CN112598159B - 一种基于多源网络重构的孤岛融合恢复方法 - Google Patents

一种基于多源网络重构的孤岛融合恢复方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及配电系统恢复技术领域，具体公开了一种基于多源网络重构的孤岛融合恢复方法，包括步骤：在融合前阶段先后基于联络线约束条件、拓扑约束条件和容量约束条件筛选出可融合的孤岛；在融合时阶段基于潮流约束条件、频率约束条件和电源有功约束条件对目标函数进行求解，得到融合方案对所述可融合的孤岛进行融合；在融合后阶段基于容量约束、潮流约束、频率约束和电源有功约束条件对融合后的孤岛进行失电负荷恢复。本发明可以通过未恢复负荷量的调整，扩大满足融合的孤岛范围；融合时，系统较为稳定；多电源协同可提高分布式电源的空间渗透率和利用率，以及延长系统恢复供电时长；多源系统协同故障系统恢复，能提高系统的稳定性。

Description

一种基于多源网络重构的孤岛融合恢复方法
技术领域
本发明涉及配电系统恢复技术领域，尤其涉及一种基于多源网络重构的孤岛融合恢复方法。
背景技术
近年来，大停电后，由自然灾害、人为因素等引发的大停电事故日益增加，造成经济损失的同时，极大影响正常的生产生活。为了提高配电系统的恢复能力，应该制定快速恢复策略。根据IEEE1547-2003标准，鼓励电力系统的停电区域采用分布式发电划分孤岛进行恢复[1]。针对含分布式电源(Distributed Generation,DG)的配电网恢复策略，国内外学者进行了广泛的研究。现有配电网恢复研究成果主要为划分多个孤岛恢复运行方式[2-3]和整个系统划分为一个孤岛的运行方式[4]，前者中分布式电源的空间渗透率不高，不能进行各电源之间的协调控制，当岛内电源容量不足，或是损坏后，导致恢复中的该孤岛再次停电，后者由于是整个大范围的孤岛进行恢复，由于拓扑结构较前者更为复杂，整个系统的网损较高。
现有的方法给故障后的配电系统恢复提供了良好的理论基础，但大多数仅考虑了孤岛的划分及其动态调节，而忽略了恢复过程中孤岛之间是否存在可融合的可能性的分析。
引用文献：
[1]T.S.Basso and R.DeBlasio,"IEEE 1547series of standards:interconnection issues,"IEEE Transactions on Power Electronics,vol.19,no.5,pp.1159-1162,2004.
[2]孙悦.有源配电网动态孤岛划分及网络重构策略研究[D].西安理工大学,2018.
[3]张磐，唐萍，丁一，姜惠兰，陈娟.考虑分布式发电波动性的有源配电网故障恢复策略[J].电力系统及其自动化学报，2018，30(01):115-120.
[4]许寅，王颖，和敬涵，李晨.多源协同的配电网多时段负荷恢复优化决策方法[J].电力系统自动化，2020，44(02):123-133.
发明内容
本发明提供一种基于多源网络重构的孤岛融合恢复方法，解决的技术问题在于：如何在配电系统的恢复过程中，对孤岛之间是否存在可融合的可能性进行分析。
为解决以上技术问题，本发明提供一种基于多源网络重构的孤岛融合恢复方法，包括步骤：
事故发生后，主网与配网短时间内失去联系，整个配电系统隔离故障后划分为多个孤岛进行恢复供电；
其特征在于，还包括步骤：
S1.在融合前阶段先后基于联络线约束条件、拓扑约束条件和容量约束条件筛选出可融合的孤岛；
S2.在融合时阶段基于潮流约束条件、频率约束条件和电源有功约束条件对目标函数进行求解，得到融合方案对所述可融合的孤岛进行融合；
S3.在融合后阶段基于所述容量约束条件、所述潮流约束条件、所述频率约束条件和所述电源有功约束条件对融合后的孤岛进行失电负荷恢复。
进一步地，在所述步骤S2中，所述目标函数由分别表示未恢复负荷量的加权值，配电系统内部的网络损耗，各阶段电源出力变化的第一、第二、第三目标函数结合而成；
所述第一目标函数表示为：
Figure BDA0002812065060000021
所述第二目标函数表示为：
Figure BDA0002812065060000022
所述第三目标函数表示为：
Figure BDA0002812065060000031
其中，T为恢复过程中所有时段的集合；L为所有负荷节点构成的集合；Pi,k表示孤岛k内，负荷节点i的有功功率；
Figure BDA0002812065060000032
