（电力系统及其自动化专业论文）基于petri网和遗传算法的配电网故障恢复策略研究.pdf

， 执 j 一 - o 贵州大学2 0 0 3 级研究生毕业论文文本 a b s t r a c t w i t ht h ed e v e l o p m e n to fr e c o n s t r u c t i o np r o j e c tf o rd i s t r i b u t i o nn e t w o r k s ，t h e h i g h e rr e q u i r e m e n to fd i s t r i b u t i o ns y s t e ma u t o m a t i o nt e c h n i q u ei sp u tf o r w a r di nt h e d i s t r i b u t i o nm a n a g e m e n ts y s t e m f a u l tr e s t o r a t i o ni nd i s t r i b u t i o nn e t w o r ki so n eo ft h e m a i nf u n c t i o no fd i s t r i b u t i o na u t o m a t i o n w h i c hr e q u i r et h ef a u l tr e s t o r a t i o ni n d i s t r i b u t i o nn e t w o r kw i t hb e t t e rg e n e r a l i t y 、e c o n o m i c a lf a c t o r sa n do p t i m u m t h a ti st h e i m p o r t a n tw o r kt h i sp a p e r w i l ld o f a u l tr e s t o r a t i o ni nd i s t r i b u t i o nn e t w o r ko p e r a t i o ns y s t e mf o rs u b s t a t i o n s r s s ) p l a y sa l li m p o r t a n tr o l eo ni m p r o v i n gt h ed i s t r i b u t i o nn e t w o r k sa b i l i t yo f f a s t n e s s a f t e ra n a l y z i n gm a t e r i a l sa n dp r e v i o u sw o r k s o m ed i s a d v a n t a g e ss u c h 鹤 u n i v e r s a l i t ya n dv e r a c i t ya r ef o u n d i nt h i sp a p e r , a na p p r o a c ho ff a s tf a u l tr e s t o r a t i o ni nt h ed i s t r i b u t i o nn e t w o r ki s p r o p o s e dw i t ht h ec o m b i n a t i o no fg e n e t i ca l g o r i t h m ( g a ) a n dp e t r in e t 口n ) m o d e l i ti sa p p l i e dt ot h ef a u l tr e s t o r a t i o ni nd i s t r i b u t i o nn e t w o r kw h i c hc o m b i n e dt h ep n m o d e la n dt h eg a t h ep nm o d e la c c o r d i n gt ot h ec o n n e c t i o no ft h ef a u l ta r e aa n d n o r m a la r e aa n dt h es e c u r i t yo fs y s t e mm a i l l l yt od e c i d et h er e s t o r a t i o nw a y s w e m u s tt u r nt ot h eg at of i n dt h eo p t i m u mc u t t i n gl o a dp l a nw h e ns o m el o a di nt h ef a u l t a r e am u s tb ea b a n d w ec a nk n o wt h a ti tc a ni n c r e a s et h es p e e do ft h ef a u l t r e s t o r a t i o na n da l s oc a l lg a i nt h eo p t i m i z e dr e s t o r a t i o ns c h e m ew h i c ht h ec o m