本发明专利技术具体涉及一种船舶综合电力推进系统配电网络的两阶段重构方法。本发明专利技术包括：(1)判断失电负载；(2)基于宽度优先搜索策略的最短路径搜索；(3)格雷码布谷鸟搜索。本发明专利技术提出两阶段重构策略，分阶段采用基于宽度优先搜索策略的最短路径搜索算法和格雷码布谷鸟搜索算法解决线路恢复和负载恢复供电问题，避免了传统配电网络重构方法中开关状态和负载供电高度耦合导致计算复杂的缺点，提高了配电网络重构的效率。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术具体涉及一种船舶综合电力推进系统配电网络的两阶段重构方法。
技术介绍
配电网络重构问题是电力系统中的典型问题，配电网络中包含分段开关和联络开关，一般具有闭环设计、开环运行的特点，配电网络重构就是通过改变这些开关的状态来改变网络结构，从而达到优化运行或安全运行的目的。配电网络重构通常包括两种情况：第一种情况是配电系统正常运行时根据运行情况调整网络结构，提高系统的供电电压质量，改变系统内的功率流向，从而达到减少系统网络损耗的目的，这种情况概括为配电网重构中的网络优化问题；第二种情况是配电系统故障时根据故障信息通过改变开关状态隔离故障区域，并尽可能对非故障区域快速恢复供电，这种情况可以概括为配电网重构中的故障后供电恢复问题。一般来讲，陆地上的电力系统节点多、传输距离远，网络损耗大，负载变化对系统影响有限，因此陆地上的电力系统的配电网络重构通常指的是第一种情况，即网络优化问题。与陆地上的电力系统不同，船舶电力系统的传输距离短，电压降落不明显，网络损耗小，其基本任务是保障连续可靠的供电服务，由于系统自身或物理损伤造成的电力系统故障可能导致未故障区域失电，必须在满足故障后系统容量、安全运行等约束条件下，尽可能实现未故障区域的最大化供电，因此船舶电力系统的配电网络重构更关注第二种情况，即故障后供电恢复问题。全电力船舶中的综合电力推进系统也同样存在传统常规船舶中故障后快速恢复供电的需求，是全电力船舶能量管理中非常关键的部分，是提高电力船舶任务执行能力和生存能力的关键。传统常规船舶采用交流配电，在重构过程中需要求解满足系统运行约束的非线性潮流计算方程，普遍采用遗传、粒子群等人工智能算法求解配电网络中的开关状态，以达到系统故障后负荷供电最大化的目标，求解开关状态与实现负荷供电最大化的目标高度耦合，虽然能够同时得到开关状态和负荷供电情况，但是这必然也造成了较大的计算负担。综合电力推进系统采用直流配电，其潮流约束为有功潮流约束，是线性约束，更有利于故障后的重构实时性需求，虽然综合电力推进系统中的配电网络重构问题看起来更简单了，但是正是由于这样的特点，允许我们开辟新的思路，采用更快速的重构方法和策略。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种提高配电网络重构效率的船舶综合电力推进系统配电网络的两阶段重构方法。本专利技术的目的是这样实现的：(1)判断失电负载当系统发生故障时，通过更新表示系统结构的相关矩阵和变量的信息，获得系统故障后的运行状态以及是否出现了失电负载；矩阵和变量更新的步骤如下：(1.1)当系统中设备发生故障时，为了防止故障蔓延，设备所在的区域应被隔离，即连接到该区域母线的所有断路器断开以实现隔离的目的，且这些断路器不能用于重构操作，将BK_STATUS中的相应元素置为-1，BK_FLOW中的相应元素置为0；(1.2)对节点-支路关联矩阵S进行更新处理，将S中故障节点所对应的行元素均置为0，不能用于重构操作的断路器所对应的列元素均置为0；(1.3)通过公式(2)计算Zone_Balance，判断矩阵中是否存在小于0的元素，若存在，则表明该元素对应的区域因为故障的发生出现了功率不足的情况，转向步骤4；若向量中不存在负元素，则表明故障并未造成系统中未故障负载失电；(1.4