一种配电网自治运行划分预案的综合评估方法

技术领域

本发明涉及配电网划分技术领域，具体为一种配电网自治运行划分预案的综合评估方法。

背景技术

随着分布式电源和储能电站的大规模并网，大大降低了系统的传输功率损耗并提高了配电网的可靠性。如果配电网发生断电事故，为了保证重要负荷的供电稳定性，需要将故障区域单独划分并采用微电网技术对其进行单独供电，保证区域供电，因此将复杂配电网划分为多个规模较小，结构较简单的区域，是配电网降低控制难度和维度的重要方式和必要手段。

中国专利，公开号：CN113098012B，公开日：2022年07月12日，公开一种含DG配电网的区域自治能力评估方法，涉及供电领域，包括以下步骤：(1)、输入配电网内线路、保护装置、分布式能源、负荷等元素基础数据；(2)、构建极端风灾事件模型以及灾害影响评估模型；(3)、构建配电网内分布式能源出力和负荷需求模型；(4)、构建极端风灾事件下，负荷节点和系统的最优恢复模型，形成相应目标函数及约束条件；(5)、基于模拟极端事件下负荷节点及系统的状态，构建负荷及系统区域自治能力指标。而该发明主要是基于极端风灾事件下建立极端风灾事件模型，并基于配电网树模型进行灾害影响评估，确定失电区域和孤岛自治区域；没有提出故障下支撑重要负荷无缝供电的自治运行域划分方案，也未针对上述方案建立通用的划分体系和划分方法。

发明内容

本发明的目的是为了解决在配电网故障状态下由于配电网划分不准确导致的重要供电区域不能独立分区供电的问题；提供一种配电网自治运行划分预案的综合评估方法，通过影响因素指标建立配电网的评估指标体系，对配电网进行预划分并完成各区块数据采集，构建配电网各电力信息的约束条件，根据约束条件以及评分函数曲线构建评估模型，根据评估模型对故障下自治运行域的可行性进行综合评估，基于评估结果对配电网区域进行划分并进行分区供电，可以保障即使在配电网故障情形下各重要区块依然能够实现独立用电，提高故障下配电网的安全稳定性。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种配电网自治运行划分预案的综合评估方法，包括以下步骤：

S1、基于影响因素构建配电网的评估指标体系，基于评估指标体系对应的影响因素指标建立样本标度序列；

S2、对配电网进行预划分得到配电网分区，基于样本标度序列构建配电网分区的约束条件；S3、根据约束条件以及评分函数曲线构建评估模型，根据评估模型对故障自治运行域的可行性进行综合评估。

作为优选，所述S1包括以下子步骤：

S11、基于影响因素指标构建配电网的评估指标体系；

S12、根据评估指标体系中各影响因素指标建立样本标度序列A

作为优选，所述影响因素指标包括重要负荷供电率指标ILPSR、无缝切换能力指标SSC和自治域独立供电能力指标IPSC；

各指标计算公式如下：

重要负荷供电率指标：

无缝切换能力指标：

自治域独立供电能力指标：

式中，n为集群内的节点数，k为集群内储能电站数目，P

作为优选，根据所述重要负荷供电率、所述无缝切换能力以及所述自治域独立供电能力对故障状态下配网无缝运行的影响大小不同，对各权重进行主观赋值，并利用所述主观权重求得加权后的标准样本距离序列、参考样本距离序列以及待评估样本距离序列。

作为优选，所述样本标度序列包括参考数据样本序列和待评估数据样本序列。

作为优选，通过对配电网采用穷举法，列举出所有可能的划分方案，并对不合理的方案进行剔除，获得配电网的划分预案，采用广度优先搜索算法对各分区内各指标计算所需的数据进行采集，进而获取参考数据样本序列以及待评估数据样本序列。

作为优选，所述S2包括以下子步骤：

S21、以配电网每条支路第一侧节点序号对所述每条支路进行编号，采用枚举算法获取所有预划分方案，分析所述预划分方案并筛选出所有适配方案，对非适配方案进行剔除；

S22、根据所述适配方案建立配电网的邻接矩阵，设置由不同集群划分方案得到的邻接矩阵的集群间线路所对应元素特征值，基于所述元素特征值对所述邻接矩阵进行切割得到配电网分区；

