PDF《一种基于顶点分裂的电网在线故障恢复路径搜索方法》

D O I :

1 0.

7 5

0 0 / A E P S

2 0

1 3

1 1

0 4

0 1

8 一种基于顶点分裂的电网在线故障恢复路径搜索方法 张旭1 ,程雪婷1 ,赵冬梅1 ,苏玲2 ( 1. 华北电力大学电气与电子工程学院,北京市

1 0

2 2

0 6;

2. 国网智能电网研究院,北京市

1 0

2 2

0 0 ) 摘要:恢复路径搜索是故障恢复的基础, 快速完备的路径搜索方法对于保障在线恢复系统的实用 性具有重要意义.以快速搜索多路径为目标, 提出一种基于顶点分裂的路径搜索方法, 根据电网拓 扑关系, 将电网等值为子系统―开关刀闸模型, 映射为顶点―边.结合顶点的连接关系, 构建连接矩 阵, 计算顶点的度, 引入顶点状态属性.根据度和属性的不同, 分别对顶点进行删除、 消减及分裂, 完成从顶点到路径的转换;

针对复杂网络, 可设置路径约束条件, 删除分裂所得的长路径, 实现多路 径的快速搜索.根据待恢复负荷数量的差异, 采用不同方法生成恢复方案.使用实际电网的恢复 算例验证了方法的有效性, 并与宽度优先搜索、 遗传算法进行对比分析, 结果表明, 该方法网络适应 性好, 易于实现, 能够快速搜索多条供电路径, 对在线恢复系统的实时运行具有重要价值. 关键词:电网拓扑;

故障恢复;

路径搜索;

多路径 收稿日期:

2 0

1 3 -

1 1 -

0 4;

修回日期:

2 0

1 4 -

0 1 -

0 9. 国家自然科学基金资助项目(

5 1

3 7

7 0

5 4 ) ;

中央高校基本科研 业务费专项资金资助项目(

1 2M S

2 7 ) .

0 引言 在线电网故障恢复系统用于电网发生故障后, 快速查找失电区域的可用电源, 确定可行恢复路径, 实现非故障停电区域的有效供电, 对于提高电网故 障处理效率具有重要意义.恢复路径搜索用来求解 非故障停电区域与供电电源间开关刀闸的顺序操作 序列;

搜索到的恢复路径越多, 恢复系统得到最优恢 复方案的可能性越大.当今电网规模庞大, 结构复 杂, 发生大停电事故时, 易解列为多个电力孤岛, 形 成多网孔网络[

1 - 3] , 这要求在复杂网络结构下能够快 速搜索尽量多的恢复路径, 确保恢复系统可以给出 具备实用价值的恢复方案. 恢复路径搜索属于非确定多项式( N P) 难题, 随 着网孔数目的增多, 恢复路径的可行解数量呈指数 增长, 路径搜索的复杂度急剧上升.针对恢复路径 求解, 文献[

4 ] 采用宽度优先和深度优先两种不同算 法寻找故障恢复路径;

文献[

5 ] 采用宽度优先方法对 失电区域节点进行遍历, 生成待恢复树, 进而实现负 荷恢复.宽度/深度优先方法的完备性较高, 但较为 盲目, 需对网络中所有节点进行遍历, 搜索状态空间 大, 效率较低.文献[

6 -

1 2 ] 采用启发式搜索方法, 以 有功分配均衡、 供电路径的负荷度最小等为规则, 寻 找恢复路径, 避免了搜索的盲目性, 减少 了搜索空 间.上述方法主要适用于开环辐射状网络结构, 若 遇到环形网络, 进行路径搜索时为避免重复路径, 需 要不断标记已搜索节点并反复判断, 对搜索速度造 成一定影响, 效率较低;

网孔数目越多, 需要标记判 断的节点数也急剧增长, 实现较为困难, 且网络结构 变化对算法的搜索效率影响较大. 文献[

1 3 -

1 4 ] 对电网中的线路进行二进制编码, 分别考虑操作费用、 负荷损失及线路的充电无功功 率、 操作时间等因素, 构建适应度函数, 采用遗传算 法求解最优送电路径.文献[

