一种考虑多点故障的配电网供电恢复方法及系统与流程

本发明涉及配电网供电恢复，特别是一种考虑多点故障的配电网供电恢复方法及系统。

背景技术：

1、当前电网规模不断扩大，电网之间的紧密联系不断增强，导致配电网复杂性的显著提升。这使得配电网发生故障的概率逐渐增大，且由于复杂配电网故障引发的连锁反应范围不断扩大，其影响也愈发严重。因此，鉴于配电网的重要性、其网络结构、以及其复杂性，考虑到故障发生的高概率性，抢修工作和负荷恢复供电工作显得尤为关键。目前的研究焦点之一是制定合理的恢复供电策略，以尽快使失电负荷恢复供电。

2、在遭受巨大人为或自然灾害导致大规模停电的情况下，由于故障点众多，仅仅通过开关倒闸操作难以满足所有失电负荷点的供电需求。因此，必须进行优先选择，确定首先恢复哪些故障点，并通过逐步进行故障抢修，最大程度地恢复供电。在抢修过程中，由于故障点众多且抢修资源有限，需要进行优先级的选择，确定首先抢修哪些故障点。完成优先抢修后，再逐一处理其他故障点。值得注意的是，在这个阶段电力公司通常不能采用平时处理小规模线路或设备故障时使用的常规供电恢复策略。当配电网发生多点故障时，为了实现抢修小队和故障任务点之间的有效协调，需要合理分配抢修资源，并制定每个小队的抢修顺序。在完成一个故障点的抢修后，可立即进行一次供电恢复，以尽早且尽可能多地恢复重要负荷。总体目标是实现恢复重要负荷总电量的最大化。

3、国网河北省电力有限公司电力科学研究院贾伯岩等人在含分布式电源的配电网中的故障恢复中，考虑了负荷损失时变性、移动储能的灵活调运，以移动储能车调度时间最短和故障造成的经济损失最小为目标函数建立故障恢复模型，通过离散多目标细菌群体趋药性算法求解，然后用仿真验证了所提模型的合理性。该方法适用于配电网故障恢复约束多、非线性且离散的问题，为求解配电网故障恢复模型提供了思路。

4、华北电力大学刘青等人为进一步提高主动配电网在故障恢复过程中的高效性和可靠性，提出了一种基于粒子群混合灰狼算法对故障模型进行分析。首先考虑了分布式电源与负荷的不确定性，以恢复最大负荷为目标进行孤岛划分。在此基础上综合考虑恢复重要负荷总量最大、网络损耗最小和开关操作次数最少三个目标函数，采用粒子群混合灰狼算法求解，得到孤岛与主网配合的最优故障恢复策略。该方法结合了粒子群算法和灰狼优化算法的特点，具有较强的全局搜索能力等优点，可以用来求解多目标优化、约束优化等在内的多种问题。

5、第一种方法虽然提出了离散化的多目标细菌群体趋药性算法求解故障恢复模型，并且具有很好的收敛性，但在求解过程中并没有考虑移动储能车容量、分布式电源供电能力随时间波动的问题。第二种方法虽然提出一种粒子群混合灰狼算法的求解方法，但是此方法收敛速度较慢，尤其处理多维复杂问题时。

技术实现思路

1、鉴于现有的故障恢复模型存在没有考虑移动储能车容量、分布式电源供电能力随时间波动，收敛速度较慢的问题，提出了本发明。

2、因此，本发明所要解决的问题在于提出了一种考虑多点故障的配电网供电恢复方法，同时考虑了分布式电源容量及其时序性和应急发电车容量，采用基于生成树的蚁群算法进行求解，保证了在故障恢复期间不会发生供能设备失去供电能力的情况，大大提高了故障恢复期间系统的可靠性。

3、为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：

4、第一方面，本发明实施例提供了一种考虑多点故障的配电网供电恢复方法，其包括，收集配电网数据，构建配电网多点故障的供电恢复模型；在配电网多点故障的供电恢复模型中加入技术约束；基于加入技术约束后的配电网多点故障的供电恢复模型，使用蚁群算法寻找初步最优供电恢复方案；对寻找到的每个初步最优供电恢复方案进行计算和评估，并通过计算每种最优供电恢复方案的目标函数值得到最优供电恢复方案。

