CN110676842B - 故障区域最小化切除的配电网重构及其建模求解方法与装置 - Google Patents

故障区域最小化切除的配电网重构及其建模求解方法与装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种故障区域最小化切除的配电网重构及其建模求解方法，包括：构建包含负荷损失的目标函数；对所有节点建立扩展可行域的电压幅值约束模型；配电网络建立网络约束模型；对配电线路建立传输能力模型；通过电压幅值约束模型、网络约束模型和线路传输能力模型，使得故障点及与故障点通过导通线路连通的所有节点的电压幅值落于故障电压范围，使得故障点及与故障点通过导通线路连通的所有节点的负荷为0，将负荷为0的节点识别为故障切除区域。本发明公开的配电网重构方法能最小化故障切除区域及失负荷量；其混合整数线性规划表示，能有效解决现有技术不可解析，稳定性和可靠性较差的问题。本发明实施例还公开了一种装置及存储介质。

Description

故障区域最小化切除的配电网重构及其建模求解方法与装置
技术领域
本发明涉及电力系统技术领域，尤其涉及一种故障区域最小化切除的配电网重构及其建模求解方法与装置。
背景技术
开发利用分布式清洁能源及用户侧主动参与电能生产、交易是近十年来形成的电力系统发展的重要、明确方向。为此，主动配电网(ADN)概念应运而生，旨在解决配电侧兼容大规模间歇式可再生能源接入及相应产生的用户侧主动参与电能市场的问题。根据国际大电网会议(CIGRE)TaskForceC6.11的定义，主动配电网是采用主动管理分布式电源、储能设备和客户双向负荷的模式，具有灵活拓扑结构的公用配电网。
灵活的拓扑结构、网络的自愈能力是主动配电网的特征之一。为此，不同目的具有遥信、遥控功能的开关被越来越多地配置到配电网络中，以支持网络拓扑的可控调节，也即配网重构。然而，与高电压等级输电网几乎所有线路两侧都装有开关相比，配电网的开关布置在足够长的时间范围内仍然是有限的。
传统的单向潮流辐射配网，当某一点故障后，只能通过上游最近的开关切除故障；故障排除后重新接通该开关即可。主动配电网中，分布式电源原则上可以支持配网分裂成多片运行，因此，合理的网络重构方法或规则，应该断开距离故障点最近的若干开关以隔离每一个故障；并在故障逐步排除的过程中，尽早恢复被隔离节点的供电。
然而，由于配网中开关配置是有限的，一点故障后需要开断哪些开关，一点故障排除后可以接通哪些开关，通常都需要透过搜索算法获得。
现有技术的搜索算法包括：以故障点为根节点做广度/深度优先搜索等。
本发明人在实施本发明的过程中发现，现有技术中存在以下技术问题：
搜索算法的搜索过程通常使用逻辑流程描述，不可解析。这就为需要模拟配网重构的优化问题(比如开关、分布式电源的布置规划问题等)带来了建模和求解上的困难。目前，相关的问题通常只能通过启发式算法，或启发式智能算法求解，而这些算法的稳定性和解的最优性方面通常都存在困难，难以保证求解可靠性。
发明内容
本发明实施例提供一种故障区域最小化切除的配电网重构及其建模求解方法与装置，能有效解决现有技术不可解析，稳定性和可靠性较差的问题。
本发明一实施例提供一种故障区域最小化切除的配电网重构及其建模求解方法，包括：
构建包含负荷损失的目标函数；
对所有节点建立扩展可行域的电压幅值约束模型；其中，所述电压幅值约束模型包括故障点的虚拟短路约束，所述可行域为正常运行的安全电压范围与表示故障的电压范围的并集；
对配电网络建立网络约束模型；其中，网络约束模型包括虚拟短路点的功率约束；
对配电线路建立传输能力模型；
通过电压幅值约束模型、网络约束模型和线路传输能力模型，使得故障点及与故障点通过导通线路连通的所有节点的电压幅值落于故障电压范围，使得故障点及与故障点通过导通线路连通的所有节点的负荷为0，将负荷为0的节点识别为故障切除区域。
作为上述方案的改进，所述包含负荷损失的目标函数如下式(1)所示：
Figure GDA0002919608140000021
式中，
Figure GDA0002919608140000031
负荷i的负荷损失或切负荷比例因子；
Figure GDA0002919608140000032
是负荷i的有功功率值；
Figure GDA0002919608140000033
是对应的单位失负荷成本；ΩL是负荷集。
作为上述方案的改进，所述电压幅值约束模型如下式(2)、(3)和(4)所示：
