一種考慮負(fù)荷重要性的配電網(wǎng)智能軟開關(guān)供電恢復(fù)方法
【專利摘要】一種考慮負(fù)荷重要性的配電網(wǎng)智能軟開關(guān)供電恢復(fù)方法，包括：根據(jù)選定的配電系統(tǒng)，輸入線路參數(shù)、負(fù)荷水平、負(fù)荷重要性、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)溥B接關(guān)系，系統(tǒng)運(yùn)行電壓水平和支路電流限制，智能軟開關(guān)接入位置、容量和損耗系數(shù)，系統(tǒng)故障位置，基準(zhǔn)電壓和基準(zhǔn)功率初值；建立考慮負(fù)荷重要性的配電網(wǎng)智能軟開關(guān)供電恢復(fù)數(shù)學(xué)模型：設(shè)定配電系統(tǒng)恢復(fù)加權(quán)有功負(fù)荷最大為目標(biāo)函數(shù)，分別考慮系統(tǒng)潮流約束、運(yùn)行電壓約束、支路電流約束和智能軟開關(guān)運(yùn)行約束；將得到的數(shù)學(xué)模型采用原對(duì)偶內(nèi)點(diǎn)法進(jìn)行求解；輸出求解結(jié)果：目標(biāo)函數(shù)值、各節(jié)點(diǎn)電壓幅值與相角、各節(jié)點(diǎn)恢復(fù)負(fù)荷系數(shù)、智能軟開關(guān)傳輸功率值。本發(fā)明避免了開關(guān)操作帶來(lái)的隱患，更加安全可靠，將全面提升配電網(wǎng)故障自愈能力。
【專利說(shuō)明】
-種考慮負(fù)荷重要性的配電網(wǎng)智能軟開關(guān)供電恢復(fù)方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種配電網(wǎng)供電恢復(fù)方法。特別是設(shè)及一種考慮負(fù)荷重要性的配電網(wǎng) 智能軟開關(guān)供電恢復(fù)方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 配電網(wǎng)供電恢復(fù)通常是指當(dāng)配電網(wǎng)中發(fā)生永久性故障后，通過(guò)調(diào)整分段開關(guān)、聯(lián) 絡(luò)開關(guān)的狀態(tài)，改變配電網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，對(duì)非故障失電區(qū)域快速恢復(fù)供電。由于要綜合考慮 開關(guān)操作次數(shù)、負(fù)荷恢復(fù)量、網(wǎng)絡(luò)約束、負(fù)荷等級(jí)等因素，因此，配電網(wǎng)供電恢復(fù)是一個(gè)多目 標(biāo)、多組合、多約束的非線性組合優(yōu)化問題。隨著分布式電源（Distributed Generation, DG)的接入，使傳統(tǒng)的單福射狀配電網(wǎng)變成了多電源多端系統(tǒng)，由此引起了配電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)和 配網(wǎng)潮流根本性的改變，從而使配電網(wǎng)的運(yùn)行和保護(hù)更加復(fù)雜。
[0003] 負(fù)荷的重要性是配電系統(tǒng)供電恢復(fù)問題必須要考慮的因素，由于電壓限制、容量 約束等原因，大多數(shù)供電恢復(fù)情況下不能使非故障失電區(qū)域全部恢復(fù)供電，需按照負(fù)荷等 級(jí)進(jìn)行重要負(fù)荷的優(yōu)先供電恢復(fù)。與此同時(shí)，考慮到重要負(fù)荷一旦失電，往往造成重大損 失，因此，在供電恢復(fù)過(guò)程中，甚至可W選擇切除非失電區(qū)域的一些負(fù)荷，來(lái)保證失電區(qū)域 中關(guān)鍵負(fù)荷的恢復(fù)供電，運(yùn)就需要從整個(gè)系統(tǒng)的角度來(lái)統(tǒng)籌權(quán)衡供電恢復(fù)方案。
[0004] 智能軟開關(guān)(Soft化en化int，S0P)是取代傳統(tǒng)聯(lián)絡(luò)開關(guān)的一種新型智能配電裝 置，智能軟開關(guān)的應(yīng)用將極大地提高配電系統(tǒng)運(yùn)行的靈活性和可控性，對(duì)此國(guó)內(nèi)外已有學(xué) 者開展了初步研究，但對(duì)智能軟開關(guān)在配電網(wǎng)故障自愈過(guò)程中發(fā)揮的作用卻較少設(shè)及。與 聯(lián)絡(luò)開關(guān)相比，智能軟開關(guān)的功率控制更加安全可靠，避免了開關(guān)操作可能帶來(lái)的安全隱 患。在故障發(fā)生時(shí)，由于直流隔離的作用，能夠有效阻止故障電流穿越;在供電恢復(fù)過(guò)程中， 能夠?yàn)楣收蟼?cè)提供有效的電壓支撐，從而可W擴(kuò)大供電恢復(fù)范圍。
