考虑不间断电源和直流线路互联的配电网故障恢复方法与流程

本发明实施例涉及配电网故障恢复，具体涉及考虑不间断电源和直流线路互联的配电网故障恢复方法。

背景技术：

1、随着极端天气出现的频次增加，故障的频繁发生对电网的挑战也越来越大。配电网能够在故障发生后快速恢复供电，对保障社会的正常生产生活，推动社会发展具有重要意义。随着分布式电源在配电网的渗透性越来越强，在故障发生后可利用分布式电源通过划分孤岛迅速恢复停电区域，提高系统供电可靠性。

2、现有的含分布式电源的配电网在发生故障后，通过孤岛划分和网络重构来减小停电范围、恢复重要负荷供电，通过不间断电源(uninterruptible power supply，ups)延长对负荷的供电时间，提升配电系统的韧性。提高配电系统承受停电事故的能力和在故障后尽快恢复到正常状态的能力尤为重要，而目前的多孤岛策略较少涉及考虑多种类型的电源在恢复过程中的作用和考虑各孤岛间的联系，导致故障后网络拓扑较为复杂，负荷供电的时间较短、分布式电源得不到有效利用。

技术实现思路

1、为此，本发明实施例提供考虑不间断电源和直流线路互联的配电网故障恢复方法，以解决现有多孤岛策略较少涉及考虑多种类型的电源在恢复过程中的作用和考虑各孤岛间的联系，导致故障后网络拓扑较为复杂，负荷供电的时间较短、分布式电源得不到有效利用的技术问题。通过在孤岛划分时减少孤岛数目、在故障发生后的恢复阶段建立孤岛间的联系、考虑多种类型电源的协同作用，有效增长已恢复负荷的供电时间、缩短故障后的恢复时间、提升负荷的恢复率，以及发电资源的利用率。

2、为了实现上述目的，本发明实施例提供如下技术方案：

3、根据本发明实施例的第一方面，本发明实施例提供了一种考虑不间断电源和直流线路互联的配电网故障恢复方法，所述方法包括：

4、建立考虑ups的配电网孤岛分级划分模型，考虑包括孤岛内功率平衡约束、ups运行约束以及孤岛内运行约束的约束条件，所述孤岛分级划分模型包括初级孤岛划分模型和孤岛优化模型，所述初级孤岛划分模型以重要负荷恢复量最大为目标，通过对初级孤岛划分模型进行求解得到满足约束的初级孤岛划分结果，所述孤岛优化模型以支路开断个数最少为目标，并通过对初级孤岛划分结果进行优化以减少单dg供电的孤岛数目得到最优孤岛划分结果；

5、将交流线路改造成直流线路，建立考虑直流线路互联的配电网故障恢复期间的功率互济模型，考虑包括配电网的运行约束、配电网拓扑约束、系统潮流约束、系统安全约束的约束条件，基于所述最优孤岛划分结果对所述功率互济模型进行求解得到最优孤岛联合结果，由此得到孤岛间功率互济的配电网故障恢复策略。

6、进一步地，建立考虑ups的配电网孤岛分级划分模型，具体还包括：

7、建立不间断电源模型：

8、

9、式中，表示节点j处的ups容量上限；表示节点j处的ups外置电池的后备容量；表示节点j处的负荷最大值；θjf、ηj分别表示节点j处的ups的功率因子和逆变转换效率；psb、n、n分别表示每组电池的容量、电池组个数和每组电池组中电池个数。

10、进一步地，所述初级孤岛划分模型的目标函数为重要负荷恢复量最大，即：

11、

12、式中，f1表示恢复负荷的价值量函数；n表示节点的集合；k表示孤岛的集合；t表示离散的故障恢复时段的区间集合；δt表示离散的故障时段的区间长度；ωi表示节点i的负荷权重系数；表示节点i的恢复负荷的有功功率；λi,g为整数变量，λi＝1表示失电负荷i在孤岛g内恢复供电，反之λi,g＝0；

13、所述孤岛优化模型的目标函数为支路开断个数最少，即：

14、

15、式中，b为配电网支路集合；kij为支路ij的开关状态，kij＝1表示支路闭合，反之kij＝0。

16、进一步地，考虑包括孤岛内功率平衡约束、ups运行约束以及孤岛内运行约束的约束条件，具体包括：

17、所述孤岛内功率平衡约束为：

18、

19、式中，k表示孤岛的集合；t表示离散的故障恢复时段的区间集合；λi,g为整数变量，λi,g＝1表示失电负荷i在孤岛g内恢复供电，反之λi,g＝0；表示节点i处分布式电源在t时段的发出的有功功率；表示节点i处负荷在t时段的吸收的有功功率；为节点i处ups在时段t的放电功率；

