CN113131468A - 一种考虑用户停电损失的多目标配电网供电恢复方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种考虑用户停电损失的多目标配电网供电恢复方法，所述配电网供电恢复方法包括以下步骤：对配电网内的负荷用户进行等级划分；计算配电网的负荷点停电损失指标值；建立平衡考虑用户停电损失和供电恢复成本的目标函数；添加保障重要用户供电恢复的约束条件；添加电源配电网供电恢复约束条件并线性化，建立多时段的多目标配电网供电恢复最优化问题的混合整数线性规划模型；求解所述多目标配电网供电恢复最优化问题，得到多时段的多目标配电网供电恢复方案。本发明能够基于配电网的用户负荷信息调整多目标权重，协调配电网供电恢复中的用户停电损失和电网供电恢复成本，提升了配电网供电恢复方案的适应性，提高了供电恢复方案的经济性。

Description

一种考虑用户停电损失的多目标配电网供电恢复方法
技术领域
本发明涉及配电网供电恢复领域，具体是一种考虑用户停电损失的多目标配电网供电恢复方法。
背景技术
当自然灾害等极端事件发生时，配电网可能会受到极端事件的严重破坏，引起大停电事故并造成重大经济损失。为此，在由极端天气事件导致的配电网停电事故发生后，需要采用适当的配电网供电恢复方法来快速恢复重要负载。同时，除了恢复断电负荷这一主要目的外，还需考虑综合多种配电网供电恢复优化角度，如网损、开关动作次数等，以实现包含多个子目标的多目标最优化配电供电恢复。目前已有部分文献对多目标配电网供电恢复方法进行了研究，但现有的研究没有将用户停电损失(Customer Interruption Cost,CIC)作为供电恢复目标与供电恢复方法直接联系起来。另外，针对如医院等这类特殊重要负荷，现有技术没有单独进行约束设计，并且多个目标之间大多采用固定权重，无法保证对不同配电网的参数适应性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种考虑用户停电损失的多目标配电网供电恢复方法，多目标配电网供电恢复方法对用户停电损失进行较为准确的评估，并利用停电损失对用户进行精细化分级，对停电损失较大的用户进行优先恢复，最大限度降低用户因意外停电产生的经济损失。同时，针对现有技术中不能单独处理医院等这类特殊重要负荷的问题；针对重要用户单独设置约束确保其在恢复过程中的绝对优先级，另外，针对多目标间固定权重系数不具备对不同配电网适应性的问题，本发明中的权重系数可根据配电网中重要用户和高停电损失用户所占比重而调整。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种考虑用户停电损失的多目标配电网供电恢复方法，所述配电网供电恢复方法包括以下步骤：
S1:根据中断供电产生的影响，对配电网内的负荷用户进行等级划分；
S2:根据配电网内负荷用户分级信息，计算配电网的负荷点停电损失指标值；
S3:对所述配电网的负荷点停电损失指标值进行归一化处理，建立平衡考虑用户停电损失和供电恢复成本的目标函数，并计算目标函数中各个子目标函数的权重系数；
S4:根据配电网内负荷用户分级信息，添加保障重要用户供电恢复的约束条件；
S5:添加电源配电网供电恢复约束条件并线性化，建立多时段的多目标配电网供电恢复最优化问题的混合整数线性规划模型；
S6:求解所述多目标配电网供电恢复最优化问题，得到多时段的多目标配电网供电恢复方案。
进一步的，所述S1中根据用户类型，对配电网内的负荷用户进行等级划分的方法包括：
根据停电造成的影响和损失，将配电网负荷用户分为重要用户和普通用户；
所述重要用户为中断供电将造成人身伤亡，在政治、经济上造成重大损失的用户；
根据普通用户停电产生的经济损失，将普通用户按停电损失从大到小进一步分为一级用户、二级用户和三级用户。
进一步的，所述S2中根据配电网内负荷用户分级信息，计算配电网的负荷点停电损失指标值，具体如下：
通过间接分析法计算配电网内负荷用户的单小时每千瓦用户停电损失值：
产业用户的停电损失通过下式获取：
Figure BDA0003025162170000031
Figure BDA0003025162170000032
其中，CICindu表示产业用户的单小时每千瓦用户停电损失值；VA表示产业用户产值的平均年增加值；Pfp表示产业用户全产能生产时的平均用电需求；Tp表示产业用户一年内平均用于生产的时间；cva为比例系数，表示产业用户平均总停电损失与平均断电停产损失之比；
住宅用户的单小时停电损失值通过下式计算：
Figure BDA0003025162170000033
其中，CICresi表示住宅用户的单小时每千瓦用户停电损失值；w表示该地区平均时薪；Pmax表示住宅用户的用电功率峰值；
根据配电网内负荷用户的单小时每千瓦用户停电损失值计算配电网的负荷点停电损失指标值：
所述负荷点停电损失指标用于描述配电网内重要负荷的用户停电损失信息，包括高停电损失用户百分比和配电网平均单小时每千瓦用户停电损失值；
所述高停电损失用户比例值通过下式计算：
Figure BDA0003025162170000034
其中，ηhighCIC表示配电网中的高停电损失用户百分比；Ntotal表示该配电网中的用户总数；Nimport表示该配电网中的重要用户数；Nfirst表示该配电网中一级用户数；Nsecond表示该配电网中的二级用户数；
