CN109066660B - 一种基于优化重构的配电网阻塞管理及降损方法和装置 - Google Patents

Abstract

本申请实施例公开了一种基于优化重构的配电网阻塞管理及降损方法和装置，首先建立配电网网络拓扑模型，接着设定配电网重构约束条件和电动汽车调度约束条件，建立目标函数。根据两个约束条件和目标函数，建立配电网阻塞管理及降损模型，求解配电网重构后的支路分段开关的状态、电动汽车最佳充电时间以及充电功率上下限，对电动汽车进行充电。本发明实施例能够通过获取的配电网重构的支路分段开关状态可以对传输线路进行重构，有效缓解发生阻塞的线路压力；通过获取电动汽车的最佳充电时间及充电功率上下限，避免了电动汽车无引导、无约束充电造成的配电网阻塞。建立目标函数时，将配电网线损成本限制为最小，显著降低了配电网产生的线损。

Description

一种基于优化重构的配电网阻塞管理及降损方法和装置

技术领域

本申请涉及配电网优化调度技术领域，尤其涉及一种基于优化重构的配电网阻塞管理及降损方法和装置。

背景技术

配电网包括供电侧和用电侧，在整个电力系统中占有重要的位置，配电网能否安全稳定的运行决定着用电侧的电能质量。当配电网用电侧有大量的用电需求时，例如配电网接入大量的电动汽车，大量的电动汽车需要充电，将会导致配电网中节点的负荷急剧增长，严重时甚至造成配电网阻塞，其中，节点是指配电网中负荷所在的位置。另外，接入配电网中的电动汽车产生的大量用电需求在造成配电网负荷急剧增长的同时，也会造成配电网的线路传输功率急剧增加，导致消耗在配电网线路中电阻、电导上的功率也增加，从而提高了配电网的线损，造成电能的大量浪费。

为了解决配电网阻塞问题，除了增加供电侧的电力输送容量这一方法以外，供电侧通常还使用价格手段引导用电侧节约用电和有序用电。价格手段即制定节点边际电价，使得不同节点在不同时刻的电价不同，例如用电高峰时段制定较高电价，用电低谷时段制定较低电价，从而引导用电侧根据节点边际电价调整用电时间。针对电动汽车接入配电网这一应用场景，制定节点边际电价可以引导车主根据不同电价分布时段，调整电动汽车的充电时间，减小对配电网用电负荷的影响，实现配电网阻塞管理。

但是发明人在本申请的研究过程中发现，供电侧制定节点边际电价后，只能引导用电侧改变用电时间，如果用电侧本身有大量的用电需求，即使根据节点边际电价不同的分布时段调整自己的用电时间，仍会在用电时对配电网产生影响，造成配电网阻塞。而且通过价格手段在没有减少用电侧用电量，缓解配电网阻塞这一情况下，更是无法降低配电网因负荷急剧增长而产生的线损，无法减少电能浪费。针对电动汽车接入配电网这一应用场景，即使选择在用电低谷时段进行充电，其大量的用电需求仍会造成配电网负荷急剧增长，导致配电网阻塞，同时额外产生的配电网线损也无法进行有效降低。

发明内容

为了解决现有技术中无法有效进行配电网阻塞管理以及降低配电网线损的问题，本发明通过以下各个实施例公开了一种基于优化重构的配电网阻塞管理及降损方法和装置。

在本发明的第一方面，公开一种基于优化重构的配电网阻塞管理及降损方法，包括：

获取配电网中支路分段开关的状态，根据所述支路分段开关的状态建立配电网网络拓扑模型；

根据预设的规划周期以及所述配电网网络拓扑模型，设定配电网重构约束条件，其中，所述设定配电网重构约束条件包括设定所述配电网网络拓扑模型的重构约束条件、设定基于所述配电网网络拓扑模型的线路传输功率约束条件以及设定所述配电网网络拓扑模型中支路分段开关的状态约束条件；

设定电动汽车调度约束条件，其中，所述设定电动汽车调度约束条件包括设定直流潮流方程约束条件、设定配电网线路负载约束条件、设定配电网线路传输功率约束条件以及设定电动汽车充电限制约束条件；

建立配电网电能规划成本函数以及配电网线损成本函数，并根据所述电能规划成本函数以及所述配电网线损成本函数，建立目标函数，其中，所述目标函数用于计算所述电能规划成本函数与所述配电网线损成本函数之和的最小值；

根据所述配电网重构约束条件、所述电动汽车调度约束条件以及所述目标函数，建立配电网阻塞管理及降损模型；

根据所述配电网阻塞管理及降损模型，求解所述配电网重构的支路分段开关的状态，并基于重构后的配电网，求解配电网线路传输功率以及电动汽车的充电功率；

根据所述配电网线路传输功率以及所述电动汽车的充电功率，获取所述电动汽车最佳充电时间以及所述电动汽车充电功率上下限，并根据所述电动汽车最佳充电时间、所述电动汽车充电功率上下限以及所述重构后的配电网，对所述电动汽车进行充电。

可选的，所述根据预设的规划周期以及所述配电网网络拓扑模型，设定配电网重构约束条件，其中，所述设定配电网重构约束条件包括设定所述配电网网络拓扑模型的重构约束条件、设定基于所述配电网网络拓扑模型的线路传输功率约束条件以及设定所述配电网网络拓扑模型中支路分段开关的状态约束条件，包括：

根据以下公式设定所述配电网网络拓扑模型的重构约束条件：

其中，jk表示所述配电网中的任意一条线路，x_jk,t表示jk线路在t时段分段开关的状态，n_v为所述配电网网络拓扑模型中的节点集合N_v的元素数，N_T为预设的规划周期的集合，C为n_w×n_S维的关联矩阵，n_w为集合N_v中除变电站外的子集N_w的元素数，n_S为所述配电网中配备有分段开关的线路集合N_S的元素数，K_t为t时段基于配电网网络拓扑模型的线路传输功率；

