自愈配电网的脆弱性评估与故障恢复重构研究

论文摘要

自愈型智能化配电网能够对运行中可能出现的事故迅速做出预测、检测和响应,在发生事故后能够实现自我恢复,给电网安全稳定带来了新的希望。本文在配电网络的基础上,在智能决策层面上研究了实现电网自愈功能的两项重要手段：电网脆弱性评估和网络重构,所作的主要工作有：介绍了自愈电网的起源与发展,结合美国SPID系统混合多代理模型,提出了以配电网为研究对象,以脆弱性评估和网络重构为主要手段的实现配电网络自愈功能的研究思路。本文定义了脆弱性的概念,并与传统安全评估做了界定。将脆弱性概念与风险理论相结合,提出了一种基于风险评估的配电网脆弱性评估方法。定义了不同的系统元件停运模型和事故后果模型,从事故发生的可能性和发生后的严重性综合评估电网安全水平。设计了四项脆弱性指标,从系统静态安全性、负荷稳定性等不同角度对配电系统进行全面评估。在此基础上提出了综合系统脆弱度这一综合评价配电网脆弱性的指标。应用遗传算法作为配电网重构的寻优方法,针对传统方法会产生大量不可行解的弊端,改进了染色体编码方案,缩短了染色体长度,从而减小了不可行解的产生几率,大幅度提高了搜索效率。提出以ISV最小作为配电网重构的目标函数,实现了从故障评估到故障恢复的电网自愈功能。

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ABSTRACT

1 自愈电网起源与发展

1.1 电力系统安全性所面临的挑战

1.1.1 复杂交互式电网及其面临挑战

1.1.2 迫切需要发展新的电力安全性理论

1.2 自愈电网的兴起与发展

1.3 电网自愈探索实例——SPID系统

1.3.1 SPID系统概述

1.3.2 SPID混合多Agent模型

1.4 本文研究思路及主要内容

1.5 小结

2 国内外研究概述及现状

2.1 脆弱性评估概述

2.1.1 国外电力基础设施脆弱性评估概述

2.1.2 中国电力系统脆弱性评估研究发展

2.1.3 电力系统脆弱性评估的相关定义及概念

2.2 脆弱性评估方法研究现状

2.2.1 基于概率论的评估方法

2.2.2 基于暂态稳定分析的电力系统脆弱性评估

2.2.3 基于系统脆性理论的电力系统脆弱性评估

2.3 配电网络重构概述

2.3.1 配电网重构定义

2.3.2 配电网重构的意义

2.4 配电网络重构方法研究现状

2.5 小结

3 电力系统脆弱性评估理论

3.1 脆弱性问题的提出和定义

3.1.1 系统脆弱性问题

3.1.2 系统脆弱源

3.2 几种传统脆弱性评估方法的优缺点

3.2.1 确定性的评估方法

3.2.2 概率性评估方法

3.3 电力系统风险评估理论

3.3.1 电力系统风险评估流程

3.3.2 风险评估优点

3.3.3 传统配电系统风险评估指标

3.4 小结

4 基于风险理论的配电网脆弱性评估设计

4.1 基于风险理论的脆弱性评估原理及其界定

4.1.1 脆弱性指标设计原理

4.1.2 脆弱性指标变化趋势

4.2 系统元件的停运模型

4.2.1 可修复强迫失效

4.2.2 老化失效

4.2.3 不可修复偶然失效

4.3 事故后果模型及脆弱性指标定义

4.3.1 低电压脆弱性指标

4.3.2 线路过负荷脆弱性指标

4.3.3 变压器过载脆弱性指标

4.3.4 负荷低功率因数脆弱性指标

4.3.5 综合系统脆弱度表述

4.4 脆弱性评估流程

4.5 算例及应用

4.5.1 算例系统参数

4.5.2 算例结果及分析

4.6 小结

5 配电网络重构的模型研究

5.1 配电网络的结构特点

5.2 常用配电网络重构的目标函数模型

5.2.1 以降低网络损耗为目标的函数模型

5.2.2 负荷均衡化目标函数模型

5.2.3 供电恢复时间最短的目标函数模型

5.2.4 以提高电压质量为目标的数学模型

5.3 综合脆弱度（ISV）最小的配电网重构数学模型

5.3.1 ISV最小目标函数

5.3.2 约束条件模型

5.4 小结

6 基于遗传算法的配电网络重构的实现

6.1 遗传算法

6.1.1 遗传算法概述

6.1.2 遗传算法的特点及基本用语

6.1.3 遗传算法的运行过程

6.2 以ISV最小为目标的目标函数

6.3 染色体编码

6.3.1 常用染色体编码方法

6.3.2 不可行解的产生及危害

6.3.3 改进的染色体编码方法

6.4 基因操作

6.4.1 适应度函数

6.4.2 选择操作

6.4.3 交叉操作

6.4.4 变异

6.5 算法实施

6.6 算例及分析

6.7 小结

7 结论

参考文献

附录A

附录B

作者简历

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