CN111555266B - 一种基于可靠性约束的配电网自动化系统综合规划方法 - Google Patents

一种基于可靠性约束的配电网自动化系统综合规划方法 Download PDF

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Abstract

本发明提出一种基于可靠性约束的配电网自动化系统综合规划方法，属于电力系统规划与评估技术领域。该方法将配电网自动化系统统筹规划，其中配电网自动化系统包括断路器、刀闸、馈线终端控制单元和控制中心；建立由目标函数和约束条件构成的配电网可靠性评估优化模型，对模型求解得出满足系统可靠性要求的断路器、刀闸、馈线终端控制单元的安装位置，以及是否需要建设配电自动化系统控制中心。在可靠性约束中，该方法同时考虑了故障后断路器跳闸、故障自动及人工隔离和基于网络重构的受影响负荷供电恢复。本发明方法简单方便，且能保证所得到的规划方案的最优性。

Description

一种基于可靠性约束的配电网自动化系统综合规划方法
技术领域
本发明属于电力系统规划技术领域，特别涉及一种基于可靠性约束的配电网自动化系统综合规划方法。
背景技术
随着电力用户对供电可靠性要求的提升，配电自动化系统广泛应用于城区配电网中，投资巨大。对配电自动化系统中的设备进行精益化规划，需要在满足系统可靠性要求的前提下尽可能降低投资成本。配电自动化中的一次设备主要包括断路器、刀闸、馈线终端控制单元和控制中心，二次设备为其配套的连通各一次设备与控制中心的通讯装置。
在电力领域，可靠性是指电力系统持续满足终端用户电力需求数量和质量的能力。配电网可靠性主要包括以下几个指标：用户中断频率(customer interruptionfrequency(CIF))、用户中断持续时间(customer interruption duration(CID))、系统年平均中断频率指数(system average interruption frequency index(SAIFI))、系统年平均中断持续时间指数(system average interruption duration index(SAIDI))和期望失负荷能量(expected energy not supplied(EENS))。
在目前应用的配电网自动化系统综合规划方法中，需要采用规划计算和可靠性评估迭代方法进行试探。首先，产生一种规划方案，并计算该方案下的系统可靠性指标；再产生另一种规划方案，重新计算系统可靠性指标，如果后一种方案的可靠性满足要求，同时成本更低，则以该方案为当前最优方案。重复上述流程直到找到满足可靠性要求的成本最低方案。这种方法耗时较长，需要较大的存储空间；如果所有方案未能遍历，则不能保证搜索结果的最优性。
发明内容
本发明的目的是为克服已有技术的不足之处，提出一种基于可靠性约束的配电网自动化系统综合规划方法。本发明通过构建基于可靠性约束的配电网可靠性评估优化模型，不通过试探搜索，而直接通过求解该模型得到最优规划方案，在满足可靠性约束的前提下降低投资成本。本发明简单高效，且能保证所得到的规划方案的最优性。
本发明提出一种基于可靠性约束的配电网自动化系统综合规划方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)定义器件安装状态和支路故障后故障隔离、负荷转供和故障恢复动作原则，如下所示：
1-1)断路器和刀闸安装在支路的两端，馈线控制终端单元安装在断路器和刀闸上用于接收控制中心指令控制该断路器和刀闸的开关状态，假设正常运行状态下断路器闭合；
1-2)在支路故障发生后，首先支路上游最靠近故障支路的断路器动作打开，开断故障电流，断路器下游节点断电；在自动动作阶段，装有馈线终端控制单元的所有配电网中的刀闸进行打开或闭合动作，进行故障自动隔离，隔离故障支路；同时，通过装有馈线终端控制单元的所有刀闸和装有馈线终端控制单元的所有断路器动作进行网络重构以恢复断电节点负荷；在人工动作阶段，人工操作所有刀闸和断路器，进一步恢复断电节点负荷；最后，修复故障支路，修复后通过动作开关和断路器恢复原供电网络结构；
2)构建基于混合整数线性规划的配电网可靠性评估优化模型，该模型由目标函数和约束条件构成；具体步骤如下：
2-1)确定模型的目标函数；如式(1)所示：
Figure GDA0003060126730000021
其中，cTotal为配电网综合投资成本，cCB为单个断路器投资成本，
Figure GDA0003060126730000022
为支路ij上靠近节点i断路器的安装状态的0-1变量，
Figure GDA0003060126730000023
表示安装，
Figure GDA0003060126730000024
表示未安装；
Figure GDA0003060126730000025
为支路ij上靠近节点j断路器的安装状态的0-1变量，
Figure GDA0003060126730000026
表示安装，
Figure GDA0003060126730000027
表示未安装；cSW为单个刀闸投资成本，
Figure GDA0003060126730000028
为支路ij上靠近节点i刀闸的安装状态的0-1变量，
Figure GDA0003060126730000029
表示安装，
Figure GDA00030601267300000210
表示未安装；
Figure GDA00030601267300000211
为支路ij上靠近节点j刀闸的安装状态的0-1变量，
Figure GDA00030601267300000212
表示安装，
Figure GDA00030601267300000213
表示未安装；cFTU为单个馈线终端控制单元投资成本，
Figure GDA00030601267300000214
为支路ij上靠近节点i馈线终端控制单元的安装状态的0-1变量，
Figure GDA00030601267300000215
表示安装，
Figure GDA00030601267300000216
