[發明專利]一種考慮多目標的復雜配電網故障恢復系統及方法

有效

• 申請號: 201810129271.5
• 申請日: 2018-02-08
• 公開（公告）號: CN108270216B
• 公開（公告）日: 2021-05-28
• 發明（設計）人: 楊珺;孔文康;張化光;孫秋野;劉鑫蕊;楊東升;王智良
• 申請（專利權）人: 東北大學
• 主分類號: H02J3/00
• 分類號: H02J3/00;H02J3/06;G06N3/00
• 代理公司: 沈陽優普達知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 21234
• 代理人: 張志偉

1.一種考慮多目標的復雜配電網故障恢復系統，其特征在于，包括：

配電網故障采集單元，連接配電網用于判斷當前配電網絡狀況，當配電網絡發生故障時，采集當前故障信息和配電網絡信息；所述配電網絡信息包括：配電網負荷節點數據信息、支路數據信息、分布式電源數據信息和變壓器數據信息；

孤島劃分單元，用于建立分布式電源的孤島劃分模型，根據故障信息和配電網絡信息對含分布式電源的停電區域進行供電恢復，并輸出更新后的配電網當前故障信息和配電網絡信息；

故障恢復重構單元，根據更新后的配電網當前故障信息和配電網絡信息建立配電網絡故障恢復的數學模型，采用改進蜂群算法對數學模型的目標函數進行優化，得到配電網中各控制變量的優化取值矩陣，所述各控制變量包括分段開關的狀態和聯絡開關的狀態；

配電網故障恢復執行單元，用于根據優化取值矩陣調節配電網各分段開關狀態和聯絡開關狀態；

所述配電網故障恢復執行單元包括：

分段開關調節器，用于根據優化取值矩陣調節配電網各分段開關狀態，每一個分段開關只有兩種取值，取值為1表示對應的支路開關閉合，取值為0表示對應的支路開關斷開；

聯絡開關調節器，用于根據優化取值矩陣調節配電網各聯絡開關狀態，每一個聯絡開關只有兩種取值，取值為1表示對應的聯絡開關閉合，取值為0表示對應的聯絡開關斷開；

所述系統還包括：

故障信息傳輸單元，與配電網故障采集單元連接用于傳輸故障信息和配電網絡信息；

參數獲取單元，分別與故障信息傳輸單元和孤島劃分單元相連接用于獲取故障信息和配電網絡信息；

方案輸出單元，分別與故障恢復重構單元和配電網故障恢復執行單元相連接用于傳輸各控制變量的優化取值矩陣。

2.一種考慮多目標的復雜配電網故障恢復方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1：采集當前配電網絡信息，判斷配電網絡是否發生故障，若配電網絡發生故障，則發送當前故障信息和配電網絡信息；所述配電網絡信息包括：配電網負荷節點數據信息、支路數據信息、分布式電源數據信息和變壓器數據信息；

步驟2：獲取故障信息和配電網絡信息，

步驟3：判斷配電網停電區域是否存在具有孤島運行能力的分布式電源，若存在則執行步驟4，否則執行步驟5；

步驟4：建立分布式電源的孤島劃分模型，根據故障信息和配電網絡信息對含分布式電源的停電區域進行供電恢復，并傳輸更新后的配電網當前故障信息和配電網絡信息；

步驟5：通過前推回代法計算孤島劃分后的配電網各節點電壓和各支路容量，若不滿足配電網絡故障恢復的數學模型的約束條件，則對配電網進行削減負荷處理后進入步驟6，否則直接進入步驟6；

配電網絡故障恢復的數學模型的約束條件為：

1)拓撲結構約束：

b_l∈B_l

式中，b_l為故障恢復后的拓撲結構，B_l為所有允許的輻射狀拓撲結構集合；

2)分布式電源出力約束：

式中，為第j個分布式電源容量，和分別為第j個分布式電源的最小、最大出力，對此約束條件可通過在目標函數中引入罰函數進行處理；

3)支路容量約束：

0≤S_n≤S_n,max n＝1,2,…,N

式中，S_n為配電網第n條支路上的功率，S_n,max為支路i的線路容量，n為配電網支路編號，N為支路總數；

4)節點電壓約束：

V_v.min≤V_v≤V_v.max v＝1,2,…,N_d

式中，V_v為節點v的電壓值，V_v.max和V_v.min分別為節點v的電壓上限值和下限值，v為節點編號，N_d為配電網系統中負荷節點總數，對此約束條件可通過在目標函數中引入罰函數進行處理；