5、作为本发明考虑多点故障的配电网供电恢复方法的一种优选方案，其中：构建配电网多点故障的供电恢复模型以电量损失最少为目标来构建，电网多点故障的供电恢复模型的具体公式如下：

6、

7、其中，f3表示电量损失，ψ1表示通过主网故障后的网络重构操作后依然失电的负荷节点集合，ψ2表示纳入孤岛后恢复供电的负荷节点集合，ψ3表示接入应急发电车后恢复供电的负荷节点集合，ti表示负荷节点i的总失电时间，tγ表示负荷节点γ所在孤岛的供电持续时间，tξ表示负荷节点ξ所接应急发电车的供电持续时间，li、lγ和lξ分别为负荷节点i、γ、ξ处的负荷值，ωi、ωγ和ωξ分别为负荷节点i、γ、ξ的重要等级。

8、作为本发明考虑多点故障的配电网供电恢复方法的一种优选方案，其中：使用蚁群算法寻找最优供电恢复方案包括：将配电网的分段开关和联络开关作为图的无向边ei，线路上的负荷构成图的节点vj，电源点作为根节点v0，将配电网描述成一个无向图g，无向图g节点的编号表示为vj，采用一个n行n列的网基结构矩阵描述无向图g，其中n表示系统节点的数目，网基结构矩阵的公式如下：

9、

10、其中，abranch表示网基结构矩阵，a11...ann表示配电网节点之间的连接关系。

11、作为本发明考虑多点故障的配电网供电恢复方法的一种优选方案，其中：基于网基结构矩阵，根据生成树的原理，将配电网等效成的无向图g定义为三个集合和两个序列，三个集合分别为各支路对应邻接节点集合蚂蚁k已选节点集合和蚂蚁k可选节点集合；两个序列为支路选择序列和节点标记序列。

12、作为本发明考虑多点故障的配电网供电恢复方法的一种优选方案，其中：根据三个集合和两个序列，指导蚂蚁生成满足拓扑约束的可行解的步骤如下：初始化数据结构，包括各个集合和序列，设置蚂蚁的起始节点为首端电源节点，并初始化已选节点集合、可选节点集合和节点标记序列；每只蚂蚁依据规则从可选节点集合中选择一个节点y来进行支路选择；记录当前选择的支路的首末节点，首节点来自已选节点集合中的与y相关联的点，末节点为从可选节点集合中选出的点y；对已选节点集合和可选节点集合进行更新，在蚂蚁k已选节点集合中加入新选择的节点y，并从邻接节点矩阵中提取y行对应的邻接节点将其加入蚂蚁k可选节点集合，同时删除已选节点；迭代执行支路选择，对已选节点集合和可选节点集合进行更新，直至已选支路数达到节点数数目为止，此时生成满足拓扑约束的可行解；将负荷加入对应节点，得到新的网络结构，当前蚂蚁的路径搜索结束。

13、作为本发明考虑多点故障的配电网供电恢复方法的一种优选方案，其中：支路选择包括：在初始时刻，蚂蚁k在行进过程中根据各条路径上的信息素浓度进行支路选择，蚂蚁k由支路i转移到支路j概率的计算公式如下：

14、

15、其中，pkij(t)表示第t次迭代后蚂蚁k由支路i转移到支路j概率，allowk表示蚂蚁下一步可选路径的集合，τij表示蚂蚁由支路i转移到支路j的信息素浓度，ηij表示转移到路径的能见度，zij表示该线路的阻抗大小，α和β均表示信息素重要程度因子和能见度重要程度因子；每只蚂蚁在从蚂蚁k可选节点集合中选择转移路径时采用轮盘赌规则；构造比较序列x1＝p(1),x2＝x1+p(2),...,xm＝xm-1+p(m)，p(m)表示支路转移概率，m为可选路径数目；对当前已选路径的所有邻接备选路径上的转移概率进行标幺化处理，以xm为基准值，处理后保证x1＜x2＜...＜xm∈[0,1]，产生随机数rand∈(0,1)，本次蚂蚁选择支路的规则如下：

16、

17、其中，next为本次蚂蚁选中的支路，x表示对转移概率进行标幺化处理的基准值；根据各条路径上的信息素浓度进行支路选择包括：以τij(0)＝c初始化各路径信息素；经过一代多只蚂蚁的路径搜索，对比分析多种途径，得到其中最优通路；完成一代循环后记录最优通路中所有路径，按照其历经路径的先后顺序；依次对所对应路径上信息素的挥发和信息素的调整进行更新；计算经过t代后支路j转移到支路j的信息素浓度的公式如下：