[0005] 目前已有的配電網(wǎng)供電恢復(fù)方法多采用網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)，并且多為只針對(duì)非故障 失電區(qū)域內(nèi)供電恢復(fù)問題制定供電恢復(fù)方案，而通過(guò)運(yùn)種新型電力電子裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng) 供電恢復(fù)，并統(tǒng)籌考慮整個(gè)配電系統(tǒng)(包括失電區(qū)域與非失電區(qū)域)制定供電恢復(fù)方案的研 究尚處于起步階段。因此，急需一種針對(duì)整個(gè)系統(tǒng)并考慮負(fù)荷重要性的配電網(wǎng)智能軟開關(guān) 供電恢復(fù)方法，用W解決故障隔離后，在保證電壓水平前提下的配電網(wǎng)供電恢復(fù)問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，提供一種針對(duì)配電網(wǎng)供電恢復(fù)問題，能夠建立考 慮負(fù)荷重要性的配電網(wǎng)智能軟開關(guān)供電恢復(fù)模型，綜合考慮多種系統(tǒng)運(yùn)行約束，依據(jù)負(fù)荷 的重要性，針對(duì)整個(gè)配電系統(tǒng)確定供電恢復(fù)方案的考慮負(fù)荷重要性的配電網(wǎng)智能軟開關(guān)供 電恢復(fù)方法。
[0007] 本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:一種考慮負(fù)荷重要性的配電網(wǎng)智能軟開關(guān)供電恢復(fù) 方法，包括如下步驟：
[000引1)根據(jù)選定的配電系統(tǒng)，輸入線路參數(shù)、負(fù)荷水平、負(fù)荷重要性、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)溥B接關(guān) 系，系統(tǒng)運(yùn)行電壓水平和支路電流限制，智能軟開關(guān)接入位置、容量和損耗系數(shù)，系統(tǒng)故障 位置，基準(zhǔn)電壓和基準(zhǔn)功率初值；
[0009] 2)依據(jù)步驟1)提供的配電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及參數(shù)，建立考慮負(fù)荷重要性的配電網(wǎng)智能軟 開關(guān)供電恢復(fù)數(shù)學(xué)模型，包括:設(shè)定配電系統(tǒng)恢復(fù)加權(quán)有功負(fù)荷最大為目標(biāo)函數(shù)，分別考慮 系統(tǒng)潮流約束、運(yùn)行電壓約束、支路電流約束和智能軟開關(guān)運(yùn)行約束；
[0010] 3)將步驟2)得到的數(shù)學(xué)模型采用原對(duì)偶內(nèi)點(diǎn)法進(jìn)行求解；
[0011] 4)輸出步驟3)的求解結(jié)果，包括目標(biāo)函數(shù)值、各節(jié)點(diǎn)電壓幅值與相角、各節(jié)點(diǎn)恢復(fù) 負(fù)荷系數(shù)、智能軟開關(guān)傳輸功率值。
[0012] 擊驢所冰的麗由累締悚鳥加權(quán)有功負(fù)荷最大為目標(biāo)函數(shù)，表示為
[0013]
[0014] 式中，Nn為系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)數(shù)；巧DAD為節(jié)點(diǎn)i處負(fù)荷消耗的有功功率;、為可恢復(fù)節(jié)點(diǎn)i 上負(fù)荷的系數(shù)，、G[0，l];Qi為節(jié)點(diǎn)i上負(fù)荷的等級(jí)系數(shù)。
[0015] 步驟2)所述的智能軟開關(guān)運(yùn)行約束表示為
[0016] 1)智能軟開關(guān)傳輸?shù)挠泄β始s束
[0017]
[001 引
[0019]
[0020]
[0021] 3)智能軟開關(guān)故障側(cè)電壓約束
[0022]
[0023] 關(guān)故障側(cè)相角約束
[0024]