所述配电网平均单小时每千瓦用户停电损失值通过下式计算：
Figure BDA0003025162170000041
其中，CICavg表示配电网平均单小时每千瓦用户停电损失值；CICi表示配电网内第i个用户的单小时每千瓦用户停电损失值；Pi表示配电网内第i个用户负荷的有功功率值。
进一步的，所述S3中对所述配电网的负荷点停电损失指标值进行归一化处理，建立平衡考虑用户停电损失和供电恢复成本的目标函数，并计算目标函数中各个子目标函数的权重系数，具体包括：
对配电网平均单小时每千瓦用户停电损失值进行归一化处理，通过下式进行计算：
Figure BDA0003025162170000042
其中，CICa′vg表示归一化后的配电网平均单小时每千瓦用户停电损失值；CICmin表示配电网内所有用户单小时用户停电损失的最小值；CICmax表示配电网内所有用户单小时用户停电损失的最大值；
所述建立平衡考虑用户停电损失和供电恢复成本的目标函数，其中所述目标函数的形式如下：
Figure BDA0003025162170000043
其中，w1和w2为权重系数；f1为表示用户停电损失的子目标函数；f2为表示供电恢复成本的子目标函数；N为配电网所有节点的集合；T为所有停电恢复时段的集合；CICi,t表示t时段节点i处负荷的单小时用户停电损失；Pi D表示t时段节点i处负荷的有功功率需求；ri,t为决策变量，表示t时段节点i处负荷的恢复状态，ri,t为1表示此时节点i处负荷已恢复供电，ri,t为0表示此时节点i处负荷未恢复供电；Tint表示每个断电恢复时段的时长；
Figure BDA0003025162170000051
表示t时段节点i处所连分布式电源的成本系数；
Figure BDA0003025162170000052
表示t时段节点i处所连分布式电源输出有功功率；
Figure BDA0003025162170000053
表示t时段变电站节点i处的成本系数；
Figure BDA0003025162170000054
表示t时段变电站节点i处电源输出有功功率；
所述目标函数中各个子目标函数的权重系数，通过下式计算：
Figure BDA0003025162170000055
进一步的，所述S4中根据配电网内负荷用户分级信息，添加保障重要用户供电恢复的约束条件，具体包括：
对于配电网中的重要用户，为了确保其恢复供电优先级，添加以下约束：
ri,t＝1i∈Nimport,t∈T
其中，Nimport为配电网所有重要用户节点的集合。
进一步的，所述S5中添加电源配电网供电恢复约束条件并线性化，建立多时段的多目标配电网供电恢复最优化问题的混合整数线性规划模型，具体包括：
所述配电网供电恢复约束条件包括：分布式电源及储能输出约束、配电网潮流约束、考虑孤岛融合的辐射状拓扑约束以及变量边界约束。
所述分布式电源及储能输出约束包括：
Figure BDA0003025162170000056
Figure BDA0003025162170000057
Figure BDA0003025162170000058
Figure BDA0003025162170000059
Figure BDA00030251621700000510
Figure BDA00030251621700000511
Figure BDA00030251621700000512
式中，SDG为配电网连接分布式电源的节点集合；SESS为配电网连接储能系统的节点集合；
Figure BDA0003025162170000061
和
Figure BDA0003025162170000062
分别表示t时段节点i处所连分布式电源输出有功功率和无功功率，
Figure BDA0003025162170000063
和
Figure BDA0003025162170000064
分别表示t时段节点i处所连储能系统的放电功率和充电功率；Pi DGmin和Pi DGmax分别表示t时段节点i处所连分布式电源输出有功功率下限和上限；
Figure BDA0003025162170000065
和
Figure BDA0003025162170000066
分别表示t时段节点i处所连分布式电源输出无功功率下限和上限；
Figure BDA0003025162170000067
表示节点i处所连分布式电源输出有功功率的变化率的上限；
Figure BDA0003025162170000068
和
Figure BDA0003025162170000069
为决策变量，分别表示t时段节点i处所连储能系统的充电状态和放电状态，当
Figure BDA00030251621700000610
为1，表示t时段节点i处所连ESS正在充电；
Figure BDA00030251621700000611
为1，表示t时段节点i处所连ESS正在放电；Pi dischmax和Pi chmax分别表示节点i处所连储能系统的最大放电功率和最大充电功率；ki,0表示节点i处所连储能系统的荷电状态的初始值，ki min和ki max分别表示节点i处所连储能系统的荷电状态的下限和上限；Crated,i表示节点i处所连储能系统的额定能量容量；
Figure BDA00030251621700000612
和
Figure BDA00030251621700000613
分别表示节点i处所连储能系统的充电效率和放电效率。
进一步的，所述所述配电网潮流约束包括：
