一種基於路徑描述的配電網N‑1安全校驗方法與流程
2024-03-24 06:12:05
本發明屬於配電網重構技術領域，尤其涉及一種基於路徑描述的配電網N-1安全校驗方法。
背景技術：
配電網作為聯繫發、輸電系統和終端用戶的重要紐帶，直接面向電能用戶，對保證供電安全有重要意義。近年來，隨著經濟的發展，用電負荷不斷增加，網絡複雜性不斷提高，增加了配電網運行的不確定性。同時，考慮到用戶對供電可靠性與電能質量的要求不斷提高，配電網可靠性研究受到了廣泛關注。配電網N-1是衡量可靠性的重要指標，要求任意一個元件故障時，可快速隔離故障並通過有效饋線聯絡實現負荷轉供，保障用戶的連續供電。
因配電網規模龐大，動作開關眾多，聯絡方式複雜多變，負荷轉供分析較為困難。目前負荷轉供算法大致有啟發式搜索算法、隨機優化算法、專家系統法和混合算法等四類。但是，啟發式算法解的質量依賴於網絡初始狀態，隨著配電網聯絡複雜度的提高，設計合理的啟發式規則較為困難；隨機優化算法計算時間較長，實時性差；專家系統法所用知識庫的建立和集成耗時較長，且難以涵蓋所有故障情況。為此，有必要提出適用範圍較廣，求解速度較快的新算法進行配電網N-1安全校驗分析。
技術實現要素：
針對背景技術中的問題，本發明提出一種基於路徑描述的配電網N-1安全校驗方法，全面考慮饋線聯絡和分段情況，將故障發生後，負荷轉供方案分析轉化為0-1線性規劃模型的求解問題。該方法適用範圍廣，求解速度快，為配電網N-1安全校驗提供科學合理的分析方法。
為實現上述目的，本發明提出如下技術方案：
一種基於路徑描述的配電網N-1安全校驗方法，所述方法包括如下步驟：
(S1)數據採集；
(S2)劃分饋線分區；
(S3)路徑描述配電網拓撲；
(S4)構建配電網N-1安全校驗0-1線性規劃模型；
(S5)分析N-1安全校驗結果確定負荷轉供方案。
進一步地，在所述步驟(S1)中，所述數據包括配電網各用戶負荷數據、配電網拓撲。
進一步地，在所述步驟(S2)中，將饋線組以自動隔離裝置和聯絡開關等開關裝置為邊界劃分為多個饋線分區；合併分區內所有負荷，簡化饋線分區為負荷節點。
進一步地，在所述步驟(S3)中，利用深度優先搜索方法搜索待校驗配電網絡所有負荷節點的供電路徑，利用所有負荷節點及其供電路徑的集合描述配電網拓撲。
進一步地，在所述步驟(S4)中，所述模型的優化目標為：負荷專供方案中需要改變運行狀態的開關裝置數最少，即基於動作開關數最優。
進一步地，在所述步驟(S4)中，所述模型的約束條件包括：負荷轉供後配電網輻射狀拓撲約束，電源容量約束，饋線容量約束。
進一步地，所述步驟(S5)的具體過程是：通過分支定界法求解所述0-1線性規劃模型；若無解，則待校驗元件不滿足N-1安全準則；若有解，則該元件可通過N-1安全校驗，可根據解得的路徑狀態確定各動作開關所在支路的通斷狀態，得到負荷轉供方案；
經模型求解，如果待校驗配電網絡中所有元件均滿足N-1安全準則，則說明該饋線組可通過N-1安全校驗。
本發明的有益效果在於：
通過構建配電網N-1安全校驗模型，全面考慮饋線聯絡和分段情況，將故障發生後，負荷轉供方案分析轉化為0-1線性規劃模型的求解問題。該方法綜合考慮配電網饋線聯絡情況，可全面考慮各種情況，適用範圍廣，並且求解速度快，可為配電網N-1安全校驗提供科學合理的分析方案。
附圖說明
圖1為本發明的基於路徑描述的配電網N-1安全校驗分析方法的流程圖；
圖2為本發明的實施例簡化網絡拓撲圖。
具體實施方式
下面結合附圖和具體實施例進一步闡明本發明，而這些實施例僅用於解釋說明本發明，而不用於限制本發明的保護範圍，本發明的保護範圍仍以權利要求為準，本領域技術人員對本發明的各種等同形式的修改均屬於本發明的保護範圍。
