一种基于分段开关重要程度的馈线自动化终端优化方法技术

本发明专利技术提出了一种基于分段开关重要程度的馈线自动化终端优化方法。本发明专利技术构建配电系统隔离块，减少供电可用率计算量。分3种配置模式，即当系统只安装二遥馈线自动化终端，只安装三遥馈线自动化终端，以及混合安装两种馈线自动化终端时的总投资成本模型，构建负荷用户总停电时间差值序列以及分段开关编号序列，得出总投资成本模型最小者最优配置方案。并且在混合安装两种馈线自动化终端的配置枚举过程中，构建设备成本模型，以及停止枚举策略来减少枚举量。本发明专利技术在馈线自动化终端的配置过程中体现出针对性、顺序性，且寻优效率高，计算复杂度小。

【技术实现步骤摘要】
一种基于分段开关重要程度的馈线自动化终端优化方法
本专利技术专利属于电力
，更具体地，涉及一种基于分段开关重要程度的馈线自动化终端优化方法。
技术介绍
在此类馈线自动化终端设备优化模型的求解上，方法主要包括生物智能算法和运筹学范畴的规划算法。第一种生物智能算法最为典型的是遗传算法，主要做法是首先对于配电网馈线自动化终端在各馈线上的安装情况用整数编码，形成初始种群，对相应种群进行选择、交叉和变异操作，从而逐代进化出满足适应度函数(模型的目标函数)的最优个体。第二种规划算法主要是针对建立模型运用线性规划或者非线性规划的方法求解。目前运用的比较多的是第一种方法，其主要优势体现在可以计算大型网络节点构成的配电测试系统，但是另一方面因为属于启发式算法，不能得到全局最优解，其解的质量不高。枚举法求解是先计算出满足模型中约束条件的所有可行解，再比较各自的目标函数值得出最优解。其优点是能得出基于所有状态的解析解，且不容易陷入局部最优。但当考虑多种配置模式，或者不对所有分段开关都配置馈线自动化终端时，待枚举的状态量剧增，存在可拓性差的问题。
技术实现思路
针对上述
技术介绍
存在的问题和缺陷，提供一种基于分段开关重要程度的配电网馈线自动化终端(Feederterminalunit,FTU)的优化配置算法。本算法主要对传统枚举法进行改进的是对于此模型，提出一种分段开关重要程度判别方法，其判别标准是考虑配电网馈线自动化终端装置安装于各分段开关处后系统总停电时间的减少量。然后将这个判别方法用于枚举得到法分段开关的重要程度序列，进而借助序列快速得出模型中全二遥、全三遥以及二者混合配置这三种模式的可行解。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种基于分段开关重要程度的馈线自动化终端优化方法，包括以下步骤：步骤1：构建配电系统，将配电系统中没有因分段开关或断路器而产生的断开点的元件分为多个隔离块，计算各个隔离块的故障率以及与隔离块连接的负荷用户的平均故障修复时间，构建计算第一时间参数、第二时间参数以及第三时间参数的模型，根据负荷用户与隔离块的相对位置关系计算负荷用户由隔离块故障导致的停电时间，进一步构建计算供电可用率的模型；步骤2：计算配电系统未安装馈线自动化终端时配电系统原有的可靠性指标，结合配电系统中设置的约束供电可用率，计算安装馈线自动化终端后减少的系统负荷用户总停电时间差值；步骤3：将馈线自动化终端依次遍历安装在未被标记为馈线自动化终端安装位置的分段开关，计算安装馈线自动化终端负荷用户总停电时间，计算未安装馈线自动化终端负荷用户总停电时间，计算两者负荷用户总停电时间差值，根据负荷用户总停电时间差值最大值标记分段开关作为馈线自动化终端安装位置；步骤4：重复执行步骤3，直