表示孤岛k内，负荷节点i在时段t内负荷的状态，为0-1整数变量，当
Figure BDA0002812065060000033
时，表明负荷节点i在时段t内已恢复，反之，负荷节点i的负荷还未恢复供电；
Figure BDA0002812065060000034
为时段t内整个配电系统的网络损耗；G和C分别为具有同步发电机接口的分布式电源集合和具有间歇型逆变接口的分布式储能电源集合；
Figure BDA0002812065060000035
为时段t内与上一时段内电源出力变化的绝对值。
进一步地，所述目标函数表示为：
minf＝f1+w1f2+w2f3 (4)
其中，w1、w2＞1表示相应的权重值。
进一步地，在所述步骤S1中，所述拓扑约束条件为：
Figure BDA0002812065060000036
Figure BDA0002812065060000037
Figure BDA0002812065060000038
其中，
Figure BDA0002812065060000039
为0-1整数变量，表示孤岛k内负荷节点i和负荷节点j在时段t内两者之间的线路状态，
Figure BDA00028120650600000310
时，表示线路(i,j)相连，否则表示该线路断开；βij,k和βji,k为0-1整数变量，分别表示孤岛k内负荷节点i和负荷节点j之间的关系，其中βij,k＝1和βji,k＝0，表示孤岛k内线路(i,j)相连且负荷节点i为负荷节点j的父节点，如果βij,k＝0和βji,k＝1，表示孤岛k内线路(i,j)相连且负荷节点j为负荷节点i的父节点，否则表示孤岛k内线路(i,j)不相连；Ω(i)表示孤岛k内与负荷节点i相连的所有负荷节点集合，m表示孤岛k内作为平衡节点的电源节点；E表示所有线路集合；Nm表示作为平衡节点的节点集合；
式(5)表示线路状态和首末节点之间的关系，式(6)表示负荷节点j只能有一个父节点，式(7)表示作为平衡节点的电源节点没有父节点。
进一步地，在所述步骤S1中，所述联络线约束条件为：
|Vi-Vj|≤ΔV (i,j)∈E1 (8)
|θi-θj|≤Δθ (i,j)∈E1 (9)
其中，Vi和Vj分别为两个孤岛之间联络线的两个端点负荷节点i和负荷节点j的电压幅值；ΔV表示预设联络线两个端点负荷节点i和负荷节点j的电压幅值差阈值；θi和θj分别为两个孤岛之间联络线两个端点负荷节点i和负荷节点j的电压相角；Δθ为预设联络线两个端点负荷节点i和负荷节点j的电压相角差阈值；E1为联络线集合；
式(8)表示电压幅值约束，式(9)表示电压相角约束。
进一步地，在所述步骤S1中，所述容量约束条件为：
Figure BDA0002812065060000041
其中，
Figure BDA0002812065060000042
为进入下一时段前，孤岛k内负荷节点j上电源的剩余容量；
Figure BDA0002812065060000043
为第k个孤岛内，负荷节点i在下一时段的有功功率；
公式(10)表示，由于电源自身条件限制，融合的孤岛上，电源侧剩余容量要满足下一阶段恢复过程中负荷的需求。
进一步地，在所述步骤S2中，所述潮流约束条件为：
Figure BDA0002812065060000044
Figure BDA0002812065060000045
Figure BDA0002812065060000046
Figure BDA0002812065060000047
Figure BDA0002812065060000048
Figure BDA0002812065060000049
Figure BDA00028120650600000410
Figure BDA0002812065060000051
Figure BDA0002812065060000052
Figure BDA0002812065060000053
Figure BDA0002812065060000054
Figure BDA0002812065060000055
其中，
Figure BDA0002812065060000056
和
Figure BDA0002812065060000057
分别为孤岛k内由负荷节点i在时段t内流出，流向负荷节点j的有功功率和无功功率；
Figure BDA0002812065060000058
分别为孤岛k内由负荷节点j在时段t内流出，流向负荷节点h的有功功率和无功功率；Pi,k、Qi,k分别为孤岛k内，负荷节点i的有功功率和无功功率；
