基于遺傳算法的配電網故障定位和隔離

趙彩霞

【摘 要】配電網發生故障后，尤其是隨著微網滲透率的不斷增大，為快速準確實現配電網故障恢復，提出了啟發式算法與遺傳算法相結合的配電網故障恢復算法。首先，利用啟發式算法生成故障恢復的候選方案集；然后，考慮故障恢復的目標和約束條件，采用遺傳算法對變量進行編碼、交叉、變異尋求最優解，得出最優恢復方案。算例結果驗證了該方法的有效性。

【關鍵詞】配電網；故障恢復；微網；啟發式；遺傳算法

1配電網故障恢復原則

所謂配電網故障恢復，就是在配電網發生故障后，在確保系統安全運行的條件下，通過負荷轉移和網絡重構，將故障區域下游的非故障斷電負荷快速恢復供電。

配電網的故障恢復一般步驟分為：故障定位、故障隔離、負荷轉移和供電恢復以及優化結構。本文所研究的配電網故障恢復是在假設配電網發生故障后，故障的定位和故障的隔離已經完成的基礎上進行的，所以只考慮負荷轉移和恢復供電。

故障恢復重構需要遵循的原則大體包括：

1）有效性：能夠恢復對盡可能多的失電負荷的供電，且給出的恢復方案具有簡單可行性。

2）快速性：能快速得出供電恢復方案，縮短供電恢復的時間。

3）可靠性：供電恢復方案的實施，不會造成系統安全越限。

4）經濟性：在保證上述三個原則的基礎上，以開關操作次數最小，網絡損耗最小等為目標優化選擇最佳重構方案。

由此，我們可以看出配電網故障恢復屬于一個多目標、多約束、非線性的組合優化問題。

2含微網的配電網故障恢復優化模型

在配電網大面積斷電的緊急狀態下，運行人員主要關心的是快速將盡量多的斷電負荷恢復供電，而經濟運行并不重要，因此在供電恢復中，本文考慮供電恢復的目標函數為甩負荷最少（或恢復最多負荷）和系統網絡損耗最小。

3算法實現

3.1 優化算法的選擇

上文中提到配電網故障恢復問題是典型的多目標多約束優化問題。國內外很多研究學者對此作了大量的研究，從研究的類別來看，配網故障恢復策略大致可以分為三種：數學優化方法，啟發式搜索方法，以及人工智能方法。目前用來求解該問題的算法尤以啟發式算法和人工智能算法為主。啟發式算法求解速度很快，但往往不能收斂到全局最優解；現代智能算法全局尋優能力較強，但在處理多目標優化問題時因常需要利用權系數將多目標問題轉換成單目標，使得最優解較大地受到權系數的影響；同時，所得到的最優解只是各目標協調利益關系，在達成妥協、誤解的基礎上進行決策，不能提供充分的信息供調度員參考[2、3]。

現在混合算法正成為解決配電網故障恢復問題的發展趨勢。因此，本文將采用啟發式算法與遺傳算法相結合的辦法進行優化，既提高了故障恢復的速度，又能找到最優解。

3.2 故障恢復的步驟

本文算法分為2個階段：

1）采用啟發式規則生成初始可行方案，并在此基礎上生成候選方案集；

步驟如下：

①統計全部失電區域，計算失電區域總負荷，判斷失電區域內是否有微網；

②計算微網可以外送的功率以及各饋線的負荷裕量，搜索相應的聯絡開關和分段開關；

③如果微網可以滿足失電負荷的供電需求，則不考慮切換聯絡開關和分段開關，直接通過微網恢復供電，否則將剩余負荷轉移到相鄰饋線上；

④若仍不能恢復全部失電負荷，則考慮切除部分負荷，重新回到步驟②進行搜索，直到生成一個初始可行方案為止；

⑤以初始可行方案為基礎，生成故障恢復候選方案集。

2）利用遺傳算法得到尋找最優解。

①進行交叉和變異操作，產生后代種群。

②進行輻射狀校驗，去除環網。

③根據種群中的解，確定未恢復區域。

④若未恢復區域中包含有具備孤島運行能力的微網，優先通過孤島運行恢復負荷，修改相應的開關狀態。

⑤根據③和④的結果，計算目標函數，校驗約束條件。

⑥進行選擇操作，產生新的種群。

⑧若滿足終止條件，則輸出最優解；否則，返回①。

4算例分析

本文算例采用 IEEE 的典型三饋線系統，為了在研究中考慮到微網的影響，節點 6、節點 10、節點 12 和節點 15 接入微網。故障點設在支路 16 上，從而造成了節點 8、9、10、11、12和 17 停電，與之相連的聯絡支路為 15、21 和 28。

假設系統支路 16 上發生永久性故障，故障隔離后造成的非故障停電區域包括節點 8、9、10、11、12 和 17。通過計算得出停電總負荷等于 16.1+j4.2MVA。

情況1：若節點10 和節點 12 處的微網一定時間內最大輸出功率分別為 8.0+j4.0MVA 和12.0+j5.0MVA。此時，非故障停電區域內的所有微網的最大外送的功率之和大于所有停電負荷的功率之和，則優先考慮由微網恢復供電。

5總結

利用啟發式算法能夠快速得到初始可行方案，并在此基礎上生成候選方案集，為尋找最優恢復方案縮小了搜索空間。再利用遺傳算法進行編碼、交叉、變異尋找最優解，大大縮短了對于含微網的復雜配電網的優化時間，提高了優化效率，并保證了恢復方案的最優。本文算法能有效實現故障恢復目標，算法的結果可為快速作出最優恢復決策提供科學、直觀的參考。隨著微網在配電網中滲透率的不斷提高，對微網在恢復方案中起到的積極作用以及影響為下一步待研究的重點。

參考文獻：

[1] 盧志剛，董玉香.含分布式電源的配電網故障恢復策略[J].電力系統自動化，2007，31（1）：89-92.

Lu Zhigang，Dong Yuxiang.Service restoration strategy for distribution system with DGs[J].Automation of Electric Power Systems，2007，31（1）：89-92.

[2] 易新，陸于平.分布式發電條件下的配電網孤島劃分算法[J].電網技術，2006，30（7）：50-54.

Yi Xin，Lu Yuping.Islanding algorithm of distribution networks with distributed generators[J].Power System Technology，2006，30（7）：50-54.

[3] Yu Xiaodan，Jia Hongjie，Wang Chengshan，et al.Network reconfiguration for distribution system with

（作者單位：國網山西省電力公司檢修公司）