20、所述ups运行约束为：

21、

22、式中，表示节点j处的ups在时刻t的运行损耗；为节点j上的ups的损耗系数；为节点j处ups在时刻t的放电功率；分别为节点j处ups在时刻t的最大、最小放电功率；分别为节点j处ups容量的上下限；

23、所述孤岛内运行约束为：

24、

25、式中，b表示配电网支路集合；表示流过岛内首端节点为i末端节点为j的线路lij的功率；表示线路lij能够承受的最大功率传输；表示节点i在t时刻的节点电压值的平方；和分别为节点i电压的上、下限；表示支路ij在t时刻的支路电流值的平方；为支路ij电流的上限。

26、进一步地，对配电网孤岛分级划分模型的求解过程包括：

27、首先使用广度优先搜索算法对初级孤岛划分模型进行求解，得到满足孤岛内电能约束的最大供电区域，之后采用混合粒子群算法对孤岛分级模型的目标函数进行优化求解，当达到设定的最大迭代次数或者满足程序搜索截止条件时，输出配电网中各控制变量的最优取值矩阵，根据优化取值矩阵操作各联络开关，得到最终孤岛划分方案。

28、进一步地，建立考虑直流线路互联的配电网故障恢复期间的功率互济模型，具体包括：

29、配电网故障恢复期间的功率互济模型保证负荷恢复供电范围足够大，配电网故障恢复期间功率互济模型的目标函数为：

30、

31、式中，表示在孤岛g内负荷i的有功功率，δt表示配电恢复过程中，各阶段所用时长；t′表示所有阶段的集合；为0-1整数变量，代表负荷i在孤岛g内已恢复供电，反之未恢复代表整个系统的网络损耗；

32、功率互济约束为：

33、δggij＝|ggi-ggj|,i,j∈g,ggi≥0∪ggj≥0

34、

35、式中，表示孤岛g内的分布式电源可发出的有功功率之和；表示孤岛g内的不间断电源放电功率之和；表示划入孤岛g内的负荷吸收的有功功率之和；表示配电网内所有分布式电源可发出的有功功率总和；表示配电网内所有不间断电源充放电功率之和，充电功率为正，放电功率为负。

36、进一步地，建立考虑直流线路互联的配电网故障恢复期间的功率互济模型，具体还包括：

37、对孤岛内存在的未恢复负荷或未完全恢复负荷进行选择性恢复，得到不同的功率互济孤岛组合以挑选满足功率互济目标函数的最优孤岛组合；

38、负荷调控模型为：

39、

40、式中，p′l,i为节点i的不可控负荷的有功功率；为节点i的可控负荷的有功功率；为节点i的可控负荷的有功功率功率最大值；

41、负荷调控约束为：

42、

43、上式表示所有未恢复负荷或未完全恢复的负荷可调整的范围，其中n2表示未恢复负荷或未完全恢复的负荷的集合；n表示将所有n2内的负荷全接入。

44、进一步地，考虑包括配电网的运行约束、配电网拓扑约束、系统潮流约束、系统安全约束的约束条件，具体包括：

45、所述配电网的运行约束包括分布式电源出力约束和ups运行约束；

46、所述分布式电源出力约束为：

47、

48、式中，分别为时间段t内j节点处的电源发出的有功功率和无功功率；为时间段t内j节点处的电源有功出力的上、下限；为j节点接入电源的容量；为节点j处的电源最小运行功率因数；

49、配电网拓扑约束为：

50、

51、式中，为0-1整数变量，表示孤岛k内节点i和节点j之间线路状态，表示线路(i,j)相连，否则表示线路断开；βij,k和βji,k也为0-1整数变量，分别表示孤岛k内节点i和节点j之间的关系；b表示线路集合；ω(i)表示与节点i相连的所有节点；lm表示不包含平衡节点的节点集合；m表示为孤岛k内作为平衡节点的电源节点；

52、系统潮流约束为：

53、当配电网发生故障时，网络拓扑结构发生变化，对传统distflow潮流模型进行改进，引入线路开断变量对潮流方程进行松弛，得到适用于配电网故障恢复的distflow潮流运行约束，包括：

54、

55、式中，k表示孤岛的集合；t表示离散的故障恢复时段的区间集合；l表示线路集合；g表示节点集合；孤岛k内和分别为在线路(i,j)上从节点i流向节点j的有功功率和无功功率；和为节点j上的分布式电源发出有功功率和无功功率；rij和xij为线路(i,j)上的电阻、电抗；为线路(i,j)上电流的幅值的平方；为线路开断变量，线路(i,j)闭合则变量值为1，反之为0；m为常数，孤岛k内线路(i,j)正常连接时m值为0，否则为无穷大；和分别为节点j上负荷消耗的有功功率和无功功率；和分别为节点j流向节点h的有功功率和无功功率；和分别表示节点i电压的上、下限；和分别为分布式同步发电机发出有功功率和无功功率的上限，电源出力的无功在范围内自由调节；为线路(i,j)上允许通过的最大电流；