表示未安装；
Figure GDA00030601267300000217
为支路ij上靠近节点j馈线终端控制单元的安装状态的0-1变量，
Figure GDA00030601267300000218
表示安装，
Figure GDA00030601267300000219
表示未安装；cCCS为控制中心投资成本，xCCS为控制中心的建设状态的0-1变量，xCCS＝1表示建设，xCCS＝0表示未建设；
2-2)确定模型的约束条件，具体如下：
2-2-1)配电网功率平衡约束，如式(2)和(3)所示：
Figure GDA00030601267300000220
Figure GDA0003060126730000031
其中，上标xy表示在支路xy发生故障下的场景；sc∈{A,M}中，sc代表所处阶段，A代表自动动作阶段，M代表人工动作阶段；
Figure GDA0003060126730000032
表示在支路xy发生故障时节点i的负荷，
Figure GDA0003060126730000033
表示在支路xy发生故障时支路ij上由节点j流向节点i的功率，Ψi表示与节点i直接相连的支路集合，ΨLN表示负荷节点集合，Υ表示所有支路的集合，
Figure GDA0003060126730000034
代表所有支路故障场景；
2-2-2)支路功率约束，如式(4)-(6)所示：
Figure GDA0003060126730000035
Figure GDA0003060126730000036
Figure GDA0003060126730000037
其中，M为正数，
Figure GDA0003060126730000038
表示在支路xy发生故障时支路ij上靠近节点i开关的状态的0-1变量，
Figure GDA0003060126730000039
表示开关闭合，
Figure GDA00030601267300000310
表示开关打开；
Figure GDA00030601267300000311
表示在支路xy发生故障时支路ij上靠近节点j开关的状态的0-1变量，
Figure GDA00030601267300000312
表示开关闭合，
Figure GDA00030601267300000313
表示开关打开；
Figure GDA00030601267300000314
表示支路ij额定传输容量；
2-2-3)变压器功率约束，如式(7)-(8)所示：
Figure GDA00030601267300000315
Figure GDA00030601267300000316
其中，
Figure GDA00030601267300000317
为在支路xy发生故障时变压器f的功率，
Figure GDA00030601267300000318
为在支路xy发生故障时连接变压器的支路trf由变压器节点流向下游节点的功率，ΨF表示所有变压器节点的集合；
2-2-4)断路器动作约束，如式(9)-(16)所示：
Figure GDA00030601267300000319
Figure GDA00030601267300000320
Figure GDA00030601267300000321
Figure GDA00030601267300000322
Figure GDA00030601267300000323
Figure GDA0003060126730000041
Figure GDA0003060126730000042
Figure GDA0003060126730000043
Figure GDA0003060126730000044
其中，
Figure GDA0003060126730000045
为在支路xy发生故障时在断路器动作阶段支路ij的故障波及标志的0-1变量，
Figure GDA0003060126730000046
表示支路xy发生故障时支路ij受故障波及而处于断电状态，
Figure GDA0003060126730000047
表示支路xy发生故障时支路ij处于正常运行状态；Fi xy,B为在支路xy发生故障时在断路器动作阶段节点i的故障波及标志的0-1变量，Fi xy,B＝0表示支路xy发生故障时节点i受故障波及而处于断电状态，Fi xy,B＝1表示支路xy发生故障时节点i处于正常运行状态；上标B代表断路器动作阶段；nBR为配电网的支路数；
Figure GDA0003060126730000048
为在正常运行状态下支路ij上靠近节点i开关的状态的0-1变量，
Figure GDA0003060126730000049
表示开关闭合，
Figure GDA00030601267300000410
表示开关打开；
Figure GDA00030601267300000411
为在正常运行状态下支路ij上靠近节点j开关的状态的0-1变量，
Figure GDA00030601267300000412
表示开关闭合，
Figure GDA00030601267300000413
表示开关打开；上标NO代表正常运行状态；
Figure GDA00030601267300000414
为在支路xy发生故障时支路ij上靠近节点i断路器的状态的0-1变量，
Figure GDA00030601267300000415
表示断路器闭合，
Figure GDA00030601267300000416
表示断路器打开；
Figure GDA00030601267300000417
为在支路xy发生故障时支路ij上靠近节点j断路器的状态的0-1变量，
Figure GDA00030601267300000418
表示断路器闭合，
Figure GDA00030601267300000419
表示断路器打开；
Figure GDA00030601267300000420
为在支路xy发生故障时节点i的故障影响标志的0-1变量，
Figure GDA00030601267300000421
表示支路xy发生故障时节点i受故障影响，
