,ri為轉移側的線路容量，ai為轉移側實際負載率，li為失電前饋線i的負荷量，k為負荷波動因子，其中0<k,表示負荷波動系數。

(3.2)主變限額約束

式中：ω1為轉移到同一臺主變上的所有單路徑停電饋線的組合，ti為轉移到同一臺主變的限額，限額由運行方式所確定，bi為轉移前主變的負載率。

(4)建立以單路徑饋線最優解為目標的數學模型表達；所述數學模型表達建立在以下假設基礎上：

a.研究的各停電饋線未來一段時間內的負荷波動是相同的。

b.對于三雙接線的饋線認為其停電前的負荷就是其恢復后的負荷，不考慮因送電時間差異所導致的兩條饋線間的負荷轉移；

c.不考慮停電變電站母線間的運行方式。

所述第一階段數學模型表達的初始目標函數如下：

式中：xi代表單路徑饋線i上所能恢復的負荷，n為單路徑饋線的數量，f為停電變電站所能恢復的最大負荷量

對約束條件進行松弛，引入松弛變量將函數不等式約束化為等式約束；

式(1)、(2)可轉換成如下形式：

xi+x′i＝min(ri(1-ai),kli)(4)

式中：x′i，x″i分別為對應xi與ti的松馳變量；

最終將第一階段目標函數轉化成：

其中m為轉移主變的數量

(6)建立數學模型后，以x′i，x″i作為數學模型的基變量，得到一個單位矩陣，令非基變量為0，得到初始基可行解，利用單純形法進行迭代，求出目標函數最大值，由于矩陣列向量均為非零向量，故有最優解。

(7)把最優解作為供電恢復第一階段目標，把第一階段執行結果作為第二階段的初始狀態，建立第二階段運行約束，數學表達示如下：

(7.1)線路負荷時效限額約束

wjxj≤min(rj(1-aj),klj)(7)

其中xj為多路徑饋線轉移的所能恢復的負荷量，wi為負荷轉移時間系數，rj轉移側的線路容量，aj為轉移側目前的負載率，lj失電前饋線j的負荷量。

wj計算公式如下：

其中，u為負荷轉移路徑需要的聯絡開關數量，k為此條轉移路徑的每一個聯絡開關，ck為此聯絡開關閉合所花費的時間，ck可以取標幺值，其基礎量綱可根據實際設置。

(7.2)主變限額約束，

其中，ω2為轉移到同一臺主變上的所有多路徑停電饋線的組合，tj為轉移到同一臺主變的限額，限額由運行方式所確定，bj為第一階段轉移后主變的負載率。

(8)建立多路徑饋線最優解為目標的數學模型表達；所述數學模型表達建立在以下假設基礎上：

a.不同多路徑饋線可以轉移到同一臺主變；

b.一條多路徑饋線轉移路徑至少有兩條；

c.一條多路徑饋線的可轉移路徑不能同時出現在一個數學模型中。

d.所有的多路徑饋線必須在一個數據模型中。

所述數學模型表達的初始目標函數如下：

式中：xj代表多路徑饋線j上所能恢復的負荷，d為多路徑饋線的數量，f'為停電變電站所能恢復的最大負荷量

對約束條件進行松弛，引入松弛變量將函數不等式約束(7)和(9)化為等

式約束wjxj+x'j＝min(rj(1-aj),klj)(11)

其中x'j，x″j分別為對應xj與tj的松馳變量；

最終將第二階段目標函數轉化成

其中q為轉移主變的數量。

(9)選擇多路徑轉移方案，轉移方案生成規則如下：

a.在每一次方案生成時，一條多路徑饋線只能從其可行的轉移方案中選擇一種；

b.所有的多路徑饋線在每一次方案生成時，都必須選擇一次；

c.每種選擇方案至少有一條轉移路徑與其它方案不同；

(10)對每一種轉移方案，應用單純形法求解第二階段目標函數值。

(11)對轉移方案的目標函數值進行比較，選擇最大值，把方案加入優選方案集。

本發明的有益效果是：提出一種配電網大面積停電快速恢復最優路徑選取方法，此方法有效兼顧最大恢復負荷量與最短恢復時間之間的平衡，能夠充分現有網架的網絡轉供能力，并充分發揮配電自動化系統在恢復供電方案的優勢，使得選出的最優路徑更具有可操作性。

附圖說明

圖1是本發明的流程圖；

圖2是單路徑饋線示意圖；

圖3是多路徑饋線示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施例對本發明作進一步詳細說明。

圖1給出了配電網大面積停電快速恢復最優路徑選擇方法。其中

f1:識別停電饋線路徑，對停電變電站每條饋線進行處理，采集與停電前負荷，并識別其所屬類型：

a.單路徑饋線：饋線只有一條恢復路徑；

b.多路徑饋線：饋線有多于一條的恢復路徑；

所述的單路徑饋線見圖2中的c1橢圓形區域所包括的饋線。

所述的多路徑饋線見圖3中的c2橢圓形區域所包括的饋線

f2:收集計算參數，包括各路徑所關聯的母線、變電站、主變，計算轉供線路的裕度及主變裕度參數。

f3：進行第一階段單路徑饋線恢復計算，對恢復負荷和限額進行設置，建立安全運行約束，安全運行約束包括線路傳輸限額約束及主變限額約束，數學表達如下：

(3.1)線路限額約束

xi≤min(ri(1-ai),kli)(1)