S23、通过分支界限算法对所述配电网分区的影响因素指标的计算参数进行数据采集，基于采集的数据计算所述配电网分区相对应的所述参考数据样本序列以及所述待评估数据样本序列；

S24、根据所述参考数据样本序列以及所述待评估数据样本序列构建配电网划分的约束条件。

作为优选，所述S21包括如下步骤：将划分方案中存在单一节点和/或分区内不含分布式出力节点的方案作为非适配方案；将划分方案中的非适配方案进行剔除得到适配方案。

作为优选，所述S23包括如下子步骤：

S231、队列初始时为空，设置用于存储配电网分区集群中计算各影响指标所需参数的节点队列；所述节点队列包括队列头和队列尾，并设置队列头编号等于队列尾编号；

S232、在所述配电网分区集群中选取源节点并向所述队列头加入该节点作为第一个节点，所述队列头编号加1，同时标记此节点将此节点录入已访问节点数据库中；

S233、通过比较所述队列头与所述队列尾的编号大小，若所述队列头与所述队列尾的编号相等，则完成了对所述配电网分区各指标参数的采集；若所述队列不为空，则继续下一步骤；S234、选取所述队列尾节点，判断集群节点与所述队列尾节点的连接关系；若所述集群节点与所述队列尾节点直接相连，则判断所述集群节点的访问状态；当所述集群节点均已访问过，则转至步骤S237；若所述集群节点存在没有被访问过的节点，则继续下一步骤；

S235、将所述未被访问过的集群节点加入所述节点队列，并标记此所述集群节点为已访问，同时保存网络拓扑的搜索结果；

S236、轮次执行S234和S235，依次判断下一集群节点与所述队列尾节点的连接关系；

S237、将所述队尾节点退出队列，转至所述S232步骤。

作为优选，所述约束条件包括：源荷电力平衡约束、节点电压和支路电流约束、分布式电源出力约束以及供电率约束；

各约束条件计算公式如下：

源荷电力平衡约束的表示如下：

式中，P

节点电压和支路电流约束：故障解列后的网络电流不超过额定电流；

所述节点电压和支路电流约束的表示如下：

式中，

所述分布式电源出力约束的表示如下：

式中，P

所述集群供电可靠性约束的表示如下：

g

式中，g

作为优选，所述S3包括以下子步骤：

S31、计算所述参考数据样本序列和所述待评估数据样本序列中相对应元素的欧式距离ɑij，通过所述欧式距离ɑij构建距离矩阵，计算最小弯曲距离得到样本相似度；

所述欧式距离ɑ

式中，k和h表示参考数据样本序列和所述待评估数据样本序列，i和j表示所述参考数据样本序列和所述待评估数据样本序列分别相对应的样本元素个数；

所述距离矩阵：

最小弯曲距离：

式中，D(i,j)表示从(1,1)到(i,j)的最小弯曲距离，D(m,n)表示样本相似度；

S32、对所述样本相似度进行预评分，划分出无缝切换划分关键节点的位置，得到量化评分函数上关键性的参考评分点，将所述参考评分点进行曲线连接，得到评分函数曲线；

S33、所述序列相似度结合所述评分函数曲线构建评估模型；

S34、基于所述评估模型依次对故障自治运行域的配电网分区进行评分，通过评分结果对故障自治运行域的可行性进行综合评估。

作为优选，所述S34包括如下步骤：

基于所述评分结果得到初选分区评分表并计算评分均值，将分区评分表中评分均值小于设定阈值h的配电网分区进行过滤，得到目标分区。

本发明的有益效果：

1、本发明构建涵盖重要负荷供电率、无缝切换能力、自治域独立供电能力等维度的评估指标体系，并对各评估指标进行权重赋值，作为支撑重要负荷无缝供电划分评估指标体系，使得评估模型更具可靠性，对电网调度运行提供重要的指导作用；

2、对配电网进行预划分并完成各区块数据采集，构建涵盖源荷电力平衡约束、节点电压和支路电流约束、分布式电源出力约束以及供电率约束的约束条件，可以保证电力系统的安全稳定运行、提高电力系统的供电可靠性以及优化配电网的划分方案；

3、对配电网区块划分模型采用基于时间弯曲距离度量的评估方法，结合量化评分函数曲线构建完整的评分函数，对故障下的自治运行域的可行性进行综合评估及排序，实现了对配电网运行态势的全面准确掌控，可更加快速的判断电网安全状态。

