含微网的配电网故障恢复算法研究(完整)

1、毕业论文(设计) 题目名称： 含微网的配电网故障恢复算法研究 题目类型： 专业班级： 电气11003班 指导教师： 邹必昌副教授 辅导教师： 邹必昌副教授 时 间： 2014.3.3 至 2014.5.30 目录长江大学毕业设计(论文)任务书II含微网的配电网故障恢复算法研究开题报告III长江大学毕业论文(设计)指导教师评审意见XI长江大学毕业论文(设计)评阅教师评语XI长江大学毕业论文(设计)答辩记录及成绩评定XI【摘要】XI AbstractXII1 绪论11.1引言11.2 课题研究背景和意义11.2.1 研究背景11.2.2 研究意义21.3 配电网故障恢复重构及研究现状21.3.1

2、配电系统概述21.3.2配电网的故障处理31.3.3故障恢复的要求和特点31.3.4 故障恢复的一般过程41.3.5配电网故障恢复国内外研究现状61.4 微网及含有微网的配电网故障恢复重构的研究现状81.4.1 微网的研究现状81.4.2 含有微网的配电网故障恢复重构现状121.5 本文的工作132 含微网的配电网故障恢复重构的数学模型142.1 微网接入对配电网故障恢复重构的影响142.2含微网的配电网故障恢复重构的恢复方案152.3 目标函数和约束条件192.3.1 目标函数192.3.2 约束函数202.4 微网恢复方案的数学模型212.5 本章小结223 基于遗传算法的含有微网的配电网

3、故障恢复重构233.1 引言233.2 基本遗传算法基本概念243.3 基本遗传算法的原理243.3.1 编码253.3.2 遗传操作263.3.3 适应度函数283.3.4 控制参数选择293.3.5 约束条件的处理方法303.4 基于遗传算法的微网恢复方案303.4.1 染色体编码303.4.2 生成初始种群31 3.4.3 适应度函数的构造313.4.4 选择、交叉、变异和保留323.4.5 染色体解码323.4.6 计算程序流程323.5 本章小结334 算例分析344.1 算例简介344.2 微网恢复方案算例仿真结果355 总结37参考文献37致谢39 长江大学毕业设计(论文)任务书

4、学院（系） 电子信息 专业 电气 班级 11003 班学生姓名 教师/职称 邹必昌/副教授 1.毕业设计(论文)题目：含微网的配电网故障恢复算法研究2.毕业设计（论文）起止时间2014年3月10日2014年5月30日3毕业设计(论文)所需资料及原始数据（指导教师选定部分）1 鲁宗相,王彩霞,阂勇,等.微电网研究综述.电力系统自动化,2007,31(19):100一1062 张钊，配电网故障定位的通用矩阵算法J。电力自动化设备,2005,25（5）:40-43.3 郑漳华,艾杆.微电网的研究现状及在我国的应用前景.电网技术,2008,4 刘国栋，含有微网的配电网络故障恢复重构构究，<硕士学

5、位论文>，华中科技大学，2009年5 花宁，含分布式电源的配电网重构研究，<硕士学位论文>，南昌大学，2012年4毕业设计(论文)应完成的主要内容 （1）课题研究的目的和意义 （2）微网及含有微网的配电网故障恢复重构的研究现状 （3）含有微网的配电网络故障恢复重构遗传算法 （4）编写必要的程序5毕业设计(论文)的目标及具体要求（1）查阅资料，翻译相关英文资料（3000字）（2）完成设计说明一份，内容包括： a: 课题研究的目的和意义 b: 微网及含有微网的配电网故障恢复重构的研究现状 c: 遗传算法在含微网的配电网故障恢复中的应用 d: 算例分析6、完成毕业设计(论文)所需的

6、条件及上机时数要求 所需条件：计算机（可连接网络） 上机时数：150机时任务书批准日期 2014 年 2 月 20 日 教研室(系)主任(签字) 任务书下达日期 2014 年 2 月 27 日 指导教师(签字) 完成任务日期 2014 年 5 月 30 日 学生（签名） 长江大学毕业设计开题报告 题 目 名 称 含微网的配电网故障恢复算法研究 院 （系） 指 导 教 师 邹必昌副教授 辅 导 教 师 邹必昌副教授 开题报告日期 2014年3月15日 含微网的配电网故障恢复算法研究一、题目来源教师的科研项目2、 研究目的和意义 配电网络位于电力系统的末端，直接为用户提供电能，其安全性、经济性和可