Figure GDA0002919608140000034
Figure GDA0002919608140000035
Figure GDA0002919608140000036
其中，0-1变量
Figure GDA0002919608140000037
表示节点i电压是否在正常范围内；公式(2)中，若
Figure GDA0002919608140000038
则电压在正常范围，否则电压取0；所述虚拟短路约束模型如式(3)所示。
作为上述方案的改进，所述传输能力模型包括：线路通断状态约束、线路传输能力约束、网络潮流约束、虚拟节点注入功率约束、失负荷比例因子约束和分布式电源容量约束；
所述线路通断状态约束如下式(5)、(6)、(7)和(8)所示：
Figure GDA0002919608140000039
Figure GDA00029196081400000310
Figure GDA00029196081400000311
Figure GDA00029196081400000312
其中，ΩN为原系统的节点集，ΩF为虚拟节点集合，所述虚拟节点为所述线路的中点，
Figure GDA00029196081400000313
表示所有节点的集合；ΩB为支路序号集，
Figure GDA00029196081400000314
表示考虑虚拟节点后的支路集合，并对线路
Figure GDA00029196081400000315
的节点标记顺序，规定i∈ΩN，j∈ΩF；0-1变量
Figure GDA00029196081400000316
表示支路(i,j)上是否装设有开关，若
Figure GDA00029196081400000317
则装设有开关；0-1变量
Figure GDA00029196081400000318
表示支路(i,j)上的开关是否断开；0-1变量
Figure GDA00029196081400000319
表示支路(i,j)是否导通；
式(5)表示当支路(i,j)没有装设开关时，将开关状态标志为闭合；式(6)和(7)用于构造变量
Figure GDA00029196081400000320
式(8)中，
Figure GDA0002919608140000041
的可行取值组合为[0,0,1]，[1,0,1]，[1,1,0]，所述可行取值组合分别对应的状态为无开关故线路导通，存在开关且开关闭合故线路导通，存在开关且开关断开故线路断开；
所述线路传输能力约束如下式(9)和(10)所示：
Figure GDA0002919608140000042
Figure GDA0002919608140000043
其中，
Figure GDA0002919608140000044
分别表示线路(i,j)允许的最大有功、无功潮流，为给定参数；Pij，Qij分别是以i到j为正方向的线路(i,j)上的有功、无功潮流；
所述网络潮流约束如下式(11)、(12)和(13)所示：
Figure GDA0002919608140000045
Figure GDA0002919608140000046
Figure GDA0002919608140000047
其中，
Figure GDA0002919608140000048
表示节点i的分布式电源的有功、无功出力；Rij，Xij分别表示支路(i,j)的电阻、电抗；M1是正数且M1≥2；V0为变电站母线电压；
所述虚拟节点注入功率约束如下式(14)和(15)所示：
Figure GDA0002919608140000049
Figure GDA00029196081400000410
其中，0-1变量uij表示线路(i,j)是否发生故障，若uij＝1，则线路(i,j)发生故障；
所述失负荷比例因子约束如下式(16)所示：
Figure GDA00029196081400000411
其中，
Figure GDA00029196081400000412
为失负荷比例因子，
Figure GDA00029196081400000413
的取值范围为0～1；当节点电压为0时，失去所有负荷；
所述分布式电源容量约束如下式(17)和(18)所示：
Figure GDA0002919608140000051
Figure GDA0002919608140000052
其中，
Figure GDA0002919608140000053