至所有的负荷用户总停电时间差值之和大于或等于安装馈线自动化终端后减少的系统负荷用户总停电时间差值，构建负荷用户总停电时间差值序列以及分段开关编号序列；步骤5：若馈线自动化终端选择为具有遥信和遥测功能的馈线自动化终端(即二遥馈线自动化终端)，通过步骤2-步骤4得到二遥馈线自动化终端负荷用户总停电时间差值序列、二遥馈线自动化终端分段开关编号序列；若馈线自动化终端选择为具有遥信、遥测、遥控功能的馈线自动化终端(即三遥馈线自动化终端)，通过步骤2-步骤4得到三遥馈线自动化终端负荷用户总停电时间差值序列、三遥馈线自动化终端分段开关编号序列；步骤6：构建设备成本模型，根据模型计算已安装的馈线自动化终端选择为具有遥信和遥测功能的馈线自动化终端的系统中的设备成本，计算已安装的馈线自动化终端选择为具有遥信、遥测、遥控功能的馈线自动化终端的系统中的设备成本；步骤7：构建混合安装二遥馈线自动化终端和三遥馈线自动化终端的约束条件，构建第一枚举迭代停止条件、第二枚举迭代停止条件，进一步通过枚举法求解配电系统中混合安装二遥馈线自动化终端和三遥馈线自动化终端的开关编号序列；步骤8：构建系统投资总额模型，若馈线自动化终端选择为具有遥信和遥测功能的馈线自动化终端时，计算终端安装序列为步骤5所述的二遥馈线自动化终端分段开关编号序列时系统的系统总投资额，若馈线自动化终端选择为具有遥信、遥测、遥控功能的馈线自动化终端时，计算终端安装序列为步骤5所述的三遥馈线自动化终端分段开关编号序列时系统的系统总投资额。若馈线自动化终端选择为具有遥信和遥测功能的馈线自动化终端和具有遥信、遥测、遥控功能的馈线自动化终端时，计算步骤7所述的混合安装二遥馈线自动化终端和三遥馈线自动化终端的开关编号序列时系统的系统总投资额，将系统总投资总额最小者选择为最优配置方案；作为优选，步骤1所述构建配电系统为：配电系统由电源、馈线、分段开关、断路器、变压器、负荷用户构成；步骤1所述将配电系统中没有因分段开关或断路器而产生的断开点的元件分为多个隔离块为：配电系统中在断路器的位置、分段开关的位置产生断开的点；所述断开的点可将配电系统分成多个供电区域,所述供电区域定义为隔离块；整合后配电系统则由电源、分段开关、断路器、隔离块、负荷用户组成；步骤1所述计算各个隔离块的故障率为：k∈[1,Nf]其中，λk为第k个隔离块的故障率，Nf为隔离块的数量，λk,i为第k个隔离块中第i个元件的故障率，N为每个隔离块中元件的数量；步骤1所述计算与隔离块连接的负荷用户的平均故障修复时间为：式中，rk为与第k个隔离块连接的负荷用户的平均故障修复时间，λk,i为第k个隔离块中第i个元件的故障率，rk,i为第k个隔离块中第i个元件的平均故障修复时间；步骤1所述构建计算第一时间参数、第二时间参数以及第三时间参数的模型为：其中，α1为第一时间参数，α2为第二时间参数，α3为第三时间参数，表示位于负荷m和隔离块j之间的最短路径(即负荷m和隔离块j之间距离最短的通路)上的第k个分段开关处二遥馈线自动化终端安装情况，所述二遥馈线自动化终端为具有遥信和遥测功能的馈线自动化终端，表示位于负荷m与联络开关或出线断路器间的最短路径(即联络开关或出线断路器与负荷m之间距离最短的通路)上第k个分段开关处三遥馈线自动化终端安装情况，所述三遥馈线自动化终端具有遥信、遥测、遥控功能的馈线自动化终端，表示位于负荷m和隔离块j之间的最短路径(即负荷m和隔离块j之间距离最短的通路)上第k个分段开关处三遥馈线自动化终端安装情况。