基于IEC61970-301的配電網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)表達(dá)方式研究

李曉娟

（西安石油大學(xué)電子工程學(xué)院，陜西 西安 710065）

配電網(wǎng)運(yùn)行過程中，通過配電網(wǎng)的重構(gòu)可以有效的改進(jìn)電壓合格率，降低線損，提高供電安全性和可靠性［1-3］。配電網(wǎng)的重構(gòu)實質(zhì)是開關(guān)的組合優(yōu)化問題，優(yōu)化過程中，開關(guān)狀態(tài)為優(yōu)化變量。為了得到可行的開關(guān)狀態(tài)表示，需要依據(jù)IEC61970-301對網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行連接模型的建立，在連接模型的基礎(chǔ)上建立適用于網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)的拓?fù)鋱D［4］。

為了實現(xiàn)配電網(wǎng)重構(gòu)，把網(wǎng)絡(luò)等效成一個圖，圖的子圖，即網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)的可行解，必須是包含所有節(jié)點、連通且開環(huán)運(yùn)行。

1 配電網(wǎng)重構(gòu)時圖的建立

拓?fù)浞治鍪蔷W(wǎng)絡(luò)重構(gòu)算法中不可缺少的一部分，在網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)算法中，需要調(diào)用拓?fù)浞治鰜聿粩嗟淖儞Q網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行方式，以尋找滿足目標(biāo)函數(shù)的最優(yōu)的網(wǎng)路結(jié)構(gòu)。拓?fù)浞治鍪钦麄€網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)算法的基礎(chǔ)，拓?fù)淠Ｐ褪欠窈侠恚绊懼負(fù)浞治鲂实母叩鸵约熬W(wǎng)絡(luò)重構(gòu)算法的效率。

1.1 連接模型建立

本文中配電網(wǎng)的建模主要用到IEC61970-301CIM標(biāo)準(zhǔn)中的拓?fù)浒負(fù)浒菍ｉT為電網(wǎng)拓?fù)浣６O(shè)立的，該標(biāo)準(zhǔn)中，設(shè)備之間的連接關(guān)系主要涉及到端點類、連接節(jié)點類、導(dǎo)電設(shè)備類［5］。

1）端點類（Terminal）：電氣設(shè)備兩端與其他設(shè)備相連的點，一般的設(shè)備元件都有兩個端點，母線只有一個端點。2）連接節(jié)點類（Connective Node）：將導(dǎo)電設(shè)備的端點通過零阻抗連接在一起。3）導(dǎo)電設(shè)備類（Topological Node）：主要包括電力線路、變壓器，隔離開關(guān)等

以某地的局部簡化配電網(wǎng)主接線圖（圖1）來說明連接模型的建立過程，具體連接模型如圖2所示。

圖2 局部簡化配電網(wǎng)主接線圖的連接模型

用連接節(jié)點和端子表示出圖1的連接關(guān)系，具體如表1所示。

表1 局部簡化配電網(wǎng)設(shè)備之間的連接關(guān)系

連接模型描述電氣設(shè)備之間“設(shè)備-端點-連接點”的連接關(guān)系，與供電系統(tǒng)運(yùn)行方式無關(guān)，為動態(tài)拓?fù)浞治龅幕A(chǔ)。

1.2 用于重構(gòu)的配電網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D

在配電網(wǎng)的拓?fù)溆成潢P(guān)系中，根據(jù)連接模型將網(wǎng)絡(luò)最終等效為用于配電網(wǎng)重構(gòu)的“節(jié)點與支路”的拓?fù)鋱D，一段支路對應(yīng)一段映射關(guān)系，一般將運(yùn)行中的配電網(wǎng)拓?fù)涔?jié)點影射為節(jié)點，設(shè)備影射為支路，支路的斷開即代表開關(guān)的斷開，等效后的網(wǎng)絡(luò)有很強(qiáng)的樹形特征，符合配電網(wǎng)絡(luò)輻射狀運(yùn)行的要求。