Figure BDA00030251621700000614
Figure BDA00030251621700000615
Figure BDA00030251621700000616
Figure BDA00030251621700000617
Figure BDA00030251621700000618
式中，Pij,t和Qij,t分别表示t时段流经支路ij的有功功率潮流和无功功率潮流；
Figure BDA00030251621700000619
表示t时段变电站节点i处电源输出无功功率；
Figure BDA00030251621700000620
表示t时段节点j处负荷的无功功率需求；Rij和Xij分别表示配电网支路ij的电阻和电抗；
Figure BDA00030251621700000621
表示t时段节点i处电压幅值的平方；
Figure BDA00030251621700000622
表示t时段流经支路ij的电流幅值的平方。
进一步的，所述考虑孤岛融合的辐射状拓扑约束包括：
∑αij,t＝|N|-∑Ark,t ij∈E,k∈SDG,t∈T
Figure BDA0003025162170000071
Figure BDA0003025162170000072
Figure BDA0003025162170000073
|Fij,t|≤αij,tM ij∈E,t∈T
式中，Ark,t为t时段电源点k的孤岛主导电源节点状态决策变量，Ark,t为1表示当前时刻以该电源节点为主导电源节点的孤岛存在，αij,t为决策变量，表示t时段支路ij的开关状态，αij,t为0表示t时段支路ij断开；αij,t为1表示t时段支路ij连通；Fij,t表示t时段流经支路ij的虚拟潮流；Dj表示t时段节点j处的虚拟负荷需求；M表示一个无穷大的正数；E表示配电网所有支路的集合。
进一步的，所述变量边界约束包括：
Figure BDA0003025162170000074
Figure BDA0003025162170000075
Figure BDA0003025162170000076
式中，
Figure BDA0003025162170000077
分别表示t时段节点i处电压幅值的下限、上限；
Figure BDA0003025162170000078
表示t时段流经支路ij的有功功率潮流的上限；
Figure BDA0003025162170000079
表示t时段流经支路ij的无功功率潮流的上限。
进一步的，所述线性化方法为对配电网供电恢复约束条件中的非线性部分进行分段近似线性化，具体包括：
对有功功率潮流平方项
Figure BDA00030251621700000710
的分段线性化近似过程如下：
Figure BDA00030251621700000711
Figure BDA00030251621700000712
Figure BDA00030251621700000713
Figure BDA0003025162170000081
Figure BDA0003025162170000082
式中，
Figure BDA0003025162170000083
表示所述有功功率潮流平方项
Figure BDA0003025162170000084
的近似值；
Figure BDA0003025162170000085
和
Figure BDA0003025162170000086
为线性化过程的辅助积分变量；a为计数变量；A为分段近似的段数；
无功功率潮流平方项
Figure BDA0003025162170000087
的近似值
Figure BDA0003025162170000088
通过相同过程计算得到；
对电压幅值平方项以常数标准值近似线性化；如下所示：
Figure BDA0003025162170000089
Figure BDA00030251621700000810
式中，Unsqr表示电压幅值平方项的常数标准值。
本发明的有益效果：
1、本发明多目标配电网供电恢复方法对用户停电损失进行较为准确的评估，并利用停电损失对用户进行精细化分级，对停电损失较大的用户进行优先恢复，最大限度降低用户因意外停电产生的经济损失；同时，针对现有技术中不能单独处理医院等这类特殊重要负荷的问题；
2、本发明多目标配电网供电恢复方法针对重要用户单独设置约束确保其在恢复过程中的绝对优先级，另外，针对多目标间固定权重系数不具备对不同配电网适应性的问题；
3、本发明多目标配电网供电恢复方法能够基于配电网的用户负荷信息调整多目标权重，协调配电网供电恢复中的用户停电损失和电网供电恢复成本，提升了配电网供电恢复方案的适应性，提高了供电恢复方案的经济性。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
图1是本发明多目标配电网供电恢复方法流程图；
图2是本发明33节点配电网系统图；
图3是本发明风机和光伏24小时出力折线图；
图4是本发明配电网从上级购电成本曲线图。
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它实施例，都属于本发明保护的范围。
图1为本申请实施例提供的一种考虑用户停电损失的多目标配电网供电恢复方法的工作流程图；一种考虑用户停电损失的多目标配电网供电恢复方法，所述配电网供电恢复方法包括以下步骤：