1 5 -

1 6] 针对遗传算法 易早熟、 收敛速度慢等问题, 分别结合免疫算法与专 家系统进行改进.文献[

1 7] 以网损最小为目标, 采 用基于中医思想的蚁群算法求解故障网络重构.文献[

1 8 ] 根据网络拓扑结构, 结合网损、 电压容量约束 等因素, 将电网等值为加权有向图, 采用最短路径法 为各负荷分别寻找供电路径, 该方法不受网络结构 影响, 能够适用于复杂多网孔网络.上述方法主要 用于求解符合所设目标及约束的最优路径, 无法提 供多条路径以便调度人员选择;

一旦所求取的恢复 路径数目增多, 算法复杂度将急剧增加, 效率降低, 难以满足在线运行的实时性要求. 本文以快速搜索多路径为目标, 提出基于顶点 分裂的路径搜索方法.该方法以网络拓扑结构为主 体, 建立顶点―边电网等值模型, 根据各顶点的连接 关系, 构建连接矩阵.计算等值模型中各顶点的度, 按照顶点度的不同, 对其进行删除、 消减及分裂, 删 除网络中不参与恢复的顶点, 降低非目标顶点的度, 将顶点转换为路径.针对复杂网络, 在顶点分裂过 程中, 可设置路径长度约束, 删除所得长路径.以开 ―

1 7 ― 第38卷第10期2014年5月25日Vol.38No.10May2 5,

2 0

1 4 关刀闸操作次数最少、 网络损耗最小及支路负载均 衡为目标;

若待恢复负荷唯一, 则直接求解可行恢复 路径;

否则对各负荷的可选供电路径进行组合, 采用 粒子群算法进行优化, 确定恢复方案, 实现不同失电 负荷与电源的匹配.顶点分裂方法编程简单, 易于 实现, 计算速度快;

在小规模网络中可遍历待恢复负 荷与电源之间的全部路径, 复杂网络中通过设定路 径长度约束能快速得到可行路径集合, 可以满足在 线恢复的实时性要求.通过实际电网算例验证了该 方法的有效性.

1 电网等值模型 1.

1 电网拓扑等值 在研究故障恢复问题时, 首先根据电网中各设 备的电气连接关系, 对电网进行等值[

1 9 -

2 1] . 将电网中各电气设备抽象为节点、 支路.节点 是指母线、 负荷及设备的电气连接点;

支路主要指线 路、 变压器、 开关刀闸等. 基于上述抽象模型进行结线分析, 具体分为两 步: 第1步是母线分析, 将由闭合开关刀闸相连的节 点集合为一个母线节点;

第2步进行网络分析, 将有 电气联系的母线节点归并形成子系统, 将电网等值 为子系统―开关刀闸模型. 结线分析的实现逻辑较为简单, 使用其对电网 进行化简, 可以极大地简化路径搜索的复杂程度. 1.

2 图论表示 参照图论知识[

2 2] , 将子系统―开关刀闸等值模 型抽象为顶点―边, 顶点指结线分析得到的子系统, 边指连接子系统的开关刀闸.电网可表示为: G=( N, L) (

1 ) 式中: N={ 1, 2, …, i, …, n} , 为图形 G 的顶点, L 为图形G 的边, 通常用一对顶点数i和j 来定义, 记为l i j, l i j=( i, j) , l i j= l j i, N 和L 均为非空集. 参照图论中度的定义, 基于上述等值模型, 计算 顶点的度 Ki. 引入顶点状态属性, 与各顶点所指代子系统的 属性相一致, 分为带电、 不带电、 故障失电、 非故障失 电.根据状态属性的不同, 将顶点分为目标顶点与 非目标顶点两类.若顶点带电或为待恢复的非故障 失电顶点, 则为目标顶点, 其余为非目标顶点.

2 恢复路径求解方法 电网等值图由不同顶点相互连........