7、靠性直接影响着电力系统的整体效益以及国家的国计民生。过去我们国家电力发展严重滞后，尤其是电源和输电网的发展形势严峻，因此长期存在“重发轻供不管用”的问题。随着我国“节能减排”号召的提出，以及供电公司对降低配网损耗和用户对提高供电电能质量、供电连续性和可靠性的迫切要求，1998 年国家电网公司开始将工作重点转到配电网建设和改造上来，投入大量人力物力先后进行了城网改造和农网改造，有力地促进了配电网络配套硬件设施的完善，配电系统自动化水平已取得了长足的进步。但是，目前大多数的配网自动化系统依然停留在 SCADA（Supervisory ControlAndData Acquisition, 监测控制

8、与数据获取）水平，虽然耗费了大量的资金安装了 FTU（Feeder Terminal Unit，馈线终端单元并建设了由 FTU 到配网控制中心的通信网络，但这些宝贵的实时数据绝大多数情况下仅仅是在监控屏幕上显示出来而已，并没有较好的为电力系统的运行服务。 微网通过将各种高效率、低污染的小型绿色环保分布式发电装置与负荷有机结 合，有效地克服了分布式发电装置直接接入电网对电网造成的不利影响，对于当前能源危机和环境危机问题提出了从根本上解决的途径。因此，含有微网的配电网络故障恢复重构将是未来的配电网络运行中必须需要解决的问题。近年来配电网络自动化程度的不断提高、信息采集和传输设备的不断完善和数据处理

9、实时性的提高等为配电网络优化重构和故障恢复重构提供了必要的基础；另一方面，配电网络故障恢复重构不仅具有明显的经济效益，而且具有重要的社会效益，是当前电力系统领域的一个热门研究方向。作为保障配电网络安全性和可靠性的重要手段，对配电网络故障恢复重构进行深入的研究是十分必要的。三、阅读的主要参考文献及资料名称6 鲁宗相,王彩霞,阂勇,等.微电网研究综述.电力系统自动化,2007,31(19):100一106.7 张钊，配电网故障定位的通用矩阵算法J。电力自动化设备,2005,25（5）:40-43.8 郑漳华,艾杆.微电网的研究现状及在我国的应用前景.电网技术,2008年.9 刘国栋，含有微网的配电

10、网络故障恢复重构构究，<硕士学位论文>，华中科技大学，2009年.10 花宁，含分布式电源的配电网重构研究，<硕士学位论文>，南昌大学，2012年.11 毕鹏翔,刘健,张文元.配电网络重构的改进遗传算法J.电力系统自动化,2002,26(2):57-6112 刘莉,陈学允.基于模糊遗传算法的配电网络重构J.中国电机学报,2000,20(2):66-69.13 徐玉琴,李雪冬,张继刚,等.考虑分布式发屯的配电网规划问题的研究m.屯力系统保护控制.2011,39(1): 87-91,117.14 陈竞成, 徐德超, 于尔铿. 配电网故障恢复系统. 电力系统自动化, 2000

11、, 24(4):46-51.15 杨成峰, 乐秀播. 配电网故障恢复专家系统的一种实现. 电力自动化设备, 2001,21(11): 28-31.16 刘健, 毕鹏翔, 董海鸥. 复杂配电网简化分析与优化. 北京: 中国电力出版社,2002, 1-2.17 黄宗君. 基于最小生成树理论的配电网故障恢复算法. 继电器, 2003, 31(12):9-12.18 吴文传, 张伯明. 基于待恢复树切割的配电网故障恢复实时算法. 电力系统自动化, 2003, 27(12): 50-53.19 盛四清, 梁志瑞, 张文勤等. 基于遗传算法的地区电网停电恢复. 电力系统自动化, 2001, 25(8):

12、53-55.20 李海锋, 张尧, 钱国基等. 配电网故障恢复重构算法研究. 电力系统自动化,2001, 25(8): 34-37.四、国内外现状和发展趋势与研究的主攻方向 配电网络故障恢复重构是一个复杂的多目标、多约束、离散化、非线性混合整数组合优化问题。实际上，配电网络故障恢复重构问题属于 NP 难问题，在数学上还没有完美的解决方法，求解过程中的非线性等式约束、非线性不等式约束、网络拓扑限制、“组合爆炸”问题等，使得问题本身十分复杂。国内外学者进行了大量的研究工作，提出或引进了多种算法，归纳起来有下面 4 类。1、传统优化方法2 启发式算法3、人工智能方法主要包括主要有模糊算法、遗传算法、

13、专家系统法和Petri算法等。4、其他算法1、微网及含有微网的配电网故障恢复重构的研究现状1.1 微网的研究现状 过去几十年中，为了尽快弥补发电量的不足，以大型发电机为主力机组的集中电源和随之而来的超高压远距离大容量输电网络的建设一直是电力企业的主要任务和投资方向，经过多年的不懈努力已初步形成交直流互联的大型复杂电力网络，在一定程度上满足了特定时期内经济发展的需要。但是，伴随电网规模的日益扩大，现有的大容量互联电力系统的弊端日渐端倪，例如运行控制复杂困难，受端电网对外来电力的依赖程度过高导致安全性和可靠性降低，连锁故障引发大面积停电事故的潜在风险增大以及难以适应用户多样化的供电需求等。近年来世