S1：根据中断供电产生的影响，对配电网内的负荷用户进行等级划分；
根据用户类型，对配电网内的负荷用户进行等级划分的方法如下：
根据停电造成的影响和损失，将配电网负荷用户分为重要用户和普通用户；
重要用户为中断供电将造成人身伤亡或在政治、经济上造成重大损失的用户，如医院、重要政府机关和国民经济重点生产企业等；
根据普通用户停电产生的经济损失，将普通用户按停电损失从大到小进一步分为一级用户、二级用户和三级用户；其中，一级用户为主要从事服务业、金融业、工商业等产业，停电损失很高的产业用户，二级用户为主要从事矿业、制造业、建筑业等产业，停电损失较高的产业用户，所述三级用户为住宅用户以及从事农业、林业、牧业、渔业等产业，停电损失较低的产业用户。
S2：根据配电网内负荷用户分级信息，计算配电网的负荷点停电损失指标值；
根据配电网内负荷用户分级信息，计算配电网的负荷点停电损失指标值，具体如下：
通过间接分析法计算配电网内负荷用户的单小时每千瓦用户停电损失值：
产业用户的停电损失通过下式获取：
Figure BDA0003025162170000101
Figure BDA0003025162170000102
其中，CICindu表示产业用户的单小时每千瓦用户停电损失值；VA表示产业用户产值的平均年增加值；Pfp表示产业用户全产能生产时的平均用电需求；Tp表示产业用户一年内平均用于生产的时间；cva为比例系数，表示产业用户平均总停电损失与平均断电停产损失之比。
住宅用户的单小时停电损失值通过下式计算：
Figure BDA0003025162170000103
其中，CICresi表示住宅用户的单小时每千瓦用户停电损失值；w表示该地区平均时薪；Pmax表示住宅用户的用电功率峰值；
根据配电网内负荷用户的单小时每千瓦用户停电损失值计算配电网的负荷点停电损失指标值：
所述负荷点停电损失指标用于描述配电网内重要负荷的用户停电损失信息，包括高停电损失用户百分比和配电网平均单小时每千瓦用户停电损失值，第二产业和第三产业的用户发生停电为高停电损失用户。
所述高停电损失用户比例值通过下式计算：
Figure BDA0003025162170000104
其中，ηhighCIC表示配电网中的高停电损失用户百分比；Ntotal表示该配电网中的用户总数；Nimport表示该配电网中的重要用户数；Nfirst表示该配电网中一级用户数；Nsecond表示该配电网中的二级用户数；
所述配电网平均单小时每千瓦用户停电损失值通过下式计算：
Figure BDA0003025162170000111
其中，CICavg表示配电网平均单小时每千瓦用户停电损失值；CICi表示配电网内第i个用户的单小时每千瓦用户停电损失值；Pi表示配电网内第i个用户负荷的有功功率值；
S3:对配电网的负荷点停电损失指标值进行归一化处理，建立平衡考虑用户停电损失和供电恢复成本的目标函数，并计算目标函数中各个子目标函数的权重系数；
对所述配电网的负荷点停电损失指标值进行归一化处理，建立平衡考虑用户停电损失和供电恢复成本的目标函数，并计算目标函数中各个子目标函数的权重系数，具体如下:
对配电网平均单小时每千瓦用户停电损失值进行归一化处理，通过下式进行
Figure BDA0003025162170000112
其中，CIC′avg表示归一化后的配电网平均单小时每千瓦用户停电损失值；CICmin表示配电网内所有用户单小时用户停电损失的最小值；CICmax表示配电网内所有用户单小时用户停电损失的最大值；
建立平衡考虑用户停电损失和供电恢复成本的目标函数，其中所述目标函数的形式如下:
Figure BDA0003025162170000113
其中，w1和w2为权重系数；f1为表示用户停电损失的子目标函数；f2为表示供电恢复成本的子目标函数；N为配电网所有节点的集合；T为所有停电恢复时段的集合；CICi,t表示t时段节点i处负荷的单小时用户停电损失；Pi D表示t时段节点i处负荷的有功功率需求；ri,t为决策变量，表示t时段节点i处负荷的恢复状态，ri,t为1表示此时节点i处负荷已恢复供电，ri,t为0表示此时节点i处负荷未恢复供电；Tint表示每个断电恢复时段的时长；
Figure BDA0003025162170000121
表示t时段节点i处所连分布式电源的成本系数；
Figure BDA0003025162170000122
表示t时段节点i处所连分布式电源输出有功功率；
Figure BDA0003025162170000123
表示t时段变电站节点i处的成本系数；
Figure BDA0003025162170000124
表示t时段变电站节点i处电源输出有功功率；
所述目标函数中各个子目标函数的权重系数，可通过下式计算：
Figure BDA0003025162170000125
S4:根据配电网内负荷用户分级信息，添加保障重要用户供电恢复的约束条件；
根据配电网内负荷用户分级信息，添加保障重要用户供电恢复的约束条件，具体如下:
对于配电网中的重要用户，为了确保其恢复供电优先级，添加以下约束：
ri,t＝1 i∈Nimport,t∈T
其中，Nimport为配电网所有重要用户节点的集合；
S5:添加电源配电网供电恢复约束条件并线性化，建立多时段的多目标配电网供电恢复最优化问题的混合整数线性规划(mixed-integer linear programming,MILP)模型。