m o n a d v a n t a g eo fp n a n dg ai ss e l e c t e d b a s e do nt h ec o m b i n a t i o no fp nm o d e la n dg a , i tc a nr e a l i z ef a s ta n do p t i m u mf a u l tr e s t o r a t i o nw i t h o u ti n c r e a s et h ec o m p l e xo fp n m o d e l a c c o r d i n gt ot h er e s u l to ft h es i m u l a t i o n ，t h ef e a s i b i l i t yo ft h em e t h o di sp r o v e a n da ti ti so fp r a c t i c a lv a l u e f i n a l l y , t h i sp a p e rg i v es o m eu s e f u le x p e r i e n c ea n da l g o r i t h ms c h e m eg o tf r o m t h ec o u r s eo fp r o g r a m m i n g a tt h es a m et i m e ，t h ep r o c e d u r ei sg i v e nt op r o v et h a tt h e e x a m p l e i sr i g h t k e yw o r d s ：p e t f in e t s ：f a u l tr e s t o r a t i o n ；d i s t r i b u t i o ns u b s t a t i o n ；g e n e t i ca l g o r i s m ； o b j e c t - o r i e n t e dp r o g r a m m i n g 一 第2 页共7 1 页 贵州大学2 0 0 3 级研究生毕业论文立本 第一章绪论 1 1 配电网简介及现状 配电是电力系统发电、输电和配电中直接面向电力用户的最后一个环节。配 电系统由配电设备( 包括馈线、降压变压器、断路器和各种开关等) 构成的配电 网和继电保护、自动装置、测量和计量仪表以及通信和控制等设备构成，就我国 电力系统而言，配电网是主要是指i i o k v 及以下电网。在配电网中，通常将 i i o k v 和3 5 k v 称为高压，将i o k v 称为中压，将0 4 k v 称为低压嘲 目前，全国各主要电网，超高压5 0 0 k v 和3 3 0 k v 网架已经逐步形成。华东和 华中电网通过5 0 0 k v 直流联网运行，南方四省形成5 0 0 k v 交流互联电网。我国电 力工业的发展已经从大机组、高参数、大电网的阶段，开始进入大区域电网互联、 逐步形成全国统一联合电网的新阶段部分直辖市、省会城市和沿海大城市先后 建立了5 0 0 k v 、3 3 0 k v 或2 2 0 k v 超高压外环网或双环网一般大、中城市电网都 由2 2 0 k v 输电网络和i i o k v 及以下配电网络构成，担负约8 0 的电力的送配任务。 虽然城乡电网近年来有了很大发展，但是随着我国国民经济和城市、农村建 设的不断发展，人民群众经济条件的不断改善，特别是用电负荷大而且有时很集 中，这就对城市和农村配电网的供电质量、供电可靠性提出了越来越高的要求， 普遍出现城乡电网不能满足各方面要求的现象。尤其是随着城市产业的调整，第 三产业用电负荷增长很快，人民生活用电也呈现快速增长趋势。 对于农村电网，总的形势和城市电网相似，一方面随着农村经济的发展，农 村用电增长很快，农村电网迅速发展，并形成一定规模相比用电量的增长速度， 农村电网建设还是相当滞后的，特别是可靠性低、设备陈旧、管理混乱等问题十 分严重，同时还缺乏先进的自动化设备和管理手段。所有的这一切造成了我国的 配电系统已经远远不能满足国民经济和社会发展的需要，这就要求电力企业加大 投资改造配电网，为此国家投入巨资进行大规模的城网和农网的改造，并要求建 立配电管理系统m 以改善电网的供电可靠性、降低运行损耗、提高电能质量、 改进电力企业的管理和技术水平，提高经济效益 1 2 我国城乡配电网发展中存在的主要问题 第3 页共7 1 页 一 ，。 贵州大学2 0 0 3 级研究生毕业论文文本 1 2 1 、网架脆弱和配电容量不足 近年来，随着改革开放的深入，第三产业迅速发展，人民生活水平的提高， 现代化家用电器( 如电视机、电冰箱、空调等) 大量进入家庭，使原来就滞后于 电源建设的城乡配电网更加不能适应用电负荷增长的要求。并且预计在今后相当 一段时间内，用电增长率仍然将保持相当高的水平虽然配电网也在发展，但由 于底子薄弱和发展的速度也跟不上用电需求，所以配电网就出现了严重的供电容 量不足，而造成这一切的主要原因就是配电高压网架比较脆弱，没有形成超高压 双环网供电，所以就容易造成大面积用户被停电的现象 1 2 2 、供电可靠性不高 一般配电网设备陈旧、老化，小截面架空裸线、高耗能或薄绝缘变压器、老 式柱上油开关、窄型小车开关、裂化老化水泥杆还大量存在。