根据以下公式设定所述基于配电网网络拓扑模型的线路传输功率约束条件：

其中，M为大于所述配电网用电侧的用电需求最大值的数值；

根据以下公式设定所述配电网网络拓扑模型中支路分段开关的状态约束条件：

其中，0表示所述配电网支路分段开关的状态为断开，1表示所述配电网支路分段开关的状态为关闭。

可选的，所述设定电动汽车调度约束条件，其中，所述设定电动汽车调度约束条件包括设定直流潮流方程约束条件、设定配电网线路负载约束条件、设定配电网线路传输功率约束条件以及设定电动汽车充电限制约束条件，包括：

根据以下公式设定所述直流潮流方程约束条件：

其中，B为n_d×n_L维的关联矩阵，n_d为所述配电网中实际节点中除变电站外的子集N_d的元素数，n_L为所述配电网接入所述电动汽车的线路集合N_L的元素数，X_t为所述配电网t时段线路的传输功率，

为t时段集合N_d中负荷节点的非柔性用电需求，所述非柔性用电需求是指受电价影响较小的用电需求，所述负荷节点为接入用电负荷的节点，E_i为用户到负荷节点的n_d×m_i维映射矩阵，m_i为负荷聚合商i的用户数，p_i,t为负荷聚合商i在t时段调度给电动汽车的充电功率，N_B为负荷聚合商的集合，所述负荷聚合商用于专门整合用电侧中小负荷资源；

根据以下公式设定所述配电网线路负载约束条件：

其中，f_t为所述配电网在t时段的线路负载限制；

根据以下公式设定所述配电网线路传输功率约束条件：

其中，如果t时段所述配电网中jk线路的支路分段开关的状态为断开，则jk线路的传输功率为0；

根据以下公式设定所述电动汽车充电限制约束条件：

其中，t_为不超过t的时间段，e_i,0为所述电动汽车电量的初始值，

为所述电动汽车电量的下限，

为所述电动汽车电量的上限，d_i,_{t_}为所述电动汽车在使用时所消耗的电量，

为所述负荷聚合商i在t时段调度给电动汽车充电的充电功率下限，P_i,t-为所述负荷聚合商i在t时段调度给电动汽车充电所消耗的充电功率,

为所述负荷聚合商i在t时段调度给电动汽车充电的充电功率上限。

可选的，所述建立配电网电能规划成本函数以及配电网线损成本函数，并根据所述电能规划成本函数以及所述配电网线损成本函数，建立目标函数，包括：

根据以下公式建立所述配电网电能规划成本函数：

其中，a_t为t时段的市场电价；

根据以下公式建立所述配电网线损成本函数：

其中，r_jk为jk线路的电阻，V_n为jk线路的电压，X_jk,t为jk线路在t时段的传输功率；根据以下公式建立所述目标函数：

其中，g(p_i,t)为所述电能规划成本函数，h(X_jk,t)为所述配电网中jk线路的线损成本函数，

为所述配电网中线路的线损成本函数之和。

可选的，根据以下公式建立所述配电网阻塞管理及降损模型：

s.t.(1)-(9)；

其中，s.t.(1)-(9)表示受约束于公式(1)-(9)。

在本发明的第二方面，公开一种基于优化重构的配电网阻塞管理及降损装置，包括：

配电网网络拓扑模型建立模块，用于获取配电网中支路分段开关的状态，根据所述支路分段开关的状态建立配电网网络拓扑模型；

配电网重构约束条件设定模块，用于根据预设的规划周期以及所述配电网网络拓扑模型，设定配电网重构约束条件，其中，所述设定配电网重构约束条件包括设定所述配电网网络拓扑模型的重构约束条件、设定基于所述配电网网络拓扑模型的线路传输功率约束条件以及设定所述配电网网络拓扑模型中支路分段开关的状态约束条件；

电动汽车调度约束条件设定模块，用于设定电动汽车调度约束条件，其中，所述设定电动汽车调度约束条件包括设定直流潮流方程约束条件、设定配电网线路负载约束条件、设定配电网线路传输功率约束条件以及设定电动汽车充电限制约束条件；

目标函数建立模块，用于建立配电网电能规划成本函数以及配电网线损成本函数，并根据所述电能规划成本函数以及所述配电网线损成本函数，建立目标函数，其中，所述目标函数用于计算所述电能规划成本函数与所述配电网线损成本函数之和的最小值；

配电网阻塞管理及降损模型建立模块，用于根据所述配电网重构约束条件、所述电动汽车调度约束条件以及所述目标函数，建立配电网阻塞管理及降损模型；

求解模块，用于根据所述配电网阻塞管理及降损模型，求解所述配电网重构的支路分段开关的状态，并基于重构后的配电网，求解配电网线路传输功率以及电动汽车的充电功率；

调度模块，用于根据所述配电网线路传输功率以及所述电动汽车的充电功率，获取所述电动汽车最佳充电时间以及所述电动汽车充电功率上下限，并根据所述电动汽车最佳充电时间、所述电动汽车充电功率上下限以及所述重构后的配电网，对所述电动汽车进行充电。

可选的，所述配电网重构约束条件设定模块包括：

第一设定单元，用于根据以下公式设定所述配电网网络拓扑模型的重构约束条件：

其中，jk表示所述配电网中的任意一条线路，x_jk,t表示jk线路在t时段分段开关的状态，n_v为所述配电网网络拓扑模型中的节点集合N_v的元素数，N_T为预设的规划周期的集合，C为n_w×n_S维的关联矩阵，n_w为集合N_v中除变电站外的子集N_w的元素数，n_S为所述配电网中配备有分段开关的线路集合N_S的元素数，K_t为t时段基于配电网网络拓扑模型的线路传输功率；