添加配电网供电恢复约束条件并线性化，建立多时段的多目标配电网供电恢复最优化问题的混合整数线性规划(mixed-integer linear programming,MILP)模型，具体如下：
配电网供电恢复约束条件包括：分布式电源及储能输出约束、配电网潮流约束，考虑孤岛融合的辐射状拓扑约束以及变量边界约束。
其中，所述分布式电源及储能输出约束如下：
Figure BDA0003025162170000126
Figure BDA0003025162170000131
Figure BDA0003025162170000132
Figure BDA0003025162170000133
Figure BDA0003025162170000134
Figure BDA0003025162170000135
Figure BDA0003025162170000136
式中，SDG为配电网连接分布式电源的节点集合；SESS为配电网连接储能系统的节点集合；
Figure BDA0003025162170000137
和
Figure BDA0003025162170000138
分别表示t时段节点i处所连分布式电源输出有功功率和无功功率，
Figure BDA0003025162170000139
和
Figure BDA00030251621700001310
分别表示t时段节点i处所连储能系统的放电功率和充电功率；Pi DGmin和Pi DGmax分别表示t时段节点i处所连分布式电源输出有功功率下限和上限；
Figure BDA00030251621700001311
和
Figure BDA00030251621700001312
分别表示t时段节点i处所连分布式电源输出无功功率下限和上限；
Figure BDA00030251621700001313
表示节点i处所连分布式电源输出有功功率的变化率的上限。
Figure BDA00030251621700001314
和
Figure BDA00030251621700001315
为决策变量，分别表示t时段节点i处所连储能系统的充电状态和放电状态，当
Figure BDA00030251621700001316
为1，表示t时段节点i处所连ESS正在充电；
Figure BDA00030251621700001317
为1，表示t时段节点i处所连ESS正在放电；Pi dischmax和Pi chmax分别表示节点i处所连储能系统的最大放电功率和最大充电功率；ki,0表示节点i处所连储能系统的荷电状态的初始值，ki min和ki max分别表示节点i处所连储能系统的荷电状态的下限和上限；Crated,i表示节点i处所连储能系统的额定能量容量；
Figure BDA00030251621700001318
和
Figure BDA00030251621700001319
分别表示节点i处所连储能系统的充电效率和放电效率；
其中，所述配电网潮流约束如下所示：
Figure BDA00030251621700001320
Figure BDA00030251621700001321
Figure BDA00030251621700001322
Figure BDA00030251621700001323
Figure BDA0003025162170000141
式中，Pij,t和Qij,t分别表示t时段流经支路ij的有功功率潮流和无功功率潮流；
Figure BDA0003025162170000142
表示t时段变电站节点i处电源输出无功功率；
Figure BDA0003025162170000143
表示t时段节点j处负荷的无功功率需求；Rij和Xij分别表示配电网支路ij的电阻和电抗；
Figure BDA0003025162170000144
表示t时段节点i处电压幅值的平方；
Figure BDA0003025162170000145
表示t时段流经支路ij的电流幅值的平方；
所述考虑孤岛融合的辐射状拓扑约束如下：
∑αij,t＝|N|-∑Ark,t ij∈E,k∈SDG,t∈T
Figure BDA0003025162170000146
Figure BDA0003025162170000147
Figure BDA0003025162170000148
|Fij,t|≤αij,tM ij∈E,t∈T
式中，Ark,t为t时段电源点k的孤岛主导电源节点状态决策变量，Ark,t为1表示当前时刻以该电源节点为主导电源节点的孤岛存在，αij,t为决策变量，表示t时段支路ij的开关状态，αij,t为0表示t时段支路ij断开；αij,t为1表示t时段支路ij连通；Fij,t表示t时段流经支路ij的虚拟潮流；Dj表示t时段节点j处的虚拟负荷需求；M表示一个无穷大的正数；E表示配电网所有支路的集合；
所述变量边界约束如下所示
Figure BDA0003025162170000149
Figure BDA00030251621700001410
Figure BDA00030251621700001411
式中，
Figure BDA00030251621700001412
分别表示t时段节点i处电压幅值的下限、上限；
Figure BDA00030251621700001413
表示t时段流经支路ij的有功功率潮流的上限；
Figure BDA00030251621700001414
表示t时段流经支路ij的无功功率潮流的上限；
