基于遺傳算法的配網(wǎng)降損優(yōu)化方案研究

舒征宇+俞翰+丁紅聲+周建華

摘 要：本文提出了一種停電事故處理情況下快速恢復(fù)供電的方法。該方法在停電事故發(fā)生時按照網(wǎng)絡(luò)介數(shù)較高的元件逐級恢復(fù)，可有效避免斷路器拒動情況下的停電時間延長問題，縮短了停電時間保障了電網(wǎng)的穩(wěn)定運行。

關(guān)鍵詞：斷路器拒動幾率;快速恢復(fù)供電;黑啟動

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2015.21.224

0 引言

目前，由于變電站自動化建設(shè)進程的加快以及人力資源成本的上漲，我國電網(wǎng)中35kV、110kV及部分220kV變電站均已采用無人值守模式，這在節(jié)省人力與物力支出的同時也改變了電網(wǎng)運行與調(diào)度的工作模式。因此目前在面臨事故處理時大多采用遠方遙控操作完成，然而若在操作過程中斷路器拒動則會延誤延長送電時間，甚至要暫停送點對拒動斷路器進行檢查和維修。所以在事故處理過程中需要選擇一條可以穩(wěn)定操作的輸電路徑恢復(fù)送電，同時還需要考慮到恢復(fù)送電過程中斷路器操作次數(shù)總和、操作過程中斷路器拒動后的重新路由以及輸電路徑中涉及的線路及變壓器的負荷狀態(tài)等因素。而人為的選擇恢復(fù)送電路徑難以在短時間內(nèi)進行全方面的考慮。為此本文提出一種計及斷路器拒動幾率的恢復(fù)供電方法，為電網(wǎng)出現(xiàn)事故后的快速恢復(fù)供電提供輔助決策的參考，縮短對停電區(qū)域的復(fù)電時間、維護電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行。

1 建立電力系統(tǒng)的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)模型

地區(qū)電網(wǎng)的大部分變電站都采取無人值守的運維模式，因此在故障發(fā)生時，為快速恢復(fù)地區(qū)電網(wǎng)的供電則依賴于自動裝置的正確動作以及斷路器正確響應(yīng)遠方遙控操作。反之，若電網(wǎng)中的自動裝置不能正確動作，或者斷路器遙控拒動則會造成長時間的停電，不利于電網(wǎng)的穩(wěn)定運行。

鑒于以上原因，要在事故發(fā)生后快速恢復(fù)供電則需要盡量采用可靠性高的斷路器來進行遙控操作。為此本文首先通過斷路器的額定參數(shù)與歷史運行情況評估得出斷路器的可靠系數(shù)，并以此為依據(jù)為電力網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)模型賦予權(quán)重。其具體步驟為：

步驟1：建立系統(tǒng)的基本拓撲模型，將電力系統(tǒng)中的母線與輸電線路抽象成網(wǎng)絡(luò)模型中的節(jié)點與邊。采取以下化簡標準：將母線作為節(jié)點，雙繞組變壓器等效為一條邊，三繞組變壓器等效為變壓器三端母線的星型連接。將節(jié)點進行合并，對于同一變電站內(nèi)同一電壓等級的母線上節(jié)點進行合并。通過以上步驟的化簡，可以得到一張節(jié)點數(shù)為n，邊的條數(shù)為m的簡單圖，可用n×n的矩陣表示：

（1）

（2）

式中G0為電力系統(tǒng)的將電力網(wǎng)絡(luò)抽象得到的簡單圖，eij為節(jié)點到節(jié)點的邊。該矩陣描述了電力網(wǎng)絡(luò)基本的拓撲結(jié)構(gòu)。

步驟2：統(tǒng)計斷路器的額定開斷次數(shù)N、額定開斷電流Ie、已開斷次數(shù)以及每次開斷的電流大小。

步驟3：根據(jù)以上統(tǒng)計數(shù)據(jù)斷路器的開斷次數(shù)與開斷電流的關(guān)系，計算出斷路器目前存在的磨損，其計算公式如下式（3）所示：

（3）

其中Si為斷路器第i次開斷的磨損（由第i次開斷的電流和廠商提供的參數(shù)得到）。N為該斷路器的額定開斷次數(shù)，M為開斷額定電流時的磨損。

步驟4：統(tǒng)計斷路器前五年的歷史故障率，并取出五年中該斷路器故障率的最大值與最小值。

步驟5：根據(jù)斷路器的歷史故障率與斷路器磨損狀態(tài)計算其潛在失效幾率，其具體計算公式如下式（4）所示：

（4）

步驟6：以斷路器失效幾率為大小作為權(quán)重為網(wǎng)絡(luò)模型G中的邊賦予權(quán)重。電力網(wǎng)絡(luò)的模型則更新為：

（5）

（6）

（7）

其中為線路的可靠系數(shù)，、分別為線路兩側(cè)開關(guān)的失效幾率。

綜上所述，采用以上步驟所建立的網(wǎng)絡(luò)模型，不僅反映了常規(guī)恢復(fù)送電過程中斷路器的操作次數(shù)，同時也計入了斷路器的健康狀態(tài)和拒動幾率。在該網(wǎng)絡(luò)模型中的最短路徑即為操作次數(shù)和可靠系數(shù)最高的路徑。

