论文总字数：51492字

摘 要

配电网是电力系统中不可或缺的一部分，其作为与用电负荷相连的电力网络，要求其具有很高的可靠性和安全性，以此来保证用户们正常的使用电能。现在的配电网中由于需要所以一旦配电网发生故障，就会造成一些非故障区域的不必要停电，因此需要针对配电网的故障恢复方面提出相对应的恢复策略以保证配电网的可靠性。

目前，针对配电网故障恢复的策略有许多可行的方法。但是，在分布式电源接入电网中后，会相对应的增加处理故障的难度，所以需要提出一种能够解决这一难题的方法。在本文中，提出了一种分阶段的恢复方法。首先，是利用分布式电源对重要等级较高的负荷进行恢复供电，这样，在一定程度来说提高了网络的供电可靠性能。根据分布式电源的容量和网络的拓扑结构，确定孤岛可行范围内的最优恢复负荷集合，按照其断开对应的开关组合，给重要负荷形成孤岛运行恢复供电。其次，再通过对剩余的网络结构进行更新，闭合网络中的联络开关形成环网，利用具有量子行为的粒子群算法对解环开关组合其进行寻优方案选择，从而达到网损最小的目标。同时，利用IEEE33节点网络对于提出的恢复策略验证其的可行性，且基于MATLAB2016的编译环境对第二部分的粒子群优化算法进行编译实现验证。

关键词：智能配电网 故障恢复 人工智能算法 分布式电源 孤岛运行 粒子群算法

Research on Fault Recovery Strategy of Intelligent Distribution Network

Abstract

The distribution network is an integral part of the power system. As a power network connected to the power load, it is required to have high reliability and security in order to ensure that the users can use the power normally. Because of the need in the current distribution network, once the distribution network fails, it will cause unnecessary blackouts in some non-faulty areas. Therefore, it is necessary to propose a corresponding recovery strategy for the fault recovery of the distribution network in order to ensure the reliability of the distribution network.

At present, there are many feasible methods for the strategy of fault recovery in distribution networks. However, after the distributed power supply is connected to the power grid, the difficulty of processing the fault will increase correspondingly. Therefore, a method that can solve this problem needs to be proposed. First of all, it is to use distributed power to restore power to higher-critical loads, which, to some extent, improves the reliability of the network's power supply. According to the distributed power supply capacity and the topology structure of the network, the optimal recovery load set within the feasible range of the island is determined, and the isolated load switch combination is combined to restore and supply power to islands for important loads. Secondly, by updating the remaining network structure, closing the connection switch in the network to form a ring network, and using the quantum-behavioural particle swarm algorithm to select the optimization solution for the unlooping switch combination, so as to achieve the goal of minimum network loss. At the same time, IEEE 33 node network is used to verify the feasibility of the proposed recovery strategy, and the second part of the particle swarm optimization algorithm is compiled and verified based on the compiling environment of MATLAB2016.

Key Words: Smart distribution network; Recovery; Artificial intelligence algorithms; Distributed power supply; Island running; Particle swarm optimization