分别表示分布式电源i的有功、无功出力上限；ΩG为分布式电源集合。
作为上述方案的改进，将所述目标函数、所述电压幅值约束模型和所述传输能力模型可通过并入或嵌套的方式应用于包含配电网重构的优化问题。
作为上述方案的改进，令待求解的所述配电网优化问题如下式(19)所示：
Figure GDA0002919608140000054
则，所述并入方式如下式(20)所示：
Figure GDA0002919608140000055
式中，α为适当的权因子α>0；
所述嵌套方式如下式(21)所示：
Figure GDA0002919608140000056
本发明实施例二对应提供了一种故障区域最小化切除的配电网重构及其建模求解装置，其特征在于，包括：
目标函数构建模块，用于构建包含负荷损失的目标函数；
电压幅值约束模型构建模块，对所有节点建立扩展可行域的电压幅值约束模型；其中，所述电压幅值约束模型包括故障点的虚拟短路约束；
网络约束模型构建模块，用于对配电网络建立网络约束模型；其中，网络约束模型包括虚拟短路点的功率约束；
传输能力模型构建模块，用于对配电线路建立传输能力模型；
重构方案形成模块，用于通过电压幅值约束模型、网络约束模型和线路传输能力模型，使得故障点及与故障点通过导通线路连通的所有节点的电压幅值落于故障电压范围，使得故障点及与故障点通过导通线路连通的所有节点的负荷为0，将负荷为0的节点识别为故障切除区域。
本发明实施例提供的一种故障区域最小化切除的配电网重构及其建模求解装置，具有如下有益效果：
通过构建包含负荷损失的目标函数和约束模型对节点的负荷进行计算和限定，从而确定能够被开关切断的、连通故障点的网络最小割集；通过最小代价隔离故障，并在修复过程中合上恰当的开关以尽早恢复供电；通过设置虚拟短路和拓展节点电压可行域，配合线路传输能力约束实现短路状态自故障点向外传播直至被最近的开关切断，从而在寻优过程中自动识别最小故障隔离割集，保证被切除区域最小；且目标函数和约束模型意义明确可解析，能够灵活地嵌入涉及配网重构的分析、规划、运行优化、控制问题，通过成熟的混合整数线性规划求解器获得高效、稳定、可靠的求解。
附图说明
图1是本发明实施例一提供的一种故障区域最小化切除的配电网重构及其建模求解方法的流程示意图。
图2是配电网局部结构示意图。
图3是故障网络模型示意图。
图4是本发明实施例二提供的一种故障区域最小化切除的配电网重构及其建模求解装置的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
参见图1，是本发明实施例一提供的一种故障区域最小化切除的配电网重构及其建模求解方法的流程示意图，包括：
S101、构建包含负荷损失的目标函数；
S102、在故障点对应的节点建立电压幅值约束模型；其中，所述电压幅值约束模型包括虚拟短路约束模型，所述电压幅值约束模型的可行域为正常运行的安全电压范围与表示故障的电压范围的并集；
S103、对传输线路建立传输能力模型；
S104、通过所述电压幅值约束模型和所述传输能力模型使得所述节点的电压属于表示故障的电压范围时，所述节点的负荷为0，并将所述负荷为0的节点作为待切除的故障区域。
进一步的，对于步骤S101，所述目标函数如下式(1)所示：
Figure GDA0002919608140000071
式中，
Figure GDA0002919608140000072
为负荷i的负荷损失或切负荷比例因子；
Figure GDA0002919608140000073
是负荷i的有功功率值；
Figure GDA0002919608140000074
是对应的单位失负荷成本；ΩL是负荷集。
进一步的，对于步骤S102，电压幅值约束模型如下式(2)、(3)和(4)所示：
Figure GDA0002919608140000075
Figure GDA0002919608140000076
Figure GDA0002919608140000077
其中，0-1变量
Figure GDA0002919608140000078
表示节点i电压是否在正常范围内；公式(2)中，若
Figure GDA0002919608140000079
则电压在正常范围，否则电压取0；所述虚拟短路约束模型如式(3)所示。
优选的，正常运行的安全电压范围按按相关规程可取[0.9,1.1]p.u.或[0.95,1.05]p.u.