[00巧]式中，i、j為智能軟開關(guān)所接入配電系統(tǒng)的節(jié)點(diǎn)編號(hào)；咬。P、巧OP、Ofop、巧OP 分別為智能軟開關(guān)兩個(gè)換流器注入的有功功率和無(wú)功功率;P和P為智能軟開關(guān)損耗 系數(shù);巧DP和SfGP為接在節(jié)點(diǎn)i、j的換流器容量為故障側(cè)智能軟開關(guān)電壓設(shè)定值，Uo 為故障側(cè)節(jié)點(diǎn)電壓約束值;P為故障側(cè)智能軟開關(guān)相角設(shè)定值，00為節(jié)點(diǎn)相角約束值。
[0026] 本發(fā)明的一種考慮負(fù)荷重要性的配電網(wǎng)智能軟開關(guān)供電恢復(fù)方法，立足于解決配 電網(wǎng)中接入智能軟開關(guān)后的供電恢復(fù)問題，充分考慮負(fù)荷重要性水平W及智能軟開關(guān)對(duì)系 統(tǒng)潮流的影響和對(duì)故障側(cè)電壓幅值與相角的控制作用，建立考慮負(fù)荷重要性的配電網(wǎng)智能 軟開關(guān)供電恢復(fù)模型，其數(shù)學(xué)本質(zhì)是非線性規(guī)劃問題，采用原對(duì)偶內(nèi)點(diǎn)法進(jìn)行求解，得到最 優(yōu)的供電恢復(fù)方案。本發(fā)明的SOP控制簡(jiǎn)單方便，避免了開關(guān)操作帶來(lái)的隱患，更加安全可 靠，將全面提升配電網(wǎng)故障自愈能力。
【附圖說(shuō)明】
[0027] 圖1是本發(fā)明一種考慮負(fù)荷重要性的配電網(wǎng)智能軟開關(guān)供電恢復(fù)方法的流程圖；
[00%]圖2是改進(jìn)的IEEE 33節(jié)點(diǎn)算例結(jié)構(gòu)圖；
[0029] 圖3是采用智能軟開關(guān)進(jìn)行供電恢復(fù)的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0030] 下面結(jié)合實(shí)施例和附圖對(duì)本發(fā)明的一種考慮負(fù)荷重要性的配電網(wǎng)智能軟開關(guān)供 電恢復(fù)方法做出詳細(xì)說(shuō)明。
[0031] 本發(fā)明的一種考慮負(fù)荷重要性的配電網(wǎng)智能軟開關(guān)供電恢復(fù)方法，如圖1所示，包 括如下步驟：
[0032] 1)根據(jù)選定的配電系統(tǒng)，輸入線路參數(shù)、負(fù)荷水平、負(fù)荷等級(jí)、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)溥B接關(guān)系， 系統(tǒng)運(yùn)行電壓水平和支路電流限制，智能軟開關(guān)接入位置、容量和損耗系數(shù)，系統(tǒng)故障位 置，基準(zhǔn)電壓和基準(zhǔn)功率等初值；
[0033] 對(duì)于本發(fā)明的實(shí)施例，首先輸入IEEE 33節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)中線路元件的阻抗值，負(fù)荷元件 的有功功率、無(wú)功功率，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)溥B接關(guān)系，算例結(jié)構(gòu)如圖2所示，詳細(xì)參數(shù)見表1和表2,各 節(jié)點(diǎn)負(fù)荷等級(jí)見表3;設(shè)定一組智能軟開關(guān)接入配電網(wǎng)，取代聯(lián)絡(luò)開關(guān)TS3，智能軟開關(guān)的容 量為2.OMVA，損耗系數(shù)為0.199，故障側(cè)節(jié)點(diǎn)電壓約束值為1.0，節(jié)點(diǎn)相角約束值為0°，規(guī)定 從交流側(cè)傳遞到直流側(cè)的功率方向?yàn)檎较?；設(shè)置支路6-7之間發(fā)生永久性=相故障，經(jīng)故 障隔離后，節(jié)點(diǎn)7-18所帶負(fù)荷全部失電，失電有功負(fù)荷總量為1.075MW;最后設(shè)定系統(tǒng)的基 準(zhǔn)電壓為12.66kV、基準(zhǔn)功率為IMVA。
[0034] 2)依據(jù)步驟1)提供的配電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及參數(shù)，建立考慮負(fù)荷重要性的配電網(wǎng)智能軟 開關(guān)供電恢復(fù)數(shù)學(xué)模型，包括:設(shè)定配電系統(tǒng)恢復(fù)加權(quán)有功負(fù)荷最大為目標(biāo)函數(shù)，分別考慮 系統(tǒng)潮流約束、運(yùn)行電壓約束、支路電流約束和智能軟開關(guān)運(yùn)行約束;其中，
