CN106684862A - 一种基于贪心算法的配电网负荷转供路径搜索方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于配电网负荷转供领域，尤其涉及一种基于贪心算法的配电网负荷转供路径搜索方法。所述方法包括如下步骤：(S1)当供电区块a_i的电源点退出运行时，搜索所有与a_i相邻且处于正常供电状态的区块，并找到其为a_i转供所需要闭合的连接开关，将可以为a_i转供电力的相邻供电区块总数记为t；(S2)寻找一种不断电的转供方案，此过程不包含切负荷操作；(S3)通过切除一部分负荷，获得可行的转供方案。本发明为配网实际运行过程中因突发故障而断电的区域快速找到转供路径，并且以最少开关动作次数为目标，降低工作人员操作失误的概率，有效提高了供电可靠性。

Description

一种基于贪心算法的配电网负荷转供路径搜索方法

技术领域

本发明属于配电网负荷转供领域，尤其涉及一种基于贪心算法的配电网负荷转供路径搜索方法。

背景技术

配电网作为电力***的最后环节，其供电可靠性直接决定了用户的用电质量。当配电网发生故障时，除了需要隔离故障区域并将其尽快修复，还需要通过负荷转供来尽可能降低故障对配电网整体的影响。负荷转供是指配电网发生故障并进行隔离之后，通过开关的操作以及部分不重要负荷的切除，在满足安全约束的条件下，快速优先恢复故障下游重要负荷供电的同时，也尽可能恢复其他负荷的供电。负荷转供因其可以明显降低故障带来的损失，提高供电可靠性，成为配网自动化***中重要的核心功能之一。

目前国内外许多学者对负荷转供提出的方法基本可以分成以下几类：启发式算法、随机优化算法、专家***法。上述算法均可获得可行的转供方案输出，但均存在一定的缺陷。启发式算法无法做到解的最优性，且解的优劣依赖于网络的初始状态；随机优化算法计算时间往往较长，不适用于大规模网络中；专家***中库的建立和集成费时费力，而且故障种类众多，无法记录全部情况。

在配网实际运行过程中，需要为各类突发断电及时提出转供方案，因此对算法的运算速度以及适用性有较高的要求，而已有算法均存在一定的局限性。并且为了降低工作人员操作失误的概率，算法输出的转供方案应使开关操作次数尽可能少。针对上述需求，亟须提出一种新的配电网负荷转供路径搜索方法。

所谓贪心算法，即决策过程不考虑整体最优性，决策目标仅为当前条件下效益最优。

发明内容

针对背景技术中的问题，本发明提出一种基于贪心算法的配电网负荷转供路径搜索方法，为配网实际运行过程中因突发故障而断电的区域快速找到转供路径，并且以最少开关动作次数为目标，降低工作人员操作失误的概率，有效提高了供电可靠性。

为实现上述目的，本发明提出如下技术方案：

一种基于贪心算法的配电网负荷转供路径搜索方法，在所述方法中，将配电网络抽象为由点集N和边集E构成的拓扑图，将所有节点归为电源节点集S{s_i|s_i∈N}、负荷节点集L{l_j|l_j∈N}和母线节点集C{c_k|c_k∈N}三类集合；拓扑图上连接相邻点的边e_ij包含一个开关，记作：

将配网划分为若干个供电区块A{a₁，a₂，...，a_n}；

将配网中的一个分布式光伏发电***等效为一个电源节点加上一个负荷节点；

所述方法的具体步骤为：

(S1)当供电区块a_i的电源点退出运行时，搜索所有与a_i相邻且处于正常供电状态的区块，并找到其为a_i转供所需要闭合的连接开关，将可以为a_i转供电力的相邻供电区块总数记为t；

(S2)寻找一种不断电的转供方案，此过程不包含切负荷操作；

(S3)通过切除一部分负荷，获得可行的转供方案。

进一步地，所述步骤(S2)为多步，最多执行步骤数为t；

所述步骤(S2)又包括如下步骤：

(S2-1)任意闭合一个连接开关，遍历所有可能情况；若任意一种情况下，潮流计算结果满足正常运行条件，则停止并输出该转供方案；否则，若t≥2，执行(S2-2)；若t＜2，进入步骤(S3)；

(S2-2)任意闭合两个连接开关，遍历所有可能情况；将a_i划分为2个子供电区a_i1、a_i2；以连接开关对应的a_i中的2个节点为端点，搜寻供电干路；从任意一侧开始，依次试断开干路上的各开关；若任意一种情况下，潮流计算结果满足正常运行条件，则停止并输出该转供方案；否则，若t≥3，执行(S2-3)；若t＜3，进入步骤(S3)；