第二设定单元，用于根据以下公式设定所述基于配电网网络拓扑模型的线路传输功率约束条件：

其中，M为大于所述配电网用电侧的用电需求最大值的数值；

第三设定单元，用于根据以下公式设定所述配电网网络拓扑模型中支路分段开关的状态约束条件：

其中，0表示所述配电网支路分段开关的状态为断开，1表示所述配电网支路分段开关的状态为关闭。

可选的，所述电动汽车调度约束条件设定模块包括：

第四设定单元，用于根据以下公式设定所述直流潮流方程约束条件：

其中，B为n_d×n_L维的关联矩阵，n_d为所述配电网中实际节点中除变电站外的子集N_d的元素数，n_L为所述配电网接入所述电动汽车的线路集合N_L的元素数，X_t为所述配电网t时段线路的传输功率，

为t时段集合N_d中负荷节点的非柔性用电需求，所述非柔性用电需求是指受电价影响较小的用电需求，所述负荷节点为接入用电负荷的节点，E_i为用户到负荷节点的n_d×m_i维映射矩阵，m_i为负荷聚合商i的用户数，p_i,t为负荷聚合商i在t时段调度给电动汽车的充电功率，N_B为负荷聚合商的集合，所述负荷聚合商用于专门整合用电侧中小负荷资源；

第五设定单元，用于根据以下公式设定所述配电网线路负载约束条件：

其中，f_t为所述配电网在t时段的线路负载限制；

第六设定单元，用于根据以下公式设定所述配电网线路传输功率约束条件：

其中，如果t时段所述配电网中jk线路的支路分段开关的状态为断开，则jk线路的传输功率为0；

第七设定单元，用于根据以下公式设定所述电动汽车充电限制约束条件：

其中，t_为不超过t的时间段，e_i,0为所述电动汽车电量的初始值，

为所述电动汽车电量的下限，

为所述电动汽车电量的上限，d_{i,t_}为所述电动汽车在使用时消耗的电量，

为所述负荷聚合商i在t时段调度给电动汽车充电的充电功率下限，P_i,t-为所述负荷聚合商i在t时段调度给电动汽车充电所消耗的充电功率,

为所述负荷聚合商i在t时段调度给电动汽车充电的充电功率上限。

可选的，所述目标函数建立模块包括：

第一建立单元，用于根据以下公式建立所述配电网电能规划成本函数：

其中，a_t为t时段的市场电价；

第二建立单元，用于根据以下公式建立所述配电网线损成本函数：

其中，r_jk为jk线路的电阻，V_n为jk线路的电压，X_jk,t为jk线路在t时段的传输功率；

第三建立单元，用于根据以下公式建立所述目标函数：

其中，g(p_i,t)为所述电能规划成本函数，h(X_jk,t)为所述配电网中jk线路的线损成本函数，

为所述配电网中线路的线损成本函数之和；

可选的，所述配电网阻塞管理及降损模型建立模块用于根据以下公式建立所述配电网阻塞管理及降损模型：

s.t.(1)-(9)；

其中，s.t.(1)-(9)表示受约束于公式(1)-(9)。

通过本发明实施例公开的一种基于优化重构的配电网阻塞管理及降损方法和装置，根据获取的配电网中支路分段开关的状态建立配电网网络拓扑模型；根据预设的规划周期以及配电网网络拓扑模型，设定配电网重构约束条件；然后设定电动汽车调度约束条件，并根据建立的配电网电能规划成本函数以及配电网线损成本函数，建立目标函数；根据配电网重构约束条件、电动汽车调度约束条件以及目标函数，建立配电网阻塞管理及降损模型；根据配电网阻塞管理及降损模型，求解配电网重构后的支路分段开关的状态，并基于重构后的配电网，求解配电网线路传输功率以及电动汽车的充电功率；最后，根据配电网线路传输功率以及电动汽车的充电功率，获取电动汽车最佳充电时间以及电动汽车充电功率上下限，并根据电动汽车最佳充电时间、电动汽车充电功率上下限以及重构后的配电网，对电动汽车进行充电。本发明实施例能够通过建立配电网阻塞管理及降损模型，得到配电网线路传输功率以及电动汽车的充电功率，从而准确获取配电网重构的支路分段开关状态、电动汽车的最佳充电时间以及电动汽车充电功率上下限。通过获取的配电网重构的支路分段开关状态可以对配电网进行传输线路的重构，有效缓解发生阻塞的线路的传输压力；通过获取电动汽车的最佳充电时间，避免了电动汽车无引导的在用电高峰期充电造成的配电网阻塞；通过设定电动汽车的充电功率上下限，避免了电动汽车无约束的大量用电需求造成的配电网阻塞。另外在建立目标函数时，将配电网线损成本限制为最小，显著降低了配电网因接入有大量用电需求的电动汽车，而额外产生的线损。

附图说明

为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例公开的一种基于优化重构的配电网阻塞及降损方法的工作流程示意图；

图2是本发明实施例公开的一种配电网单线图；

图3是本发明实施例公开的一种配电网网络拓扑模型图；

图4是本发明实施例公开的市场电价示意图；

图5是本发明实施例公开的配电网网络拓扑模型优化结果示意图；

图6是本发明实施例公开的最优电能规划结果示意图；

图7是本发明实施例公开的负荷聚合商进行最优电能规划调度示意图；

图8是本发明实施例公开的一种基于优化重构的配电网阻塞及降损装置的结构示意图。

具体实施方式

为了解决现有技术中无法有效进行配电网阻塞管理以及降低配电网线损的问题，本发明通过以下各个实施例公开了一种基于优化重构的配电网阻塞管理及降损方法和装置。

参见图1所示的工作流程示意图，本发明实施例公开的一种基于优化重构的配电网阻塞管理及降损方法包括以下步骤：

步骤S101、获取配电网中支路分段开关的状态，根据所述支路分段开关的状态建立配电网网络拓扑模型。

其中，由于配电网中并不是每段支路都安装有分段开关，建立配电网网络拓扑模型时可以将相邻的未安装分段开关的支路进行合并，将它们的支路节点视为一个节点。作为示例，在本实施例或本发明其他某些实施例中，参见图2以及图3，图2为配电网单线图，所述配电网单线图是指针对配电网中的各种元件，用规定的图形或符号，把它们的实际连接方式，以等效单线表示的接线图。图3为根据图2配电网单线图中支路分段开关的状态，所建立的配电网网络拓扑模型图，图3中的点表示配电网支路节点，实线表示该段支路分段开关的状态为关闭，虚线表示该段支路分段开关的状态为断开。