附图说明

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述,本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。

图1为本发明一种配电网自治运行划分预案的综合评估方法的流程图。

图2为本发明IEEE33节点结构图。

图3为本发明配电网区块划分结果图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案以及优点更加清楚明白，下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明，应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅是本发明的一种最佳实施例，仅用以解释本发明，并不限定本发明的保护范围，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例：如图1所示，一种配电网自治运行划分预案的综合评估方法，包括以下步骤：S1、基于影响因素构建配电网的评估指标体系，基于评估指标体系对应的影响因素指标建立样本标度序列。

具体地，S1包括以下子步骤：

S11、基于影响因素指标构建配电网的评估指标体系；

S12、根据评估指标体系中各影响因素指标建立样本标度序列A

具体地，如图2所示，以改进的33节点辐射型配电网作为划分对象，该配电网由33个节点构成，其中节点13、15安装了光伏，节点9、20、27安装了风机，节点7、30安装了储能装置，重要负荷所在节点为节点6、7、13、31；假设配电网在线路2-3处发生断路故障，需要利用本实施例公开的配电网划分方法对该配电网故障区域进行评估划分。

进一步地，影响因素指标包括重要负荷供电率指标ILPSR、无缝切换能力指标SSC和自治域独立供电能力指标IPSC。

具体地，重要负荷供电率指标ILPSR计算公式如下：

具体地，无缝切换能力指标SSC计算公式如下：

具体地，自治域独立供电能力指标IPSC计算公式如下：

式中，n为集群内的节点数，k为集群内储能电站数目，P

进一步地，样本标度序列包括参考数据样本序列和待评估数据样本序列。

S2、对配电网进行预划分得到配电网分区，基于样本标度序列构建配电网分区的约束条件。

具体地，步骤S2包括以下子步骤：

S21、以配电网每条支路第一侧集群节点序号对所述每条支路进行编号，采用枚举算法获取所有预划分方案，分析所述预划分方案并筛选出所有适配方案，对非适配方案进行剔除；

S22、根据所述适配方案建立配电网的邻接矩阵，设置由不同集群划分方案得到的邻接矩阵的集群间线路所对应元素特征值，基于所述元素特征值对所述邻接矩阵进行切割得到配电网分区；

S23、通过分支界限算法对所述配电网分区的影响因素指标的计算参数进行数据采集，基于采集的数据，计算得到所述配电网分区相对应的所述参考数据样本序列和所述待评估数据样本序列；

S24、根据所述参考数据样本序列和所述待评估数据样本序列构建配电网划分的约束条件。

具体地，S21包括如下步骤：

将划分方案中存在单一节点和/或分区内不含分布式出力节点的方案作为非适配方案；

将划分方案中的非适配方案进行剔除得到适配方案。

可以理解的是，以每条支路左侧节点序号为基准，对每条支路进行编号，采用枚举的方法获得所有可能的划分方案，剔除仅含单一节点的划分方案和分区内不含分布式出力的划分方案；建立配电网的邻接矩阵，不同的集群划分方案令邻接矩阵中集群间线路所对应元素为“0”，代表切割这一条线路。

具体地，S23包括以下子步骤：

S231、队列初始时为空，设置用于存储配电网分区集群中计算各影响指标所需参数的节点队列；所述节点队列包括队列头和队列尾，并设置队列头编号等于队列尾编号；

S232、在所述配电网分区集群中选取源节点并向所述队列头加入该节点作为第一个节点，所述队列头编号加1，同时标记此节点将此节点录入已访问节点数据库中；

S233、通过比较所述队列头与所述队列尾的编号大小，若所述队列头与所述队列尾的编号相等，则完成了对所述配电网分区各指标参数的采集；若所述队列不为空，则继续下一步骤；S234、选取所述队列尾节点，判断集群节点与所述队列尾节点的连接关系；若所述集群节点与所述队列尾节点直接相连，则判断所述集群节点的访问状态；当所述集群节点均已访问过，则转至步骤S237；若所述集群节点存在没有被访问过的节点，则继续下一步骤；