在圖2連接模型的基礎(chǔ)上用節(jié)點和支路表示出圖1用于重構(gòu)的拓?fù)鋱D。把A站電源母線等效為1號節(jié)點，把開關(guān)0000和開關(guān)3501及其線路L等效為支路（1）；把 35KV1＃母線等效為 2號節(jié)點，35KV2＃母線等效為3號節(jié)點，把開關(guān)3500及其兩側(cè)區(qū)域等效為支路（2）；把開關(guān)3503及其兩側(cè)區(qū)域等效為支路（3）；把開關(guān)3504及其兩側(cè)區(qū)域等效為支路（4）；把雙繞組變壓器T1等效為4號節(jié)點，把雙繞組變壓器T2等效為5號節(jié)點，把開關(guān)1001及其兩側(cè)區(qū)域等效為支路（5）；把開關(guān)1002及其兩側(cè)區(qū)域等效為支路（6）；把10KV1＃母線母線等效為6號節(jié)點，10KV2＃母線等效為7號節(jié)點，把開關(guān)1003及其兩側(cè)區(qū)域等效為支路（7）；把開關(guān)1004及其兩側(cè)區(qū)域等效為支路（8）。具體如圖3所示。

圖3 局部簡化配電網(wǎng)主接線圖的拓?fù)鋱D

2 可行解的算法

目前配電網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)尋找可行解的算法仍大多基于圖論中深度優(yōu)先遍歷和廣度優(yōu)先遍歷兩種算法［7］。

深度優(yōu)先搜素算法，占用空間少，一般將遍歷過的節(jié)點不全部保留，回溯擴(kuò)展的節(jié)點全部釋放，存儲的節(jié)點數(shù)即節(jié)點的深度值，占用的內(nèi)存小。節(jié)點多且結(jié)構(gòu)復(fù)雜的配電網(wǎng)，利用深度優(yōu)先遍歷不易溢出，是一種較好的搜索節(jié)點的方法，但深度優(yōu)先遍歷運(yùn)行速度相對慢。廣度優(yōu)先搜索算法保留全部結(jié)點，占用空間大，沒有回溯操作，在程序設(shè)計中一般要考慮溢出和內(nèi)存的問題，但廣度優(yōu)先遍歷一般沒有回溯操作，運(yùn)行速度相對較快［7］。深度優(yōu)先遍歷可適用于大型網(wǎng)絡(luò)，不考慮溢出問題，可用于尋找網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)的所有可行解，因此本文采用深度優(yōu)先遍歷的搜索方法。

3 結(jié)果與分析

在VS2010平臺下用VC++編制了利用深度優(yōu)先搜索法查找生成樹的程序，通過算例驗證了方法的正確性。

以IEEE14節(jié)點配電網(wǎng)進(jìn)行驗證，該配電系統(tǒng)共有20條支路，14個節(jié)點，13個分段開關(guān)，7個聯(lián)絡(luò)開關(guān)（1-2，2-3，2-5，6-13，4-5，6-11，9-7），分別對應(yīng)7個環(huán)網(wǎng)，如圖4所示。

圖4 IEEE14節(jié)點拓?fù)鋱D

由程序得，該無向圖的所有生成樹共3909個，輸出結(jié)果分別是：

……

第3908條路徑：

e3-e7-e8-e10-e15-e14-e11-e12-e13-e16-e18-e19-e20

第3909條路徑：

e3-e7-e8-e10-e15-e14-e11-e12-e13-e17-e17-e19-e20

該算法找到了系統(tǒng)的所有可行解，驗證了程序的正確性，通用性，算法效率高且適用于任何配電網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。

4 結(jié)語

本文在IEC61970-301公共信息模型的基礎(chǔ)上對配電網(wǎng)進(jìn)行拓?fù)浞治觯M(jìn)而得到用于重構(gòu)的圖，找到了網(wǎng)絡(luò)的所有可行解，每一種可行解反映網(wǎng)絡(luò)的一種運(yùn)行狀態(tài)。