14、界范围内接连发生几次大面积停电事故充分暴露了这些问题。鉴于大型集中电网存在的这些问题，分布式发电（Distributed Generation）引起了人们的广泛关注。分布式发电也称分布式供能或嵌入式发电，是指基于新技术基础上的高效率、低污染的小型绿色环保发电装置，包括太阳能、风能、地热能、海浪能、生物能、小水电等可再生能源发电，也包括小型燃气轮机发电、燃煤循环热电联产、燃料电池等新能源发电技术。分布式发电一般分散布置在用户（负荷）附近，其所有权既可以属于用户又可以属于电网公司。分布式电源具有根据实际的资源分布特征和电力需求进行灵活分散安装的特点，不仅充分利用各种可再生能源，而且延缓了建设新的输

15、电线路和变电站所需的大量投资。其次，分布式发电充分利用多种种类的能源，尤其是风能和太阳能以及生物质能等可再生能源，从很大程度上降低了当前工业发展对化石能源的依赖性，从根本上解决了人类面临的能源危机问题。再次，分布式发电对环境污染小且能源利用效率高，体现了人类的可持续发展战略。最后，分布式发电为大电网提供备用容量，增加了电网的供电可靠性。分布式发电尽管具有许多突出的有点，但其本身存在诸多问题，例如，输出功率的随机性、控制困难等。如果盲目的将其接入电力系统（通常接入配电网），会对电网产生一系列的影响如下：1) 影响配电网络的线损。2) 影响配电网络的调压。3) 影响系统的电能质量。4) 影响系统的

16、稳定性。5) 影响系统的供电可靠性。 为深入发掘和充分利用小型分布式能源的巨大潜力和特殊优点，使其更好的的服务于电网和用户，在本世纪初，国外学者们提出将分布式能源与负荷组合而成微网。微电网的出现不仅有效地弥补了超高压远距离超大容量交直流互联电力系统的缺陷，而且能够充分利用各种可再生能源和新能源发电技术，对于当前能源危机和环境危机问题提出了从根本上解决的途径，建立了电力行业和能源行业未来的可持续发展模式，是电网实现安全、可靠、经济、环保和高效供电方式的极佳选择，在将来一定具有极大的发展潜力。2、含有微网的配电网故障恢复重构的研究现状 目前，虽然有很多研究提出了一系列方法解决配电网络故障恢复重构问

17、题，但只有很少文献在配电网故障恢复重构中考虑了分布式电源和微网的影响。从目前的国内外研究现状来看，虽然有少量文献在处理配电网络故障恢复重构问题时考虑到了分布式发电装置的影响，但分布式发电装置与微网的外特性有很大的不同，因此它们在配电网络故障恢复重构中的模型和作用也有很大的区别，这将直接影响到问题的处理方式和最终结果。故充分发掘微网在配电网络故障恢复重构过程中的作用，具有一定得理论研究价值和现实指导意义。五、主要研究内容、需重点研究的关键问题及解决思路1.主要研究内容 当含有微网的配电网中，当某区域发生故障时，首先对故障位置进行准确定位，及时将分割该区域的开关跳开以便隔离故障，然后对非故障停电区

18、域迅速恢复供电，从而避免因故障而导致线路整体失电。本文主要研究发生故障区域恢复重构的过程，并假设已经将非故障停电区域隔离；接着提出含有微网的配电网故障恢复重构的方案，并说明重构方案应遵循的原则，目标函数和约束条件，最后针对不同的恢复方案提出不同的恢复模型。 遗传算法是受达尔文(C. R. Darwin) 提出的以自然选择为基础的生物进化论学说的启发，通过模拟自然界生物进化和发展的规律来解决特定目标的优化问题。由美国Michigan 大学的 J. H. Holland 教授在 1975 年首次提出。它具有较好的适应性和较强的鲁棒性以及隐含的并行性，并且能够以很大的概率找到全局最优解。本文将遗传算

19、法在配电网故障恢复重构中加以运用，提出算法的流程图。列举算例，对本文提出的恢复策略进行验证。2. 重点研究的关键问题2.1微网恢复方案 配电网络中馈线发生永久性故障后，配网管理系统（DMS）根据 FTU 传输来遥测数据和遥信数据、分段开关的电流和电压数据以及保护信息等实时运行数据，结合配电网络的实时结构和运行工况，利用网络拓扑和故障数据结合一定的故障判别算法来自动地快速识别故障源的位置，并且在配网管理中心监控屏幕的网络拓扑图上标记出故障点，这个过程称之为故障区段判断。故障区段判断完成以后，系统立即根据其结果进行故障隔离，隔离开通过断开故障点两侧的分段开关将故障隔离在一个最小的区域内。此时，对于