因电网网架脆弱， 加上配电网设备陈旧，使得供电质量差，故障发生频繁。配电网自动化程度低， 切除故障时间慢，恢复供电时间长，供电可靠性不高嘲。 1 2 3 、线损率高 许多城市无功补偿仍然不足，调节手段落后，同时感性无功补偿装置也配置 不足很多地区的农村低压电网基础差，维修、改造没有资金来源，电网设备严 重老化，平均损耗率都非常高，使得农村电价高于城市电价。 1 2 4 、电压质量不高 一些城市配电网电压质量仍然较低，综合电压合格率不能满足，少数城网 i o k v 母线电压合格率停留在更低水平；多数城网存在后夜电压偏高问题，农村 电网电压质量就比城市电网更差。其主要原因是负荷增长过快、无功补偿不足或 缺乏无功调节手段、供电线路过长而导致截面小及配电变压器布点不合理等。另 外，烧坏用电设备的事故时有发生 1 2 5 、居民住宅供电系统设计标准低 城市电网的主要用户是居民住宅，而居民住宅供电系统有相当一部分是2 0 世纪8 0 年代之前设计安装的，设计标准低下，根本不适应现代化家用电器的用 电要求 1 2 6 、城建规划考虑电网发展不够，市区电力线走廊紧张，扩建困难 城市高低压电网与城市建设规划不协调，与邮电、有线广播、交通及各种管 第4 页共7 l 页 贵州大学2 0 0 3 级研究生毕业论文文本 道等市政设施缺少统一规划，互相争道，互相制约，市区电力走廊紧张，扩建困 难，交叉拥挤，结果供电安全事故增多，同时使得电网的扩建也很困难。 1 2 7 、农村电网供电管理体制存在问题 我国之前的农村电网除了供、配电系统比城市电网落后以外，供电管理体制 也存在很大问题，城市和县城电网，由省、市电力公司或由独立核算的隶属于县 级政府的地方电力企业管理，而乡镇以下的农村低压电网，由农民自建自管者居 多，由隶属于乡镇政府的乡镇电管站管理。 城乡电网管理体制不同，是造成农村电网落后、农村电价偏高的原因，农村 低压电网建设、改造、维修都没有资金来源，发生的电能损耗、运行维护费用和 农村电工报酬等都得通过电价由农民负担。 ， 为减轻农民负担，降低农村电价，实现城市农村同电价，改革农村电网供电 管理体制，由国家增加投入，建设并改造农村电网已成为目前电网改造的重要工 作。 1 3 配电自动化和配电管理系统 “ 随着我国国民经济和城市、农村建设的不断发展，特别是人民群众经济条件 的不断改善，对城市和农村配电网的供电可靠性提出了越来越高的要求。在我国 长期存在着重发、轻输、不管配的现象，这种现象使得我国原有的配电网架结构 极不合理，配电网中的设备容量不够的矛盾日益突出。同时，由于缺乏先进的自 动化设备和管理手段。所有的这一切造成了我国的配电系统已经远远不能满足国 民经济和社会发展的需要，这就要求电力企业加大投资改造配电网为此国家投 入巨资进行大规模的城网和农网的改造，并要求建立配电管理系统“”，以改善电 网的供电可靠性，降低运行损耗，提高电能质量，改进电力企业的管理和技术水 平，提高经济效益。 配电管理系统( d i s t r i b u t i o nm a n a g e m e n ts y s t e m 简称d m s ) 是应用计算机 自动控制、电子技术、通讯技术及新的配电设备等手段对配电网进行在线与离线 的智能化管理，使配电网处于安全、可靠、优质、高效的运行状态。 配电自动化系统是配电管理系统的重要组成部分，配电自动化主要包括变电 站自动化和馈线自动化。配电网中由于馈线故障引起的停电时有发生，此时如何 第5 页共7 1 页 贵州大学2 0 0 3 级研究生毕业论文文本 尽快恢复供电则是配电自动化的一项重要任务，因此，故障自动隔离和自动恢复 供电是馈线自动化系统的一个主要功能，它能显著地提高供电可靠性由于配电 网的接点和支路数量繁多，且没有全部实现远动化，因此，传统的故障隔离方法 需要在故障发生后，派操作人员到现场寻找故障点，隔离故障点后才能恢复线路 供电，停电时间往往长达几小时。此时即使配电管理控制中心装上了地理信息系 统帮助调度员与现场人员配合，迅速排除故障并恢复供电，因有人工介入所需时 间仍然较长，不能满足某些用户的要求。为了提高供电可靠性就必须在配电自动 化系统中实现故障的定位、隔离和自动恢复供电功能，将停电时间缩短到l m i n 内。要实现配电自动化系统中的故障定位、隔离和自动恢复供电功能，首先必须 对配电网实施自动化改造，优化供电网络结构，改造部分陈旧的一次设备，加装 智能化采集、通信和控制单元，加放通信线路，实现变配电站、杆变、高压用户 的杆刀等实时遥测、遥信和遥控功能，从而进一步实现故障的定位隔离和自动 恢复供电功能。 ， 1 4 馈线自动化的模式 馈电线路自动化是配电系统自动化的一个重要组成部分。馈电线路自动化是 指变电站馈线电路开关之后，用户表计之前，馈电线路网络上的各种测量控制装 置，它是通过控制计算机、杆上遥控开关，远距离终端( 子站) 以及可靠的通讯 系统来实现的，用以监视和控制馈电线路运行工况当馈电线路故障引起停电时， 尽快判断、隔离故障区域，恢复对非故障区域的供电，是配电自动化的一项重要 任务站内馈线开关的数据采集及监控由站内r t u 完成，线路上各环网开关、 负荷开关、开关站的数据采集和监控，由安装在各自设备上的远方终端( f t u ) 来完成。 