所述线性化方法为对配电网供电恢复约束条件中的非线性部分进行分段近似线性化。具体如下：
对有功功率潮流平方项
Figure BDA0003025162170000151
的分段线性化近似过程如下：
Figure BDA0003025162170000152
Figure BDA0003025162170000153
Figure BDA0003025162170000154
Figure BDA0003025162170000155
Figure BDA0003025162170000156
式中，
Figure BDA0003025162170000157
表示所述有功功率潮流平方项
Figure BDA0003025162170000158
的近似值；
Figure BDA0003025162170000159
和
Figure BDA00030251621700001510
为线性化过程的辅助积分变量；a为计数变量；A为分段近似的段数；
无功功率潮流平方项
Figure BDA00030251621700001511
的近似值
Figure BDA00030251621700001512
可通过相同过程计算得到。
对电压幅值平方项以常数标准值近似线性化；如下所示：
Figure BDA00030251621700001513
Figure BDA00030251621700001514
式中，Unsqr表示电压幅值平方项的常数标准值。
S6:求解所述多目标配电网供电恢复最优化问题，得到多时段的多目标配电网供电恢复方案。
作为举例，在本实施例中，为了验证本发明方案的有效性，进行如下仿真实验：
请参阅图2、图3，图2为本申请实施例提供的含分布式电源的33节点配电网系统图，图3为本申请实施例提供的风机和光伏24小时出力折线图；本实施例使用了含分布式电源的33节点配电网系统，其中包含4个分布式电源，分别位于4,14,24,29号节点。不同等级的负荷用户的位置如表一所示。每个分布式电源包含一个微型燃气轮机、一个风机、一个光伏机组和一个储能系统。每个分布式电源中相同种类的电源具有相同的参数。微型燃气轮机的峰值输出功率为300kw，风机和光伏的峰值输出功率分别为250kw和150kw，且风机和光伏的最小允许功率因数均为0.9，其各自的24小时出力如图3所示。储能系统的参数如表二所示。
表一 配电网系统不同等级用户分布
用户等级 位置(节点号码)
重要用户 3
一级用户 7,14
二级用户 4,24,30
三级用户 其他
表二储能系统参数
P<sup>chmax</sup>,P<sup>dischmax</sup> k<sub>0</sub>,k<sup>min</sup>,k<sup>max</sup> η<sup>ch</sup>,η<sup>disch</sup> C<sub>rated</sub>
200,200(kw) 0.5,0.05,0.95 0.95,0.9 400(kwh)
如图4所示，图4为配电网从上级购电成本曲线图；分布式电源中燃气轮机、光伏以及风机，发电成本分别设置为0.66、0.34、0.21元/(kwh)；配电网通过变电站节点从上级购电成本曲线如图4所示。
根据中国某市统计局公布的地区工资和生产数据，通过计算得出每种用户的单小时用户停电损失值，如表二所示。为了更贴合实际，设置工作时间为9:00-17:00，这段时间以外的用户停电损失值更小。所有用户负载都设定为可中断负载。配电网供电恢复时间段的开始时间是上午11点，总恢复时间是4小时，每个时间段时长是1小时。
表二 不同等级用户的单小时用户停电损失值(单位：元/kw)
Figure BDA0003025162170000161
Figure BDA0003025162170000171
为了验证本发明所提配电网供电恢复方法的有效性，进行了与目标函数为最大化加权供电时间和最小化用户停电损失的单目标配电网供电恢复方法的对比仿真，并与本发明中的配电网供电恢复方法在相同约束条件下进行求解。为了便于比较，设置重要用户、一级用户、二级用户和三级用户的权重分别为100、10、1、0.2。两种供电恢复方法的部分仿真结果比较如表三所示。
表三 两种供电恢复方法的部分仿真结果
Figure BDA0003025162170000172
Figure BDA0003025162170000181
由表三看出，与两种单目标供电恢复方法相比，本发明提出的多目标供电恢复方法在保证最大化总恢复负荷电能和最小化总用户停电损失值的同时，还能利用储能，协调不同供电成本的电源出力，实现更小的供电恢复成本，提高了配电网供电恢复的经济性。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。

Claims (10)

1.一种考虑用户停电损失的多目标配电网供电恢复方法，其特征在于，所述配电网供电恢复方法包括以下步骤：
S1:根据中断供电产生的影响，对配电网内的负荷用户进行等级划分；
S2:根据配电网内负荷用户分级信息，计算配电网的负荷点停电损失指标值；
S3:对所述配电网的负荷点停电损失指标值进行归一化处理，建立平衡考虑用户停电损失和供电恢复成本的目标函数，并计算目标函数中各个子目标函数的权重系数；
S4:根据配电网内负荷用户分级信息，添加保障重要用户供电恢复的约束条件；
S5:添加电源配电网供电恢复约束条件并线性化，建立多时段的多目标配电网供电恢复最优化问题的混合整数线性规划模型；