2 失壓區(qū)域快速恢復(fù)供電路徑的多目標優(yōu)化及求解

為快速恢復(fù)失壓區(qū)域的供電，則要盡可能少的進行遙控操作、遠方遙控的開關(guān)盡量可靠、二次故障后可以便捷的重新路由以及恢復(fù)供電后電網(wǎng)中的線路和變壓器的負載率盡量均勻。因此可以建立快速恢復(fù)供電路徑的多目標優(yōu)化模型，如下所示：

（8）

上式中M與I分別代表事故后的主網(wǎng)與失壓孤島區(qū)域，D為在賦權(quán)網(wǎng)絡(luò)模型中連接主網(wǎng)與孤島的路徑長度，其計算公式如式（9）：

（9）

其值越小則表示涉及到的操作次數(shù)越少、操作的斷路器可靠系數(shù)越高。為恢復(fù)供電路徑中線路或變壓器的電氣介數(shù)。

需要說明的是，介數(shù)是復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論中關(guān)于網(wǎng)絡(luò)中心測量的一種重要參數(shù)，其大小為網(wǎng)絡(luò)中任意兩點之間最短路徑經(jīng)過該節(jié)點或該邊的次數(shù)。本文中定義的電氣介數(shù)為以主網(wǎng)中任意點為起點，以孤島中任意點為終點形成的最短路徑經(jīng)過該變壓器或該輸電線路的次數(shù)。因此介數(shù)越高的元件其選擇性越高，優(yōu)先連通電氣介數(shù)交高的元件將有利于主網(wǎng)與孤島之間的連通。在恢復(fù)送點的過程中如果出現(xiàn)斷路器拒動那么重新路由輸電路徑將變得更加容易，可以在類似斷路器拒動的二次事故發(fā)生時便捷的找到替代供電路徑，有效縮短停電時間。

根據(jù)以上多目標優(yōu)化模型，本文采取蟻群算法進行求解，其計算公式如下：

（10）

（11）

（12）

式（10）表示螞蟻在時刻從節(jié)點向節(jié)點移動的的幾率，為與節(jié)點相鄰的可移動節(jié)點集合，、分別為時刻支路上的信息素和啟發(fā)因子，本文設(shè)定支路上的初始信息素、啟發(fā)算子，、為信息素與啟發(fā)算子的權(quán)重系數(shù)，取值0.5。式（11）表示支路上的信息素隨時間衰減的關(guān)系，為衰減系數(shù)，取值0.7，式（12）為全局信息素的更新公式，其中為第次歷遍中螞蟻經(jīng)過路徑的目標函數(shù)值。采用上式（10）～（12）進行反復(fù)迭代，直至路徑收斂。這樣求取的路徑不僅具有操作少、路徑中斷路器可靠性高等優(yōu)點，同樣由于選擇的路徑中所有的元件具有較高的介數(shù)，因此在恢復(fù)過程中如果出現(xiàn)斷路器拒動等二次故障時，該路徑具有較高的選擇性可以便捷的進行重新路由。

從上述方法可以發(fā)現(xiàn)，本文提出的一種計及斷路器拒動幾率的恢復(fù)供電方法，結(jié)合斷路器的歷史運行數(shù)據(jù)給出了計及斷路器拒動幾率的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)模型。同時該方法考慮到在恢復(fù)供電過程中斷路器拒動的幾率以及恢復(fù)供電后的負荷分布，以建立的網(wǎng)絡(luò)模型為基礎(chǔ)進行了多目標優(yōu)化求解，并給出了基于蟻群算法的求解方法。該方法可以在電網(wǎng)發(fā)生事故時快速尋優(yōu)恢復(fù)供電路徑，所求得路徑具有操作少、可靠性高、二次故障后重新路由便捷等優(yōu)點，為電網(wǎng)事故后的快速恢復(fù)供電提供了理論依據(jù)和決策依據(jù)。

3 結(jié)論

本文提出一種計及斷路器拒動幾率的恢復(fù)供電方法，為電網(wǎng)出現(xiàn)事故后的快速恢復(fù)供電提供輔助決策的參考，縮短對停電區(qū)域的復(fù)電時間、維護電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行。目前該方法已應(yīng)用于宜昌供電公司的停電事故處理中，已獲得良好效果。

參考文獻：

[1]麻秀范，張粒子.基于十進制編碼的配網(wǎng)重構(gòu)遺傳算法[J].電工技術(shù)學(xué)報，2004，19（10）：65-69.endprint