Figure GDA00030601267300000422
表示支路xy发生故障时节点i不受故障影响；
2-2-5)开关动作约束，如式(17)-(25)所示：
Figure GDA00030601267300000423
Figure GDA00030601267300000424
Figure GDA00030601267300000425
Figure GDA00030601267300000426
Figure GDA00030601267300000427
Figure GDA00030601267300000428
Figure GDA0003060126730000051
Figure GDA0003060126730000052
Figure GDA0003060126730000053
Figure GDA0003060126730000054
其中，
Figure GDA0003060126730000055
为在支路xy发生故障后在自动动作阶段sc＝A或人工动作阶段sc＝M支路ij的维修影响标志的0-1变量，
Figure GDA0003060126730000056
表示支路xy发生故障后支路ij受故障支路维修影响而处于断电状态，
Figure GDA0003060126730000057
表示支路xy发生故障后支路ij不受故障支路维修影响而处于正常运行状态；Fi xy,sc为在支路xy发生故障后在自动动作阶段sc＝A或人工动作阶段sc＝M节点i的维修影响标志的0-1变量，Fi xy,sc＝0表示支路xy发生故障后节点i受故障支路维修影响而处于断电状态，Fi xy,sc＝1表示支路xy发生故障后节点i不受故障支路维修影响而处于正常运行状态；
Figure GDA0003060126730000058
在支路xy发生故障后在自动动作阶段sc＝A或人工动作阶段sc＝M节点i的供电标志的0-1变量，
Figure GDA0003060126730000059
表示支路xy发生故障后且开关动作后节点i正常供电，
Figure GDA00030601267300000510
表示支路xy发生故障后且开关动作后节点i处于断电状态；
2-2-6)可靠性约束，如式(26)-(36)所示：
Figure GDA00030601267300000511
Figure GDA00030601267300000512
Figure GDA00030601267300000513
Figure GDA00030601267300000514
Figure GDA00030601267300000515
Figure GDA00030601267300000516
Figure GDA0003060126730000061
Figure GDA0003060126730000062
SAIFI≤εSAIFI (34)
SAIDI≤εSAIDI (35)
EENS≤εEENS (36)
其中CIDi表示i节点的用户中断持续时间，λxy表示支路xy的年故障率，
Figure GDA0003060126730000063
表示支路xy的故障自动动作中断时间，
Figure GDA0003060126730000064
表示支路xy的故障人工动作中断时间，
Figure GDA0003060126730000065
表示支路xy的故障修复中断时间，CIFi表示i节点的用户中断频率，NCi为给定的i节点的用户数量，SAIFI为系统年平均中断持续时间指数，ASAI为系统平均供电指数，EENS为期望失负荷能量，B为所有负荷水平的集合，Δh为负荷水平h的年持续小时数，μh≤1为负荷水平h的峰值负荷比，Li表示i节点的峰值负荷；
Figure GDA0003060126730000066
为i节电年均停电频率上限，
Figure GDA0003060126730000067
为i节电年均停电时间上限，εSAIFI为系统年均停电频率上限，εSAIDI为系统年均停电时间上限，εEENS为系统期望能量不满足的上限；
2-2-7)设备投资约束，如式(37)-(51)所示：
Figure GDA0003060126730000068
Figure GDA0003060126730000069
Figure GDA00030601267300000610
Figure GDA00030601267300000611
Figure GDA00030601267300000612
Figure GDA00030601267300000613
Figure GDA00030601267300000614
Figure GDA00030601267300000615
Figure GDA00030601267300000616
Figure GDA00030601267300000617
Figure GDA00030601267300000618
Figure GDA0003060126730000071
Figure GDA0003060126730000072
Figure GDA0003060126730000073
Figure GDA0003060126730000074
3)对步骤2)建立的模型求解，得到
Figure GDA0003060126730000075
的最优解为断路器的规划安装状态的优化结果，
Figure GDA0003060126730000076
的最优解为刀闸的规划安装状态的优化结果，
Figure GDA0003060126730000077
的最优解为馈线终端控制单元的规划安装状态的优化结果，xCCS的最优解为控制中心的规划安装状态的优化结果，得到CIDi、CIFi、SAIDI、SAIFI、ASAI、EENS的最优解为规划方案的可靠性的指标优化结果。
本发明的特点及有益效果在于：
本发明将配电网投资成本作为目标函数，并将整个配电网的自动化系统综合规划建模为一混合整数线性规划模型；通过求解该模型，可直接得到满足可靠性约束的规划结果。在计算可靠性约束时，该方法同时考虑了故障后断路器跳闸、故障自动及人工隔离和基于网络重构的受影响负荷供电恢复，方法简单方便，且能保证所得到的规划方案的最优性。