步骤S102、根据预设的规划周期以及所述配电网网络拓扑模型，设定配电网重构约束条件，其中，所述配电网重构约束条件包括所述配电网网络拓扑模型的重构约束条件、基于所述配电网网络拓扑模型的线路传输功率约束条件以及所述配电网网络拓扑模型中支路分段开关的状态约束条件。

其中，根据所述配电网网络拓扑模型是为了基于建立的配电网网络拓扑模型进行网络拓扑分析，从而获取配电网的重构约束条件，对配电网进行重构可以实现降低线损、转移负荷的目的，其中，转移负荷可以有效缓解发生阻塞的线路传输压力。所述根据预设的规划周期，作为示例，在本实施例或本发明其他某些实施例中，预先设定一个规划周期为一个小时，在本实施例中每个规划周期都针对配电网网络拓扑模型进行网络网络拓扑分析。

步骤S103、设定电动汽车调度约束条件，其中，所述设定电动汽车调度约束条件包括设定直流潮流方程约束条件、设定配电网线路负载约束条件、设定配电网线路传输功率约束条件以及设定电动汽车充电限制约束条件。

其中,所述配电网线路负载约束条件是指针对与电动汽车相关的线路的负载约束条件，所述配电网线路传输功率约束条件是指针对与电动汽车相关的线路的传输功率约束条件。电动汽车作为柔性用电需求资源，可根据供电侧灵活调整充电时间以及充电功率，通过设定电动汽车调度约束条件，可以引导、约束电动汽车的用电。

配电网重构约束条件是针对供电侧资源的一种整合，电动汽车调度约束条件是针对用电侧资源的整合，通过将供电侧资源与用电侧资源结合考虑，可以更加灵活有效的实现配电网阻塞管理。

步骤S104、建立配电网电能规划成本函数以及配电网线损成本函数，并根据所述电能规划成本函数以及所述配电网线损成本函数，建立目标函数，其中，所述目标函数用于计算所述电能规划成本函数与所述配电网线损成本函数之和的最小值。

其中，所述配电网电能规划成本函数根据电能规划成本所建立，电能规划成本以市场电价为标准，作为示例，在本实施例或本发明其他某些实施例中，图4为市场电价示意图，从图4中可以看出市场电价相对较低的时间段包括5时、10时、19时、21时、23时以及24时，建立目标函数可以使电动汽车充电时间限制在上述几个时间段，从而实现将电能规划成本降为最低。

所述配电网线损成本函数根据配电网线损成本所建立，所示配电网线损成本根据配电网中线路的传输功率、电压以及电阻来确定，建立目标函数可以将配电网线损限制为最小，从而达到降损的目的。作为示例，在本实施例或本发明其他某些实施例中，将不考虑线损的情况与本申请提供的考虑线损的情况进行对比分析，如表1所示，从表1中可以看出本发明提供的降损方法有效的降低了配电网线路在电力传输过程中的总线损以及线损成本。

表1

步骤S105、根据所述配电网重构约束条件、所述电动汽车调度约束条件以及所述目标函数，建立配电网阻塞管理及降损模型。

步骤S106、根据所述配电网阻塞管理及降损模型，求解所述配电网重构的支路分段开关的状态，并基于重构后的配电网，求解配电网线路传输功率以及电动汽车的充电功率。

其中，所述配电网线路传输功率为配电网中与电动汽车相关的线路的传输功率。根据所述配电网阻塞管理及降损模型，可以得到优化的配电网网络拓扑模型，然后获取优化的配电网网络拓扑模型中支路分段开关的状态，将所述优化的配电网网络拓扑模型中支路分段开关的状态确定为所述配电网重构的支路分段开关的状态，对配电网进行重构。作为示例，在本实施例或本发明其他某些实施例中，图5为配电网网络拓扑模型优化结果示意图。

步骤S107、根据所述配电网线路传输功率以及所述电动汽车的充电功率，获取所述电动汽车最佳充电时间以及所述电动汽车充电功率上下限，并根据所述电动汽车最佳充电时间、所述电动汽车充电功率上下限以及所述重构后的配电网，对所述电动汽车进行充电。

其中，根据所述电动汽车最佳充电时间、所述电动汽车充电功率上下限以及所述重构后的配电网，可以获取配电网运营商的最优电能规划结果，作为示例，在本实施例或本发明其他某些实施例中，图6为最优电能规划结果示意图，图中给出了接入电动汽车的配电网线路负载情况，并且展示了电动汽车的充电时间、充电功率上下限的规划结果。从图中可以看出，最优电能规划结果中，电动汽车的最佳充电时间为5时、23时以及24时这三个时间段。并且在原有的线路用电负荷基础上，由于接入的电动汽车有充电功率的限制，因此在电动汽车进行充电时，线路总负荷并没有超过线路负荷上限，有效的避免了造成配电网线路负荷的急剧增长从而引起配电网阻塞。

配电网运营商将最优电能规划结果发送给负荷聚合商，由负荷聚合商根据最优电能规划结果调度所属的电动汽车用电，作为示例，在本实施例或本发明其他某些实施例中，图7为负荷聚合商进行最优电能规划调度示意图。负荷聚合商在接收到配电网运营商发送的最优电能规划结果后，各自执行计划调度所属的电动汽车。