根据故障处理的具体形式，馈线自动化可以分为分布智能模式和集中智能模 式两种1 1 1 “习 1 4 1 、分布智能模式 分布智能模式是指现场的f t u 具备自动故障判断隔离及网络重构的能力， 不需要通信与主站系统参与，依靠装设在配电网中的分段器、重合器及柱上开关 等具有一定智能的硬件设备，通过开关功能和保护时间配合，实现故障的自动诊 第6 页共7 1 页 一 贵州大学2 0 0 3 级研究生毕业论文文本 断、隔离和恢复。主要有电压时间型( 根据变电站出线保护重合闸到再次出现故 障电流的时间确定故障区域“”) 和电流计数型( 根据重合器开断故障电流动作 次数确定故障区域“”) 两种。这种方法仅适合于网架结构比较简单、主要是双电 源供电的“手拉手”线路，以及不具备通信手段或通信条件不完善、可靠性较低 的场合。 1 4 2 、集中智能模式 集中智能模式是指利用配电控制中心的故障恢复软件实现故障检测、隔离和 供电恢复。当配电网中发生故障时，现场的f r u 将检测的故障信息上传给主站， 由主站根据配电网的实时拓扑结构，按照一定的算法进行故障定位，下令相关的 f t u 跳闸隔离故障此后，主站通过计算，考虑网损、过负荷等情况确定最佳恢 复方案，命令有关刖完成负荷转供，文献 1 1 称之为d m s 方式这种模式的 特点是适用于任意结构的配电网，并且可以处理一些特殊情况( 如多重故障) ， 可以考虑实际负荷水平和网络约束。这种方法的缺点是依赖于通信系统，对通信 系统的可靠性和通信速率要求很高 比较而言集中智能模式是自动化发展的必然，它可以运用智能软件控制配电 网的故障恢复，能够从全局来规划和考虑配电网的恢复进程，在一定程度上应付 一些不可预料的情况，能够适用于各种复杂的配电网络 随着国家投资力度的加大，配电自动化在全国范围逐渐推广，许多地方自动 化系统的通信条件得到极大改善，有很多城市已具备光纤通道。因此，通信可靠 性有了保证，这为集中智能模式故障恢复的实现提供了基础。 1 5 配电网故障恢复系统的开发意义 电力的安全生产和稳定运行是社会、经济进步的基础，同时也关系着人们的 日常生活。电网出现故障后，停电时间的长短和停电范围的大小取决于故障定位 和故障恢复能力的有效性如何快速、正确地恢复电网故障，提高电网服务质量， 满足用户要求，将成为电网建设和维护工作的主要任务。因此，电网需要有快速、 准确的故障恢复方法来完善自身的建设 随着经济的快速发展，我国社会正向着电气化方向的发展，使人们对电能的 依赖性e l 益增强，供电的可靠性和电能质量就越来越受到用户的重视。同时，电 第7 页共 7 1 页 贵州大学2 0 0 3 级研究生毕业论文文本 力向着市场化方向的发展就要求系统内部对自身效益的空前注重因此，保证电 力系统安全稳定运行，防止停电事故的发生和在事故发生后实现最大限度的快速 恢复供电就成为当今电力行业面临的一项迫切而重大的任务。 2 0 0 3 年8 月1 4 日发生在美国东北部的大停电事故直接导致整个系统损失 6 1 8 0 0 m w 负荷，停电面积超过2 4 0 0 0 平方公里，受影响区域的人口达5 0 0 0 万 单纽约地区停电2 9 小时，直接经济损失就达到3 0 0 亿美圆；2 0 0 5 年5 月2 5 日 发生在莫斯科大停电4 1 小时，事故影响约2 0 0 万人，直接经济损失1 7 亿卢布； 2 0 0 5 年6 月2 2 日发生的瑞士铁路大停电导致全国铁路网停电3 小时，影响人口 1 0 万人；2 0 0 5 年8 月1 8 日印尼大停电事故影响人口达到1 亿。就在2 0 0 5 年我 国的海南也同样发生了大面积停电事故就单从近两年的事例充分说明：随着现 代电力系统日趋超大型化和复杂化，从客观上注定了各式各样的难以预料的事故 的频繁发生是不可避免的。尤其是网络结构复杂多变的配电系统就更是不可避免 了因此光靠电网的合理规划、设计和可靠的继电保护、自动装置等方式来完全 预防事故的发生是不能满足现代社会对供电可靠性的要求的，我们要有居安思危 的思想，应该要有在事故发生后能快速、可靠和最大限度地恢复供电的能力，以 此来保证用户的用电要求和实现系统利润的最大化 配电网的故障恢复处理是极其复杂的实时决策过程，中间涉及大量的不确定 因素。当系统出现故障后，各种信息在短时间内蜂拥而至，这时候光靠调度人员 的经验和直觉是很难作出正确而快速有效的的措施的，因此，在配电自动化发展 的基础上，开发一个可靠、实用、有效的配电网故障恢复系统，实现集中智能 模式的馈线自动化，对配电网中发生的故障进行分析和判断，并提出正确有效的 停电恢复策略，尽快尽可能多地恢复失电区域的供电，将故障损失降到最低，具 有重要的现实意义 1 6 电力系统配电网故障恢复综述 配电网通常是环网结构，开环运行，即其馈线具有辐射状的特点因此，当配 电网中发生永久性故障引起停电时，开关的动作结果将配电网分割成带电区和停 电区停电区又分为故障停电区和非故障停电区。故障恢复的任务是隔离故障区， 在不对电网的结构作重大改变并能满足约束条件的前提下对网络进行重构，以带 第8 页共7 1 页 贵州大学2 0 0 3 级研究生毕业论文文本 电区域为电源，最大限度地恢复对非故障停电区的供电。