[0035] (1)所述的配電系統(tǒng)恢復(fù)加權(quán)有功負(fù)荷最大為目標(biāo)函數(shù)可表示為
[0036]
Cl)
[0037] 式中，Nn為系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)數(shù);巧DAD為節(jié)點(diǎn)i處負(fù)荷消耗的有功功率;、為可恢復(fù)節(jié)點(diǎn)i 上負(fù)荷的系數(shù)，、G[0，l];Qi為節(jié)點(diǎn)i上負(fù)荷的等級(jí)系數(shù)。
[0038] (2)所述的系統(tǒng)潮流約束表示為
[0039] (2)
[0040] (3)
[0041]
[0042]
[00創(chuàng)式中，Q功與節(jié)點(diǎn)i相連節(jié)點(diǎn)的集合;Ui、Uj和0ij分別為節(jié)點(diǎn)i、j的電壓幅值和相角 差；G i i、B i i、G i j、B i j分別為節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣中的自電導(dǎo)、自電納、互電導(dǎo)和互電納； 巧心氣奶。AD分別為節(jié)點(diǎn)讓負(fù)荷消耗的有功功率和無(wú)功功率;巧OT、巧。P分別為智能軟 開關(guān)在節(jié)點(diǎn)i上注入的有功功率和無(wú)功功率。
[0044] (3)所述的運(yùn)行電壓約束表示為
[0045]
(6)
[0046] 式中，畔ax和解Iin分別為節(jié)點(diǎn)請(qǐng)壓幅值的上下限。
[0047] (4)所述的支路電流約束表示為
[004引
（7)
[0049] 式中，是支路ij的電流幅值上限。
[0050] (5)所述的智能軟開關(guān)運(yùn)行約束表示為
[0化6]式中，i、j為智能軟開關(guān)所接入配電系統(tǒng)的節(jié)點(diǎn)編號(hào)；巧OP、巧OP、opp、巧OP
[0化1 ] (8)
[0 化 2] (9)
[0化3] 10)
[0化4]
[0化5] 分別為智能軟開關(guān)兩個(gè)換流器注入的有功功率和無(wú)功功率;AfP和為智能軟開關(guān)損耗 系數(shù)；SfW和巧W為接在節(jié)點(diǎn)i、j的換流器容量；化fP婦故障側(cè)智能軟開關(guān)電壓設(shè)定值，Uo 為故障側(cè)節(jié)點(diǎn)電壓約束值;韻W為故障側(cè)智能軟開關(guān)相角設(shè)定值，e〇為節(jié)點(diǎn)相角約束值。 [0057] 3)將步驟2)得到的數(shù)學(xué)模型采用原對(duì)偶內(nèi)點(diǎn)法進(jìn)行求解；
[005引4)輸出步驟3)的求解結(jié)果，包括目標(biāo)函數(shù)值、各節(jié)點(diǎn)電壓幅值與相角、各節(jié)點(diǎn)恢復(fù) 負(fù)荷系數(shù)、智能軟開關(guān)傳輸功率值等。
[0059] 本發(fā)明建立了考慮負(fù)荷重要性的配電網(wǎng)智能軟開關(guān)供電恢復(fù)問題的數(shù)學(xué)模型，并 采用內(nèi)點(diǎn)法進(jìn)行求解，得到全系統(tǒng)的供電恢復(fù)方案。
[0060] 對(duì)于本發(fā)明的實(shí)施例，選取一組智能軟開關(guān)SOP接入配電網(wǎng)，取代聯(lián)絡(luò)開關(guān)TS3，如 圖3所示，采用智能軟開關(guān)的進(jìn)行配電網(wǎng)供電恢復(fù)，實(shí)施例的優(yōu)化結(jié)果見表4,失電區(qū)域電壓 標(biāo)么值見表5,智能軟開關(guān)的控制方案見表6。
[0061] 執(zhí)行優(yōu)化計(jì)算的計(jì)算機(jī)硬件環(huán)境為Intel (R)Xeon(R)CPU E5-1620,主頻為 3.70G化，內(nèi)存為32GB;軟件環(huán)境為Windows 7操作系統(tǒng)。