式(1)中,xi為單路徑饋線i的待恢復負荷量，0<xi,ri為轉移側的線路容量，ai為轉移側實際負載率，li為失電前饋線i的負荷量，k為負荷波動因子，其中0<k,表示負荷波動系數。

(3.2)主變限額約束

式中：ω1為轉移到同一臺主變上的所有單路徑停電饋線的組合，ti為轉移到同一臺主變的限額，限額由運行方式所確定，bi為轉移前主變的負載率。

(3.3)建立以單路徑饋線最優解為目標的數學模型表達；所述數學模型表達建立在以下假設基礎上：

a.研究的各停電饋線未來一段時間內的負荷波動是相同的。

b.對于三雙接線的饋線認為其停電前的負荷就是其恢復后的負荷，不考慮因送電時間差異所導致的兩條饋線間的負荷轉移；

c.不考慮停電變電站母線間的運行方式。

所述第一階段數學模型表達的初始目標函數如下：

式中：xi代表單路徑饋線i上所能恢復的負荷，n為單路徑饋線的數量，f為停電變電站所能恢復的最大負荷量

對約束條件進行松弛，引入松弛變量將函數不等式約束化為等式約束；

式(1)、(2)可轉換成如下形式：

xi+x′i＝min(ri(1-ai),kli)(4)

式中：x′i，x″i分別為對應xi與ti的松馳變量；

最終將第一階段目標函數轉化成：

其中m為轉移主變的數量

(3.4)建立數學模型后，以x′i，x″i作為數學模型的基變量，得到一個單位矩陣，令非基變量為0，得到初始基可行解，利用單純形法進行迭代，求出目標函數最大值，由于矩陣列向量均為非零向量，故有最優解。

f4:修改第二階段計算參數，把最優解作為供電恢復第一階段目標，把第一階段執行結果作為第二階段的初始狀態。建立第二階段運行約束，數學表達示如下：

(4.1)線路負荷時效限額約束

wjxj≤min(rj(1-aj),klj)(7)

其中xj為多路徑饋線轉移的所能恢復的負荷量，wi為負荷轉移時間系數，rj轉移側的線路容量，aj為轉移側目前的負載率，lj失電前饋線j的負荷量。

wj計算公式如下：

其中，u為負荷轉移路徑需要的聯絡開關數量，k為此條轉移路徑的每一個聯絡開關，ck為此聯絡開關閉合所花費的時間，若為自動化開關，其取值為2，若為非自動化開關，其取值為16.

(4.2)主變限額約束，

其中，ω2為轉移到同一臺主變上的所有多路徑停電饋線的組合，tj為轉移到同一臺主變的限額，限額由運行方式所確定，bj為第一階段轉移后主變的負載率。

(4.3)建立多路徑饋線最優解為目標的數學模型表達；所述數學模型表達建立在以下假設基礎上：

a.不同多路徑饋線可以轉移到同一臺主變；

b.一條多路徑饋線轉移路徑至少有兩條；

c.一條多路徑饋線的可轉移路徑不能同時出現在一個數學模型中。

d.所有的多路徑饋線必須在一個數據模型中。

所述數學模型表達的初始目標函數如下：

式中：xj代表多路徑饋線j上所能恢復的負荷，d為多路徑饋線的數量，f'為停電變電站所能恢復的最大負荷量

對約束條件進行松弛，引入松弛變量將函數不等式約束(7)和(9)化為等

式約束wjxj+x'j＝min(rj(1-aj),klj)(11)

其中x'j，x″j分別為對應xj與tj的松馳變量；

最終將第二階段目標函數轉化成

其中q為轉移主變的數量。

f5：識別可選方案，可選方案生成規則如下：

a.在每一次方案生成時，一條多路徑饋線只能從其可行的轉移方案中選擇一種；

b.所有的多路徑饋線在每一次方案生成時，都必須選擇一次；

c.每種選擇方案至少有一條轉移路徑與其它方案不同；

f6：對每個可選方案進行第二階段計算。對每個可選方案應用單純形法求解第二階段目標函數值。

f7：判斷是否所有的可選方案都完成第二階段目標函數值的計算，如果沒有完成，則繼續執行s6

f8：對所有可選方進行排序。排序時的主要依據第二階段目標函數值的大小，如以圖3中的s1變電站發生全停，多選路徑有s1->s2,s1->s3兩條多路徑方案。

如果s1->s2和s1->s3聯絡開關均為自動化開關，并且都能夠滿足運行約束，則它們都屬于最優方案，如果s1->s2聯絡開關屬于自動化開關，而s1->s3中的聯絡開關屬于需要人工現場合閘的非自動化開關，則s1->s2目標函數值將超過s1->s3目標函數值，s1->s2則為最優方案。

f9：選擇最優路徑，把最大目標函數值的所有路徑加入優選方案集做為最優路徑。

本發明的有益效果是：提出一種配電網大面積停電快速恢復最優路徑選取方法，此方法有效兼顧最大恢復負荷量與最短恢復時間之間的平衡，能夠充分現有網架的網絡轉供能力，并充分發揮配電自動化系統在恢復供電方案的優勢，使得選出的最優路徑更具有可操作性。