制定配电网故障恢复策 略时所需考虑的约束条件有确定可用电源的容量、电源、负荷之问的平衡，支路 ( 线路、变压器) 容量限制，辐射状网络的保持、操作代价最小、网损最小等目 前，故障恢复算法大部分是基于开关操作的启发式搜索算法。“町 1 6 1 、故障后系统解列情况的分析 系统发生严重故障后，当机组出力和负荷的调整无法满足系统稳定要求时， 为了防止事故蔓延和保护大系统的稳定，区域稳定控制装置有可能动作，将不稳 定的系统从大系统中解列出来，使原来的大系统解列成两个或多个相互独立的子 系统，原则上各子系统内电源功率应可以最大限度地满足系统负荷需求。由于解 列后各子网可能因功率不平衡而承受较大的冲击，出现振荡甚至瓦解，因此首先 应采取积极措施使解列后的子系统恢复稳定运行状态然后分析各子系统，确定 故障位置、故障性质和停电区域，以及子系统的运行情况，为故障恢复做准备。 1 6 2 、故障子系统的恢复 恢复子系统时，首先应分析故障诊断结果，确定总体的恢复方案。故障恢复的 目标是快速地最大限度恢复停电负荷，同时满足操作代价最小、安全稳定等约束 条件，但其实现途径不尽相同。一种方法是先恢复高压及可能的中压网络的供电， 然后再逐步恢复负荷。其特点是能够最大程度地恢复原来的网络结构，从而使系 统在最接近原系统方式下运行，缺点是优化比较困难，恢复较慢；另一种方法是先 确定恢复负荷，再选定供电电源，然后才选择恢复路径，恢复网络结构其特点是 恢复目标比较明确，有利于恢复措施的优化，恢复较快。 。 典型的系统实现方法有两种：人工智能法和数学规划法人工智能技术是应 用较早又比较成功的一种，且目前仍处于探索和发展的过程之中，如p e t r i 网络 法描述恢复过程，但它在描述和分析复杂故障时碰到了一定的困难；数学规划方 法则将数学描述和数学推理计算引入故障恢复控制领域，为实时决策提供了必要 的条件。为了克服单一方法的局限性，混合使用两种或两种以上方法的研究成果 已经出现。如有人提出在一个系统中包含多种分析模式的故障恢复算法集，用模 糊函数设置各种算法的使用范围，实现了对系统的广泛适应性；也有人提出综合 专家系统与数学规划两种方法的长处，先用专家系统将求解问题分解成为弱联系 的小系统，再用数学规划法描述和求解各系统的多约束多目标的非线性优化问题， 第9 页共7 1 页 ， 一 贵州大学2 0 0 3 级研究生毕业论文文本 计算速度比仅用数学规划法有了长足的提高。 1 6 3 、并网 分裂系统并网的原则是并网时冲击电流较小且短时间内能够实现同步，方法 是将满足并网条件的予网先合并，形成稳定性较强的大系统后，再逐步并入其他 子网络。待停电孤岛周围子网并网成功后，制定其恢复策略。此时，应首先恢复孤 岛内非故障电厂的供电，然后逐步恢复负荷供电。大系统形成后，分析电网运行情 况，进一步调整网络结构和控制措施，使损失负荷得到最大程度的恢复 1 6 4 、电压频率的调整 在负荷得到最大限度的恢复后，进行电压频率的调整和稳定，使系统达到最 终的安全稳定运行状态。对于故障恢复后网络结构有较大变动的系统，为使系统 达到正常的安全运行水平，可能需要一系列复杂的操作，包括机组调控、变压器有 载调压、电容器组和电抗器组的操作等。不同的故障恢复方案将直接影响到恢复 后稳定系统操作的复杂程度，故将操作代价作为恢复时约束条件之一也是必要 的。 1 6 5 、故障恢复过程中需要注意的问题 在故障恢复过程中，必须注意以下问题： 1 、无功平衡对于维持电压在一定范围内起着重要作用。 恢复初期由于没有足够的负荷消耗无功，系统中无功较多，当无法采取有效 措施平衡系统无功时，有可能导致机组自励磁和出口电压急升，从而引发相应的 保护装置动作和恢复进程中断 2 、维持有功平衡可以保持频率的稳定。 恢复过程中，受机组起动特性的限制，连续的小负荷应优先恢复，以适应恢复 初期机组有功的增长情况。 3 、恢复过程中可能出现短期的某些节点电压、频率异常或输电线过载情况， 因此恢复过程中应该合理地调整保护装置的定值，以防止保护再次动作导致恢复 过程中断；同时，又要合理地控制故障恢复时间，以保护设备的安全，防止故障恢 复过程中再故障时保护拒动而造成事故的蔓延。根据实际情况合理地整定各种保 护装置定值，可以加快故障恢复进程 由上可知，电力系统的故障恢复，尤其对于复杂的大系统，恢复策略的制定和 第1 0 页共7 1 页 贵州大学2 0 0 3 级研究生毕业论文文本 实施是非常复杂的恢复过程中异常情况的出现，如实际工况较估计值有较大的 偏移、开关拒动、事故的再发生等，将增加恢复过程的不确定因素 1 7 电力系统配电网故障恢复算法评述 电力系统故障恢复过程中需要考虑很多问题，如机组控制、保护装置整定、 区域振荡的防范、元件的安全运行等，因此它是一个多目标、多阶段的混合非线 性多约束优化问题。n 帕近年来常用的方法大致可分为以下3 类： 1 、故障恢复逻辑规则法是将专家的知识和经验用简单的逻辑推理实现； 2 、基于知识系统法是将专家的知识和经验形成知识库，通过一定的推理机制， 模拟领域专家的决策过程，如常用的专家系统。 3 、数学规划法是将相应的控制方法用数学形式加以描述，通过计算推理得到 最优解，整数规划法即属此类。 