通过本发明实施例公开的一种基于优化重构的配电网阻塞管理及降损方法，根据获取的配电网中支路分段开关的状态建立配电网网络拓扑模型；根据预设的规划周期以及配电网网络拓扑模型，设定配电网重构约束条件；然后设定电动汽车调度约束条件，并根据建立的配电网电能规划成本函数以及配电网线损成本函数，建立目标函数；根据配电网重构约束条件、电动汽车调度约束条件以及目标函数，建立配电网阻塞管理及降损模型；根据配电网阻塞管理及降损模型，求解配电网重构后的支路分段开关的状态，并基于重构后的配电网，求解配电网线路传输功率以及电动汽车的充电功率；最后，根据配电网线路传输功率以及电动汽车的充电功率，获取电动汽车最佳充电时间以及电动汽车充电功率上下限，并根据电动汽车最佳充电时间、电动汽车充电功率上下限以及重构后的配电网，对电动汽车进行充电。本发明实施例能够通过建立配电网阻塞管理及降损模型，得到配电网线路传输功率以及电动汽车的充电功率，从而准确获取配电网重构的支路分段开关状态、电动汽车的最佳充电时间以及电动汽车充电功率上下限。通过获取的配电网重构的支路分段开关状态可以对配电网进行传输线路的重构，有效缓解发生阻塞的线路的传输压力；通过获取电动汽车的最佳充电时间，避免了电动汽车无引导的在用电高峰期充电造成的配电网阻塞；通过设定电动汽车的充电功率上下限，避免了电动汽车无约束的大量用电需求造成的配电网阻塞。另外在建立目标函数时，将配电网线损成本限制为最小，显著降低了配电网因接入有大量用电需求的电动汽车，而额外产生的线损。

进一步的，步骤S102中，所述设定配电网重构约束条件，包括以下步骤：

根据以下公式设定所述配电网网络拓扑模型的重构约束条件：

其中，jk表示所述配电网中的任意一条线路，x_jk,t表示jk线路在t时段分段开关的状态，n_v为所述配电网网络拓扑模型中的节点集合N_v的元素数，N_T为预设的规划周期的集合，C为n_w×n_S维的关联矩阵，n_w为集合N_v中除变电站外的子集N_w的元素数，n_S为所述配电网中配备有分段开关的线路集合N_S的元素数，K_t为t时段基于配电网网络拓扑模型的线路传输功率。

根据以下公式设定所述基于配电网网络拓扑模型的线路传输功率约束条件：

其中，M为足够大数，且M为大于所述配电网用电侧的用电需求最大值的数值。

根据以下公式设定所述配电网网络拓扑模型中支路分段开关的状态约束条件：

其中，0表示所述配电网支路分段开关的状态为断开，1表示所述配电网支路分段开关的状态为关闭。

其中，公式(1)是为了保证优化的配电网网络拓扑模型的总支路的数目比总节点的数目少一个，公式(2)和(3)中的基于配电网网络拓扑模型的线路传输功率K_t可以根据已知的用电侧的用电需求来确定，根据所述线路传输功率K_t的传输方向给关联矩阵C的元素赋值：当第s条支路的线路输功率K_t的传输正方向为指向第w个节点时，所述关联矩阵C中C_w,s的元素值为1，其中，所述C_w,s表示所述关联矩阵C中第w行第s列的元素；当第s条支路的线路输功率K_t的传输正方向为离开第w个节点时，所述关联矩阵C中C_w,s的元素值为-1；当第s条支路的线路输功率K_t的传输正方向与第w个节点无关时，所述关联矩阵C中C_w,s的元素值为0。根据得到的关联矩阵C可以获取各支路与各节点的连接关系，从而建立配电网网络拓扑模型，并对所述配电网网络拓扑模型进行优化。

进一步的，步骤S103中，所述设定电动汽车调度约束条件，包括以下步骤：

根据以下公式设定所述直流潮流方程约束条件：

其中，B为n_d×n_L维的关联矩阵，n_d为所述配电网中实际节点中除变电站外的子集N_d的元素数，n_L为所述配电网接入所述电动汽车的线路集合N_L的元素数，X_t为所述配电网t时段线路的传输功率，

为t时段集合N_d中负荷节点的非柔性用电需求，所述非柔性用电需求是指受电价影响较小的用电需求，所述负荷节点为接入用电负荷的节点，E_i为用户到负荷节点的n_d×m_i维映射矩阵，m_i为负荷聚合商i的用户数，p_i,t为负荷聚合商i在t时段调度给电动汽车的充电功率，N_B为负荷聚合商的集合，所述负荷聚合商用于专门整合用电侧中小负荷资源。

根据以下公式设定所述配电网线路负载约束条件：

其中，f_t为所述配电网在t时段的线路负载限制。

根据以下公式设定所述配电网线路传输功率约束条件：

其中，如果t时段所述配电网中jk线路的支路分段开关的状态为断开，则jk线路的传输功率为0。

根据以下公式设定所述电动汽车充电限制约束条件：

其中，t_为不超过t的时间段，e_i,0为所述电动汽车电量的初始值，

为所述电动汽车电量的下限，

为所述电动汽车电量的上限，d_{i,t_}为所述电动汽车在使用时所消耗的电量，

为所述负荷聚合商i在t时段调度给电动汽车充电的充电功率下限，P_i,t-为所述负荷聚合商i在t时段调度给电动汽车充电所消耗的充电功率,

为所述负荷聚合商i在t时段调度给电动汽车充电的充电功率上限。

进一步的，步骤S104中，所述建立目标函数，包括以下步骤：

根据以下公式建立所述配电网电能规划成本函数：

其中，a_t为t时段的市场电价。

根据以下公式建立所述配电网线损成本函数：

其中，r_jk为jk线路的电阻，V_n为jk线路的电压，X_jk,t为jk线路在t时段的传输功率。

根据以下公式建立所述目标函数：

其中，g(p_i,t)为所述电能规划成本函数，h(X_jk,t)为所述配电网中jk线路的线损成本函数，

为所述配电网中线路的线损成本函数之和。

进一步的，步骤S105中，所述建立所述配电网阻塞管理及降损模型，包括以下步骤：

根据以下公式建立所述配电网阻塞管理及降损模型：

s.t.(1)-(9)；

其中，s.t.(1)-(9)表示受约束于公式(1)-(9)，使得所述配电网阻塞管理及降损模型满足公式(1)-(9)的限定。

下述为本发明装置实施例，可以用于执行本发明方法实施例。对于本发明装置实施例中未披露的细节，请参照本发明方法实施例。

参见图8所示的结构示意图，本发明实施例公开的一种基于优化重构的配电网阻塞管理及降损装置包括：配电网网络拓扑模型建立模块100、配电网重构约束条件设定模块200、电动汽车调度约束条件设定模块300、目标函数建立模块400、配电网阻塞管理及降损模型建立模块500、求解模块600以及调度模块700。