具体实施方式
本发明提出一种基于可靠性约束的配电网自动化系统综合规划方法，下面结合具体实施例对本发明进一步详细说明如下。
本发明提出一种基于可靠性约束的配电网自动化系统综合规划方法，包括以下步骤：
1)定义器件安装状态和支路故障后故障隔离、负荷转供和故障恢复动作原则，如下所示：
1-1)断路器(可开断故障电流)和刀闸(所述刀闸包括分段刀闸和联络刀闸，不可开断故障电流)安装在支路的两端，馈线控制终端单元(FeederTerminal Unit,FTU)安装在断路器和刀闸上并能接收控制中心指令控制该断路器和刀闸的开关状态，并假设正常运行状态下断路器闭合；
1-2)在支路故障发生后，首先支路上游最靠近故障支路的断路器先动作打开、开断故障电流(断路器动作阶段)，此时断路器下游节点断电；之后，装有馈线终端控制单元的所有配电网中的刀闸进行打开或闭合动作(自动动作阶段)，进行故障自动隔离，隔离故障支路；同时，通过装有馈线终端控制单元的所有刀闸和装有馈线终端控制单元的所有断路器动作进行网络重构，最大限度恢复断电节点负荷；而后，所有刀闸和断路器被人工操作(人工动作阶段)，进一步最大限度恢复断电节点负荷；最后，修复故障支路，修复后通过动作开关和断路器恢复原供电网络结构。
2)构建基于混合整数线性规划的配电网可靠性评估优化模型，该模型由目标函数和约束条件构成；具体步骤如下：
2-1)确定模型的目标函数；
该模型的目标函数为最小化配电网综合投资成本cTotal，如式(1)所示：
Figure GDA0003060126730000081
其中cCB为单个断路器投资成本，
Figure GDA0003060126730000082
为支路ij上靠近节点i断路器的安装状态的0-1变量(
Figure GDA0003060126730000083
表示安装，
Figure GDA0003060126730000084
表示未安装)；
Figure GDA0003060126730000085
为支路ij上靠近节点j断路器的安装状态的0-1变量(
Figure GDA0003060126730000086
表示断路器安装，
Figure GDA0003060126730000087
表示断路器未安装)；cSW为单个刀闸投资成本，
Figure GDA0003060126730000088
为支路ij上靠近节点i刀闸的安装状态的0-1变量(
Figure GDA0003060126730000089
表示安装，
Figure GDA00030601267300000810
表示未安装)；
Figure GDA00030601267300000811
为支路ij上靠近节点j刀闸的安装状态的0-1变量(
Figure GDA00030601267300000812
表示安装，
Figure GDA00030601267300000813
表示未安装)；cFTU为单个馈线终端控制单元投资成本，
Figure GDA00030601267300000814
为支路ij上靠近节点i馈线终端控制单元的安装状态的0-1变量(
Figure GDA00030601267300000815
表示安装，
Figure GDA00030601267300000816
表示未安装)；
Figure GDA00030601267300000817
为支路ij上靠近节点j馈线终端控制单元的安装状态的0-1变量(
Figure GDA00030601267300000818
表示安装，
Figure GDA00030601267300000819
表示未安装)。cCCS为控制中心投资成本，xCCS为控制中心的建设状态的0-1变量(xCCS＝1表示建设，xCCS＝0表示未建设)。
2-2)确定模型的约束条件，具体如下：
2-2-1)配电网功率平衡约束，如式(2)和(3)所示：
Figure GDA00030601267300000820
Figure GDA00030601267300000821
其中，上标xy表示在支路xy发生故障下的场景；sc∈{A,M}中，sc代表所处阶段，A代表自动动作阶段，M代表人工动作阶段。
Figure GDA00030601267300000822
表示在支路xy发生故障时节点i的负荷，
Figure GDA0003060126730000091
表示在支路xy发生故障时支路ij上由节点j流向节点i的功率，Ψi表示与节点i直接相连的支路集合，ΨLN表示负荷节点集合，Υ表示所有支路的集合，
Figure GDA0003060126730000092
代表所有支路故障场景。
2-2-2)支路功率约束，如式(4)-(6)所示：
Figure GDA0003060126730000093
Figure GDA0003060126730000094
Figure GDA0003060126730000095
其中，M为给定任意取值较大的数(取值范围是10000-10000000，本实例中取为1000000)，
Figure GDA0003060126730000096
表示在支路xy发生故障时支路ij上靠近节点i开关的状态的0-1变量(
Figure GDA0003060126730000097
表示开关闭合，
Figure GDA0003060126730000098
表示开关打开)，
Figure GDA0003060126730000099
表示在支路xy发生故障时支路ij上靠近节点j开关的状态的0-1变量(
Figure GDA00030601267300000910
表示开关闭合，
Figure GDA00030601267300000911
表示开关打开)，
Figure GDA00030601267300000912
表示支路ij额定传输容量。
2-2-3)变压器功率约束，如式(7)-(8)所示：
Figure GDA00030601267300000913
Figure GDA00030601267300000914