20、故障点上游的线路和负荷可以通过重合馈线出口断路器实现供电恢复，而对于故障点下游的非故障停电区域则要通过故障恢复重构操作实现负荷转移和供电恢复。本文假设故障发生后，故障区段判断和故障隔离已经完成，研究针对故障点下游的非故障失电区的负荷转移和供电恢复问题，充分挖掘微网的在配电网故障恢复重构中的潜在优势，提出了一种多区恢复重构策略，即微网恢复方案，馈线恢复方案。2.2 目标函数和约束函数 配电网络故障恢复重构方案需要综合考虑其有效性、快速性、经济性和可靠性。也就是说方案的评价不仅仅要考虑尽可能多的恢复失电区域内的负荷的供电和恢复过程的操作简单易行，而且要考虑故障恢复重构后电网的安全性与运行的经济性。

21、因而，配电网络故障恢复重构是一个考虑多种约束情况下的多目标组合优化问题。其目标函数可从下面几方面考虑： (1) 以提高系统的稳定性和可靠性为目标，使系统可以带更多的负荷，减少甩负荷的可能性； (2) 以故障恢复时间最短，停电范围最小为目标； (3) 使负荷均匀分布，避免设备过载，提高电网的安全性和供电质量； (4) 最小化系统有功功率的损耗；(5) 在某给定时间段上，使系统的能量损耗最小；(6) 考虑微网和馈线输出功率的总费用最小。 2.2.1 目标函数本文目标函数主要从以下三个方面构建：(1) 考虑开关次数最少开关设备的总操作次数有限，为延长开关的使用寿命，操作次数越少越好；此外，配电网中的

22、大部分开关需要操作员手动完成，在拥挤的都市或交通不便的乡村需要花很长时间来完成一次操作。所以在配网重构中都会提出减少开关操作次数，降低开关操作费用的要求；(2) 考虑网损最小；(3) 考虑微网和馈线输出功率的总费用最小。2.2.2 约束条件可行的配电网络故障恢复重构策略一般需要满足潮流约束、容量约束、电压约束以及网络结构约束等一系列的约束条件，归纳起来，主要包括以下五个方面：(1) 潮流方程约束；(2) 支路容量约束；(3) 微网外送功率约束；(4) 节点电压约束；(5) 网络结构约束。3.解决思路3.1基于遗传算法的微网重构的数学模型3.1.1 染色体编码微网恢复方案不需要对联络开关或分段开

23、关进行任何操作，仅仅通过增加停电区域内微网的出力来实现所有停电负荷的供电恢复。因此，可以把除平衡节点以外的微网输出的有功功率和无功功率作为控制变量并进行编码，平衡节点的输出为控制变量的函数，通过潮流计算得到。因此，可以把停电区域内的所有的微网（输出容量最大的微网除外）按自然顺序编号，将它们输出的有功功率和无功功率作为染色体的基因进行编码。根据计算精度要求的不同，每一个基因用一定位数的二进制数来表示。染色体的长度等于所有基因的二进制位数的总和。3.1.2 生成初始种群为了提高初始种群的可行性，初始种群的形成过程中采用了随机赋值与越限检测相结合的方法。采用随机赋值的方法生成一个染色体后，首先进行潮

24、流计算，根据潮流计算的结果检测微网的输出功率是否越限，如果越限则放弃这个染色体；如果不越限则成功生成了一个初始染色体，继续生成下一个染色体，直到达到初始种群的数目为止。3.1.3 适应度函数的构造 本文提出的微网恢复方案的目标函数综合考虑了微网输出功率的费用最小和供电恢复后形成的孤岛电力系统的线损最小： （式3-10）其中 。通过对它们取不同的权值可以改变各个目标的重要性，权值越大，重要性越高。 3.1.4 选择、交叉、变异和保留 本算法选择操作采用轮赌法，交叉操作采用均匀交叉方法。染色体规模、交叉率、变异率和保留优良品种个数根据实际情况而定。3.1.5 染色体解码经过一定代数的迭代后，对适应

25、度函数最高的染色体解码，得到可行方案，供调度人员参考。 最后经过实际的算例验证文章中提出的故障恢复算法。六、所需的条件及上机时数要求所需条件：计算机（可连接网络）上机时数：150机时。七、工作阶段、进度与时间安排第一周（2月23日前）：与指导老师见面完成选题工作。第四周（3月14日前）：文献调研初步工作，完成开题任务，交开题报告书。第九周（4月10日前）：文献调研，仔细研读，跟指导教师密切联系。第十三周（5月10日前）：完成课题研究，写出论文初稿，交指导教师审阅。第十四周（5月15日前）：指导教师返还修改论文，学生完成论文二稿。第十五周（5月底前）：指导教师进一步指导存在问题的论文。第十六周（