)判断发电单元所连接的断路器的状态是否为-1，若为否表明该发电单元能够通过断路器连接到电网上为电网供电，将向量BK_FLOW中相应的元素置为发电单元的容量；(1.5)重新计算Zone_Balance，如果向量中不存在小于0的元素，表明负载当前所在线路上发电容量充足，通过提高发电单元的输出功率就能够满足负载需求，如果向量中仍然存在小于0的元素，则表明负载当前线路上的发电容量不足，必须寻找新的连接线路；(2)基于宽度优先搜索策略的最短路径搜索，步骤如下：(2.1)如果p_queue非空，选择p_queue中第一个权值为x1的节点作为起点vs，令v1:＝vs，并将节点v1放入到队列v_queue中，并标记该节点已被访问过，将该节点从p_queue中删除；否则转向步骤(2.10)；(2.2)在节点-支路关联矩阵中S中找到与节点v1连接的所有边，并判断边的类型，选择能够流入该权值节点的边放入集合E；(2.3)如果E不为空，选择E中第一个元素e1，将e1放入队列e_queue中，将e1从集合E中删除，然后转向步骤(2.4)；否则转向步骤(2.8)；(2.4)在关联矩阵S中找到e1的另一端的权值为x2的节点v2，将v2放入到队列v_queue中，并标记该节点已经被访问过，判断v2是否属于队列p_queue中的节点，如果是，将v2从队列p_queue中删除；然后转向步骤(2.5)；(2.5)判断v1和v2的权值代数和x1+x2是否为非负值，如果是转向步骤(2.7)，否则转向步骤(2.6)；(2.6)更新v1权值为x1:＝x1+x2，v2权值x2:＝0，更新断路器状态向量和流量向量中相应的元素BK_STATUS(e1):＝1,BK_FLOW(e1):＝BK_FLOW(e1)-x2，然后转向步骤(2.3)；(2.7)更新v1权值为x1:＝0，v2权值x2:＝x2+x1，更新断路器状态向量和流量向量中相应的元素BK_STATUS(e1):＝1,BK_FLOW(e1):＝BK_FLOW(e1)+x1，然后转向步骤(2.9)；(2.8)将节点v2视为v1，转向步骤(2.2)；(2.9)输出以vs为起点结果v_queue、e_queue、BK_STATUS以及BK_FLOW,更新区域功率平衡矩阵Zone_Balance，转向步骤(2.1)；(2.10)算法结束；(3)格雷码布谷鸟搜索：用D维格雷编码的二进制向量x＝[x1,x2,…,xD]表示一个鸟巢位置即搜索空间中的一个候选解，向量x中的所有元素只能为0或1，每个鸟巢位置都对应一个适应度值f(x)表示当前鸟巢位置的优劣；算法的搜索步骤如下：(3.1)初始化种群，设置算法的终止条件；(3.2)决策变量数目为D，因此解空间的组合数量为K＝2D，取β＝1.5，λ＝0.37，进一步计算出跳跃步长的选择概率；(3.3)将x转换为对应解空间中解的状态编号十进制数y；(3.4)生成一个随机数，采用轮盘赌选择法生成跳跃步长k，则下一代解的状态编号更新为y′＝y+sign(rand-0.5)·k，其中y和y′分别表示当代和下一代解的状态编号，sign(rand-0.5)表示跳跃具有双向性；(3.5)将十进制y′转换为格雷编码表示的二进制向量x′，通过比较f(x)与f(x′)确定新解是否优于旧解，若新解优于旧解，则替换旧解，否则保留旧解；(3.6)对每一个候选解重复步骤(3.3)～步骤(3.5)，生成通过离散莱维飞行更新的新种群；(3.7)对于步骤(3.6)生成的新种群，按照发现概率pa丢弃部分解，采用随机偏好游走方式重新生成相同数量的解；新解生成的方法为：选择当代种群中的两个随机解yp和yq，更新下一代解的状态编号y′＝y+sign(rand-0.5)·(yp-yq)；然后重复步骤(3.4)选择是否保留新解；(3.8)记录全局最优解，如果不满足终止条件，则重复步骤(3.3)至步骤(3.7)。