其中，
Figure GDA00030601267300000915
为在支路xy发生故障时变压器f的功率，
Figure GDA00030601267300000916
为在支路xy发生故障时连接变压器的支路trf由变压器节点流向下游节点的功率，ΨF表示所有变压器节点的集合。
2-2-4)断路器动作约束，如式(9)-(16)所示：
Figure GDA00030601267300000917
Figure GDA00030601267300000918
Figure GDA00030601267300000919
Figure GDA00030601267300000920
Figure GDA00030601267300000921
Figure GDA00030601267300000922
Figure GDA00030601267300000923
Figure GDA00030601267300000924
Figure GDA0003060126730000101
其中，
Figure GDA0003060126730000102
为在支路xy发生故障时在断路器动作阶段(上标B)支路ij的故障波及标志的0-1变量(
Figure GDA0003060126730000103
表示支路xy发生故障时支路ij受故障波及而处于断电状态，
Figure GDA0003060126730000104
表示支路xy发生故障时支路ij处于正常运行状态)，Fi xy,B为在支路xy发生故障时在断路器动作阶段节点i的故障波及标志的0-1变量(Fi xy,B＝0表示支路xy发生故障时节点i受故障波及而处于断电状态，Fi xy,B＝1表示支路xy发生故障时节点i处于正常运行状态)。nBR为配电网的支路数。
Figure GDA0003060126730000105
为在正常运行状态下(上标NO)支路ij上靠近节点i开关的状态的0-1变量(
Figure GDA0003060126730000106
表示开关闭合，
Figure GDA0003060126730000107
表示开关打开)，
Figure GDA0003060126730000108
为在正常运行状态下(上标NO)支路ij上靠近节点j开关的状态的0-1变量(
Figure GDA0003060126730000109
表示开关闭合，
Figure GDA00030601267300001010
表示开关打开)。
Figure GDA00030601267300001011
为在支路xy发生故障时支路ij上靠近节点i断路器的状态的0-1变量(
Figure GDA00030601267300001012
表示断路器闭合，
Figure GDA00030601267300001013
表示断路器打开)，
Figure GDA00030601267300001014
为在支路xy发生故障时支路ij上靠近节点j断路器的状态的0-1变量(
Figure GDA00030601267300001015
表示断路器闭合，
Figure GDA00030601267300001016
表示断路器打开)。
Figure GDA00030601267300001017
为在支路xy发生故障时节点i的故障影响标志的0-1变量(
Figure GDA00030601267300001018
表示支路xy发生故障时节点i受故障影响，
Figure GDA00030601267300001019
表示支路xy发生故障时节点i不受故障影响)。
2-2-5)开关动作约束，如式(17)-(25)所示：
Figure GDA00030601267300001020
Figure GDA00030601267300001021
Figure GDA00030601267300001022
Figure GDA00030601267300001023
Figure GDA00030601267300001024
Figure GDA00030601267300001025
Figure GDA00030601267300001026
Figure GDA00030601267300001027
Figure GDA00030601267300001028
Figure GDA0003060126730000111
其中，
Figure GDA0003060126730000112
为在支路xy发生故障后在自动动作阶段(上标sc＝A)或人工动作阶段(上标sc＝M)支路ij的维修影响标志的0-1变量(
Figure GDA0003060126730000113
表示支路xy发生故障后支路ij受故障支路维修影响而处于断电状态，
Figure GDA0003060126730000114
表示支路xy发生故障后支路ij不受故障支路维修影响而处于正常运行状态)，Fi xy,sc为在支路xy发生故障后节点i的维修影响标志的0-1变量(Fi xy,sc＝0表示支路xy发生故障后节点i受故障支路维修影响而处于断电状态，Fi xy,sc＝1表示支路xy发生故障后节点i不受故障支路维修影响而处于正常运行状态)。
Figure GDA0003060126730000115
在支路xy发生故障后(自动动作阶段sc＝A和人工动作阶段sc＝M)节点i的供电标志的0-1变量(
Figure GDA0003060126730000116
表示支路xy发生故障后(开关动作后)节点i正常供电，
Figure GDA0003060126730000117
表示支路xy发生故障后(开关动作后)节点i处于断电状态)。
2-2-6)可靠性约束，如式(26)-(36)所示：
Figure GDA0003060126730000118
Figure GDA0003060126730000119
Figure GDA00030601267300001110
Figure GDA00030601267300001111
Figure GDA00030601267300001112
Figure GDA00030601267300001113