26、5月28日前）：论文定稿、打印、装订，论文的最终版本交指导教师；制作PPT文稿，准备答辩。第十六周（5月28日前）：指导教师（交叉）评审论文。第十七周（6月3日）：学生毕业论文答辩。8. 指导教师审查意见长江大学毕业论文(设计)指导教师评审意见学生姓名郭寒专业班级电气11003班毕业论文(设计)题目含微网的配电网故障恢复算法研究指导教师邹必昌职 称副教授评审日期评审参考内容：毕业论文(设计)的研究内容、研究方法及研究结果，难度及工作量，质量和水平，存在的主要问题与不足。学生的学习态度和组织纪律，学生掌握基础和专业知识的情况，解决实际问题的能力，毕业论文(设计)是否完成规定任务，达到了学士学位论

27、文的水平，是否同意参加答辩。评审意见： 指导教师签名： 评定成绩（百分制）：_分（注：此页不够，请转反面） 长江大学毕业论文(设计)评阅教师评语学生姓名郭寒专业班级电气11003班毕业论文(设计)题目含微网的配电网故障恢复算法研究评阅教师职 称评阅日期评阅参考内容：毕业论文(设计)的研究内容、研究方法及研究结果，难度及工作量，质量和水平，存在的主要问题与不足。学生掌握基础和专业知识的情况，解决实际问题的能力，毕业论文(设计)是否完成规定任务，达到了学士学位论文的水平，是否同意参加答辩。评语：评阅教师签名： 评定成绩（百分制）：_分（注：此页不够，请转反面）长江大学毕业论文(设计)答辩记录及成绩

28、评定学生姓名郭寒专业班级电气11003班毕业论文(设计)题目含微网的配电网故障恢复算法研究答辩时间 年 月 日 时答辩地点一、答辩小组组成答辩小组组长：成 员：二、答辩记录摘要答辩小组提问（分条摘要列举）学生回答情况评判三、答辩小组对学生答辩成绩的评定（百分制）：_分 毕业论文(设计)最终成绩评定(依据指导教师评分、评阅教师评分、答辩小组评分和学校关于毕业论文(设计)评分的相关规定)等级(五级制)：_答辩小组组长(签名) ： 秘书(签名)： 年 月 日院(系)答辩委员会主任(签名)： 院(系)(盖章) 含微网的配电网故障恢复算法研究 学生：郭寒， 电子信息学院指导老师：邹必昌，电子信息学院【中

29、文摘要】配电网故障恢复是一个多目标、多阶段、多约束的非线性优化问题。为在满足恢复后配电网连通性、辐射状、馈线不过载等条件下，实现开关操作次数最少、网损最小等目标，提供优选的供电恢复方案。微网通过将各种效率高、污染低的小型绿色环保分布式发电装置与负荷有机结合，有效地克服了分布式发电装置直接接入电网对电网造成的不利影响，对于当前能源危机和环境危机问题提出了从根本上解决的途径。因此，含微网的配电网故障恢复重构将是未来的配电网运行中必须解决的问题。本文首先介绍了配电网络的特点和故障恢复重构的研究意义，总结了目前国内外对于配电网络故障恢复重构的研究现状，并分析了微网的接入对配电网故障恢复重构的影响，基于

30、故障恢复方案的有效性、快速性、经济性和可靠性，提出了一种含有微网的配电网络故障多区恢复方案，即微网恢复方案、馈线恢复方案并针对各区恢复方案所要解决的问题的条件和方法、恢复的手段以及恢复后的结果的不同，建立不同潮流计算模型、目标函数和约束条件。最后，将遗传算法应用于解决微网恢复的最优潮流问题和馈线重构问题。通过算例，验证了本文中提出的微网恢复方案的可行性以及遗传算法用于解决微网恢复的最优潮流问题和馈线恢复问题的有效性。【关键字】：微网、配电网、故障恢复、遗传算法Algorithm With Micro-grid Distribution Network RestorationStudent: G

31、uo Han, Electronics & Information CollegeAcher: Zou Bichang, Electronics & Information CollegeEnglish Abstract Distribution system restoration after faults is a nonlinear optimization problem with multi objective, multi-stage, multi-constraint. The ultimate solution is a serial of switching

32、operations to give a superior scheme of service restoration with least times of switching operations and least network loss in the constraint conditions of network connected, network radiation and feeder none-overtaxing.Micro-grid which effectively overcomes the disadvantages of direct connection of

33、 distributed generations and distribution network, is proposed as a radical solution to the current energy shortage and environment pollution by organic combination of local loads and distributed generations. Therefore, restoration of distribution network with micro-grid is necessary to operation of