(S2-j)任意闭合j个连接开关，遍历所有可能情况；将a_i划分为j个子供电区a_i1、a_i2…a_ij；以连接开关对应的a_i中的j个节点为端点，搜寻供电干路；依次试断开干路上的j-1个开关；若任意一种情况下，潮流计算结果满足正常运行条件，则停止并输出该转供方案；否则，若t≥j+1，执行步骤(S2-(j+1))；若t＜j+1，进入步骤(S3)；

(S2-t)闭合全部t个连接开关；将a_i划分为t个子供电区a_i1、a_i2…a_it；以连接开关对应的a_i中的t个节点为端点，搜寻供电干路；依次试断开干路上的t-1个开关；若任意一种情况下，潮流计算结果满足正常运行条件，则停止并输出该转供方案；否则，进入步骤(S3)。

进一步地，所述步骤(S3)又包括如下步骤：

(S3-1)闭合全部t个开关；

(S3-2)以t个连接开关对应的a_i中的t个节点为端点，搜寻供电干路；试断开干路上的t-1个开关将a_i划分为t个子供电区，直到满足前t-1个子供电区最大程度利用所连接的邻近供电区块；

(S3-3)按照从小到大的顺序依次切除连接其上的负荷，当余下负荷恰能满足正常运行条件时，停止并输出该转供方案。

进一步地，所述若干个供电区块中的每个供电区块均呈树状，其中的负荷节点和电源节点均为树状图中的叶子节点，即去掉任意电源节点或负荷节点，余下部分依然呈树状。

进一步地，当所述光伏发电***作为电源向外提供能量时，将负荷节点消耗功率标记为0；当所述光伏发电***作为电池吸收外界能量时，将电源节点发电功率标记为0。

本发明的有益效果在于：

(1)本发明提供了一种配网转供路径搜索方法，可以为因突发故障而失电的区域提供可行的转供方案，提升了配网供电的可靠性。

(2)本发明可以输出最少开关动作的转供方案，降低了工作人员操作失误的概率。

(3)本发明不需要建立复杂的样本库，计算量也较小，因此有较好的适用性和时效性。

(4)本发明提供了一种配网拓扑的建模方式，并且考虑了***包含分布式光伏的情况，可以为配网转供相关领域的研究提供参考。

附图说明

图1是基于贪心算法的配电网负荷转供路径搜索方法的流程图；

图2是某配电网接线图；

图3是与图2对应的配电网拓扑图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作具体说明。本实施例在以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例，本发明的保护范围仍以权利要求为准，本领域技术人员对本发明的各种等同形式的修改均属于本发明的保护范围。

对于一个配电网络，可将其抽象为由点集N和边集E构成的拓扑图。根据各节点的不同性质，可将所有节点归为3类集合——电源节点集S{s_i|s_i∈N}、负荷节点集L{l_j|l_j∈N}和母线节点集C{c_k|c_k∈N}。因为母线可以认为是各点无差别的，所以抽象的看就是一个节点。所有节点统一编号，写作代表节点性质字母的下标。拓扑图上连接相邻点的边e_ij包含一个开关。

图2为某低压配网接线图，经过抽象简化后形成如图3所示的拓扑图。图3中边e₃₄上的“×”代表对应线路上的开关处于断开状态。根据图3的拓扑图，可以发现配网可以划分为若干个供电区块A{a₁，a₂，...，a_n}。每个供电区块均呈树状，其中的负荷节点和电源节点均为树状图中的叶子节点，即去掉任意电源节点或负荷节点，余下部分依然呈树状。

随着配网中分布式光伏发电***所占比例越来越大，为了增强发明所提方法的适用性，结合实时情况，可将配网中的一个分布式光伏发电***等效为一个电源节点加上一个负荷节点。当该光伏发电***作为电源向外提供能量时，可将负荷节点消耗功率标记为0；当该光伏发电***作为电池吸收外界能量时，可将电源节点发电功率标记为0。在不改变配网拓扑的前提下，该方法能够表征分布式光伏发电***的各种工作情况。

本发明的贪心算法包括两个主要过程。过程一不包含切负荷操作，即寻找一种不断电的转供方案；如果过程一找不到这种方案，则进入过程二，通过切除一部分负荷，获得可行的转供方案。如图1所示，本方法包含如下步骤：