Figure GDA00030601267300001114
Figure GDA00030601267300001115
SAIFI≤εSAIFI (34)
SAIDI≤εSAIDI (35)
EENS≤εEENS (36)
其中CIDi表示i节点的用户中断持续时间，λxy表示支路xy的年故障率，
Figure GDA0003060126730000121
表示支路xy的故障自动动作中断时间(具体为从故障发生后到受馈线终端控制单元的断路器和刀闸动作的时间)，
Figure GDA0003060126730000122
表示支路xy的故障人工动作中断时间(具体为从故障发生后到人工操作断路器和刀闸动作的时间)，
Figure GDA0003060126730000123
表示支路xy的故障修复中断时间(具体为从故障发生后到故障修复的时间)，CIFi表示i节点的用户中断频率，NCi为给定的i节点的用户数量，SAIFI为系统年平均中断持续时间指数，ASAI为系统平均供电指数，EENS为期望失负荷能量，B为所有负荷水平的集合，Δh为负荷水平h的年持续小时数，μh≤1为负荷水平h的峰值负荷比，Li表示i节点的峰值负荷。
Figure GDA0003060126730000124
为i节电年均停电频率上限，
Figure GDA0003060126730000125
为i节电年均停电时间上限，εSAIFI为系统年均停电频率上限，εSAIDI为系统年均停电时间上限，εEENS为系统期望能量不满足的上限。
2-2-7)设备投资约束，如式(37)-(51)所示：
Figure GDA0003060126730000126
Figure GDA0003060126730000127
Figure GDA0003060126730000128
Figure GDA0003060126730000129
Figure GDA00030601267300001210
Figure GDA00030601267300001211
Figure GDA00030601267300001212
Figure GDA00030601267300001213
Figure GDA00030601267300001214
Figure GDA00030601267300001215
Figure GDA00030601267300001216
Figure GDA0003060126730000131
Figure GDA0003060126730000132
Figure GDA0003060126730000133
Figure GDA0003060126730000134
3)根据目标函数和约束条件-，通过优化软件CPLEX或gurobi对步骤2)建立的模型求解该，得到
Figure GDA0003060126730000135
xCCS的最优解即分别为断路器、刀闸、馈线终端控制单元和控制中心的规划安装状态的优化结果，CIDi、CIFi、SAIDI、SAIFI、ASAI、EENS的最优解为对应规划方案的可靠性指标的优化结果。基于上述最优解即可对配电网自动化系统进行规划。

Claims (1)

1.一种基于可靠性约束的配电网自动化系统综合规划方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)定义器件安装状态和支路故障后故障隔离、负荷转供和故障恢复动作原则，如下所示：
1-1)断路器和刀闸安装在支路的两端，馈线控制终端单元安装在断路器和刀闸上用于接收控制中心指令控制该断路器和刀闸的开关状态，假设正常运行状态下断路器闭合；
1-2)在支路故障发生后，首先支路上游最靠近故障支路的断路器动作打开，开断故障电流，断路器下游节点断电；在自动动作阶段，装有馈线终端控制单元的所有配电网中的刀闸进行打开或闭合动作，进行故障自动隔离，隔离故障支路；同时，通过装有馈线终端控制单元的所有刀闸和装有馈线终端控制单元的所有断路器动作进行网络重构以恢复断电节点负荷；在人工动作阶段，人工操作所有刀闸和断路器，进一步恢复断电节点负荷；最后，修复故障支路，修复后通过动作开关和断路器恢复原供电网络结构；
2)构建基于混合整数线性规划的配电网可靠性评估优化模型，该模型由目标函数和约束条件构成；具体步骤如下：
2-1)确定模型的目标函数；如式(1)所示：
Figure FDA0003060126720000011
其中，cTotal为配电网综合投资成本，cCB为单个断路器投资成本，
Figure FDA0003060126720000012
为支路ij上靠近节点i断路器的安装状态的0-1变量，
Figure FDA0003060126720000013
表示安装，
Figure FDA0003060126720000014
表示未安装；
Figure FDA0003060126720000015
为支路ij上靠近节点j断路器的安装状态的0-1变量，
Figure FDA0003060126720000016
表示安装，
Figure FDA0003060126720000017
表示未安装；cSW为单个刀闸投资成本，
Figure FDA0003060126720000018
为支路ij上靠近节点i刀闸的安装状态的0-1变量，
Figure FDA0003060126720000019
表示安装，
Figure FDA00030601267200000110
表示未安装；
Figure FDA00030601267200000111
为支路ij上靠近节点j刀闸的安装状态的0-1变量，
Figure FDA00030601267200000112
表示安装，
Figure FDA00030601267200000113
表示未安装；cFTU为单个馈线终端控制单元投资成本，
Figure FDA00030601267200000114
为支路ij上靠近节点i馈线终端控制单元的安装状态的0-1变量，
Figure FDA00030601267200000115
表示安装，
