配电网正常重构、孤岛划分及故障重构

配电网正常重构，孤岛划分及故障重构

配电网自愈重构软件系统

功能规格说明书（V1.0）

一、定位与目标

本系统面向 10 kV 及以下中压配电网，在故障发生后自动完成“孤岛划分 → 故障隔离 → 网络重构 → 供电恢复”全过程决策。核心目标：

秒级给出满足辐射状约束、电压/电流安全、开关操作次数最少的恢复方案；
支持含 DG（光伏、储能、微燃机）场景，优先利用 DG 就地平衡负荷，减少主网回供；
输出可直接导入 SCADA/OMS 的“开关动作序列 + 孤岛边界”文件，实现一键下发。

二、业务概念模型

┌──────────────┐ 故障信息 ┌──────────────┐ │ 实时拓扑 │──▶│ 故障定位模块 │──▶│ 孤岛划分 │ │ (SCADA 快照)│ │ (人工/FA 确认) │ │ 算法引擎 │ └──────────────┘ └──────────────┘ │ │ │ ▼ │ │ ┌──────────────┐ │ │ │ 孤岛功率 │ │ │ │ 平衡校验 │ │ │ │ │ │ ▼ │ │ ┌──────────────┐ │ │ │ 网络重构 │◀──┘ │ │ 优化求解 │ │ │ ▼ ▼ ┌──────────────┐ ┌──────────────┐ │ 开关动作序 │ │ 安全校核 │ │ 列下发 │ │ (电压/电流) │ └──────────────┘ └──────────────┘

三、整体技术架构

数据层
– 内存对象netData：bus/branch/generator，兼容 MATPOWER case 格式；
– 扩展字段：branch(:,11) 为开关状态（1 闭合，0 断开，2 联络）；
– DG 模型dgData：含独立供电能力标志 bFlag、故障后可持续并网标志 sFlag、实时出力曲线。

算法层
– 孤岛划分：基于“DG 容量-负荷权重”多源广度优先搜索，权重按负荷等级（Ⅰ/Ⅱ/Ⅲ 类）指数加权；
– 拓扑校验：采用“度数消去”法 O(N) 判断环网；
– 重构优化：遗传算法编码“环路断开支路序号”，目标函数
min λ1·Ploss + λ2·SwitchCount
其中 Ploss 通过 MATPOWER AC 潮流精确计算，SwitchCount 为与初始状态差异位数；
– 故障潮流：故障期间做恒功率解耦，只校验孤岛内电压是否 >0.9 p.u.，不迭代 OPF。

接口层
– 输入：故障支路向量、DG 实时出力、负荷预测；
– 输出：
①switchseq.csv—— 旧编号、新状态、操作顺序；
②islandboundary.csv—— 孤岛 ID、包含节点、边界开关、DG 节点；
– 日志：log/yyyy-mm-dd_hhmmss.log，记录每步目标函数值、迭代次数、安全校核结果。

四、核心流程（时序视角）

步骤 0 前置

a) SCADA 每 5 min 快照一次，写入snapshot.mat；

b) 人工或 FA 确认故障支路faultBranch，触发自愈流程。

步骤 1 孤岛划分（RunIsland → SetIsland）

读faultBranch，调用DelIsland删除故障支路；
对每条 DG 执行“容量限定的加权贪婪扩张”：
– 以 DG 为根，按负荷等级权重降序向外层扩展；
– 若累计有功 ≤ DG 额定容量，则标记节点属于该孤岛；
生成island向量：0 表示非孤岛，>0 表示所属 DG 编号；
输出孤岛功率平衡表，供调度员确认。

步骤 2 拓扑清洗

–DelSingelBus：删除与主电源失联的孤立节点；

–TurnInterSw：枚举所有联络开关组合，用连通分量算法快速判断是否能“拼回”主网，能则闭合，否则保持断开；

–renumBus：对孤岛内外节点重新连续编号，保证后续 MATPOWER 潮流计算不跳号。

步骤 3 网络重构（Reconfig）

调用FindCircuit基于“最小生成树+余支”思想，枚举所有基本环路；
编码：每条环路选 1 条断开支路，染色体长度 = 环路数；
适应度函数FitFun：
– 先判辐射状（IsCircuit），若成环直接返回 1e4 惩罚；
– 否则调用CalcLoss计算网损（AC 潮流），返回 λ1·Ploss + λ2·SwitchCount；
采用 GA，种群 80，迭代 200，精英保留 5%；
收敛后，解码得最优开关状态bestx，生成switchseq.csv。