[0062] 通過(guò)供電恢復(fù)結(jié)果可W看出，考慮負(fù)荷重要性的配電網(wǎng)智能軟開關(guān)供電恢復(fù)方法 具有很好的應(yīng)用效果。首先，針對(duì)全系統(tǒng)并綜合考慮各節(jié)點(diǎn)負(fù)荷等級(jí)，合理制定供電恢復(fù)方 案，必要情況下通過(guò)切除部分非失電區(qū)域負(fù)荷來(lái)保證失電區(qū)域重要負(fù)荷的全部恢復(fù)供電； 其次，將SOP用于配電網(wǎng)供電恢復(fù)具有很好的應(yīng)用效果，其通過(guò)對(duì)故障側(cè)電壓提供支撐，實(shí) 現(xiàn)失電區(qū)域全部恢復(fù)供電。與傳統(tǒng)的聯(lián)絡(luò)開關(guān)相比，SOP的控制簡(jiǎn)單方便，避免了開關(guān)操作 帶來(lái)的隱患，更加安全可靠，將全面提升配電網(wǎng)故障自愈能力。
[0063] 表1 IE邸33節(jié)點(diǎn)算例負(fù)荷接入位置及功率
[0064]
[00
[0066]表2 IE邸33節(jié)點(diǎn)算例線路參數(shù)
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種考慮負(fù)荷重要性的配電網(wǎng)智能軟開關(guān)供電恢復(fù)方法，其特征在于，包括如下步 驟： 1) 根據(jù)選定的配電系統(tǒng)，輸入線路參數(shù)、負(fù)荷水平、負(fù)荷重要性、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)溥B接關(guān)系，系 統(tǒng)運(yùn)行電壓水平和支路電流限制，智能軟開關(guān)接入位置、容量和損耗系數(shù)，系統(tǒng)故障位置， 基準(zhǔn)電壓和基準(zhǔn)功率初值； 2) 依據(jù)步驟1)提供的配電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及參數(shù)，建立考慮負(fù)荷重要性的配電網(wǎng)智能軟開關(guān) 供電恢復(fù)數(shù)學(xué)模型，包括:設(shè)定配電系統(tǒng)恢復(fù)加權(quán)有功負(fù)荷最大為目標(biāo)函數(shù)，分別考慮系統(tǒng) 潮流約束、運(yùn)行電壓約束、支路電流約束和智能軟開關(guān)運(yùn)行約束； 3) 將步驟2)得到的數(shù)學(xué)模型采用原對(duì)偶內(nèi)點(diǎn)法進(jìn)行求解； 4) 輸出步驟3)的求解結(jié)果，包括目標(biāo)函數(shù)值、各節(jié)點(diǎn)電壓幅值與相角、各節(jié)點(diǎn)恢復(fù)負(fù)荷 系數(shù)、智能軟開關(guān)傳輸功率值。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種考慮負(fù)荷重要性的配電網(wǎng)智能軟開關(guān)供電恢復(fù)方法，其 特征在于，步驟2)所述的配電系統(tǒng)恢復(fù)加權(quán)有功負(fù)荷最大為目標(biāo)函數(shù)，表示為式中，佩為系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)數(shù);ifGAD為節(jié)點(diǎn)i處負(fù)荷消耗的有功功率;、為可恢復(fù)節(jié)點(diǎn)讓負(fù)荷 的系數(shù)，、e[〇，l];ai為節(jié)點(diǎn)i上負(fù)荷的等級(jí)系數(shù)。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種考慮負(fù)荷重要性的配電網(wǎng)智能軟開關(guān)供電恢復(fù)方法，其 特征在于，步驟2)所述的智能軟開關(guān)運(yùn)行約束表示為 1)智能軟開關(guān)傳輸?shù)挠泄β始s束3 式中，i、j為智能軟開關(guān)所接入配電系統(tǒng)的節(jié)點(diǎn)編號(hào)分別為 智能軟開關(guān)兩個(gè)換流器注入的有功功率和無(wú)功功率;和AfP為智能軟開關(guān)損耗系數(shù)； 璋。P和為接在節(jié)點(diǎn)i、j的換流器容量;i/fP為故障側(cè)智能軟開關(guān)電壓設(shè)定值，U。為故障 側(cè)節(jié)點(diǎn)電壓約束值;為故障側(cè)智能軟開關(guān)相角設(shè)定值，00為節(jié)點(diǎn)相角約束值。
【文檔編號(hào)】H02H3/06GK105977934SQ201610465357
【公開日】2016年9月28日
【申請(qǐng)日】2016年6月21日
【發(fā)明人】李鵬, 宋關(guān)羽, 王成山, 趙金利, 冀浩然
【申請(qǐng)人】天津大學(xué)