Figure BDA0002812065060000059
分别为孤岛k内，负荷节点j在时段t内的有功功率和无功功率；
rij、xij分别表示线路(i,j)上的电阻值和电抗值，
Figure BDA00028120650600000510
表示孤岛k内时段t内线路(i,j)上的电流幅值的平方；
M为一个无穷大的常数；
mij,k表示孤岛k内线路(i,j)正常连接时为0，否者为无穷大值；
Figure BDA00028120650600000511
分别表示时段t内负荷节点i、j电压幅值的平方项；
Vi min和Vi max表示负荷节点i电压的上下限，分别取0.95倍和1.05倍；
Figure BDA00028120650600000512
和
Figure BDA00028120650600000513
为在孤岛k内负荷节点j上电源在时段t内输出的有功功率和无功功率的上限；
Figure BDA00028120650600000514
表示孤岛k内线路(i,j)允许通过的最大电流；
式(11)、(12)为负荷节点j的功率平衡方程；式(13)、(15)为欧姆定律的变形；式(16)为负荷节点i流出，流向负荷节点j的功率定义式的变形式；式(17)为网络损耗；式(18)、(22)为系统运行的安全约束。
进一步地，在所述步骤S2中，所述频率约束条件为：
fmin≤f≤fmax (23)
Figure BDA00028120650600000515
Figure BDA0002812065060000061
其中，fmin和fmax分别为电源频率的上下限；mj,k为孤岛k内负荷节点j上分布式电源的功率下垂系数；ft为电源在时段t内的供电频率；
式(23)表示整个系统运行的频率约束；式(24)求取功率下垂系数；式(25)表示孤岛k内所有电源的供电频率相等。
进一步地，在所述步骤S2中，所述电源有功约束条件为：
Figure BDA0002812065060000062
Figure BDA0002812065060000063
其中，
Figure BDA0002812065060000064
和
Figure BDA0002812065060000065
分别为孤岛k内负荷节点j上电源在时段t内和上一时段内输出的有功功率，
Figure BDA0002812065060000066
表示孤岛k内电源在时段t内与上一时段内有功功率的变化值；
式(26)和式(27)表示取电源变化量的绝对值。
进一步地，由于式(16)为非线性约束，通过凸松弛将其转换为式(28)的标准二阶锥形式：
Figure BDA0002812065060000067
本发明提供的一种基于多源网络重构的孤岛融合恢复方法，综合考虑配电网的拓扑结构、电源容量以及孤岛融合条件的实际特性，提出基于多源孤岛融合与重构的配电网恢复的优化策略。根据各孤岛间联络线的关系，通过潮流计算决策节点电压是否满足联络线约束，并通过失电负荷，来扩大满足联络线条件的孤岛个数。在满足上述条件的情况下，嵌入拓扑约束和容量约束，快速得到满足融合条件的孤岛。通过求解混合整数二阶锥模型，分析孤岛融合的可能性，以及对重构后的孤岛区域进行负荷恢复。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种基于多源网络重构的孤岛融合恢复方法的流程图；
图2是本发明实施例提供的实验中IEEE-33节点配电系统孤岛划分示意图；
图3是本发明实施例提供的实验中在融合时阶段不恢复负荷情况下节点电压对比图；
图4是本发明实施例提供的实验中在融合时阶段恢复负荷情况下节点电压对比图；
图5是本发明实施例提供的实验中在融合后阶段DG3故障的节点电压对比图。
具体实施方式
下面结合附图具体阐明本发明的实施方式，实施例的给出仅仅是为了说明目的，并不能理解为对本发明的限定，包括附图仅供参考和说明使用，不构成对本发明专利保护范围的限制，因为在不脱离本发明精神和范围基础上，可以对本发明进行许多改变。
本发明实施例提供的一种基于多源网络重构的孤岛融合恢复方法，包括步骤：事故发生后，主网与配网失去联系，整个配电系统隔离故障后划分为多个孤岛进行恢复供电；
如图1的流程图所示，还包括步骤：
S1.在融合前阶段先后基于联络线约束条件、拓扑约束条件和容量约束条件筛选出可融合的孤岛；
S2.在融合时阶段基于潮流约束条件、频率约束条件和电源有功约束条件对目标函数进行求解，得到融合方案对所述可融合的孤岛进行融合；