优选的，表示故障的电压范围
Figure GDA0002919608140000081
进一步的，对于步骤S103，所述传输能力模型包括：线路通断状态约束、线路传输能力约束、网络潮流约束、虚拟节点注入功率约束、失负荷比例因子约束和分布式电源容量约束；
所述线路通断状态约束如下式(5)、(6)、(7)和(8)所示：
Figure GDA0002919608140000082
Figure GDA0002919608140000083
Figure GDA0002919608140000084
Figure GDA0002919608140000085
其中，ΩN为原系统的节点集，ΩF为虚拟节点集合，所述虚拟节点为所述线路的中点，
Figure GDA0002919608140000086
表示所有节点的集合；ΩB为支路序号集，
Figure GDA0002919608140000087
表示考虑虚拟节点后的支路集合，根据虚拟节点对原线路划分为的两条支路即为考虑虚拟节点后的支路，并对线路
Figure GDA0002919608140000088
的节点标记顺序，规定i∈ΩN，j∈ΩF；0-1变量
Figure GDA0002919608140000089
表示支路(i,j)上是否装设有开关，若
Figure GDA00029196081400000810
则装设有开关；0-1变量
Figure GDA00029196081400000811
表示支路(i,j)上的开关是否断开；0-1变量
Figure GDA00029196081400000812
表示支路(i,j)是否导通；
式(5)表示当支路(i,j)没有装设开关时，将开关状态标志为闭合；式(6)和(7)用于构造变量
Figure GDA00029196081400000813
式(8)中，
Figure GDA00029196081400000814
的可行取值组合为[0,0,1]，[1,0,1]，[1,1,0]，所述可行取值组合分别对应的状态为无开关故线路导通，存在开关且开关闭合故线路导通，存在开关且开关断开故线路断开；
所述线路传输能力约束如下式(9)和(10)所示：
Figure GDA00029196081400000815
Figure GDA0002919608140000091
其中，
Figure GDA0002919608140000092
分别表示线路(i,j)允许的最大有功、无功潮流，为给定参数；Pij，Qij分别是以i到j为正方向的线路(i,j)上的有功、无功潮流；即只有在线路导通的前提下
Figure GDA0002919608140000093
传输能力约束才起作用；否则，因线路断开，潮流应为0；
所述网络潮流约束如下式(11)、(12)和(13)所示：
Figure GDA0002919608140000094
Figure GDA0002919608140000095
Figure GDA0002919608140000096
其中，
Figure GDA0002919608140000097
表示节点i的分布式电源的有功、无功出力；Rij，Xij分别表示支路(i,j)的电阻、电抗，且支路(i,j)的电阻、电抗均为原线路的一半；M1是正数且M1≥2；V0为变电站母线电压；式(13)表示若支路(i,j)是导通的，则需满足相应的电压差等式约束，而若支路(i,j)是断开的，则支路两端的电压之间没有约束；所述虚拟节点注入功率约束如下式(14)和(15)所示：
Figure GDA0002919608140000098
Figure GDA0002919608140000099
其中，0-1变量uij表示线路(i,j)是否发生故障，若uij＝1，则线路(i,j)发生故障；
所述失负荷比例因子约束如下式(16)所示：
Figure GDA00029196081400000910
其中，
Figure GDA00029196081400000911
为失负荷比例因子，
Figure GDA00029196081400000912
的取值范围为0～1；当节点电压为0时，失去所有负荷；
所述分布式电源容量约束如下式(17)和(18)所示：
Figure GDA00029196081400000913
Figure GDA0002919608140000101
其中，
Figure GDA0002919608140000102
分别表示分布式电源i的有功、无功出力上限；ΩG为分布式电源集合。
进一步的，将所述目标函数、所述电压幅值约束模型和所述传输能力模型可通过并入或嵌套的方式应用于考虑故障区域切除的网络重构问题。
进一步的，令待求解的配电网优化问题如下式(19)所示：
Figure GDA0002919608140000103
则，所述并入方式如下式(20)所示：
Figure GDA0002919608140000104
式中，α为适当的权因子α>0；
所述嵌套方式如下式(21)所示：
Figure GDA0002919608140000105
优选的，可通过CPLEX，Gurobi，lpsolve，Matlab等混合整数线性规划求解器对模型进行高效、可靠的求解。