其中，所述配电网网络拓扑模型建立模块100，用于获取配电网中支路分段开关的状态，根据所述支路分段开关的状态建立配电网网络拓扑模型。

所述配电网重构约束条件设定模块200，用于根据预设的规划周期以及所述配电网网络拓扑模型，设定配电网重构约束条件，其中，所述设定配电网重构约束条件包括设定所述配电网网络拓扑模型的重构约束条件、设定基于所述配电网网络拓扑模型的线路传输功率约束条件以及设定所述配电网网络拓扑模型中支路分段开关的状态约束条件。

所述电动汽车调度约束条件设定模块300，用于设定电动汽车调度约束条件，其中，所述设定电动汽车调度约束条件包括设定直流潮流方程约束条件、设定配电网线路负载约束条件、设定配电网线路传输功率约束条件以及设定电动汽车充电限制约束条件。

所述目标函数建立模块400，用于建立配电网电能规划成本函数以及配电网线损成本函数，并根据所述电能规划成本函数以及所述配电网线损成本函数，建立目标函数，其中，所述目标函数用于计算所述电能规划成本函数与所述配电网线损成本函数之和的最小值。

所述配电网阻塞管理及降损模型建立模块500，用于根据所述配电网重构约束条件、所述电动汽车调度约束条件以及所述目标函数，建立配电网阻塞管理及降损模型。

所述求解模块600，用于根据所述配电网阻塞管理及降损模型，求解所述配电网重构的支路分段开关的状态，并基于重构后的配电网，求解配电网线路传输功率以及电动汽车的充电功率。

所述调度模块700，用于根据所述配电网线路传输功率以及所述电动汽车的充电功率，获取所述电动汽车最佳充电时间以及所述电动汽车充电功率上下限，并根据所述电动汽车最佳充电时间、所述电动汽车充电功率上下限以及所述重构后的配电网，对所述电动汽车进行充电。

进一步的，所述配电网重构约束条件设定模块200包括：

第一设定单元，用于根据以下公式设定所述配电网网络拓扑模型的重构约束条件：

其中，jk表示所述配电网中的任意一条线路，x_jk,t表示jk线路在t时段分段开关的状态，n_v为所述配电网网络拓扑模型中的节点集合N_v的元素数，N_T为预设的规划周期的集合，C为n_w×n_S维的关联矩阵，n_w为集合N_v中除变电站外的子集N_w的元素数，n_S为所述配电网中配备有分段开关的线路集合N_S的元素数，K_t为t时段基于配电网网络拓扑模型的线路传输功率。

第二设定单元，用于根据以下公式设定所述基于配电网网络拓扑模型的线路传输功率约束条件：

其中，M为足够大数，且M为大于所述配电网用电侧的用电需求最大值的数值。

第三设定单元，用于根据以下公式设定所述配电网网络拓扑模型中支路分段开关的状态约束条件：

其中，0表示所述配电网支路分段开关的状态为断开，1表示所述配电网支路分段开关的状态为关闭。

进一步的，所述电动汽车调度约束条件设定模块300包括：

第四设定单元，用于根据以下公式设定所述直流潮流方程约束条件：

其中，B为n_d×n_L维的关联矩阵，n_d为所述配电网中实际节点中除变电站外的子集N_d的元素数，n_L为所述配电网接入所述电动汽车的线路集合N_L的元素数，X_t为所述配电网t时段线路的传输功率，

为t时段集合N_d中负荷节点的非柔性用电需求，所述非柔性用电需求是指受电价影响较小的用电需求，所述负荷节点为接入用电负荷的节点，E_i为用户到负荷节点的n_d×m_i维映射矩阵，m_i为负荷聚合商i的用户数，p_i,t为负荷聚合商i在t时段调度给电动汽车的充电功率，N_B为负荷聚合商的集合，所述负荷聚合商用于专门整合用电侧中小负荷资源。

第五设定单元，用于根据以下公式设定所述配电网线路负载约束条件：

其中，f_t为所述配电网在t时段的线路负载限制。

第六设定单元，用于根据以下公式设定所述配电网线路传输功率约束条件：

其中，如果t时段所述配电网中jk线路的支路分段开关的状态为断开，则jk线路的传输功率为0。

第七设定单元，用于根据以下公式设定所述电动汽车充电限制约束条件：

其中，t_为不超过t的时间段，e_i,0为所述电动汽车电量的初始值，

为所述电动汽车电量的下限，

为所述电动汽车电量的上限，d_{i,t_}为所述电动汽车在使用时消耗的电量，

为所述负荷聚合商i在t时段调度给电动汽车充电的充电功率下限，P_i,t-为所述负荷聚合商i在t时段调度给电动汽车充电所消耗的充电功率,

为所述负荷聚合商i在t时段调度给电动汽车充电的充电功率上限。

进一步的，所述目标函数建立模块400包括：

第一建立单元，用于根据以下公式建立所述配电网电能规划成本函数：

其中，a_t为t时段的市场电价。

第二建立单元，用于根据以下公式建立所述配电网线损成本函数：

其中，r_jk为jk线路的电阻，V_n为jk线路的电压，X_jk,t为jk线路在t时段的传输功率。

第三建立单元，用于根据以下公式建立所述目标函数：

其中，g(p_i,t)为所述电能规划成本函数，h(X_jk,t)为所述配电网中jk线路的线损成本函数，

为所述配电网中线路的线损成本函数之和。

进一步的，所述配电网阻塞管理及降损模型建立模块500用于根据以下公式建立所述配电网阻塞管理及降损模型：

s.t.(1)-(9)；

其中，s.t.(1)-(9)表示受约束于公式(1)-(9)，使得所述配电网阻塞管理及降损模型满足公式(1)-(9)的限定。

具体实现中，本申请还提供一种计算机存储介质，其中，该计算机存储介质可存储有程序，该程序执行时可包括本申请提供的～方法的各实施例中的部分或全部步骤。所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(英文：read-only memory，简称：ROM)或随机存储记忆体(英文：random access memory，简称：RAM)等。