(1)当供电区块a_i的电源点退出运行，搜索所有与a_i相邻且处于正常供电状态的区块，并找到其为a_i转供所需要闭合的连接开关。记可为a_i转供电力的相邻供电区块总数为t。

(2)进入贪心算法过程一。过程一分为多步，最多执行步骤数为t。

(3)过程一第1步：任意闭合一个连接开关，遍历所有可能情况。若任意一种情况下，潮流计算结果满足正常运行条件，则停止并输出该转供方案。否则，若t≥2，执行过程一第2步；若t＜２，进入贪心过程二。

(4)过程一第2步。任意闭合两个连接开关，遍历所有可能情况。为了避免出现环状结构，需要将a_i划分为2个子供电区a_i1、a_i2。以连接开关对应的a_i中的2个节点为端点，搜寻供电干路。从任意一侧开始，依次试断开干路上的各开关。若任意一种情况下，潮流计算结果满足正常运行条件，则停止并输出该转供方案。否则，若t≥3，执行过程一第3步；若t＜3，进入贪心过程二。

(5)过程一第j步。任意闭合j个连接开关，遍历所有可能情况。为了避免出现环状结构，需要将a_i划分为j个子供电区a_i1、a_i2…a_ij。以连接开关对应的a_i中的j个节点为端点，搜寻供电干路。依次试断开干路上的j-1个开关。若任意一种情况下，潮流计算结果满足正常运行条件，则停止并输出该转供方案。否则，若t≥j+1，执行过程一第j+1步；若t＜j+1，进入贪心过程二。

(6)过程一第t步。闭合全部t个连接开关。为了避免出现环状结构，需要将a_i划分为t个子供电区a_i1、a_i2…a_it。以连接开关对应的a_i中的t个节点为端点，搜寻供电干路。依次试断开干路上的t-1个开关。若任意一种情况下，潮流计算结果满足正常运行条件，则停止并输出该转供方案。否则，进入贪心过程二。

(7)贪心过程二第1步。定性分析可知，提供转供电力的邻近区块越多，失电区块所需切除的负荷就越少，因此在过程二中，t个连接开关均需闭合。

(8)贪心过程二第2步。以t个连接开关对应的a_i中的t个节点为端点，搜寻供电干路。试断开干路上的t-1个开关将a_i划分为t个子供电区，直到满足前t-1个子供电区最大程度利用所连接的邻近供电区块。

(9)贪心过程二第3步。易知，最后一个子供电区必然不能正常运行。按照从小到大的顺序依次切除连接其上的负荷，当余下负荷恰能满足正常运行条件时，停止并输出该转供方案。

实施例：

以图3为例，详细解释本发明提供方法的实施过程。图3中的光伏-储能***处于吸收外界能量状态，故等效的电源节点标记为0。该图可以划分为3个供电区块

a₁{s₁,c₂,c₃,l₈,c₉,l₁₀,l₁₁,e_1，2,e_2，3,e_2，8,e_3，9,e_9，10,e_9，11}、a₂{c₄,C₅,c₆,s₇,l₁₂,l₁₃,l₁₄,e_4，5,e_5，6,e_6，7,e_4，12,e_5，13,e_5，14}、a₃{c₁₅,l₁₆,c₁₇,l₁₈,s₁₉,e₁₅，₁₆,e_15，17,e_17，18,e_17，19}。各负荷大小及电源节点容量上限见下表。

	l8	l10	l11	l12
					负荷/kW	1800	2000	2000	1000
	l13	l14	l16	l18
					负荷/kW	1500	1500	1500	2000
	s1	s7	s19
					容量/kW	8000	7000	6000

(1)当s₇因故退出运行，搜索a₂的邻近供电区块，有a₁、a₃，则t＝2，连接开关分别为e_3，4、e_6，15。

(2)首先进入贪心过程一，因为t＝2，所以最多执行两步。

(3)过程一第1步，闭合e_3，4、e_6，15中的任意一个开关。s₁和s₁₉的备用容量分别为2200kW和2500kW，而失电区a₂总负荷为4000kW，易知第1步无任意情况满足正常运行条件。

(4)过程一第2步，闭合e_3，4、e_6，15两个开关。搜索与连接开关e_3，4、e_6，15对应节点c₄、c₆之间的供电干路{e₄，₅,e_5，6}。c₆上不带负荷，故应断开开关e_4，5。由于c₅所带总负荷为3000kW，超过S₁₉备用容量，则第2步仍无任意情况满足正常运行条件。