34、 the future distribution network. Firstly, features of distribution network and research significance of its restoration are briefly introduced. Then, the effects of micro-grid access on distribution network restoration are systematically analysed and a three-level restoration strategy is proposed b

35、ased on exploring the advantages of micro-grid and the validity, rapidity, economy and reliability of restoration. Considering the variance of conditions, methods and results of these two strategies, different power flow models, objective functions and constraints are constructed separately. In addi

36、tion, a genetic algorithm was introduced in the optimal power flow (OPF) of micro-grid restoration and optimization of the second level strategy. The analysis of the service restoration problem of a distribution system with three feeders and eighteen nodes containing four micro-girds after occurrenc

37、e of single fault is given in the paper and feasibility of the micro-grid restoration, validity of the new multi-objective optimizing model and practicality of applying genetic algorithm in the optimal power flow (OPF) of micro-grid restoration and optimization of the second level strategy are verif

38、ied.Keywords：Micro-grid, Distribution Network, Restoration, Genetic AlgorithmXV参考文献含微网的配电网故障恢复算法研究1 绪论1.1引言在我国，电力工业长期来采用集中纵向供电的生产模式。许多经济相对落后、区域负荷小且较分散的偏远地区,要建立稳定且具有一定规模的集中式供配电网络，因受到地理条件的限制,需要耗费大量的资金和时间。若不能及时解决能源供应问题,会制约居民生活质量的改善和经济的发展。另外,近几年,我国电力负荷急剧增加造成了电力供应紧张,为此很多储煤不足的发电厂不得不避峰停产,甚至拉闸限电,造成了严重的经济损失。

39、而且,传统的发电方式造成了很大的环境压力,如环境污染、全球变暖、酸雨和土地资源紧缺等问题,严重影响了居民的生活质量以及社会的可持续发展。为了解决上述问题,充分的考虑生态环境和用户对电能更多更高的要求,寻求一种新的供电模式迫在眉睫。微网作为一种微网作为一种安全、可靠、经济、环保和高效的供电方式在而今逐渐出现在人们的视野中。微电网从系统观点看问题，将发电机、负荷、储能装置及控制装置等结合，形成一个单一可控的单元，微电网中的电源多为微电源，亦即含有电力电子界面的小型机组，包括微型燃气轮机、燃料电池、光伏电池以及超级电容、飞轮、蓄电池等储能装置。微电网不仅解决了分布式电源的大规模接入问题，充分发挥了分

40、布式电源的各项优势，还为用户带来了其他多方面的效益。目前，虽然有很多研究提出了一系列方法解决配电网络故障恢复重构问题，但只有很少文献在配电网故障恢复重构中考虑了分布式电源和微网的影响，因此研究微电网在配电网故障恢复重构和算法方面，具有积极的意义。1.2 课题研究背景和意义1.2.1 研究背景 本篇论文题目来源于社会生产实际，对于目前国内的配电网重构以及故障恢复有一定的实际意义。随着社会经济发展和人民生活水平的不断提高,人们对供电可靠性的要求越来越高。随着电力需求的日益增长，目前存在的主要问题有：城市电网建设滞后、电网容量不足、结构不合理、难以满足迅猛增长的生活用电的需要、居民生活用电受到限制、

41、用电连续性和可靠性得不到保证。加强配电网络的建设及改造，是解决电网瓶颈问题和开拓电力市场、促进用电消费、拉动国民经济增长的一项重要措施。与此同时，随着社会主义市场经济的不断完善和发展，电力市场化己为时不远。电力市场出现后，竞争必将随之而来，提供优质、廉价的电能成了供电部门提高服务水平和竞争力的重要因素。 同时，由于电力负荷的结构也发生了变化，中小用户包括居民用电比例逐年上升，经过公共配电网传输的负荷也相应增加，增大了配电系统的网络损耗。由于配电系统电压等级低，本身损耗较大，配电系统网络损耗越来越成为电力工作者不可忽视的问题。西方主要工业国家的线损率大致在5%-7%，我国为8%左右，与发达国家相

42、比尚有差距，其中城市配电网线损率高是很大的因素。因此，降低这一损耗成了供电部门降低成本，提高经济效益的一项重要任务，具有十分重要的意义。与此同时，城市配电网络也有了很大的发展，线路越来越长，节点越来越多，结构越来越复杂，因而发生故障的几率也相应增大。当配电网发生故障时，在切除了故障运行设备后，应尽快地恢复用户的供电，尽可能减少停电面积，这样可以大大减少由于停电所造成的对社会的影响和经济上的损失，同时也应尽可能减少故障后供电的损耗。配电网络重构就是解决上述两个问题的有效而根本的手段。1.2.2 研究意义 配电网络重构(DSR: Distribution Network Reconfigurati