18、τij(t+1)＝(1-ρ)τij(t)+δτij(t)

19、其中，δτij表示每代中最优通路中，蚂蚁由支路i转移到支路j的信息素浓度增量，ρ表示信息素挥发程度，t表示迭代次数，τij表示蚂蚁由支路i转移到支路j的信息素浓度；计算每代中最优通路中，蚂蚁由支路i转移到支路j的信息素浓度增量的公式如下：

20、

21、其中，q表示常数，fbest表示一代多只蚂蚁生成的所有网络结构中目标函数最大值，bbest表示该最优网络结构中的支路集合；完成一次蚁群迭代后，将每次迭代得到的最优解保存为best1，将best1与之前的最优解best0比较，保留表现更优的解为best0；每次迭代重复，当满足收敛条件时即得到所求的最优解；在完成信息素更新和最优解保存后，进入下一次蚁群迭代，直到满足收敛条件，得到最优的故障恢复结果。

22、作为本发明考虑多点故障的配电网供电恢复方法的一种优选方案，其中：通过计算每种最优供电恢复方案的目标函数值得到最优供电恢复方案的具体步骤如下：在算法参数和数据中输入网络初始架构、各支路阻抗、各小队抢修顺序及各阶段预计抢修时间、分布式电源容量及其时序出力预测值、应急发电车容量以及各负荷节点时序负荷功率预测值；根据预计抢修总时间确定最大蚂蚁数m，设置最大的蚂蚁组数n以及迭代次数，开始第一次迭代；根据在每个时刻实时完成抢修的故障点情况，进行供电恢复方案计算；从第i只蚂蚁开始，利用生成树的策略搜索得到一个辐射状网络，计算在该网络结构下是否满足约束条件，若不满足则重新搜索新的网络结构，得到新的供电恢复方案；判断是否达到最大蚂蚁数，若未达到最大蚂蚁数，则回到供电恢复方案计算，若达到最大蚂蚁数，则得到m个供电恢复方案；计算每种供电恢复方案的目标函数值；判断是否达到最大的蚂蚁组数n，若未达到最大的蚂蚁组数n，则回到计算每种供电恢复方案的目标函数值；完成一次蚁群迭代后对信息素进行更新，判断是否达到最大迭代次数，若未达到最大迭代次数，则回到计算每种供电恢复方案的目标函数值；反复循环，直到满足收敛条件。

23、第二方面，本发明实施例提供了考虑多点故障的配电网供电恢复系统，其包括模型构建模块，用于收集配电网数据，构建配电网多点故障的供电恢复模型；约束模块，用于在配电网多点故障的供电恢复模型中加入技术约束；优化模块，用于基于加入技术约束后的配电网多点故障的供电恢复模型，使用蚁群算法寻找初步最优供电恢复方案；计算模块，用于对寻找到的每个初步最优供电恢复方案进行计算和评估，并通过计算每种最优供电恢复方案的目标函数值得到最优供电恢复方案。

24、第三方面，本发明实施例提供了一种计算机设备，包括存储器和处理器，存储器存储有计算机程序，其中：计算机程序指令被处理器执行时实现如本发明第一方面的考虑多点故障的配电网供电恢复方法的步骤。

25、第四方面，本发明实施例提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其中：计算机程序指令被处理器执行时实现如本发明第一方面的考虑多点故障的配电网供电恢复方法的步骤。

26、本发明有益效果为：提出了一种配电网多点故障供电恢复模型，其目标函数以电量损失最小为核心，在供电恢复的优化过程中，考虑了配电网的辐射运行约束、支路潮流约束以及节点电压约束等关键因素。在计算过程中，特别考虑了孤岛中分布式电源供电能力随时间波动的因素，以及应急发电车的最大供电时间。为防止在孤岛失去运行能力和应急发电车容量耗尽时导致不必要的停电损失，提出在这些情况发生之前将二者所带的负荷接入其他可用的供电路径中。并通过基于生成树的蚁群算法求解，优化了配电网故障后的供电路径，提高了供电恢复的效率。