第一种方法的缺点是当系统庞大而复杂时，程序对知识的描述将非常困难； 第二种方法的缺点是容易出现模式失配，系统的维护比较困难，它们所表现出的 共同弊端是无法得到全局最优解；最后一种方法在处理多约束目标函数，求取近 似全局最优解等方面表现出了一定的优越性，但系统复杂时，在建立理想的目标 函数和求取全局最优解等方面存在一定的困难。用数学方法描述和求解问题，用 逻辑法分析有关条件和结论即将基于知识系统的知识推理和模式识别的优点与 数学规划法在描述和解析问题方面的长处有机地结合起来，可以优化问题的求解， 是未来的发展方向 1 7 1 、专家系统( e x p e r ts y s t e m ) m 专家系统是人工智能领域最为成熟的一门学科。其由推理机、学习机和人机 界面构成，优势在于能利用经验和启发式规则来解决问题。故障前的电网结构、 电气元件状态和故障数据是专家系统的输入数据。推理机根据输入数据来判断故 障，在知识库中找到此类故障并执行相应的故障恢复算法；学习机用来学习新的 故障类型和恢复策略，以便处理知识库中没有的故障类型；人机界面实现专家系 统、s c a d a 系统和客户的连接。 专家系统的主要不足之处在于：建立并维护一个完备的知识库难度很大：随 着电力系统的日趋复杂，知识库中规则的数量会急剧增大，大大延长了专家系统 第1 1 页共7 1 页 贵州大学2 0 0 3 级研究生毕业论文文本 的分析时间，所以故障的恢复很难实现快速化；学习功能弱，对于知识库中没有 的新故障类型的应变能力不够 1 7 2 、模糊理论( f u z z yt h e o r y ) 啪 模糊理论将经典集合理论模糊化，逐步发展为一套完整的推理体系其优势 在于解决不确定性问题。专家系统搜索解，必须严格按照知识库中的规则，其容 错性能不高，在电力系统出现故障时容易输出错误的结果。而模糊推理刚好能弥 补专家系统的这一缺陷。 模糊理论的应用存在的主要难点是隶属函数的确定和在网络结构发生变化 后如何修改隶属函数。 1 7 3 、遗传算法( g e n e t i ca l g o r i t h m ) 啪 遗传算法是一种自适应的随机优化技术，它通过模拟生物进化和遗传变异来 求解大规模组合优化问题的全局或局部最优解。它的优势在于没有复杂的数学过 程，适应性好、应变能力强等。但它也存在建立数学模型、交叉和变异操作难度 大等缺点 。 1 7 4 、p e t r i 网( p e t r in e t ) 嘲 p e t r i 网是一种有向、加权的网络图形。其具有严格的数学定义，最大的优 点在于它用清晰、直观的方式表达复杂的问题。其优点直接体现在实现推理的快 速性，但它也同时具有不便于优化问题的缺陷。 1 8 本文算法的可行性和优势 故障恢复要求调度人员尽快准确地判断故障，隔离故障区，最大限度、最为 快速地恢复停电区域的供电。光靠人工处理是达不到要求的，这就需要一套完整、 快速反应的判断和及时给出方案的工具来帮助工作人员处理事故，才能满足电力 系统对故障恢复的要求。 过去大多采用专家系统( e s ) 方法，但是该方法的知识的获取工作量太大， 使得e s 优势在故障恢复中得不到发挥，且有些知识不易表达成规则形式；它难 以覆盖所有的故障模式和运行方式，所以e s 不能保证得到最佳运行方案；p e t r i 网模型在配电网故障恢复中应用的优势在于p c t r i 网是用矩阵形式来刻画和求解 数学模型，从而可保证恢复处理的快速性0 9 1 但它也存在优化性、灵活性和推 第1 2 页共7 l 页 一 贵州大学2 0 0 3 级研究生毕业论文文奉 理性不够的局限；遗传算法( g e n e t i ca l g o r i t h m g a ) 是一类自适应的随机优化 技术，它通过模拟生物进化和遗传变异，即靠交叉信息、变异操作来求解大规模 组合优化问题的全局或局部最优解，其难度在于建立数学模型、交叉和变异操作 在很大程度上影响最后的结果 本文提出了基于p e t r i 网和遗传算法( g a ) 结合的配电网故障恢复的研究， 充分利用p e t r i 网的快速性和g a 的优化功能的完美结合，从而保证快速得到最 佳的故障恢复方案。 第1 3 页共7 1 页 一 贵州大学2 0 0 3 级研究生毕业论文文本 第二章配电网故障恢复 配电网一般具有闭环设计、开环运行的特点为了提高供电可靠性及运行 的灵活性，配电网沿线上设有分段开关，在馈线入口处设有联络开关。配电网的 这一特点，使得其网络结构可以重构。任何一个配电网，理论上都存在一个最优 的结构，在这个最优结构下运行，各负荷点的运行电压和网络总损耗的协调优于 其它可能方案咖 2 1 国内配电网的网架结构咖 配电网的网架结构要比输电网复杂得多，从供电电源来分析，主要有以下四 类网络结构： 1 、单电源供电的辐射型树状结构： 该结构方式适用于对供电可靠性要求不高的用户。目前主要集中在农村和一 些经济不发达地区的电网，其特点是故障发生后，在排除故障之前，其下游负荷 区将永久中断供电。 2 、双电源之间的“手拉手”联结供电： 该结构主要应用于城市架空网的供电，其特点是故障发生时，通过断开故障 点前后的柱上开关或刀闸后，可恢复其它段的供电。