S235、将所述未被访问过的集群节点加入所述节点队列，并标记此所述集群节点为已访问，同时保存网络拓扑的搜索结果；

S236、轮次执行S234和S235，依次判断下一集群节点与所述队列尾节点的连接关系；

S237、将所述队尾节点退出队列，转至所述S232步骤。

具体地，约束条件包括：源荷电力平衡约束、节点电压和支路电流约束、分布式电源出力约束以及供电率约束。

源荷电力平衡约束：分区内部的DG出力总容量大于分区内部的负荷节点有功消耗与网络损耗之和。如果分区内的DG有功出力满足不了岛内负荷的需求容量，将会造成电网频率下降，设备受损进而不利于电网运行，若频率下降严重甚至引起电网崩溃。

源荷电力平衡约束公式如下：

式中：P

节点电压和支路电流约束：电压过高或过低都会造成供电不稳定，因此电压波动范围规定为5％；故障解列后的网络电流不超过额定电流，否则可能会引起保护动作使电力再次不平衡。

式中：V

分布式电源出力约束：

式中：P

集群供电可靠性约束：为了在发生故障，分区与大电网断开运行时，使各个分区可以保障关键负载的电力供应，有分区供电可靠性约束如下：

g

式中，g

可以理解的是，在获取到分区内各指标计算公式所需数据后，形成参考数据样本序列和待评估数据样本序列，参考样本选取如表1所示。本申请考虑到重要负荷供电率、无缝切换能力、自治域独立供电能力等影响因素对故障状态下配网无缝运行的影响大小不同，认为对各权重进行主观赋值，分别取其权重值为0.5、0.3、0.2，并利用主观权重求得加权后的标准样本距离序列、参考样本距离序列、以及待评估样本距离序列。

表1重要负荷无缝供电参考样本

S3、根据约束条件以及评分函数曲线构建评估模型，根据评估模型对故障自治运行域的可行性进行综合评估。

具体地，步骤S3包括以下子步骤：

S31、计算所述参考数据样本序列和所述待评估数据样本序列中相对应元素的欧式距离ɑ

所述欧式距离ɑ

式中，k和h表示参考数据样本序列和所述待评估数据样本序列，i和j表示所述参考数据样本序列和所述待评估数据样本序列分别相对应的样本元素个数。

距离矩阵计算公式如下：

最小弯曲距离计算公式如下：

式中，D(i,j)表示从(1,1)到(i,j)的最小弯曲距离，D(m,n)表示样本相似度；

S32、对所述样本相似度进行预评分，划分出无缝切换划分关键节点的位置，得到量化评分函数上关键性的参考评分点，将所述参考评分点进行曲线连接，得到评分函数曲线；

S33、所述序列相似度结合所述评分函数曲线构建评估模型；

S34、基于所述评估模型依次对故障自治运行域的配电网分区进行评分，通过评分结果对故障自治运行域进行综合评估。

具体地，S34包括如下步骤：

基于所述评分结果得到初选分区评分表并计算评分均值，将分区评分表中评分均值小于设定阈值h的配电网分区进行过滤，得到目标分区。

取参考样本为A＝[1,1,1]，参考样本的最小弯曲距离如下表2，同理可得每一划分方案各分区内的最小弯曲距离。

如表2所示为参考样本的最小弯曲距离。

表2最小弯曲距离

根据样本相似度度量重要负荷无缝供电的划分方案的优劣，样本相似度越小，划分越合理。

作为本实施例的一种具体实例为：根据4组参考样本的最小弯曲距离进行预评分，参考样本I、II、III、IV的预评分分别是90，80，60，40，在重要负荷无缝供电量化评分函数曲线上，取个点(0.0588,90)，(0.2059,80)，(0.2941,60)，(0.4412,40)，进而构建完整的评分函数，函数中S表示评分，x表示最小弯曲距离，形成评分函数表达式如下：

根据评估模型计算出每一划分方案各个分区的重要负荷无缝供电划分评分，利用上述方法所得的最优集群划分结果如图3所示；由图3可知，在线路2发生断路故障时，配电网按本专利上述方法被划分为4个分区，各个分区内分布式电源分布均匀，且容量能满足重要负荷的无缝供电要求，分区1-4的各分区评分分别为47.14分，72.85分，69.34分，81.01分，综合评分为67.585分。评分函数的运用使得重支撑要负荷无缝供电能力的表达更加直观、清晰。

以上内容，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以权利要求的保护范围为准。