Figure FDA00030601267200000116
表示未安装；
Figure FDA00030601267200000117
为支路ij上靠近节点j馈线终端控制单元的安装状态的0-1变量，
Figure FDA00030601267200000118
表示安装，
Figure FDA00030601267200000119
表示未安装；cCCS为控制中心投资成本，xCCS为控制中心的建设状态的0-1变量，xCCS＝1表示建设，xCCS＝0表示未建设；
2-2)确定模型的约束条件，具体如下：
2-2-1)配电网功率平衡约束，如式(2)和(3)所示：
Figure FDA0003060126720000021
Figure FDA0003060126720000022
其中，上标xy表示在支路xy发生故障下的场景；sc∈{A,M}中，sc代表所处阶段，A代表自动动作阶段，M代表人工动作阶段；
Figure FDA0003060126720000023
表示在支路xy发生故障时节点i的负荷，
Figure FDA0003060126720000024
表示在支路xy发生故障时支路ij上由节点j流向节点i的功率，Ψi表示与节点i直接相连的支路集合，ΨLN表示负荷节点集合，Υ表示所有支路的集合，
Figure FDA0003060126720000025
代表所有支路故障场景；
2-2-2)支路功率约束，如式(4)-(6)所示：
Figure FDA0003060126720000026
Figure FDA0003060126720000027
Figure FDA0003060126720000028
其中，M为正数，
Figure FDA0003060126720000029
表示在支路xy发生故障时支路ij上靠近节点i开关的状态的0-1变量，
Figure FDA00030601267200000210
表示开关闭合，
Figure FDA00030601267200000211
表示开关打开；
Figure FDA00030601267200000212
表示在支路xy发生故障时支路ij上靠近节点j开关的状态的0-1变量，
Figure FDA00030601267200000213
表示开关闭合，
Figure FDA00030601267200000214
表示开关打开；
Figure FDA00030601267200000215
表示支路ij额定传输容量；
2-2-3)变压器功率约束，如式(7)-(8)所示：
Figure FDA00030601267200000216
Figure FDA00030601267200000217
其中，
Figure FDA00030601267200000218
为在支路xy发生故障时变压器f的功率，
Figure FDA00030601267200000219
为在支路xy发生故障时连接变压器的支路trf由变压器节点流向下游节点的功率，ΨF表示所有变压器节点的集合；
2-2-4)断路器动作约束，如式(9)-(16)所示：
Figure FDA0003060126720000031
Figure FDA0003060126720000032
Figure FDA0003060126720000033
Figure FDA0003060126720000034
Figure FDA0003060126720000035
Figure FDA0003060126720000036
Figure FDA0003060126720000037
Figure FDA0003060126720000038
Figure FDA0003060126720000039
其中，
Figure FDA00030601267200000310
为在支路xy发生故障时在断路器动作阶段支路ij的故障波及标志的0-1变量，
Figure FDA00030601267200000311
表示支路xy发生故障时支路ij受故障波及而处于断电状态，
Figure FDA00030601267200000312
表示支路xy发生故障时支路ij处于正常运行状态；
Figure FDA00030601267200000313
为在支路xy发生故障时在断路器动作阶段节点i的故障波及标志的0-1变量，Fi xy,B＝0表示支路xy发生故障时节点i受故障波及而处于断电状态，Fi xy,B＝1表示支路xy发生故障时节点i处于正常运行状态；上标B代表断路器动作阶段；nBR为配电网的支路数；
Figure FDA00030601267200000314
为在正常运行状态下支路ij上靠近节点i开关的状态的0-1变量，
Figure FDA00030601267200000315
表示开关闭合，
Figure FDA00030601267200000316
表示开关打开；
Figure FDA00030601267200000317
为在正常运行状态下支路ij上靠近节点j开关的状态的0-1变量，
Figure FDA00030601267200000318
表示开关闭合，
Figure FDA00030601267200000319
表示开关打开；上标NO代表正常运行状态；
Figure FDA00030601267200000320
为在支路xy发生故障时支路ij上靠近节点i断路器的状态的0-1变量，
Figure FDA00030601267200000321
表示断路器闭合，
Figure FDA00030601267200000322
表示断路器打开；
Figure FDA00030601267200000323
为在支路xy发生故障时支路ij上靠近节点j断路器的状态的0-1变量，
Figure FDA00030601267200000324
表示断路器闭合，
Figure FDA00030601267200000325
表示断路器打开；
Figure FDA00030601267200000326
为在支路xy发生故障时节点i的故障影响标志的0-1变量，