但在故障排除之前处于故障 段内的用户将被永久中断供电。 3 、双电源供电的环网供电： 。 该结构主要应用于城市电缆网的供电，其特点是故障发生时，可以通过对环 网开关的操作将故障分支用户或故障的干线从系统中隔离出去，恢复其他干线或 用户的供电。该结构的优点在于干线的故障或检修不影响用户的供电，分支用户 线故障只影响该分支用户的供电。 4 、多电源供电的格子网： 该结构方式供电可靠性高，但造价也高，且受到城市输电走廊的限制，不容 易实现，所以应用较少 2 2 配电网的故障恢复模式n 玎 第“页共7 1 页 贵州大学2 0 0 3 级研究生毕业论文文本 目前为止，经历了三种配电网故障恢复模式，即早期自动化水平较低的情况 下所用的人工恢复模式、配电自动化( 以下简称d a ) 的故障恢复模式和d m s 的恢 复模式。前二者依赖于硬件技术的发展，而后者则依赖于智能软件的发展。d m s 系统中的故障恢复软件利用计算机的高速计算能力，对全网进行分析判断，得出 优选方案，既能保证网络的拓扑约束，又能保证设备的容量约束，可以适用于复杂 配电网情况；还可以对故障区段一次性定位隔离，避免开关多次分合，避免短路电 流对设备和电网的多次冲击。在故障时，基于调度员参与方法下，从实际出发避免 n 4 , 失大嘲 以下分别论述上述三种配电网故障恢复模式，。 l 、早期的故障恢复模式 在自动化水平较低的早期，故障恢复主要依靠装设在配电线路上的故障指示 器。故障发生后，工作人员依靠故障指示器找到故障位置，利用柱上开关设备手动 隔离故障区，人工恢复非故障区的供电。这种早期模式自动化水平较低，故障处理 时间较长 2 、配电自动化的故障恢复模式 这种模式( 本文简称为d a 模式) 主要依靠装设在配电网中的分段器、重合器 及柱上开关等具有一定智能的硬件设备，通过开关功能和保护时间配合，实现故 障的自动诊断、隔离和恢复。这种恢复模式的特点是依赖于配电网的早期规划、 配网结构及配电设备的自动化程度，但一般只适用于简单结线网络，而且不能考 虑实际负荷水平和网络运行约束。 3 、配电管理系统的故障恢复模式 这种模式( 本文简称为d m s 模式) 主要应用配置在配电控制中心的故障恢复 软件实现故障检测、隔离和供电恢复。当配电网中发生故障时，d m s 的故障恢复 软件根据刚采集并经过通信系统传送到配电控制中心s c a d a 实时数据库中的故 障信息进行逻辑推理，判断故障位置，并且确定隔离故障和恢复供电的操作步骤， 然后以操作序列的形式提交s c a d a 系统，手动或自动执行这种恢复模式的特点 是适用于任意结构的配电网络，可以处理一些特殊情况( 如多重故障) ，可以考虑 实际负荷水平和网络约束，但与设备可靠性和软件功能等有着密切的关系。 第1 5 页共7 l 页 贵州大学2 0 0 3 级研究生毕业论文文本 2 3 配电网故障的特点、类型 统计表明，架空输电线发生瞬时故障占所有故障的三分之二以上，而发生永 久性故障则不到三分之一因此，架空输电线的故障一定要区分是永久故障还是 瞬时故障。对于瞬时故障，通过变电站出口断路器的一次重合闸予以消除；而对 于永久性故障，重合闸失败，则进行故障恢复处理电缆线路发生瞬时故障的可 能性很小，一旦发生故障就是需要处理的永久性故障。伽 2 4 配电网故障恢复的原理 配电网故障恢复的基本原理是将闭环结构、开环运行的配电线路通过分段开 关分割成各个供电区域当某区域发生故障时，及时将分隔该区域的开关跳开以 隔离故障，然后对非故障停电区域迅速恢复供电。 配网恢复策略原理t 当配网中发生故障时，我们可以将整个故障配网子系统分为3 个部分：故障 上游区、故障区、故障下游区娴我们要首先探测出故障区，然后再对供电子系 统中的所有元件进行一次深度优先的搜索，得到所有的失电区。以故障区故障线 路为界，按照功率潮流方向，将失电区分为：故障上游区、故障区、故障下游区。 对故障上游区而言，上溯干线支路找到电源干线，合上该电源干线的断路器即可 恢复对故障上游区的供电对故障区而言：将故障线路两侧开关拉开将故障隔离， 然后通知电力公司专业人员处理即可。对故障下游区而言：进行一次搜索，得出失 电区所有的供电恢复路径集合 l o o p l ，l o o p 2 l o o p k ) ，下来的问题就是综合考虑 到最大可转移负荷限制、网络线损最小、电压损耗最小这3 个指标的情况下，进 行供电恢复路径的寻优 2 5 配电网故障恢复的原则 评价故障恢复方案优劣的标准，主要包括以下三条： 1 、给出在不甩负荷情况下的故障恢复路径快慢。 2 、给出的故障恢复路径是否最为合理，也就是所给出路径的操作费用是否 最小。 第1 6 页共7 l 页 贵州大学2 0 0 3 级研究生毕业论文文本 3 、需要甩负荷时，能否给出最为合理的恢复负荷，即所甩负荷是否为最小 ( 在满足不过负荷的情况下) 。 故障隔离完成后，对下游区非故障停电区域恢复供电采取的优化原则如下 伽： 。 ( 1 ) 、若一条供电路径可以转移负荷，则在所有供电路径中选择最优路径； 。( 2 ) 、若需要多回供电路径来恢复则优先考虑最佳路径，如果两条不能满足可 靠供电时，则选择3 条、4 条等最佳路径是转移负荷后引起操作费用最小的那 条路径： ( 3 ) 、如果投入所有供电恢复路径仍过载，则由遗传算法来优化甩负荷操作。 