为1表示第k个分段开关处二遥馈线自动化终端已安装，为0表示第k个分段开关处二遥馈线自动化终端未安装，或为1则表示第k个分段开关处三遥馈线自动化终端已安装，或为0表示第k个分段开关处三遥馈线自动化终端未安装；其中，j和m分别表示隔离块和负荷用户的序号；j∈[1,Nf]，m∈[1,Nm]，Nf代表故障隔离块总数，Nm代表系统负荷用户总数；步骤1所述根据负荷用户与隔离块的相对位置关系计算负荷用户由隔离块故障导致的停电时间为：当负荷用户m位于隔离块j的下端节本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于分段开关重要程度的馈线自动化终端优化方法，其特征在于，包括以下步骤：/n步骤1：构建配电系统，将配电系统中没有因分段开关或断路器而产生的断开点的元件分为多个隔离块，计算各个隔离块的故障率以及与隔离块连接的负荷用户的平均故障修复时间，构建计算第一时间参数、第二时间参数以及第三时间参数的模型，根据负荷用户与隔离块的相对位置关系计算负荷用户由隔离块故障导致的停电时间，进一步构建计算供电可用率的模型；/n步骤2：计算配电系统未安装馈线自动化终端时配电系统原有的可靠性指标，结合配电系统中设置的约束供电可用率，计算安装馈线自动化终端后减少的系统负荷用户总停电时间差值；/n步骤3：将馈线自动化终端依次遍历安装在未被标记为馈线自动化终端安装位置的分段开关，计算安装馈线自动化终端负荷用户总停电时间，计算未安装馈线自动化终端负荷用户总停电时间，计算两者负荷用户总停电时间差值，根据负荷用户总停电时间差值最大值标记分段开关作为馈线自动化终端安装位置；/n步骤4：重复执行步骤3，直至所有的负荷用户总停电时间差值之和大于或等于安装馈线自动化终端后减少的系统负荷用户总停电时间差值，构建负荷用户总停电时间差值序列以及分段开关编号序列；/n步骤5：若馈线自动化终端选择为具有遥信和遥测功能的馈线自动化终端(即二遥馈线自动化终端)，通过步骤2-步骤4得到二遥馈线自动化终端负荷用户总停电时间差值序列、二遥馈线自动化终端分段开关编号序列；若馈线自动化终端选择为具有遥信、遥测、遥控功能的馈线自动化终端(即三遥馈线自动化终端)，通过步骤2-步骤4得到三遥馈线自动化终端负荷用户总停电时间差值序列、三遥馈线自动化终端分段开关编号序列；/n步骤6：构建设备成本模型，根据模型计算已安装的馈线自动化终端选择为具有遥信和遥测功能的馈线自动化终端的系统中的设备成本，计算已安装的馈线自动化终端选择为具有遥信、遥测、遥控功能的馈线自动化终端的系统中的设备成本；/n步骤7：构建混合安装二遥馈线自动化终端和三遥馈线自动化终端的约束条件，构建第一枚举迭代停止条件、第二枚举迭代停止条件，进一步通过枚举法求解配电系统中混合安装二遥馈线自动化终端和三遥馈线自动化终端的开关编号序列；/n步骤8：构建系统投资总额模型，若馈线自动化终端选择为具有遥信和遥测功能的馈线自动化终端时，计算终端安装序列为步骤5所述的二遥馈线自动化终端分段开关编号序列时系统的系统总投资额，若馈线自动化终端选择为具有遥信、遥测、遥控功能的馈线自动化终端时，计算终端安装序列为步骤5所述的三遥馈线自动化终端分段开关编号序列时系统的系统总投资额；若馈线自动化终端选择为具有遥信和遥测功能的馈线自动化终端和具有遥信、遥测、遥控功能的馈线自动化终端时，计算步骤7所述的混合安装二遥馈线自动化终端和三遥馈线自动化终端的开关编号序列时系统的系统总投资额，将系统总投资总额最小者选择为最优配置方案。/n...