5)潮流約束：

I_n≤I_n,max n＝1,2,…,N

式中，I_n為配電網第n條支路實際的電流值，I_n,max為配電網第n條支路所允許的最大電流值，n為配電網支路編號，N為支路總數；

步驟6：根據更新后的配電網當前故障信息和配電網絡信息建立配電網絡故障恢復的數學模型，采用改進蜂群算法對數學模型的目標函數進行優化，當達到設定的最大迭代次數或者滿足程序搜索截止條件時，輸出配電網中各控制變量的最優優化取值矩陣，包括以下步驟：

步驟6.1：以故障恢復后停電負荷總功率最小、開關操作次數最少和系統網損最小作為優化目標，通過百分比及加權求和法建立配電網絡故障恢復的數學模型如下所示：

式中，F為配電網絡故障恢復數學模型的目標函數，ΔV_V，ΔP_DGi，α₁為停電負荷總功率最小目標函數的權重系數，α₂為開關操作次數最少目標函數的權重系數，α₃為系統網損最小目標函數的權重系數，P(i)_cut為故障恢復后停電負荷節i的有功功率，P(I)_cut為故障恢復前所有停電負荷節點I的有功功率，X為故障恢復后停電負荷節點總數，X₀為故障恢復前停電負荷節點總數，T(k)為第k個開關是否閉合，若閉合則T(k)＝1，否則T(k)＝0，K為所有開關個數，n為配電網支路編號，N為配電網支路總數，r_n為支路n的電阻值，P_n為配電網第n條支路的有功功率，Q_n為配電網第n條支路的無功功率，U_n為配電網第n條支路末端的節點電壓，1＜v＜N_d，v為節點編號，N_d為配電網系統中負荷節點總數，1＜DG_i＜N_g，DG_i為分布式電源編號，N_g為配電網絡中分布式電源個數，λ_u為負荷節點電壓越界懲罰系數，λ_q為分布式電源容量越界懲罰系數；

其中，V_v為節點v電壓，V_v.max為節點v電壓上限值，V_v.min為節點v電壓下限值；

其中，為第i個分布式電源容量，為第i個分布式電源最小出力，為第i個分布式電源最大出力；

步驟6.2：設定改進蜂群算法參數：根據配電網待優化的各控制變量的取值上限及取值下限隨機生成初始食物源規模2N、根據控制變量即分段開關和聯絡開關的個數確定個體維數D、最大循環次數K、引領蜂轉化為偵察蜂對應的Limit值、交叉概率CR、蜂群感知半徑R；

步驟6.3：參數初始化，當前循環次數k＝0，隨機生成含有2N個解的離散域初始種群，形成離散域初始食物源，設第i個食物源的位置為X_i＝(x_i1,x_i2,…,x_iD)(i＝1,2,…,2N)，食物源的位置即為各分段開關和各聯絡開關的開關狀態，離散域內食物源的位置為X′_i＝(x′_i1,x′_i2,…,x′_iD)(i＝1,2,…,2N)，隨機生成初始食物源的公式為：

θ＝x_ij-λ

式中，x_ij為食物源位置，和分別為第j維分量的上限值和下限值，j∈{1,2,…,D}，rand(·)為隨機生成(0,1)之間的數，θ為轉化系數，λ為權重系數，x′_ij為離散域內食物源位置；

步驟6.4：計算2N個離散域內初始食物源的適應度值，若離散域內第i個食物源對應的目標函數值f_i≥0，則適應度值為fit_i＝1/f_i，若離散域內第i個食物源對應的目標函數值f_i＜0，則適應度值為fit_i＝1+abs(f_i)；

步驟6.5：引領蜂進行交叉操作產生新的食物源，并計算新食物源的適應度值，若新食物源的適應度值大于舊食物源的適應度值，則更新食物源位置，否則保留舊食物源；包括以下步驟：

步驟6.5.1：從初始食物源中選擇適應度值較優的N個食物源作為引領蜂；

步驟6.5.2：引領蜂通過交叉操作生成的新食物源為V′_ij＝(v′_i1,v′_i2,…,v′_iD)，所述交叉操作公式為：

式中，v′_ij為離散域內生成的新食物源的位置，x′_ij為離散域內第i個食物源的第j維分量，x′_kj為離散域內第k個食物源的第j維分量，k∈{1,2,…,2N}且k≠i，為異或操作，rand(·)為(0,1)之間的隨機數，CR為交叉概率，randperm(D,1)為[1,D]之間的隨機數；