本专利技术的有益效果在于：本专利技术提出两阶段重构策略本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种船舶综合电力推进系统配电网络的两阶段重构方法，其特征是，包括如下步骤：(1)判断失电负载当系统发生故障时，通过更新表示系统结构的相关矩阵和变量的信息，获得系统故障后的运行状态以及是否出现了失电负载；矩阵和变量更新的步骤如下：(1.1)当系统中设备发生故障时，为了防止故障蔓延，设备所在的区域应被隔离，即连接到该区域母线的所有断路器断开以实现隔离的目的，且这些断路器不能用于重构操作，将BK_STATUS中的相应元素置为‑1，BK_FLOW中的相应元素置为0；(1.2)对节点‑支路关联矩阵S进行更新处理，将S中故障节点所对应的行元素均置为0，不能用于重构操作的断路器所对应的列元素均置为0；(1.3)通过公式(2)计算Zone_Balance，判断矩阵中是否存在小于0的元素，若存在，则表明该元素对应的区域因为故障的发生出现了功率不足的情况，转向步骤4；若向量中不存在负元素，则表明故障并未造成系统中未故障负载失电；(1.4)判断发电单元所连接的断路器的状态是否为‑1，若为否表明该发电单元能够通过断路器连接到电网上为电网供电，将向量BK_FLOW中相应的元素置为发电单元的容量；(1.5)重新计算Zone_Balance，如果向量中不存在小于0的元素，表明负载当前所在线路上发电容量充足，通过提高发电单元的输出功率就能够满足负载需求，如果向量中仍然存在小于0的元素，则表明负载当前线路上的发电容量不足，必须寻找新的连接线路；(2)基于宽度优先搜索策略的最短路径搜索，步骤如下：(2.1)如果p_queue非空，选择p_queue中第一个权值为x1的节点作为起点vs，令v1:＝vs，并将节点v1放入到队列v_queue中，并标记该节点已被访问过，将该节点从p_queue中删除；否则转向步骤(2.10)；(2.2)在节点‑支路关联矩阵中S中找到与节点v1连接的所有边，并判断边的类型，选择能够流入该权值节点的边放入集合E；(2.3)如果E不为空，选择E中第一个元素e1，将e1放入队列e_queue中，将e1从集合E中删除，然后转向步骤(2.4)；否则转向步骤(2.8)；(2.4)在关联矩阵S中找到e1的另一端的权值为x2的节点v2，将v2放入到队列v_queue中，并标记该节点已经被访问过，判断v2是否属于队列p_queue中的节点，如果是，将v2从队列p_queue中删除；然后转向步骤(2.5)；(2.5)判断v1和v2的权值代数和x1+x2是否为非负值，如果是转向步骤(2.7)，否则转向步骤(2.6)；(2.6)更新v1权值为x1:＝x1+x2，v2权值x2:＝0，更新断路器状态向量和流量向量中相应的元素BK_STATUS(e1):＝1,BK_FLOW(e1):＝BK_FLOW(e1)‑x2，然后转向步骤(2.3)；(2.7)更新v1权值为x1:＝0，v2权值x2:＝x2+x1，更新断路器状态向量和流量向量中相应的元素BK_STATUS(e1):＝1,BK_FLOW(e1):＝BK_FLOW(e1)+x1，然后转向步骤(2.9)；(2.8)将节点v2视为v1，转向步骤(2.2)；(2.9)输出以vs为起点结果v_queue、e_queue、BK_STATUS以及BK_FLOW,更新区域功率平衡矩阵Zone_Balance，转向步骤(2.1)；(2.10)算法结束；(3)格雷码布谷鸟搜索：用D维格雷编码的二进制向量x＝[x1,x2,…,xD]表示一个鸟巢位置即搜索空间中的一个候选解，向量x中的所有元素只能为0或1，每个鸟巢位置都对应一个适应度值f(x)表示当前鸟巢位置的优劣；算法的搜索步骤如下：(3.1)初始化种群，设置算法的终止条件；(3.2)决策变量数目为D，因此解空间的组合数量为K＝2D，取β＝1.5，λ＝0.37，进