S6:求解所述多目标配电网供电恢复最优化问题，得到多时段的多目标配电网供电恢复方案。
2.根据权利要求1所述的一种考虑用户停电损失的多目标配电网供电恢复方法，其特征在于，所述S1中根据用户类型，对配电网内的负荷用户进行等级划分的方法包括：
根据停电造成的影响和损失，将配电网负荷用户分为重要用户和普通用户；
所述重要用户为中断供电将造成人身伤亡，在政治、经济上造成重大损失的用户；
根据普通用户停电产生的经济损失，将普通用户按停电损失从大到小进一步分为一级用户、二级用户和三级用户。
3.根据权利要求2所述的一种考虑用户停电损失的多目标配电网供电恢复方法，其特征在于，所述S2中根据配电网内负荷用户分级信息，计算配电网的负荷点停电损失指标值，具体如下：
通过间接分析法计算配电网内负荷用户的单小时每千瓦用户停电损失值：
产业用户的停电损失通过下式获取：
Figure FDA0003025162160000021
Figure FDA0003025162160000022
其中，CICindu表示产业用户的单小时每千瓦用户停电损失值；VA表示产业用户产值的平均年增加值；Pfp表示产业用户全产能生产时的平均用电需求；Tp表示产业用户一年内平均用于生产的时间；cva为比例系数，表示产业用户平均总停电损失与平均断电停产损失之比；
住宅用户的单小时停电损失值通过下式计算：
Figure FDA0003025162160000023
其中，CICresi表示住宅用户的单小时每千瓦用户停电损失值；w表示该地区平均时薪；Pmax表示住宅用户的用电功率峰值；
根据配电网内负荷用户的单小时每千瓦用户停电损失值计算配电网的负荷点停电损失指标值：
所述负荷点停电损失指标用于描述配电网内重要负荷的用户停电损失信息，包括高停电损失用户百分比和配电网平均单小时每千瓦用户停电损失值；
所述高停电损失用户比例值通过下式计算：
Figure FDA0003025162160000024
其中，ηhighCIC表示配电网中的高停电损失用户百分比；Ntotal表示该配电网中的用户总数；Nimport表示该配电网中的重要用户数；Nfirst表示该配电网中一级用户数；Nsecond表示该配电网中的二级用户数；
所述配电网平均单小时每千瓦用户停电损失值通过下式计算：
Figure FDA0003025162160000031
其中，CICavg表示配电网平均单小时每千瓦用户停电损失值；CICi表示配电网内第i个用户的单小时每千瓦用户停电损失值；Pi表示配电网内第i个用户负荷的有功功率值。
4.根据权利要求3所述的一种考虑用户停电损失的多目标配电网供电恢复方法，其特征在于，所述S3中对所述配电网的负荷点停电损失指标值进行归一化处理，建立平衡考虑用户停电损失和供电恢复成本的目标函数，并计算目标函数中各个子目标函数的权重系数，具体包括：
对配电网平均单小时每千瓦用户停电损失值进行归一化处理，通过下式进行计算：
Figure FDA0003025162160000032
其中，CIC′avg表示归一化后的配电网平均单小时每千瓦用户停电损失值；CICmin表示配电网内所有用户单小时用户停电损失的最小值；CICmax表示配电网内所有用户单小时用户停电损失的最大值；
所述建立平衡考虑用户停电损失和供电恢复成本的目标函数，其中所述目标函数的形式如下：
Figure FDA0003025162160000033
其中，w1和w2为权重系数；f1为表示用户停电损失的子目标函数；f2为表示供电恢复成本的子目标函数；N为配电网所有节点的集合；T为所有停电恢复时段的集合；CICi,t表示t时段节点i处负荷的单小时用户停电损失；Pi D表示t时段节点i处负荷的有功功率需求；ri,t为决策变量，表示t时段节点i处负荷的恢复状态，ri,t为1表示此时节点i处负荷已恢复供电，ri,t为0表示此时节点i处负荷未恢复供电；Tint表示每个断电恢复时段的时长；
Figure FDA0003025162160000041
表示t时段节点i处所连分布式电源的成本系数；
Figure FDA0003025162160000042
表示t时段节点i处所连分布式电源输出有功功率；
Figure FDA0003025162160000043
表示t时段变电站节点i处的成本系数；
Figure FDA0003025162160000044
表示t时段变电站节点i处电源输出有功功率；
所述目标函数中各个子目标函数的权重系数，通过下式计算：
Figure FDA0003025162160000045
5.根据权利要求4所述的一种考虑用户停电损失的多目标配电网供电恢复方法，其特征在于，所述S4中根据配电网内负荷用户分级信息，添加保障重要用户供电恢复的约束条件，具体包括：
对于配电网中的重要用户，为了确保其恢复供电优先级，添加以下约束：
ri,t＝1i∈Nimport,t∈T
其中，Nimport为配电网所有重要用户节点的集合。
6.根据权利要求5所述的一种考虑用户停电损失的多目标配电网供电恢复方法，其特征在于，所述S5中添加电源配电网供电恢复约束条件并线性化，建立多时段的多目标配电网供电恢复最优化问题的混合整数线性规划模型，具体包括：
所述配电网供电恢复约束条件包括：分布式电源及储能输出约束、配电网潮流约束、考虑孤岛融合的辐射状拓扑约束以及变量边界约束。
所述分布式电源及储能输出约束包括：
Figure FDA0003025162160000046