(5)进入贪心过程二，闭合e_3，4、e_6，15两个开关。

(6)断开e_4，5，l₁₂所在子供电区最大程度利用a₁。

(7)切除l₁₃，剩余l₁₄，最后一个子供电区能正常运行。输出转供方案{e_3，4＝0→1,e_6，15＝0→1,e_4，5＝1→0,e_5，13＝1→0}。全过程结束。

工作人员根据输出方案，对相应开关进行操作，即可完成对失电区域的电力转供。

Claims (5)

1.一种基于贪心算法的配电网负荷转供路径搜索方法，其特征在于，在所述方法中，将配电网络抽象为由点集N和边集E构成的拓扑图，将所有节点归为电源节点集S{s_i|s_i∈N}、负荷节点集L{l_j|l_j∈N}和母线节点集C{c_k|c_k∈N}三类集合；拓扑图上连接相邻点的边e_ij包含一个开关，记作：

将配网划分为若干个供电区块A{a₁，a₂，...，a_n}；

将配网中的一个分布式光伏发电***等效为一个电源节点加上一个负荷节点；

所述方法的具体步骤为：

(S1)当供电区块a_i的电源点退出运行时，搜索所有与a_i相邻且处于正常供电状态的区块，并找到其为a_i转供所需要闭合的连接开关，将可以为a_i转供电力的相邻供电区块总数记为t；

(S2)寻找一种不断电的转供方案，此过程不包含切负荷操作；

(S3)通过切除一部分负荷，获得可行的转供方案。

2.根据权利要求1所述的一种基于贪心算法的配电网负荷转供路径搜索方法，其特征在于：所述步骤(S2)为多步，最多执行步骤数为t；

所述步骤(S2)又包括如下步骤：

(S2-1)任意闭合一个连接开关，遍历所有可能情况；若任意一种情况下，潮流计算结果满足正常运行条件，则停止并输出该转供方案；否则，若t≥2，执行(S2-2)；若t＜2，进入步骤(S3)；

(S2-2)任意闭合两个连接开关，遍历所有可能情况；将a_i划分为2个子供电区a_i1、a_i2；以连接开关对应的a_i中的2个节点为端点，搜寻供电干路；从任意一侧开始，依次试断开干路上的各开关；若任意一种情况下，潮流计算结果满足正常运行条件，则停止并输出该转供方案；否则，若t≥3，执行(S2-3)；若t＜3，进入步骤(S3)；

(S2-j)任意闭合j个连接开关，遍历所有可能情况；将a_i划分为j个子供电区a_i1、a_i2…a_ij；以连接开关对应的a_i中的j个节点为端点，搜寻供电干路；依次试断开干路上的j-1个开关；若任意一种情况下，潮流计算结果满足正常运行条件，则停止并输出该转供方案；否则，若t≥j+1，执行步骤(S2-(j+1))；若t＜j+1，进入步骤(S3)；

(S2-t)闭合全部t个连接开关；将a_i划分为t个子供电区a_i1、a_i2…a_it；以连接开关对应的a_i中的t个节点为端点，搜寻供电干路；依次试断开干路上的t-1个开关；若任意一种情况下，潮流计算结果满足正常运行条件，则停止并输出该转供方案；否则，进入步骤(S3)。

3.根据权利要求1所述的一种基于贪心算法的配电网负荷转供路径搜索方法，其特征在于：所述步骤(S3)又包括如下步骤：

(S3-1)闭合全部t个开关；

(S3-2)以t个连接开关对应的a_i中的t个节点为端点，搜寻供电干路；试断开干路上的t-1个开关将a_i划分为t个子供电区，直到满足前t-1个子供电区最大程度利用所连接的邻近供电区块；

(S3-3)按照从小到大的顺序依次切除连接其上的负荷，当余下负荷恰能满足正常运行条件时，停止并输出该转供方案。

4.根据权利要求1所述的一种基于贪心算法的配电网负荷转供路径搜索方法，其特征在于：所述若干个供电区块中的每个供电区块均呈树状，其中的负荷节点和电源节点均为树状图中的叶子节点，即去掉任意电源节点或负荷节点，余下部分依然呈树状。

5.根据权利要求1所述的一种基于贪心算法的配电网负荷转供路径搜索方法，其特征在于：当所述光伏发电***作为电源向外提供能量时，将负荷节点消耗功率标记为0；当所述光伏发电***作为电池吸收外界能量时，将电源节点发电功率标记为0。