一步计算出跳跃步长的选择概率；(3.3)将x转换为对应解空间中解的状态编号十进制数y；(3.4)生成一个随机数，采用轮盘赌选择法生成跳跃步长k，则下一代解的状态编号更新为y′＝y+sign(rand‑0.5)·k，其中y和y′分别表示当代和下一代解的状态编号，sign(rand‑0.5)表示跳跃具有双向性；(3.5)将十进制y′转换为格雷编码表示的二进制向量x′，通过比较f(x)与f(x′)确定新解是否优于旧解，若新解优于旧解，则替换旧解，否则保留旧解；(3.6)对每一个候选解重复步骤(3.3)～步骤(3.5)，生成通过离散莱维飞行更新的新种群；(3.7)对于步骤(3.6)生成的新种群，按照发现概率pa丢弃部分解，采用随机偏好游走方式重新生成相同数量的解；新解生成的方法为：选择当代种群中的两个随机解yp和yq，更新下一代解的状态编号y′＝y+sign(rand‑0.5)·(yp‑yq)；然后重复步骤(3.4)选择是否保留新解；...
【技术特征摘要】
1.一种船舶综合电力推进系统配电网络的两阶段重构方法，其特征是，包括如下步骤：(1)判断失电负载当系统发生故障时，通过更新表示系统结构的相关矩阵和变量的信息，获得系统故障后的运行状态以及是否出现了失电负载；矩阵和变量更新的步骤如下：(1.1)当系统中设备发生故障时，为了防止故障蔓延，设备所在的区域应被隔离，即连接到该区域母线的所有断路器断开以实现隔离的目的，且这些断路器不能用于重构操作，将BK_STATUS中的相应元素置为-1，BK_FLOW中的相应元素置为0；(1.2)对节点-支路关联矩阵S进行更新处理，将S中故障节点所对应的行元素均置为0，不能用于重构操作的断路器所对应的列元素均置为0；(1.3)通过公式(2)计算Zone_Balance，判断矩阵中是否存在小于0的元素，若存在，则表明该元素对应的区域因为故障的发生出现了功率不足的情况，转向步骤4；若向量中不存在负元素，则表明故障并未造成系统中未故障负载失电；(1.4)判断发电单元所连接的断路器的状态是否为-1，若为否表明该发电单元能够通过断路器连接到电网上为电网供电，将向量BK_FLOW中相应的元素置为发电单元的容量；(1.5)重新计算Zone_Balance，如果向量中不存在小于0的元素，表明负载当前所在线路上发电容量充足，通过提高发电单元的输出功率就能够满足负载需求，如果向量中仍然存在小于0的元素，则表明负载当前线路上的发电容量不足，必须寻找新的连接线路；(2)基于宽度优先搜索策略的最短路径搜索，步骤如下：(2.1)如果p_queue非空，选择p_queue中第一个权值为x1的节点作为起点vs，令v1:＝vs，并将节点v1放入到队列v_queue中，并标记该节点已被访问过，将该节点从p_queue中删除；否则转向步骤(2.10)；(2.2)在节点-支路关联矩阵中S中找到与节点v1连接的所有边，并判断边的类型，选择能够流入该权值节点的边放入集合E；(2.3)如果E不为空，选择E中第一个元素e1，将e1放入队列e_queue中，将e1从集合E中删除，然后转向步骤(2.4)；否则转向步骤(2.8)；(2.4)在关联矩阵S中找到e1的另一端的权值为x2的节点v2，将v2放入到队列v_queue中，并标记该节点已经被访问过，判断v2是否属于队列p_queue中的节点，如果是，将v2从队列p_queue中删除；然后转向步骤(2.5)；(2.5)判断v1和v2的权...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘胜，张兰勇，贾云璐，李冰，郭晓杰，耿文杰，王博，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23
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