43、on),又称为配电网络重组。通过网络重构可以保证配电网为辖射运行且满足馈线热恪、电压降落和变压器容量等前提下,达到降低线损、均衡负荷、改善供电电压质量等目的。配电网络重构主要是通过改变系统中的开关状态来改变网络拓扑结构,使得各馈线或者变电站之间的负荷进行转移,从而影响网络的潮流分布,得到一个最佳的运行方式。配电网络重构是配电网优化运行的重要手段之一,可用于提高配电网运行的经济性和安全性。配电网络重构对降低网络损耗、提高供电质量以及排除故障等方面都有重要作用,表现在如下几个方面: (1)降低线损,提高系统经济性 35110kV的配电网线损是地区线损的重要组成部分,在我国比例高达60%,因此降低配

44、电网的线损率,对提高系统的经济性有重要的意义。而配电网络重构可以有效的优化配电系统运行,降低配电网损。 (2)均衡负荷,消除过载,提高供电电压质量 由于配电网端的负荷多样复杂,且不同类型负荷的日负荷曲线不同,因此负荷峰值在变压器和馈线上出现的时间不一。通过配电网络重构,网络结构发生变化,可以有效地转移负荷,调节运行馈线的负荷水平,消除过载。同时由于网络潮流分布变化,电压质量得到改善,系统的损耗也大大降低。 (3)提高供电可靠性 配电网发生故障时,可以通过网络重构改变开关状态,断开故障线路,闭合相应的联络开关进行负荷转移,从而达到快速隔离故障和恢复供电的目的。1.3 配电网故障恢复重构及研究现状

45、1.3.1 配电系统概述 发电厂发出的电能一般通过升压变电站提升电压后，经由超高压输电网来输送，升压的目的是为了减少输电损耗。当电能输送到靠近负荷中心如城市的郊区后，再经降压变电站(通常为高压变电站)降低电压，经由高压输电网向高压配电变电站输送电力。经高压配电变电站进一步降压后，再经由高压配电网络输送到中压配电变电站，经中压配电变电站更进一步降压后，再经由中压配电网络输送到低压配电变压器，最终经由低压配电线路向终端用户供电。在我国，配电系统可划分为高压配电系统、中压配电系统和低压配电系统三部分。高压配电系统与输电系统直接相连，接收输电系统输送的电能，向负荷中心直接放射供电或经降压配电。高压配电

46、系统的电压等级通常选为 35kV、66kV 或110kV，有些大型城市将 220kV 也作为高压配电系统电压等级，以适应城市用电规模的增长。高压配电系统的电源一般来自不同的 220 kV 或 500kV 中心变电站(或枢纽变电站)。中压配电系统是指从 110kV/10kV 或 35kV/10kV 降压变电站的 10kV 母线出发经中压配电线路到低压配电变压器的那一部分网络系统。中压配电系统的电压等级一般选为 10kV (6.3kV)或 20kV。通常将降压变电站的每一回 10kV 出线称为一条馈线。低压配电系统是指从 10(6.3)kV/0.4kV 低压配电变压器到用户端的那一部分网络系统。一

47、般将低压配电系统的电压等级选为 0.4kV，或称为 380/220V，即线电压 380V，相电压 220V。由于配电系统作为电力系统的最后一个环节直接面向终端用户，它的完善与否直接关系着广大用户的用电可靠性和用电质量，因而在电力系统中具有重要的地位。1.3.2配电网的故障处理 在配电网发生故障后，对故障进行及时有效的处理，可以减少用户停电时间，缩小停电面积，提高供电可靠性。配电网中的故障一般可分为两类：瞬时性故障和永久性故障，因此故障处理就需要区分瞬时性故障和永久性故障。对于瞬时故障，通过变电站出口断路器的一次重合闸予以消除。而对于永久性故障，重合闸失败，必须进行配网故障处理。电缆线路发生瞬时

48、故障的可能性比较小，一旦发生故障往往就是需要进行处理的永久性故障。 在配电网中，当某区域发生故障时，首先对故障位置进行准确定位，及时将分割该区域的开关跳开以便隔离故障，然后对非故障停电区域迅速恢复供电，从而避免因故障而导致线路整体失电。配电网的故障处理应尽量实现以下三个目标： (1)母线出线开关不跳或少跳。母线出线开关跳闸，将影响出线的全部供电区域，停电面积大。 (2)尽量使靠近电源侧的开关少动作。靠近电源侧越近的开关，其跳闸引起的停电范围越大。 (3)短路电流没有流过的开关尽量不动作。主干线故障时，支路分段开关和下游分段开关没有短路电流流过时，不应让其动作。开关动作，将影响开关的使用寿命。