Figure FDA00030601267200000327
表示支路xy发生故障时节点i受故障影响，
Figure FDA00030601267200000328
表示支路xy发生故障时节点i不受故障影响；
2-2-5)开关动作约束，如式(17)-(25)所示：
Figure FDA00030601267200000329
Figure FDA0003060126720000041
Figure FDA0003060126720000042
Figure FDA0003060126720000043
Figure FDA0003060126720000044
Figure FDA0003060126720000045
Figure FDA0003060126720000046
Figure FDA0003060126720000047
Figure FDA0003060126720000048
Figure FDA0003060126720000049
其中，
Figure FDA00030601267200000410
为在支路xy发生故障后在自动动作阶段sc＝A或人工动作阶段sc＝M支路ij的维修影响标志的0-1变量，
Figure FDA00030601267200000411
表示支路xy发生故障后支路ij受故障支路维修影响而处于断电状态，
Figure FDA00030601267200000412
表示支路xy发生故障后支路ij不受故障支路维修影响而处于正常运行状态；Fi xy,sc为在支路xy发生故障后在自动动作阶段sc＝A或人工动作阶段sc＝M节点i的维修影响标志的0-1变量，Fi xy,sc＝0表示支路xy发生故障后节点i受故障支路维修影响而处于断电状态，Fi xy,sc＝1表示支路xy发生故障后节点i不受故障支路维修影响而处于正常运行状态；
Figure FDA00030601267200000413
在支路xy发生故障后在自动动作阶段sc＝A或人工动作阶段sc＝M节点i的供电标志的0-1变量，
Figure FDA00030601267200000414
表示支路xy发生故障后且开关动作后节点i正常供电，
Figure FDA00030601267200000415
表示支路xy发生故障后且开关动作后节点i处于断电状态；
2-2-6)可靠性约束，如式(26)-(36)所示：
Figure FDA00030601267200000416
Figure FDA00030601267200000417
Figure FDA00030601267200000418
Figure FDA0003060126720000051
Figure FDA0003060126720000052
Figure FDA0003060126720000053
Figure FDA0003060126720000054
Figure FDA0003060126720000055
SAIFI≤εSAIFI (34)
SAIDI≤εSAIDI (35)
EENS≤εEENS (36)
其中CIDi表示i节点的用户中断持续时间，λxy表示支路xy的年故障率，
Figure FDA0003060126720000056
表示支路xy的故障自动动作中断时间，
Figure FDA0003060126720000057
表示支路xy的故障人工动作中断时间，
Figure FDA0003060126720000058
表示支路xy的故障修复中断时间，CIFi表示i节点的用户中断频率，NCi为给定的i节点的用户数量，SAIFI为系统年平均中断持续时间指数，ASAI为系统平均供电指数，EENS为期望失负荷能量，B为所有负荷水平的集合，Δh为负荷水平h的年持续小时数，μh≤1为负荷水平h的峰值负荷比，Li表示i节点的峰值负荷；
Figure FDA0003060126720000059
为i节电年均停电频率上限，
Figure FDA00030601267200000510
为i节电年均停电时间上限，εSAIFI为系统年均停电频率上限，εSAIDI为系统年均停电时间上限，εEENS为系统期望能量不满足的上限；
2-2-7)设备投资约束，如式(37)-(51)所示：
Figure FDA00030601267200000511
Figure FDA00030601267200000512
Figure FDA00030601267200000513
Figure FDA00030601267200000514
Figure FDA00030601267200000515
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Figure FDA0003060126720000061
Figure FDA0003060126720000062
Figure FDA0003060126720000063
Figure FDA0003060126720000064
Figure FDA0003060126720000065
Figure FDA0003060126720000066
Figure FDA0003060126720000067
Figure FDA0003060126720000068
Figure FDA0003060126720000069
3)对步骤2)建立的模型求解，得到
Figure FDA00030601267200000610
的最优解为断路器的规划安装状态的优化结果，
Figure FDA00030601267200000611
的最优解为刀闸的规划安装状态的优化结果，
Figure FDA00030601267200000612
的最优解为馈线终端控制单元的规划安装状态的优化结果，xCCS的最优解为控制中心的规划安装状态的优化结果，得到CIDi、CIFi、SAIDI、SAIFI、ASAI、EENS的最优解为规划方案的可靠性指标的优化结果。
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