在一个具体的实施例中，如图2所示，假设某配电网局部有五个节点A～E，考虑到线路两侧有可能装设有开关，为方便设置虚拟短路点，统一在每段线路中点插入一个节点，如图中FAB、FAC、FBD和FBE。现假设线路AB故障，令节点FAB发生虚拟对称短路(即在加入节点电压幅值为零的等式约束，如式(2)-(4)所述)。此时，若A点电压在正常运行范围0.9～1.1p.u.内，由于A～FAB之间没有开关，在网络潮流约束下，两点间必然产生很大的短路电流或功率，无法满足线路AB的的传输能力约束。因此，寻优过程会迫使A点电压取0以获得可行解。这就相当于节点A短路。依同样逻辑，可以推知可行解中必然有节点FAC电压为0。若线路AC的C侧开关导通，那么依循同样逻辑，C点也会在可行解中短路。由于目标函数要求最小化损失负荷，而短路点的负荷被约束为0，所以为避免损失C点负荷，寻优过程会倾向于把线路AC的C侧开关断开。这就实现了最优解中原短路点左侧最近的开关断开。
依循同样逻辑，短路会从节点FAB向右传播，直到遇到开关(或传播到网络尽头，或传播到另一个短路点)，而开关会在目标函数驱使下被断开，阻断短路传播。具体来说，线路BD的D侧开关在最优解中会断开，而短路会从E点继续向外传播。
上述推论显然对多故障的情况也成立。而在故障修复的过程中，一旦某个短路约束被取消，在目标函数的驱使下，相应开关就会导通，以尽可能恢复节点电压到正常范围，减少负荷损失。
可见前述五条模型设置可促使优化解正确反映配网重构的开关正常动作逻辑。
切除故障区域、最小化故障损失有时只是配网重构或涉及配网重构相关问题的部分目标。该发明提出的这组约束和目标除了可独立使用外，还可以并入到相关的优化问题中，或作为一个独立的子问题嵌入上层优化问题。
在另一个具体的实施例中，故障网络模型如图3所示。现假设在图中的四条线路发生故障。根据本发明实施例提供的一种故障区域最小化切除的配电网重构及其建模求解方法构建的模型对故障网络进行求解，可得到图3中的开关状态已在图中标出。不难验证，包含故障点、以开关为边界的最小连通区域均被正确隔离，最终网络呈现四个子网络在上级变电站和分布式电源支撑下分片运行的状态。
参见图4，是本发明实施例二提供的一种故障区域最小化切除的配电网重构及其建模求解装置，包括：
目标函数构建模块，用于构建包含负荷损失的目标函数；
电压幅值约束模型构建模块，对所有节点建立扩展可行域的电压幅值约束模型；其中，所述电压幅值约束模型包括故障点的虚拟短路约束；
网络约束模型构建模块，用于对配电网络建立网络约束模型；其中，网络约束模型包括虚拟短路点的功率约束；
传输能力模型构建模块，用于对配电线路建立传输能力模型；
重构方案形成模块，通过电压幅值约束模型、网络约束模型和线路传输能力模型，使得故障点及与故障点通过导通线路连通的所有节点的电压幅值落于故障电压范围，使得故障点及与故障点通过导通线路连通的所有节点的负荷为0，将负荷为0的节点识别为故障切除区域。
优选的，重构方案形成模块205求解由模块201～204构造的混合整数规划问题，或将201～204构造的混合整数规划模型，以并入或嵌套的方式应用于其它包含配电网重构的优化问题并求解，(1)使得故障点及与故障点通过导通线路连通的所有节点，其电压幅值落于表示故障的电压范围，(2)使得这些节点的负荷为0，(3)将这些节点识别为故障切除区域。提取最优解中的开关状态及分布式发电出力作为重构方案。
本发明实施例提供的一种故障区域最小化切除的配电网重构及其建模求解方法，具有如下有益效果：
通过构建包含负荷损失的目标函数和约束模型对节点的负荷进行计算和限定，从而确定能够被开关切断的、连通故障点的网络最小割集；通过最小代价隔离故障，并在修复过程中合上恰到的开关以尽早恢复供电；通过设置虚拟短路和拓展节点电压可行域，配合线路传输能力约束实现短路状态自故障点向外传播直至被最近的开关切断，从而在寻优过程中自动识别最小故障隔离割集，保证被切除区域最小；且目标函数和约束模型意义明确可解析，能够灵活地嵌入涉及配网重构的分析、规划、运行优化、控制问题，通过成熟的混合整数线性规划求解器获得高效、稳定、可靠的求解。
本发明实施例三对应提供了一种故障区域最小化切除的配电网重构及其建模求解装置，包括处理器、存储器以及存储在所述存储器中且被配置为由所述处理器执行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如本发明实施例一所述的故障区域最小化切除的配电网重构及其建模求解方法。所述故障区域最小化切除的配电网重构及其建模求解装置可以是桌上型计算机、笔记本、掌上电脑及云端服务器等计算设备。所述故障区域最小化切除的配电网重构及其建模求解装置可包括，但不仅限于，处理器、存储器。
本发明实施例四对应提供了一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质包括存储的计算机程序，其中，在所述计算机程序运行时控制所述计算机可读存储介质所在设备执行如本发明实施例一所述的故障区域最小化切除的配电网重构及其建模求解方法。
所称处理器可以是中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等，所述处理器是所述故障区域最小化切除的配电网重构及其建模求解装置的控制中心，利用各种接口和线路连接整个故障区域最小化切除的配电网重构及其建模求解装置的各个部分。