49、以前，我国配电网网架普遍比较薄弱，缺乏整体规划，配电设备普遍陈旧，大多不可遥控，运行监控设备少，信息搜集量少，导致故障处理自动化水平低。配电网普遍都是单电源，而且线路分段少，导致停电面积扩大，故障定位和隔离速度慢，供电恢复时间长。在城乡电网建设与改造的过程中，FTU(Feeder Terminal Unit)等现场监控终端大量应用于配电网中，配电网 SCADA(Supervisory Control And Data Acquisition)系统逐渐得到完善，为实现配电网故障的快速、准确定位，迅速隔离故障并恢复非故障区供电提供了条件。1.3.3故障恢复的要求和特点 配电网故障恢复的主要任务是帮

50、助调度员对恢复供电过程进行决策，其目标是在允许的操作条件和电气约束下，通过网络重构尽可能多地将停电区域的负荷转供到正常的馈线上。实际情况下，配网调度员应快速的恢复供电，同时，考虑到开关操作寿命和有限的人力资源，要求开关的操作次数越少越好。恢复策略所需要满足的基本要求可总结如下： (1)恢复策略必须是实时的。因为必须在尽可能短的时间内恢复对停电区域的供电，以减少用户的不满意程度，提高供电可靠性。 (2)恢复策略应尽可能多地恢复停电的负荷。同时，不同等级的负荷分别考虑，重要的负荷应优先恢复供电。 (3)开关的操作次数应尽可能少。其主要原因是开关设备的总操作次数有限，为延长开关的使用寿命，操作次数越

51、少越好。此外，配网中的大部分开关需要操作员手工完成，在拥挤的都市或交通不便的乡村都需要花很长时间来完成一次操作，所以，也要求操作次数尽量少。 (4)恢复网络的结构变动应尽量少。换言之，应尽量操作离停电区域近的开关。 配电系统在拓扑结构、支路参数、运行状态、节点和支路数目、负荷和电源以及各种配电装置的分布、系统信息等几个方面，都具有不同于高压输电系统的典型特征。 高压输电网络一般采用多环路的环网式结构。而配电网络多采用辐射型、环式或网格式等结构方式，正常情况下多为辐射状运行。其中辐射型结构方式(又称放射状或树状)结构简单，保护装置的整定也比较简单，但该结构属单电源供电方式，可靠性较低。环式或网格

52、式等属于有备用电源的供电方式，正常运行时以开环方式运行，联络开关一般处于断开状态，联络开关的两侧都相当于一条馈线的末端，当某侧停电时，联络开关可自动将环闭合，由另一侧反送电，具有较高的供电可靠性，在城市配电系统中得到了广泛的应用。 中压配电网的恢复是在配电网发生故障后，通过改变柱上开关的开闭状态，使失电区域恢复供电；高压配电网的恢复是指线路、变压器、母线等发生故障后，使得变电站所带的负荷通过其它线路转移给其它变电站或者其它变压器。它们的目标都是为了使失电区域能够恢复供电。它们相比也有着不同的特点： (1)它们涉及到的网络的具体接线方式不同。高压配电网有着同输电网相同的接线方式，而中压配电网则仅

53、仅是馈线的方式。 (2)高压配电网的负荷点都由变电站母线带着，比较集中，而且数目少，故障后，只是失去几个负荷点的负荷。而中压配电网的负荷点则是沿着馈线分布，比较分散，且数目较多，一旦故障，失去的往往是成片的负荷。 (3)高压配电网的运行方式比较确定，发生故障以后的可选择的供电恢复路径也比较少，而且比较确定；而中压配电网的接线方式从最简单的辐射式到最复杂的网格状的接线方式都有，其开关的变动大，运行方式复杂，发生故障后，其可选择的供电恢复路径多，而且不确定。 (4)高压配电网的故障恢复往往都是失电的负荷点到电源点的路径的搜索；而中压配电网的故障恢复则不但要搜索供电的路径，更要在这些供电路径之间合理

54、地分配负荷，使得电网在故障后，安全、可靠、经济地运行。 从以上的分析可知：中压配电网的故障恢复比高压配电网的供电恢复问题更加复杂，必须针对配电网本身的特点，采用合理的方法进行处理。1.3.4 故障恢复的一般过程 配电网大多是辐射状，其中包含大量的分段开关和少量的联络开关，具有闭环结构、开环运行的特点，因此研究配电网恢复就是针对这种结构和运行方式的配电网进行的。图1.1 为一典型的配电网的馈线部分结构图(母线及母线间的连接关系未表示出)，图中主要由 3 条变电站出线即馈线组成，在正常运行时，开关 ts1-ts2 处于断开状态，作为联络开关；其它开关 s1-s9 处于闭合状态，作为分段开关。这些联络开关将几条馈线隔开，实现配电网的闭环结构开环运行的方式。 图1