2 6 确定配电网故障恢复方案的步骤 供电恢复方案的计算步骤： ( i ) 、在正常运行情况下，当开关变位时，求供电恢复路径和各路径的电气长 度； ( 2 ) 、故障隔离完成后，确定网络中可恢复孤立岛以及可恢复供电路径和数 目； 。( 3 ) 、对各可恢复供电路径按线路负荷量由小到大排序，选取线路操作费用最 小的作为供电路径； ( 4 ) 、若任何l 条供电路径都不能承担孤立岛的恢复，则由原则( 2 ) 选取满足 约束条件且操作费用之和为最小的2 条或多条路径供电； ( 5 ) 、若都不能恢复供电，则由遗传算法来进行甩负荷优化。 第1 7 页共7 l 页 贵州大学2 0 0 3 级研究生毕业论文文本 第三章p e t r i 网原理、特点和模型 ， 3 1p e t r i 网概述 7 p e t r i 网起源于1 9 6 2 年数学家c a r la d a mp e t r i ( 德国) 的博士论文，文中首 次使用网络状结构模拟通信系统，是一种通用数学模型，后来就以p e t r i 网来命 名这种模型。现在，p e t r i 网不再仅仅局限于这种模型，而是泛指以这种模型为 基础发展起来的理论。 几十年来，p e t r i 网经历了起初的以孤立网为研究对象到7 0 年代的以网系 统的研究对象和最后的网综合发展三个阶段目前的状况是：几乎所有与信息科 学有关的学术期刊及会议文集中都能见到涉及p e t r i 网的论文；每年都有以 p e t r i 网理论和应用为主题的国际会议和专题会议；许多高校在开设p e t r i 网课 程；每年都有p e t r i 网学术著作问世嗍 由于p e t r i 网的网状结构，使得它具有异步并发的能力和图形表示的优势。 世间万物都可视为被一张有形的或无形的网联系着，它们变化着、相互影响着并 相互依赖着p e t r i 网正是反映着事物间的这种相互关系。由此可知，p e t r i 网 并不直接反映自然规律或必然规律，而它仅仅反映一种相互之间的依赖关系。 3 2 网和网系统简介 一般系统模型均由两类元素构成：表示状态的元素和表示变化的元素当然 p e t r i 网也不例外。p e t r i 网的状态元素和变化元素分别称为s 一元素和t 一元素， 简称s 一元和t 一元。 怎样把两类元素联系起来构成完整的系统呢? 不同的模型采用了不同的方 法。而对于p e t r i 网而言，它对两类元素是同等对待，两者是平等的。实际上， s 一元由t - 元改变，而t - 元则由s - 元描述，两者是相互依存关系。 p e t r i 网起源于对信号传输的描述，所以适合于描述以资源流动为特征的系 统。t 一元引起s 一元中资源的流动。联系t - 元和s 一元的是两者之间的流关系，用 f 表示 p e t r i 网中没有任何形式的固有控制，它依据自然规律而行。即每个变迁与 第1 8 页共7 1 页 贵州大学2 0 0 3 级研究生毕业论文文本 哪些状态元素有关是由自然规律决定的变迁是p e t r i 网对t 一元素的称呼变 迁之间通过共享的s - 元素联系起来，构成网状的系统结构如果用p e t r i 网设 计系统，必须保证每个变迁符合自然规律，且是可实现的只要每个变迁可以实 现，利用p e t r i 网描述的系统就一定可以实现 f 只是对自然规律的定性描述，只给出资源和变迁之问是否有联系及其联系 方式( 消耗或是产生) 。 3 3p e t r i 网基本原理 本文提出利用p e t r i 网建立的模型来进行计算机辅助故障恢复的方法较为 简单，在故障诊断中仅用到简单的矩阵计算，而不需要在庞大的解空间中寻找最 优解。p e t r i 网可用图形表示的组合模型，并具有直观、易懂和易用的优点，对描 述和分析并发现象有其独到的优越性p e t r i 网已在计算机学科各个领域中得到 广泛应用近年来，国外也有学者将这一数学方法应有在电力系统中。嘲嘲下面 将详细介绍p e t r i 网模型。 3 3 1 、p e t r i 网的基本概念 p e t r i 网是以描述系统中各元件之间的相互关系为基础，用网络来表示系统 中同时发生、次序发生或循环发生的各种活动。简单地说，p e t r i 网是一种加权 有向网，其中的节点可以被分为两个非空有限集合，分别称为位置( p l a c e ) 和 跃迁( t r a n s i t i o n ) 节点之间由加权有向弧联系起来。 1 、资源：系统发生变化时所涉及到的与系统有关的所有因素。它可以包括：人 员、设备、工具、原料、数据、信息等。 2 、状态元素：资源按其在系统中的作用进行归类，每类可抽象为一个相应的状 态元素，又称p 元素。 3 、库所：即是状态元素。表示一个场所及其所含资源。 4 、变迁：就是由于资源的消耗、使用或产生引起的状态元素的变化又称t 元 素。 5 、条件：如果一个库所只有“有托肯( t o k e n ) ”和“无托肯”两种状态，则该 库所称为条件 6 、事件：涉及条件的变迁称为事件 第1 9 页共7 l 页 贵州大学2 0 0 3 级研究生毕业论文文本 7 、容量：库所对储存资源数量