S3.在融合后阶段基于所述容量约束条件、所述潮流约束条件、所述频率约束条件和所述电源有功约束条件对融合后的孤岛进行失电负荷恢复。
本发明实施例综合考虑配电网的网络拓扑结构和实际运行特性、联络线约束和容量约束等，将整个恢复策略分为三个阶段，分别为融合前，融合时，以及融合后3个阶段，主要包含：事故发生后，主网与配网短时间内失去联系，整个配电系统隔离故障后划分为多个小孤岛进行恢复供电，然后判断不同孤岛间是否满足融合条件，并对融合过程进行分析，融合完成后继续恢复失电负荷，具体模型如下：
(1)目标函数
采取孤岛融合恢复配电网系统的主要目的是保证恢复尽可能多负荷的前提下，减小系统的网损，同时增强系统恢复过程中电源出力可靠性。本实施例配电网恢复优化目标分为3个部分，其中主要目标是未恢复负荷量的加权，次要目标是网损和各阶段电源出力变化，分别为式(1)、式(2)和式(3)。
也即，在所述步骤S2中，目标函数由分别表示未恢复负荷量的加权值，配电系统内部的网络损耗，各阶段电源出力变化的第一、第二、第三目标函数结合而成；
所述第一目标函数表示为：
Figure BDA0002812065060000081
所述第二目标函数表示为：
Figure BDA0002812065060000082
所述第三目标函数表示为：
Figure BDA0002812065060000083
其中，T为恢复过程中所有时段的集合；L为所有负荷节点构成的集合；Pi,k表示孤岛k内，负荷节点i的有功功率；
Figure BDA0002812065060000084
表示孤岛k内，负荷节点i在时段t内负荷的状态，为0-1整数变量，当
Figure BDA0002812065060000085
时，表明负荷节点i在时段t内已恢复，反之，负荷节点i的负荷还未恢复供电；
Figure BDA0002812065060000086
为时段t内整个配电系统的网络损耗；G和C分别为具有同步发电机接口的分布式电源集合和具有间歇型逆变接口的分布式储能电源集合；
Figure BDA0002812065060000087
为时段t内与上一时段内电源出力变化的绝对值。
根据目标函数的主次关系，通过权重系数将3个目标函数进行结合，权重系数的设置决定不同的恢复方案，本实施例中恢复的主要目标是恢复更多的负荷，最次目标是电源的出力变化，因此，第二目标函数和第三目标函数的权重值都不宜过小，至少w1、w2＞1。具体如式(4)所示：
minf＝f1+w1f2+w2f3 (4)
根据经验，权重值w1和w1都取10。
(2)步骤S1(融合前)中的约束条件
1)拓扑约束条件
孤岛融合与重构后，配电网运行要满足辐射状拓扑结构，得到本实施例的拓扑约束条件：
Figure BDA0002812065060000091
Figure BDA0002812065060000092
Figure BDA0002812065060000093
其中，
Figure BDA0002812065060000094
为0-1整数变量，表示孤岛k内负荷节点i和负荷节点j在时段t内两者之间的线路状态，
Figure BDA0002812065060000095
时，表示线路(i,j)相连，否则表示该线路断开；βij,k和βji,k为0-1整数变量，分别表示孤岛k内负荷节点i和负荷节点j之间的关系，其中βij,k＝1和βji,k＝0，表示孤岛k内线路(i,j)相连且负荷节点i为负荷节点j的父节点，如果βij,k＝0和βji,k＝1，表示孤岛k内线路(i,j)相连且负荷节点j为负荷节点i的父节点，否则表示孤岛k内线路(i,j)不相连；Ω(i)表示孤岛k内与负荷节点i相连的所有负荷节点集合，m表示孤岛k内作为平衡节点的电源节点；E表示所有线路集合；Nm表示作为平衡节点的节点集合；
式(5)表示线路状态和首末节点之间的关系，式(6)表示负荷节点j只能有一个父节点，式(7)表示作为平衡节点的电源节点没有父节点。
2)联络线约束条件
孤岛之间需要通过联络线为媒介，进行融合与重构。判断孤岛间是否能互联，联络线两端的电压及其相角也要保证在约束范围内，即联络线约束条件可表示为：
|Vi-Vj|≤ΔV (i,j)∈E1 (8)
|θi-θj|≤Δθ (i,j)∈E1 (9)
其中，Vi和Vj分别为两个孤岛之间联络线的两个端点负荷节点i和负荷节点j的电压幅值；ΔV表示预设联络线两个端点负荷节点i和负荷节点j的电压幅值差阈值；θi和θj分别为两个孤岛之间联络线两个端点负荷节点i和负荷节点j的电压相角；Δθ为预设联络线两个端点负荷节点i和负荷节点j的电压相角差阈值；E1为联络线集合；