【技术特征摘要】
1.一种基于分段开关重要程度的馈线自动化终端优化方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：构建配电系统，将配电系统中没有因分段开关或断路器而产生的断开点的元件分为多个隔离块，计算各个隔离块的故障率以及与隔离块连接的负荷用户的平均故障修复时间，构建计算第一时间参数、第二时间参数以及第三时间参数的模型，根据负荷用户与隔离块的相对位置关系计算负荷用户由隔离块故障导致的停电时间，进一步构建计算供电可用率的模型；
步骤2：计算配电系统未安装馈线自动化终端时配电系统原有的可靠性指标，结合配电系统中设置的约束供电可用率，计算安装馈线自动化终端后减少的系统负荷用户总停电时间差值；
步骤3：将馈线自动化终端依次遍历安装在未被标记为馈线自动化终端安装位置的分段开关，计算安装馈线自动化终端负荷用户总停电时间，计算未安装馈线自动化终端负荷用户总停电时间，计算两者负荷用户总停电时间差值，根据负荷用户总停电时间差值最大值标记分段开关作为馈线自动化终端安装位置；
步骤4：重复执行步骤3，直至所有的负荷用户总停电时间差值之和大于或等于安装馈线自动化终端后减少的系统负荷用户总停电时间差值，构建负荷用户总停电时间差值序列以及分段开关编号序列；
步骤5：若馈线自动化终端选择为具有遥信和遥测功能的馈线自动化终端(即二遥馈线自动化终端)，通过步骤2-步骤4得到二遥馈线自动化终端负荷用户总停电时间差值序列、二遥馈线自动化终端分段开关编号序列；若馈线自动化终端选择为具有遥信、遥测、遥控功能的馈线自动化终端(即三遥馈线自动化终端)，通过步骤2-步骤4得到三遥馈线自动化终端负荷用户总停电时间差值序列、三遥馈线自动化终端分段开关编号序列；
步骤6：构建设备成本模型，根据模型计算已安装的馈线自动化终端选择为具有遥信和遥测功能的馈线自动化终端的系统中的设备成本，计算已安装的馈线自动化终端选择为具有遥信、遥测、遥控功能的馈线自动化终端的系统中的设备成本；
步骤7：构建混合安装二遥馈线自动化终端和三遥馈线自动化终端的约束条件，构建第一枚举迭代停止条件、第二枚举迭代停止条件，进一步通过枚举法求解配电系统中混合安装二遥馈线自动化终端和三遥馈线自动化终端的开关编号序列；
步骤8：构建系统投资总额模型，若馈线自动化终端选择为具有遥信和遥测功能的馈线自动化终端时，计算终端安装序列为步骤5所述的二遥馈线自动化终端分段开关编号序列时系统的系统总投资额，若馈线自动化终端选择为具有遥信、遥测、遥控功能的馈线自动化终端时，计算终端安装序列为步骤5所述的三遥馈线自动化终端分段开关编号序列时系统的系统总投资额；若馈线自动化终端选择为具有遥信和遥测功能的馈线自动化终端和具有遥信、遥测、遥控功能的馈线自动化终端时，计算步骤7所述的混合安装二遥馈线自动化终端和三遥馈线自动化终端的开关编号序列时系统的系统总投资额，将系统总投资总额最小者选择为最优配置方案。