所述存储器可用于存储所述计算机程序和/或模块，所述处理器通过运行或执行存储在所述存储器内的计算机程序和/或模块，以及调用存储在存储器内的数据，实现所述故障区域最小化切除的配电网重构及其建模求解装置的各种功能。所述存储器可主要包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需的应用程序(比如声音播放功能、图像播放功能等)等；存储数据区可存储根据手机的使用所创建的数据(比如音频数据、电话本等)等。此外，存储器可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如硬盘、内存、插接式硬盘，智能存储卡(Smart Media Card,SMC)，安全数字(Secure Digital,SD)卡，闪存卡(Flash Card)、至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他易失性固态存储器件。
其中，所述故障区域最小化切除的配电网重构及其建模求解装置集成的模块/单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明实现上述实施例方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个方法实施例的步骤。其中，所述计算机程序包括计算机程序代码，所述计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。所述计算机可读介质可以包括：能够携带所述计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、U盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。
需说明的是，以上所描述的模型实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种故障区域最小化切除的配电网重构及其建模求解方法，其特征在于，包括：
构建包含负荷损失的目标函数；
对所有节点建立扩展可行域的电压幅值约束模型；其中，所述电压幅值约束模型包括故障点的虚拟短路约束，所述可行域为正常运行的安全电压范围与表示故障的电压范围的并集；
对配电网络建立网络约束模型；其中，网络约束模型包括虚拟短路点的功率约束；
对配电线路建立传输能力模型；
通过电压幅值约束模型、网络约束模型和线路传输能力模型，使得故障点及与故障点通过导通线路连通的所有节点的电压幅值落于故障电压范围，使得故障点及与故障点通过导通线路连通的所有节点的负荷为0，将负荷为0的节点识别为故障切除区域。
2.如权利要求1所述的一种故障区域最小化切除的配电网重构及其建模求解方法，其特征在于，所述包含负荷损失的目标函数如下式(1)所示：
Figure FDA0002919608130000011
式中，
Figure FDA0002919608130000012
为负荷i的负荷损失或切负荷比例因子；Pi L是负荷i的有功功率值；
Figure FDA0002919608130000013
是对应的单位失负荷成本；ΩL是负荷集。
3.如权利要求1所述的一种故障区域最小化切除的配电网重构及其建模求解方法，其特征在于，所述电压幅值约束模型如下式(2)、(3)和(4)所示：
Figure FDA0002919608130000014
Figure FDA0002919608130000015
Figure FDA0002919608130000021
其中，ΩN为原系统的节点集，ΩF为虚拟节点集合，所述虚拟节点为所述线路的中点，
Figure FDA0002919608130000022
表示所有节点的集合；ΩB为支路序号集；0-1变量wi 2表示节点i电压是否在正常范围内的变量；公式(2)中，若
Figure FDA0002919608130000023
则电压在正常范围，否则电压取0；所述虚拟短路约束模型如式(3)所示，0-1变量uij表示线路(i,j)是否发生故障，若uij＝1，则线路(i,j)发生故障。
4.如权利要求3所述的一种故障区域最小化切除的配电网重构及其建模求解方法，其特征在于，所述传输能力模型包括：线路通断状态约束、线路传输能力约束、网络潮流约束、虚拟节点注入功率约束、失负荷比例因子约束和分布式电源容量约束；
所述线路通断状态约束如下式(5)、(6)、(7)和(8)所示：
Figure FDA0002919608130000024
Figure FDA0002919608130000025
Figure FDA0002919608130000026
Figure FDA0002919608130000027
其中，
Figure FDA0002919608130000028
表示考虑虚拟节点后的支路集合，并对线路
Figure FDA0002919608130000029
的节点标记顺序，规定i∈ΩN，j∈ΩF；0-1变量