式(8)表示电压幅值约束，式(9)表示电压相角约束。
3)容量约束条件
由于电源自身条件限制，融合的孤岛上，如式(10)所示：
Figure BDA0002812065060000101
其中，
Figure BDA0002812065060000102
为进入下一时段前，孤岛k内负荷节点j上电源的剩余容量；
Figure BDA0002812065060000103
为第k个孤岛内，负荷节点i在下一时段的有功功率；
公式(10)表示，由于电源自身条件限制，融合的孤岛上，电源侧剩余容量要满足下一阶段恢复过程中负荷的需求。
(3)步骤S2中(融合时)的约束条件
1)潮流约束条件
在融合过程中需要满足潮流方程，由于配电网运行需要辐射状态，本实施例采用DistFlow潮流约束：
Figure BDA0002812065060000104
Figure BDA0002812065060000105
Figure BDA0002812065060000106
Figure BDA0002812065060000107
Figure BDA0002812065060000108
Figure BDA0002812065060000109
Figure BDA0002812065060000111
Figure BDA0002812065060000112
Figure BDA0002812065060000113
Figure BDA0002812065060000114
Figure BDA0002812065060000115
Figure BDA0002812065060000116
其中，
Figure BDA0002812065060000117
和
Figure BDA0002812065060000118
分别为孤岛k内由负荷节点i在时段t内流出，流向负荷节点j的有功功率和无功功率；
Figure BDA0002812065060000119
分别为孤岛k内由负荷节点j在时段t内流出，流向负荷节点h的有功功率和无功功率；Pi,k、Qi,k分别为孤岛k内，负荷节点i有功功率和无功功率；
Figure BDA00028120650600001110
分别为孤岛k内，负荷节点j在时段t内的有功功率和无功功率；
rij、xij分别表示线路(i,j)上的电阻值和电抗值，
Figure BDA00028120650600001111
表示孤岛k内时段t内线路(i,j)上的电流幅值的平方；
M为一个无穷大的常数；
mij,k表示孤岛k内线路(i,j)正常连接时为0，否者为无穷大值；
Figure BDA00028120650600001112
分别表示时段t内负荷节点i、j电压幅值的平方项；
Vi min和Vi max表示负荷节点i电压的上下限，分别取0.95倍和1.05倍；
Figure BDA00028120650600001113
和
Figure BDA00028120650600001114
为在孤岛k内负荷节点j上电源在时段t内输出的有功功率和无功功率的上限；
Figure BDA00028120650600001115
表示孤岛k内线路(i,j)允许通过的最大电流；
式(11)、(12)为负荷节点j的功率平衡方程；式(13)、(15)为欧姆定律的变形；式(16)为负荷节点i流出，流向负荷节点j的功率定义式的变形式；式(17)为网络损耗；式(18)、(22)为系统运行的安全约束。
2)频率约束条件
孤岛融合与重构时，多个分布式电源将协同对融合后的孤岛进行供电，每个电源的供电频率将发生变化，应保证在一个孤岛内的所有电源频率一致：
fmin≤f≤fmax (23)
Figure BDA0002812065060000121
Figure BDA0002812065060000122
其中，fmin和fmax分别为电源频率的上下限；mj,k为孤岛k内负荷节点j上分布式电源的功率下垂系数；ft为电源在时段t内的供电频率；
式(23)表示整个系统运行的频率约束；式(24)求取功率下垂系数；式(25)表示孤岛k内所有电源的供电频率相等。
3)电源有功约束条件
第三目标函数中
Figure BDA0002812065060000123
的值始终为正，需要对当前时段和上一时段内电源发出的有功功率进行约束：
Figure BDA0002812065060000124