目录

摘要 I

Abstract II

目录 III

第一章 绪论 1

1.1研究背景和意义 1

1.2配电网故障恢复研究现状 1

1.2.1配电系统概述 1

1.2.2配电网的故障处理 2

1.3国内外研究现状 3

1.3.1传统的数学优化法 3

1.3.2启发式搜索方法 3

1.3.3人工智能算法 4

1.4本文主要做的工作 5

第二章 配电网拓扑模型的建立与分析 7

2.1配电网的基本接线形式 7

2.2配电网络拓扑模型的建立 7

2.3配电网拓扑模型的描述分析 8

2.3.1邻接矩阵法 8

2.3.2邻接表法 8

2.3.3关联矩阵法 9

2.3.4应用分析 9

2.4配电网络的拓扑搜索 10

2.4.1广度优先搜索算法（BFS） 11

2.4.2深度优先搜索算法（DFS） 11

2.5本章小结 13

第三章 含分布式电源的潮流计算 14

3.1分布式电源的介绍 14

3.1.1分布式电源类型介绍以及并入电网的潮流计算的等效节点 14

3.2配电网的潮流计算 15

3.2.1前推回代法的基本原理 16

3.2.2计算公式分析 17

3.2.3各类型节点并入电网的处理 18

3.3本章小结 20

第四章 配电网故障恢复 21

4.1配电网故障分阶段恢复 21

4.1.1配电网重要负荷恢复供电 21

4.1.2配电网剩余负荷恢复供电 25

4.2本章小结 34

总结 36

参考文献 37

致 谢 39

附录1 40

附录2 51

第一章 绪论

1.1研究背景和意义

目前，随着国民经济和科学技术的不断发展，人们越来越多地要求供电的可靠性和稳定性。 在电力系统中，所述配电网络是直接连接到用户的电力网络。 它有一个大的规模，大量的设备和复杂的供电环境。 因此，它也是其中容易发生故障的部分。所以，人们为了减少各类的停电事故，利用各类型的先进技术结合着实际情况，研发了许多应对的方案及策略。但由于仍存在一些自然灾害、突发事件会导致电网故障，所以如何快速、准确地恢复对电力客户的供电，减少停电时间，缩小故障影响范围，降低停电带来的损失，提高配电网的供电可靠性意义重大^[1]。在通常的情况下，一般的配电网络中存在有两种类型的开关，分别是正常工作时常开的联络开关和常闭的分段开关。传统的配电网大部分馈线上的负荷由单一电源点供电，也就是说，当配电网中任何一条馈线上发生故障后，都会导致该故障的下游的负荷形成非故障停电区域，影响配电网的正常供电。

对于目前新型的智能电网中，由于适应使用能源的可持续发展趋势，配电网中也并入了越来越多的各种新型分布式电源，分布式电源在配电网中可以作为一种后备支撑能源，在发生故障的时候能够很好地提供后备支撑能力。当在配电网馈线上发生故障时，其网络的部分区域的网络可能会以“孤岛形式”运行。相关的电力调度部门如能够充分利用分布式电源和相邻供电馈线，并协调一些可控负荷的投切，通过对一系列开关的合理操作，有计划地形成孤岛，能够在很大的程度上减少故障造成的停电区域，从而提高供电系统的可靠性，降低故障停电对用户正常用电的一系列影响。对于接入了分布式电源的配电网故障恢复时所要考虑的各种因素与常规的会有所不同，其建立的模型也会有所区别，目前，含分布式电源的配电网适应目前全球发展的一个趋势，它是目前新能源发展的一种趋势，因此，研究新型的智能电网的故障恢复策略是很有必要的，也是发展的一种趋势。

1.2配电网故障恢复研究现状

1.2.1配电系统概述

在一般的电力系统中通常包括有三大部分，分别为发电系统，输电系统和配电系统。正常情况下的工作模式是通过发电系统产生电能，并且通过输电系统对电能进行运输工作，最后是由配电系统来对输电系统运输过来的电能经过处理后分给用电用户。配电系统是由多种配电设备和配电设施所组成的变换电压和直接向终端用户分配电能的一个电力网络系统^[2]。在目前我国的配电系统中一般情况下通过这部分中的各个系统的电压转化，达到供电要求的电压后向用户端进行电能的配送。所以说，这一部分相比输电系统和发电系统来说，它是直接面向用电部门的，它的正常运行直接会影响整个电力系统的可靠性与安全性，保证其正常运行具有重大意义。

1.2.2配电网的故障处理

一般情况下配电网发生故障类型无非只有两种，分别为短时间故障和永久性故障。对于配电网发生故障，可能会导致电网的大面积停电，影响正常用电部门的正常工作，造成不必要的损失。而对于短时间故障，能够简单处理。但是对于永久性故障的情况，则需要对故障区域进行确定，并且能够在确定切除该区域进行维修的情况下，网络中其它为发生故障的区域内的负荷正常用电，所以说是一个复杂繁琐的过程。而且在恢复过程中，所采用的恢复方法必须能够快速解决停电问题。

(1)配电网故障恢复的一般过程

对于配电网故障恢复的一般过程，图1.1中的双电源简单网络图，网络在正常工作时，支路S1-S2，S2-S3和S4-S5一般都是常闭的状态，作为网络中的分段开关；而支路S3-S4一般处于常开状态，作为网络中的联络开关。

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