56、容量约束为：

57、

58、上式表示电源侧剩余容量要满足恢复过程中已恢复负荷的供电需求，其中，n表示节点的集合；k表示孤岛的集合；t表示离散的故障恢复时段的区间集合；δt表示离散的故障时段的区间长度；ωi表示节点i的负荷权重系数；表示节点i的恢复负荷的有功功率；λi,g为整数变量，λi＝1表示失电负荷i在孤岛g内恢复供电，反之λi,g＝0；表示孤岛g内分布式同步发电机和不间断电源的剩余容量。

59、进一步地，对考虑直流线路互联的配电网故障恢复期间的功率互济模型的求解过程具体包括：

60、配电网故障恢复期间的功率互济模型含有整数变量和非线性约束，松弛非线性约束通过松弛转化为凸约束，整个模型转化为混合整数二阶锥规划模型，属于凸优化模型，凸优化模型求解方法采用yamip编程，cplex、mosek软件对混合整数二阶锥规划模型进行求解得到考虑直流线路互联的的配电网恢复策略。

61、根据本发明实施例的第二方面，本发明实施例提供了一种考虑不间断电源和直流线路互联的配电网故障恢复系统，所述系统包括：

62、孤岛分级划分模块，用于建立考虑ups的配电网孤岛分级划分模型，考虑包括孤岛内功率平衡约束、ups运行约束以及孤岛内运行约束的约束条件，所述孤岛分级划分模型包括初级孤岛划分模型和孤岛优化模型，所述初级孤岛划分模型以重要负荷恢复量最大为目标，通过对初级孤岛划分模型进行求解得到满足约束的初级孤岛划分结果，所述孤岛优化模型以支路开断个数最少为目标，并通过对初级孤岛划分结果进行优化以减少单dg供电的孤岛数目得到最优孤岛划分结果；

63、孤岛间功率互济模块，用于将交流线路改造成直流线路，建立考虑直流线路互联的配电网故障恢复期间的功率互济模型，考虑包括配电网的运行约束、配电网拓扑约束、系统潮流约束、系统安全约束的约束条件，基于所述最优孤岛划分结果对所述功率互济模型进行求解得到最优孤岛联合结果，由此得到孤岛间功率互济的配电网故障恢复策略。

64、根据本发明实施例的第三方面，本发明实施例提供了一种电子设备，所述设备包括：处理器和存储器；

65、所述存储器用于存储一个或多个程序指令；

66、所述处理器，用于运行一个或多个程序指令，用以执行如上任一项所述的一种考虑不间断电源和直流线路互联的配电网故障恢复方法的步骤。

67、根据本发明实施例的第四方面，本发明实施例提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上任一项所述的一种考虑不间断电源和直流线路互联的配电网故障恢复方法的步骤。

68、与现有技术相比，本发明提供的考虑不间断电源和直流线路互联的配电网故障恢复方法，具有以下有益效果：

69、1.本发明基于考虑不间断电源的配电网场景，在孤岛划分模型中考虑开关断开个数，减少了形成孤岛的数目同时恢复了重要负荷供电，增加了恢复孤岛的等效价值，扩大了供电范围，提高了供电的可靠性；

70、2.本发明通过对交流线路进行改造，进一步减少孤岛数目，使得独立运行的孤岛通过联络线建立联系；

71、3.考虑对未恢复或未完全恢复负荷的调整，可有效扩大孤岛融合的范围，与整个故障配电系统划分为一个大孤岛，和多个单电源小孤岛相比，考虑孤岛间功率互济的恢复策略具有灵活性，联系形式多样，且合理的联合能有效提升发电资源利用率和负荷恢复效果；

72、4.基于考虑开关断开个数的孤岛划分策略，在故障恢复阶段考虑孤岛间的联系，得到可以提高负荷恢复量、缩短故障恢复时间、增长已恢复负荷的供电时间和提升配电网弹性的配电网故障恢复策略；

73、5.考虑分布式电源、不间断电源的协同作用和对负荷的调控增加了孤岛联合的可能形式，同时在存在分布式电源宕机的情况下，能维持孤岛融合区域内负荷正常供电，发挥协调多源供电的优势，增强部分分布式电源宕机后系统的抵御能力，提升了配电系统的弹性。