圖1為本發明的基於路徑描述的配電網N-1安全校驗分析方法的流程圖，如圖1所示，一種基於路徑描述的配電網N-1安全校驗分析方法的具體步驟為：
(1)數據採集
包括配電網各用戶負荷數據，配電網拓撲等。
(2)劃分饋線分區
將饋線組以自動隔離裝置和聯絡開關等開關裝置為邊界劃分為多個饋線分區。合併分區內所有負荷，簡化饋線分區為負荷節點。
(3)路徑描述配電網拓撲
利用深度優先搜索方法搜索待校驗配電網絡所有負荷節點的供電路徑，利用所有負荷節點及其供電路徑的集合描述配電網拓撲。
(4)構建配電網N-1安全校驗0-1線性規劃模型
假設配電網任一元件故障，構建N-1安全校驗模型。
該模型的優化目標為：負荷專供方案中需要改變運行狀態的開關裝置數最少，即基於動作開關數最優。
該模型的約束條件包括：負荷轉供後配電網輻射狀拓撲約束，電源容量約束，饋線容量約束。
(5)分析N-1安全校驗結果確定負荷轉供方案
通過分支定界法求解上述0-1線性規劃模型。若無解，則待校驗元件不滿足N-1安全準則；若有解，則該元件可通過N-1安全校驗，可根據解得的路徑狀態確定各動作開關所在支路的通斷狀態，得到負荷轉供方案。經模型求解，如果待校驗配電網絡中所有元件均滿足N-1安全準則，則說明該饋線組可通過N-1安全校驗。
實施例：
本實施例以一個實際10kV配電網中的一個區域-四聯絡饋線組網絡為例。該配電網有4條饋線，4臺主變變壓器，14個動作開關裝置，其中包括3個聯絡開關，11個分段開關。
(1)數據採集
採集待校驗網絡中各用戶負荷數據，提取其全年最大值作為校驗條件；獲取數據格式的配電網拓撲。
(2)劃分饋線分區
表1實施例饋線分區視在容量
根據自動開關和手動開關裝置的位置，將饋線組網絡以開關裝置為邊界劃分饋線分區，合併饋線分區內的負荷，將之視為負荷節點。同時，得到簡化後的網絡拓撲圖。
表1給出了饋線分區劃分結果，圖2為簡化後的四聯絡饋線組拓撲圖。
(3)路徑描述配電網拓撲
用負荷節點的供電路徑描述配電網拓撲。路徑搜索採用深度優先搜索算法。經路徑搜索，可得到用於描述實施例網絡拓撲的全部44條路徑。其中，由電源S1-S4供電的路徑均分別有11條。
(4)構建配電網N-1安全校驗0-1線性規劃模型
因饋線組元件眾多，饋線出口故障是所有故障中最嚴重的故障，故本實施例僅針對饋線出口故障進行饋線N-1安全校驗。
定義每個路徑狀態為一個二進位變量，若路徑導通，則狀態量為1；否則，狀態量為0。依次假設饋線A-D出口故障，構建N-1安全校驗模型。
所述模型的優化目標如下：
負荷專供方案中需要改變運行狀態的開關裝置數最少。開關裝置的動作與否可以用其所在支路的通斷狀態描述，支路通斷狀態可以用含路徑狀態表達式表示。識別實施例饋線組網絡中的分段開關和聯絡開關，得到用路徑狀態得到目標函數的表達式。
所述模型的約束條件如下：
1.負荷轉供後配電網輻射狀拓撲約束：①對於任意一個負荷節點對應的路徑集合，有且僅有一條是連通的。即，同一負荷節點所有可能的供電路徑狀態變量之和為1。②若一條路徑為通路，那麼包括在該路徑內的任意路徑也是通路。即，若一條路徑的狀態變量的值為1，那麼包括在該路徑內的任意路徑的狀態變量的值也是1。
2.電源容量約束：由某一電源供電的所有負荷的視在功率之和應小於電源容量。
3.饋線容量約束：每一條供電線路均不能過載。
(5)分析N-1安全校驗結果確定負荷轉供方案
用分支定界法求解上述構建的0-1線性規劃模型。經計算，實施例網絡可通過N-1安全校驗，饋線A-D出口故障時，負荷轉供方案如表2所示。
表2實施例四聯絡饋線組N-1轉供方案