本领域的技术人员可以清楚地了解到本申请实施例中的技术可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现。基于这样的理解，本申请实施例中的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本申请各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

本说明书中各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。尤其，对于装置实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例中的说明即可。

以上所述的本申请实施方式并不构成对本申请保护范围的限定。

Claims (6)

1.一种基于优化重构的配电网阻塞管理及降损方法，其特征在于，包括：

获取配电网中支路分段开关的状态，根据所述支路分段开关的状态建立配电网网络拓扑模型；

根据预设的规划周期以及所述配电网网络拓扑模型，设定配电网重构约束条件，其中，所述设定配电网重构约束条件包括设定所述配电网网络拓扑模型的重构约束条件、设定基于所述配电网网络拓扑模型的线路传输功率约束条件以及设定所述配电网网络拓扑模型中支路分段开关的状态约束条件；

设定电动汽车调度约束条件，其中，所述设定电动汽车调度约束条件包括设定直流潮流方程约束条件、设定配电网线路负载约束条件、设定配电网线路传输功率约束条件以及设定电动汽车充电限制约束条件；

建立配电网电能规划成本函数以及配电网线损成本函数，并根据所述电能规划成本函数以及所述配电网线损成本函数，建立目标函数，其中，所述目标函数用于计算所述电能规划成本函数与所述配电网线损成本函数之和的最小值；

根据所述配电网重构约束条件、所述电动汽车调度约束条件以及所述目标函数，建立配电网阻塞管理及降损模型；

根据所述配电网阻塞管理及降损模型，求解所述配电网重构的支路分段开关的状态，并基于重构后的配电网，求解配电网线路传输功率以及电动汽车的充电功率；

根据所述配电网线路传输功率以及所述电动汽车的充电功率，获取所述电动汽车最佳充电时间以及所述电动汽车充电功率上下限，并根据所述电动汽车最佳充电时间、所述电动汽车充电功率上下限以及所述重构后的配电网，对所述电动汽车进行充电；

所述根据预设的规划周期以及所述配电网网络拓扑模型，设定配电网重构约束条件，其中，所述设定配电网重构约束条件包括设定所述配电网网络拓扑模型的重构约束条件、设定基于所述配电网网络拓扑模型的线路传输功率约束条件以及设定所述配电网网络拓扑模型中支路分段开关的状态约束条件，包括：

根据以下公式设定所述配电网网络拓扑模型的重构约束条件：

其中，jk表示所述配电网中的任意一条线路，x_jk,t表示jk线路在t时段分段开关的状态，n_v为所述配电网网络拓扑模型中的节点集合N_v的元素数，N_T为预设的规划周期的集合，C为n_w×n_S维的关联矩阵，n_w为集合N_v中除变电站外的子集N_w的元素数，n_S为所述配电网中配备有分段开关的线路集合N_S的元素数，K_t为t时段基于配电网网络拓扑模型的线路传输功率；

根据以下公式设定所述基于配电网网络拓扑模型的线路传输功率约束条件：

其中，M为大于所述配电网用电侧的用电需求最大值的数值；

根据以下公式设定所述配电网网络拓扑模型中支路分段开关的状态约束条件：

其中，0表示所述配电网支路分段开关的状态为断开，1表示所述配电网支路分段开关的状态为关闭；

所述设定电动汽车调度约束条件，其中，所述设定电动汽车调度约束条件包括设定直流潮流方程约束条件、设定配电网线路负载约束条件、设定配电网线路传输功率约束条件以及设定电动汽车充电限制约束条件，包括：

根据以下公式设定所述直流潮流方程约束条件：

其中，B为n_d×n_L维的关联矩阵，n_d为所述配电网中实际节点中除变电站外的子集N_d的元素数，n_L为所述配电网接入所述电动汽车的线路集合N_L的元素数，X_t为所述配电网t时段线路的传输功率，

为t时段集合N_d中负荷节点的非柔性用电需求，所述非柔性用电需求是指受电价影响较小的用电需求，所述负荷节点为接入用电负荷的节点，E_i为用户到负荷节点的n_d×m_i维映射矩阵，m_i为负荷聚合商i的用户数，p_i,t为负荷聚合商i在t时段调度给电动汽车的充电功率，N_B为负荷聚合商的集合，所述负荷聚合商用于专门整合用电侧中小负荷资源；

根据以下公式设定所述配电网线路负载约束条件：

其中，f_t为所述配电网在t时段的线路负载限制；

根据以下公式设定所述配电网线路传输功率约束条件：

其中，M为大于所述配电网用电侧的用电需求最大值的数值；

如果t时段所述配电网中jk线路的支路分段开关的状态为断开，则jk线路的传输功率为0；

根据以下公式设定所述电动汽车充电限制约束条件：

其中，t_为不超过t的时间段，e_i,0为所述电动汽车电量的初始值，

为所述电动汽车电量的下限，

为所述电动汽车电量的上限，d_{i,t_}为所述电动汽车在使用时所消耗的电量，

为所述负荷聚合商i在t时段调度给电动汽车充电的充电功率下限，P_i,t-为所述负荷聚合商i在t时段调度给电动汽车充电所消耗的充电功率,

为所述负荷聚合商i在t时段调度给电动汽车充电的充电功率上限。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述建立配电网电能规划成本函数以及配电网线损成本函数，并根据所述电能规划成本函数以及所述配电网线损成本函数，建立目标函数，包括：