Figure BDA0002812065060000125
其中，
Figure BDA0002812065060000126
和
Figure BDA0002812065060000127
分别为孤岛k内负荷节点j上电源在时段t内和上一时段内输出的有功功率，
Figure BDA0002812065060000128
表示孤岛k内电源在时段t内与上一时段内有功功率的变化值；
式(26)和式(27)表示取电源变化量的绝对值。
(4)凸松弛及混合二阶锥规划模型转换
由于式(16)为非线性约束，通过凸松弛转换为式(28)的标准二阶锥形式，将问题转换为混合整数而阶锥规划(MISOCP)模型：
Figure BDA0002812065060000129
(5)实验验证
为了验证本发明的有效性，对IEEE33节点算例进行分析，整个算例中，系统与主网失去联系，隔离故障后的系统划分为4个独自运行的孤岛，如图2所示，包括4台具有惯性和频率调节接口(同步发电机接口)的分布式电源(DG1～DG4)，2台具有间歇型逆变接口的分布式储能电源(ESS1和ESS2)，其中分布式储能电源采用直流电源，5条联络线【联络线(12,22)和(18,33)已经接入系统】，5条故障线路，未连接的联络线(8,21)、(9,15)、(25,29)作为孤岛融合的媒介。
融合前：
步骤1：计算4个孤岛内节点电压，判断孤岛间相应的联络线两端电压是否满足联络线约束。对于不满足联络线约束的联络线，判别该联络线两端的孤岛内是否存在未恢复负荷，若存在并进行负荷调整，扩大可融合的范围。
步骤2：对于满足联络线约束条件的孤岛，假设将该联络线接入，判断网架重构后的孤岛是否满足辐射状的拓扑运行方式，若不满足，即孤岛不能融合。
步骤3：对于既满足联络线约束条件，又满足拓扑约束条件的孤岛，判断其孤岛内电源的剩余容量是否能保证融合后的所有负荷正常供电(容量约束条件)，不会因容量不足使得恢复供电的负荷再次断电。
融合时：
步骤4：对满足融合条件的孤岛，选择需要融合的孤岛方案。
步骤5：通过混合整数二阶锥模型，求解在目标函数最优的情况下，系统的运行情况。
步骤6：针对融合情况下不恢复负荷，以及融合情况下不参与融合的孤岛进行负荷恢复两种情况，对各节点电压进行分析比较。
融合后：
步骤7：分时段进行失电负荷的恢复，为维持系统的稳定性，每个孤岛在每个时段，只恢复一个负荷节点的负荷。
步骤8：假设方案3中的DG3在融合后由于故障退出恢复电源序列，分析融合孤岛是否能稳定运行。
根据约束条件，孤岛2和孤岛3满足联络线约束，接入节点9上的负荷后，孤岛2、孤岛3和孤岛4之间都满足联络线约束，且在孤岛2与孤岛3，以及孤岛2、孤岛3和孤岛4两种方案中都满足拓扑约束和容量约束。
1)方案1：孤岛之间不进行融合，直接在各自孤岛内进行负荷恢复；
2)方案2：孤岛2和孤岛3进行融合；
3)方案3：孤岛2、孤岛3和孤岛4进行融合；
4)方案4：方案3中的分布式电源DG3因故障退出电源序列。
其中节点负荷恢复的顺序为：
方案1：9,18,24(第1时段)→4,14,32(第2时段)→21(第3时段)
方案2：18,24(第1时段)→4,21,32(第2时段)→14(第3时段)→9(第4时段)
方案3：9,24(第1时段)→4,21(第2时段)→32(第3时段)→14(第4时段)→14(第5时段)。
融合时阶段时间较短，为保证配电系统的稳定性，将该时段延长为10分钟。每个孤岛区域内(包括融合的新孤岛)每个时段只恢复一个节点负荷，同样，为保证系统的稳定性，将每个时段定为10分钟。
具体优势和效果可包括：
1)可以通过未恢复负荷量的调整，扩大满足融合的孤岛范围；
2)融合时，系统较为稳定，证明孤岛融合是可行且有效的。融合时各电源剩余容量如表1所示，在融合区域内，多源的协调还可以提升节点电压，如图3和图4所示；
3)多电源协同可提高分布式电源的空间渗透率、提高分布式电源的利用率和延长系统恢复供电时长，如表2所示；
4)多源系统协同故障系统恢复，能提高系统的稳定性，如图5所示，方案4中的DG3，退出供电后，系统仍处于稳定运行状态。
表1融合时各电源剩余容量
Figure BDA0002812065060000141
表2融合后配电网系统恢复过程
Figure BDA0002812065060000151
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于多源网络重构的孤岛融合恢复方法，包括步骤：