2.根据权利要求1所述的基于分段开关重要程度的馈线自动化终端优化方法，其特征在于：步骤1所述构建配电系统为：
配电系统由电源、馈线、分段开关、断路器、变压器、负荷用户构成；
步骤1所述将配电系统中没有因分段开关或断路器而产生的断开点的元件分为多个隔离块为：
配电系统中在断路器的位置、分段开关的位置产生断开的点；
所述断开的点可将配电系统分成多个供电区域,所述供电区域定义为隔离块；
整合后配电系统则由电源、分段开关、断路器、隔离块、负荷用户组成；
步骤1所述计算各个隔离块的故障率为：



k∈[1,Nf]
其中，λk为第k个隔离块的故障率，Nf为隔离块的数量，λk,i为第k个隔离块中第i个元件的故障率，N为每个隔离块中元件的数量；
步骤1所述计算与隔离块连接的负荷用户的平均故障修复时间为：



式中，rk为与第k个隔离块连接的负荷用户的平均故障修复时间，λk,i为第k个隔离块中第i个元件的故障率，rk,i为第k个隔离块中第i个元件的平均故障修复时间；
步骤1所述构建计算第一时间参数、第二时间参数以及第三时间参数的模型为：









其中，α1为第一时间参数，α2为第二时间参数，α3为第三时间参数，表示位于负荷m和隔离块j之间的最短路径(即负荷m和隔离块j之间距离最短的通路)上的第k个分段开关处二遥馈线自动化终端安装情况，所述二遥馈线自动化终端为具有遥信和遥测功能的馈线自动化终端，表示位于负荷m与联络开关或出线断路器间的最短路径(即联络开关或出线断路器与负荷m之间距离最短的通路)上第k个分段开关处三遥馈线自动化终端安装情况，所述三遥馈线自动化终端具有遥信、遥测、遥控功能的馈线自动化终端，表示位于负荷m和隔离块j之间的最短路径(即负荷m和隔离块j之间距离最短的通路)上第k个分段开关处三遥馈线自动化终端安装情况；为1表示第k个分段开关处二遥馈线自动化终端已安装，为0表示第k个分段开关处二遥馈线自动化终端未安装，或为1则表示第k个分段开关处三遥馈线自动化终端已安装，或为0表示第k个分段开关处三遥馈线自动化终端未安装；
其中，j和m分别表示隔离块和负荷用户的序号；
j∈[1,Nf]，m∈[1,Nm]，Nf代表故障隔离块总数，Nm代表系统负荷用户总数；
步骤1所述根据负荷用户与隔离块的相对位置关系计算负荷用户由隔离块故障导致的停电时间为：
当负荷用户m位于隔离块j的下端节点(节点为各个馈线的相交点)处时，停电时间tj,m满足：
tj,m＝α1t1+α2t2+α3t3
当负荷用户m位于隔离块j的上端节点处时，停电时间tj,m满足：
tj,m＝α1t1+α2t2+α3t4
当负荷用户m位于隔离块j的内部时，停电时间tj,m满足：
tj,m＝TG,j
其中，α1为第一时间参数，α2为第二时间参数，α3为第三时间参数，tj,m表示负荷用户m因隔离块j故障导致的停电时间，TG,j表示第j个隔离块的平均故障修复时间，t1为系统故障巡查定位时间，t2为故障隔离时间，t3为联络开关切换时间，t4为馈线出口断路器动作时间；
步骤1所述计算供电可用率为：



其中，Nf代表故障隔离块总数，Nm代表系统负荷用户总数，λj表示隔离块j发生故障的概率，tj,m表示负荷用户m因隔离块j故障导致的停电时间。


3.根据权利要求1所述的基于分段开关重要程度的馈线自动化终端优化方法，其特征在于：步骤2所述计算配电系统未安装馈线自动化终端时系统原有的可靠性指标为：
根据配电系统中未安装馈线自动化终端时，由步骤1所述计算得到系统原有的可靠性指标，所述配电系统原有的可靠性指标为ASAI0；
步骤2所述配电系统中设置的约束供电可用率为ASAI1；
步骤2所述计算安装馈线自动化终端后减少的系统负荷用户总停电时间差值为：
T0-1＝(ASAI1-ASAI0)·8760·Nm
其中，ASAI0为配电系统原有的可靠性指标(供电可用率)，ASAI1为配电系统中设置的约束供电可用率，Nm代表系统负荷用户总数，8760为一年为8760个小时。


4.根据权利要求1所述的基于分段开关重要程度的馈线自动化终端优化方法，其特征在于：步骤3所述将馈线自动化终端依次遍历安装在未被标记为馈线自动化终端安装位置的分段开关为：
在N个分段开关里面，将馈线自动化终端依次遍历安装在未被标记为馈线自动化终端安装位置的分段开关(系统中除联络开关外的分段开关总数)处，并且每次只安装在一个分段开关处；
步骤3所述计算安装馈线自动化终端负荷用户总停电时间为：
计算馈线自动化终端安装在不同未被标记为馈线自动化终端安装位置的分段开关(编号为k)处时，所述安装馈线自动化终端负荷用户总停电时间为：



其中，Nf代表故障隔离块总数，Nm代表系统负荷用户总数，λj表示隔离块j发生故障的概率，tj,m表示负荷用户m因隔离块j故障导致的停电时间，X(k,l)表示第l次遍历时编号为k的分段开关处馈线自动化终端的安装情况，X(k,l)＝1表示第l次遍历时编号为k的分段开关处安装有馈线自动化终端；
步骤3所述计算未安装馈线自动化终端负荷用户总停电时间为：
馈线自动化终端未安装在不同未被标记为馈线自动化终端安装位置的分段开关(编号为k)处时，所述未安装馈线自动化终端负荷用户总停电时间为：



其中，Nf代表故障隔离块总数，Nm代表系统负荷用户总数，λj表示隔离块j发生故障的概率，tj,m表示负荷用户m因隔离块j故障导致的停电时间，X(k,l)表示第l次遍历时编号为k的分段开关处馈线自动化终端的安装情况；X(k,l)＝0表示第l次遍历时编号为k的分段开关处未安装有馈线自动化终端；
步骤3所述计算两者负荷用户总停电时间差值为：
计算安装馈线自动化终端负荷用户总停电时间与未安装馈线自动化终端负荷用户总停电时间的差值得到负荷用户总停电时间即tk-l，即第l次遍历时编号为k的分段开关处馈线自动化终端的安装前后，负荷用户总停电时间的差值；
...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐金锐，詹申俊，赵子龙，李振海，漆婉滢，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42