Figure FDA00029196081300000210
表示支路(i,j)上是否装设有开关，若
Figure FDA00029196081300000211
则装设有开关；0-1变量
Figure FDA00029196081300000212
表示支路(i,j)上的开关是否断开；0-1变量
Figure FDA00029196081300000213
表示支路(i,j)是否导通；
式(5)表示当支路(i,j)没有装设开关时，将开关状态标志为闭合；式(6)和(7)用于构造变量
Figure FDA00029196081300000214
式(8)中，
Figure FDA00029196081300000215
的可行取值组合为[0,0,1]，[1,0,1]，[1,1,0]，所述可行取值组合分别对应的状态为无开关故线路导通，存在开关且开关闭合故线路导通，存在开关且开关断开故线路断开；
所述线路传输能力约束如下式(9)和(10)所示：
Figure FDA0002919608130000031
Figure FDA0002919608130000032
其中，
Figure FDA0002919608130000033
分别表示线路(i,j)允许的最大有功、无功潮流，为给定参数；Pij，Qij分别是以i到j为正方向的线路(i,j)上的有功、无功潮流；
所述网络潮流约束如下式(11)、(12)和(13)所示：
Figure FDA0002919608130000034
Figure FDA0002919608130000035
Figure FDA0002919608130000036
其中，Pi g，
Figure FDA0002919608130000037
表示节点i的分布式电源的有功、无功出力；Rij，Xij分别表示支路(i,j)的电阻、电抗；M1是正数且M1≥2；V0为变电站母线电压；
所述虚拟节点注入功率约束如下式(14)和(15)所示：
Figure FDA0002919608130000038
Figure FDA0002919608130000039
所述失负荷比例因子约束如下式(16)所示：
Figure FDA00029196081300000310
其中，
Figure FDA00029196081300000311
为失负荷比例因子，
Figure FDA00029196081300000312
的取值范围为0～1；当节点电压为0时，失去所有负荷；
所述分布式电源容量约束如下式(17)和(18)所示：
Figure FDA00029196081300000313
Figure FDA00029196081300000314
其中，Pi g,max，
Figure FDA0002919608130000041
分别表示分布式电源i的有功、无功出力上限；ΩG为分布式电源集合。
5.如权利要求1所述的一种故障区域最小化切除的配电网重构及其建模求解方法，其特征在于，将所述目标函数、所述电压幅值约束模型和所述传输能力模型可通过并入或嵌套的方式应用于包含配电网重构的优化问题。
6.如权利要求5所述的一种故障区域最小化切除的配电网重构及其建模求解方法，其特征在于，令待求解的所述配电网优化问题如(19)所示：
Figure FDA0002919608130000042
则，所述并入方式如下式(20)所示：
Figure FDA0002919608130000043
式中，α为适当的权因子α>0；
所述嵌套方式如下式(21)所示：
Figure FDA0002919608130000044
7.一种故障区域最小化切除的配电网重构及其建模求解装置，其特征在于，包括：
目标函数构建模块，用于构建包含负荷损失的目标函数；
电压幅值约束模型构建模块，对所有节点建立扩展可行域的电压幅值约束模型；其中，所述电压幅值约束模型包括故障点的虚拟短路约束，所述可行域为正常运行的安全电压范围与表示故障的电压范围的并集；
网络约束模型构建模块，用于对配电网络建立网络约束模型；其中，网络约束模型包括虚拟短路点的功率约束；
传输能力模型构建模块，用于对配电线路建立传输能力模型；
重构方案形成模块，用于通过电压幅值约束模型、网络约束模型和线路传输能力模型，使得故障点及与故障点通过导通线路连通的所有节点的电压幅值落于故障电压范围，使得故障点及与故障点通过导通线路连通的所有节点的负荷为0，将负荷为0的节点识别为故障切除区域。
8.一种故障区域最小化切除的配电网重构及其建模求解装置，包括处理器、存储器以及存储在所述存储器中且被配置为由所述处理器执行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1至6中任意一项所述的一种故障区域最小化切除的配电网重构及其建模求解方法。
9.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质包括存储的计算机程序，其中，在所述计算机程序运行时控制所述计算机可读存储介质所在设备执行如权利要求1至6中任意一项所述的一种故障区域最小化切除的配电网重构及其建模求解方法。
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