事故发生后，主网与配网短时间内失去联系，整个配电系统隔离故障后划分为多个孤岛进行恢复供电；
其特征在于，还包括步骤：
S1.在融合前阶段先后基于联络线约束条件、拓扑约束条件和容量约束条件筛选出可融合的孤岛；
S2.在融合时阶段基于潮流约束条件、频率约束条件和电源有功约束条件对目标函数进行求解，得到融合方案对所述可融合的孤岛进行融合；所述目标函数由分别表示未恢复负荷量的加权值，配电系统内部的网络损耗，各阶段电源出力变化的第一、第二、第三目标函数结合而成；
所述第一目标函数表示为：
Figure FDA0003522682090000011
所述第二目标函数表示为：
Figure FDA0003522682090000012
所述第三目标函数表示为：
Figure FDA0003522682090000013
其中，T为恢复过程中所有时段的集合；L为所有负荷节点构成的集合；Pi,k表示孤岛k内，负荷节点i的有功功率；
Figure FDA0003522682090000014
表示孤岛k内，负荷节点i在时段t内负荷的状态，为0-1整数变量，当
Figure FDA0003522682090000015
时，表明负荷节点i在时段t内已恢复，反之，负荷节点i的负荷还未恢复供电；
Figure FDA0003522682090000016
为时段t内整个配电系统的网络损耗；G和C分别为具有同步发电机接口的分布式电源集合和具有间歇型逆变接口的分布式储能电源集合；
Figure FDA0003522682090000017
为时段t内与上一时段内电源出力变化的绝对值；
所述目标函数表示为：
min f＝f1+w1f2+w2f3 (4)
其中，w1、w2＞1表示相应的权重值；
S3.在融合后阶段基于所述容量约束条件、所述潮流约束条件、所述频率约束条件和所述电源有功约束条件对融合后的孤岛进行失电负荷恢复。
2.如权利要求1所述的一种基于多源网络重构的孤岛融合恢复方法，其特征在于，在所述步骤S1中，所述拓扑约束条件为：
Figure FDA0003522682090000021
Figure FDA0003522682090000022
Figure FDA0003522682090000023
其中，
Figure FDA0003522682090000024
为0-1整数变量，表示孤岛k内负荷节点i和负荷节点j在时段t内两者之间的线路状态，
Figure FDA0003522682090000025
时，表示线路(i,j)相连，否则表示该线路断开；βij,k和βji,k为0-1整数变量，分别表示孤岛k内负荷节点i和负荷节点j之间的关系，其中βij,k＝1和βji,k＝0，表示孤岛k内线路(i,j)相连且负荷节点i为负荷节点j的父节点，如果βij,k＝0和βji,k＝1，表示孤岛k内线路(i,j)相连且负荷节点j为负荷节点i的父节点，否则表示孤岛k内线路(i,j)不相连；Ω(i)表示孤岛k内与负荷节点i相连的所有负荷节点集合，m表示孤岛k内作为平衡节点的电源节点；E表示所有线路集合；Nm表示作为平衡节点的节点集合；
式(5)表示线路状态和首末节点之间的关系，式(6)表示负荷节点j只能有一个父节点，式(7)表示作为平衡节点的电源节点没有父节点。
3.如权利要求2所述的一种基于多源网络重构的孤岛融合恢复方法，其特征在于，在所述步骤S1中，所述联络线约束条件为：
|Vi-Vj|≤ΔV (i,j)∈E1 (8)
|θi-θj|≤Δθ (i,j)∈E1 (9)
其中，Vi和Vj分别为两个孤岛之间联络线的两个端点负荷节点i和负荷节点j的电压幅值；ΔV表示预设联络线两个端点负荷节点i和负荷节点j的电压幅值差阈值；θi和θj分别为两个孤岛之间联络线两个端点负荷节点i和负荷节点j的电压相角；Δθ为预设联络线两个端点负荷节点i和负荷节点j的电压相角差阈值；E1为联络线集合；
式(8)表示电压幅值约束，式(9)表示电压相角约束。
4.如权利要求3所述的一种基于多源网络重构的孤岛融合恢复方法，其特征在于，在所述步骤S1中，所述容量约束条件为：
Figure FDA0003522682090000031
其中，
Figure FDA0003522682090000032
为进入下一时段前，孤岛k内负荷节点j上电源的剩余容量；
Figure FDA0003522682090000033
为第k个孤岛内，负荷节点i在下一时段的有功功率；
公式(10)表示，由于电源自身条件限制，融合的孤岛上，电源侧剩余容量要满足下一阶段恢复过程中负荷的需求。