步驟6.5.3：計算步驟6.5.2中生成的新食物源適應度值，引領蜂對生成的新食物源按照貪婪選擇機制進行更新，若新食物源適應度值優于舊食物源適應度值，則放棄舊食物源，保存新食物源，否則保留舊食物源；

步驟6.6：跟隨蜂按照輪盤賭的選擇機制選擇要跟隨的引領蜂，并按照結群策略搜索產生新的食物源，并計算新食物源適應度值，若新食物源的適應度值大于舊食物源的適應度值，則更新食物源位置，否則保留舊食物源；

步驟6.7：若某個食物源經過Limit次循環后仍然沒有更新，表示該解陷入局部最優，該處的引領蜂轉換成偵察蜂，并依據追隨策略產生新的食物源，計算適應度值，所述追隨策略公式為：

X′_B＝(x′_b1,x′_b2,…,x′_bD)

X″_i＝(x″_i1,x″_i2,…,x″_iD)

θ＝x_ij-λ

式中，N′_B為離散域內新食物源位置，X′_B為離散域內當前偵察蜂感知半徑范圍內適應度值最優的食物源位置，X″_i為離散域內隨機產生的食物源位置，fit_B為當前偵察蜂感知半徑范圍內最優食物源的適應度值，x″_ij表示離散域內食物源位置，θ為轉化系數，λ為權重系數，x_ij為食物源位置，和分別為第j維分量的上限值和下限值，j∈{1,2,…,D},rand(·)為隨機生成(0,1)之間的數；

步驟6.8：根據下式判斷目前為止兩個最優的食物源適應度值之間的百分誤差δ是否小于0.005，若δ＜0.005則進入步驟6.10，否則進入步驟6.9，其中：

式中，f_imax和f_jmax分別為當前兩個最優的食物源適應度值；

步驟6.9：判斷當前循環次數k是否達到了最大循環次數K，若是，執行步驟6.10，否則，令k＝k+1，返回步驟6.5；

步驟6.10：輸出全局最優食物源，最優食物源即為配電網絡故障恢復數學模型的分段開關和聯絡開關的開關狀態；

步驟7：根據各控制變量的優化取值矩陣傳調節配電網各分段開關的狀態和各聯絡開關的狀態。

3.根據權利要求2所述的考慮多目標的復雜配電網故障恢復方法，其特征在于，所述步驟6.6包括以下步驟：

步驟6.6.1：初始食物源中剩余的N個食物源作為跟隨蜂；

步驟6.6.2：跟隨蜂根據適應度值的大小以輪盤賭的選擇機制按照一定的概率選擇要跟隨的引領蜂；

步驟6.6.3：跟隨蜂對步驟6.6.2中選擇的食物源按照結群策略進行食物源搜索，所述結群策略公式為：

X′_C＝(x′_c1,x′_c2,…,x′_cD)

V″_ij＝(v″_i1,v″_i2,…,v″_iD)

式中，W′_ij為離散域內搜索的新食物源位置，X′_C為離散域內當前跟隨蜂感知半徑范圍內其它跟隨蜂的中心位置，fit_c為中心位置食物源的適應度值，x′_cj為離散域內第j維空間中蜂群的中心位置，V″_ij為離散域內通過交叉操作的得到的新食物源位置，n_R表示跟隨蜂感知半徑范圍內其它跟隨蜂的總數，[]為取整運算，當大于0.5時取1，否則取0，v″_ij為第j維空間生成的新食物源的位置，x′_ij為離散域內第i個食物源的第j維分量，x′_kj為離散域內第k個食物源的第j維分量，k∈{1,2,…,2N}且k≠i，為異或操作，rand(·)為(0,1)之間的隨機數，CR為交叉概率，randperm(D,1)為[1,D]之間的隨機數；

步驟6.6.4：計算步驟6.6.3中搜索的新食物源適應度值，跟隨蜂對生成的新食物源按照貪婪選擇機制進行更新，若新食物源適應度值優于舊食物源適應度值，則放棄舊食物源，保存新食物源，否則保留舊食物源。