根据以下公式建立所述配电网电能规划成本函数：

其中，a_t为t时段的市场电价；

根据以下公式建立所述配电网线损成本函数：

其中，r_jk为jk线路的电阻，V_n为jk线路的电压，X_jk,t为jk线路在t时段的传输功率；

根据以下公式建立所述目标函数：

其中，g(p_i,t)为所述电能规划成本函数，h(X_jk,t)为所述配电网中jk线路的线损成本函数，

为所述配电网中线路的线损成本函数之和。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，根据以下公式建立所述配电网阻塞管理及降损模型：

s.t.(1)-(9)；

其中，s.t.(1)-(9)表示受约束于公式(1)-(9)。

4.一种基于优化重构的配电网阻塞管理及降损装置，其特征在于，所述装置包括：

配电网网络拓扑模型建立模块，用于获取配电网中支路分段开关的状态，根据所述支路分段开关的状态建立配电网网络拓扑模型；

配电网重构约束条件设定模块，用于根据预设的规划周期以及所述配电网网络拓扑模型，设定配电网重构约束条件，其中，所述设定配电网重构约束条件包括设定所述配电网网络拓扑模型的重构约束条件、设定基于所述配电网网络拓扑模型的线路传输功率约束条件以及设定所述配电网网络拓扑模型中支路分段开关的状态约束条件；

电动汽车调度约束条件设定模块，用于设定电动汽车调度约束条件，其中，所述设定电动汽车调度约束条件包括设定直流潮流方程约束条件、设定配电网线路负载约束条件、设定配电网线路传输功率约束条件以及设定电动汽车充电限制约束条件；

目标函数建立模块，用于建立配电网电能规划成本函数以及配电网线损成本函数，并根据所述电能规划成本函数以及所述配电网线损成本函数，建立目标函数，其中，所述目标函数用于计算所述电能规划成本函数与所述配电网线损成本函数之和的最小值；

配电网阻塞管理及降损模型建立模块，用于根据所述配电网重构约束条件、所述电动汽车调度约束条件以及所述目标函数，建立配电网阻塞管理及降损模型；

求解模块，用于根据所述配电网阻塞管理及降损模型，求解所述配电网重构的支路分段开关的状态，并基于重构后的配电网，求解配电网线路传输功率以及电动汽车的充电功率；

调度模块，用于根据所述配电网线路传输功率以及所述电动汽车的充电功率，获取所述电动汽车最佳充电时间以及所述电动汽车充电功率上下限，并根据所述电动汽车最佳充电时间、所述电动汽车充电功率上下限以及所述重构后的配电网，对所述电动汽车进行充电；所述配电网重构约束条件设定模块包括：

第一设定单元，用于根据以下公式设定所述配电网网络拓扑模型的重构约束条件：

其中，jk表示所述配电网中的任意一条线路，x_jk,t表示jk线路在t时段分段开关的状态，n_v为所述配电网网络拓扑模型中的节点集合N_v的元素数，N_T为预设的规划周期的集合，C为n_w×n_S维的关联矩阵，n_w为集合N_v中除变电站外的子集N_w的元素数，n_S为所述配电网中配备有分段开关的线路集合N_S的元素数，K_t为t时段基于配电网网络拓扑模型的线路传输功率；

第二设定单元，用于根据以下公式设定所述基于配电网网络拓扑模型的线路传输功率约束条件：

其中，M为大于所述配电网用电侧的用电需求最大值的数值；

第三设定单元，用于根据以下公式设定所述配电网网络拓扑模型中支路分段开关的状态约束条件：

其中，0表示所述配电网支路分段开关的状态为断开，1表示所述配电网支路分段开关的状态为关闭；

所述电动汽车调度约束条件设定模块包括：

第四设定单元，用于根据以下公式设定所述直流潮流方程约束条件：

其中，B为n_d×n_L维的关联矩阵，n_d为所述配电网中实际节点中除变电站外的子集N_d的元素数，n_L为所述配电网接入所述电动汽车的线路集合N_L的元素数，X_t为所述配电网t时段线路的传输功率，

为t时段集合N_d中负荷节点的非柔性用电需求，所述非柔性用电需求是指受电价影响较小的用电需求，所述负荷节点为接入用电负荷的节点，E_i为用户到负荷节点的n_d×m_i维映射矩阵，m_i为负荷聚合商i的用户数，p_i,t为负荷聚合商i在t时段调度给电动汽车的充电功率，N_B为负荷聚合商的集合，所述负荷聚合商用于专门整合用电侧中小负荷资源；

第五设定单元，用于根据以下公式设定所述配电网线路负载约束条件：

其中，f_t为所述配电网在t时段的线路负载限制；

第六设定单元，用于根据以下公式设定所述配电网线路传输功率约束条件：

其中，如果t时段所述配电网中jk线路的支路分段开关的状态为断开，则jk线路的传输功率为0；

第七设定单元，用于根据以下公式设定所述电动汽车充电限制约束条件：

其中，t_为不超过t的时间段，e_i,0为所述电动汽车电量的初始值，

为所述电动汽车电量的下限，

为所述电动汽车电量的上限，d_{i,t_}为所述电动汽车在使用时消耗的电量，

为所述负荷聚合商i在t时段调度给电动汽车充电的充电功率下限，P_i,t-为所述负荷聚合商i在t时段调度给电动汽车充电所消耗的充电功率,

为所述负荷聚合商i在t时段调度给电动汽车充电的充电功率上限。

5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述目标函数建立模块包括：

第一建立单元，用于根据以下公式建立所述配电网电能规划成本函数：

其中，a_t为t时段的市场电价；

第二建立单元，用于根据以下公式建立所述配电网线损成本函数：

其中，r_jk为jk线路的电阻，V_n为jk线路的电压，X_jk,t为jk线路在t时段的传输功率；

第三建立单元，用于根据以下公式建立所述目标函数：

其中，g(p_i,t)为所述电能规划成本函数，h(X_jk,t)为所述配电网中jk线路的线损成本函数，

为所述配电网中线路的线损成本函数之和。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述配电网阻塞管理及降损模型建立模块用于根据以下公式建立所述配电网阻塞管理及降损模型：

s.t.(1)-(9)；

其中，s.t.(1)-(9)表示受约束于公式(1)-(9)。

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