5.如权利要求2所述的一种基于多源网络重构的孤岛融合恢复方法，其特征在于，在所述步骤S2中，所述潮流约束条件为：
Figure FDA0003522682090000034
Figure FDA0003522682090000035
Figure FDA0003522682090000036
Figure FDA0003522682090000037
Figure FDA0003522682090000038
Figure FDA0003522682090000039
Figure FDA00035226820900000310
Figure FDA0003522682090000041
Figure FDA0003522682090000042
Figure FDA0003522682090000043
Figure FDA0003522682090000044
Figure FDA0003522682090000045
其中，
Figure FDA0003522682090000046
和
Figure FDA0003522682090000047
分别为孤岛k内由负荷节点i在时段t内流出，流向负荷节点j的有功功率和无功功率；
Figure FDA0003522682090000048
分别为孤岛k内由负荷节点j在时段t内流出，流向负荷节点h的有功功率和无功功率；Pi,k、Qi,k分别为孤岛k内，负荷节点i的有功功率和无功功率；
Figure FDA0003522682090000049
分别表示在孤岛k内负荷节点j上电源在时段t内输出的有功功率和无功功率；
rij、xij分别表示线路(i,j)上的电阻值和电抗值，
Figure FDA00035226820900000410
表示孤岛k内时段t内线路(i,j)上的电流幅值的平方；
M为一个无穷大的常数；
mij,k表示孤岛k内线路(i,j)正常连接时为0，否者为无穷大值；
Figure FDA00035226820900000411
分别表示时段t内负荷节点i、j电压幅值的平方项；
Vi min和Vi max表示负荷节点i电压的上下限，分别取0.95倍和1.05倍；
Figure FDA00035226820900000412
和
Figure FDA00035226820900000413
为在孤岛k内负荷节点j上电源在时段t内输出的有功功率和无功功率的上限；
Figure FDA00035226820900000414
表示孤岛k内线路(i,j)允许通过的最大电流；
式(11)、(12)为负荷节点j的功率平衡方程；式(13)～(15)为欧姆定律的变形；式(16)为负荷节点i流出，流向负荷节点j的功率定义式的变形式；式(17)为网络损耗；式(18)～(22)为系统运行的安全约束。
6.如权利要求5所述的一种基于多源网络重构的孤岛融合恢复方法，其特征在于，在所述步骤S2中，所述频率约束条件为：
fmin≤f≤fmax (23)
Figure FDA0003522682090000051
Figure FDA0003522682090000052
其中，fmin和fmax分别为电源频率的上下限；mj,k为孤岛k内负荷节点j上分布式电源的功率下垂系数；ft为电源在时段t内的供电频率；
式(23)表示整个系统运行的频率约束；式(24)求取功率下垂系数；式(25)表示孤岛k内所有电源的供电频率相等。
7.如权利要求6所述的一种基于多源网络重构的孤岛融合恢复方法，其特征在于，在所述步骤S2中，所述电源有功约束条件为：
Figure FDA0003522682090000053
Figure FDA0003522682090000054
其中，
Figure FDA0003522682090000055
和
Figure FDA0003522682090000056
分别为孤岛k内负荷节点j上电源在时段t内和上一时段内输出的有功功率，
Figure FDA0003522682090000057
表示孤岛k内电源在时段t内与上一时段内有功功率的变化值；
式(26)和式(27)表示取电源变化量的绝对值。
8.如权利要求5所述的一种基于多源网络重构的孤岛融合恢复方法，其特征在于，由于式(16)为非线性约束，通过凸松弛将其转换为式(28)的标准二阶锥形式：
Figure FDA0003522682090000058
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