Figure FDA0003025162160000047
Figure FDA0003025162160000048
Figure FDA0003025162160000049
Figure FDA00030251621600000410
Figure FDA00030251621600000411
Figure FDA0003025162160000051
式中，SDG为配电网连接分布式电源的节点集合；SESS为配电网连接储能系统的节点集合；
Figure FDA0003025162160000052
和
Figure FDA0003025162160000053
分别表示t时段节点i处所连分布式电源输出有功功率和无功功率，
Figure FDA0003025162160000054
和
Figure FDA0003025162160000055
分别表示t时段节点i处所连储能系统的放电功率和充电功率；Pi DGmin和Pi DGmax分别表示t时段节点i处所连分布式电源输出有功功率下限和上限；
Figure FDA0003025162160000056
和
Figure FDA0003025162160000057
分别表示t时段节点i处所连分布式电源输出无功功率下限和上限；
Figure FDA0003025162160000058
表示节点i处所连分布式电源输出有功功率的变化率的上限；
Figure FDA0003025162160000059
和
Figure FDA00030251621600000510
为决策变量，分别表示t时段节点i处所连储能系统的充电状态和放电状态，当
Figure FDA00030251621600000511
为1，表示t时段节点i处所连ESS正在充电；
Figure FDA00030251621600000512
为1，表示t时段节点i处所连ESS正在放电；Pi dischmax和Pi chmax分别表示节点i处所连储能系统的最大放电功率和最大充电功率；ki,0表示节点i处所连储能系统的荷电状态的初始值，ki min和ki max分别表示节点i处所连储能系统的荷电状态的下限和上限；Crated,i表示节点i处所连储能系统的额定能量容量；
Figure FDA00030251621600000513
和
Figure FDA00030251621600000514
分别表示节点i处所连储能系统的充电效率和放电效率。
7.根据权利要求6所述的一种考虑用户停电损失的多目标配电网供电恢复方法，其特征在于，所述所述配电网潮流约束包括：
Figure FDA00030251621600000515
Figure FDA00030251621600000516
Figure FDA00030251621600000517
Figure FDA00030251621600000518
Figure FDA00030251621600000519
式中，Pij,t和Qij,t分别表示t时段流经支路ij的有功功率潮流和无功功率潮流；
Figure FDA00030251621600000520
表示t时段变电站节点i处电源输出无功功率；
Figure FDA00030251621600000521
表示t时段节点j处负荷的无功功率需求；Rij和Xij分别表示配电网支路ij的电阻和电抗；
Figure FDA0003025162160000061
表示t时段节点i处电压幅值的平方；
Figure FDA0003025162160000062
表示t时段流经支路ij的电流幅值的平方。
8.根据权利要求6所述的一种考虑用户停电损失的多目标配电网供电恢复方法，其特征在于，所述考虑孤岛融合的辐射状拓扑约束包括：
∑αij,t＝|N|-∑Ark,t ij∈E,k∈SDG,t∈T
Figure FDA0003025162160000063
Figure FDA0003025162160000064
Figure FDA0003025162160000065
|Fij,t|≤αij,tM ij∈E,t∈T
式中，Ark,t为t时段电源点k的孤岛主导电源节点状态决策变量，Ark,t为1表示当前时刻以该电源节点为主导电源节点的孤岛存在，αij,t为决策变量，表示t时段支路ij的开关状态，αij,t为0表示t时段支路ij断开；αij,t为1表示t时段支路ij连通；Fij,t表示t时段流经支路ij的虚拟潮流；Dj表示t时段节点j处的虚拟负荷需求；M表示一个无穷大的正数；E表示配电网所有支路的集合。
9.根据权利要求6所述的一种考虑用户停电损失的多目标配电网供电恢复方法，其特征在于，所述变量边界约束包括：
Figure FDA0003025162160000066
Figure FDA0003025162160000067
Figure FDA0003025162160000068
式中，
Figure FDA0003025162160000069
分别表示t时段节点i处电压幅值的下限、上限；
Figure FDA00030251621600000610
表示t时段流经支路ij的有功功率潮流的上限；
Figure FDA00030251621600000611
表示t时段流经支路ij的无功功率潮流的上限。
10.根据权利要求6所述的一种考虑用户停电损失的多目标配电网供电恢复方法，其特征在于，所述线性化方法为对配电网供电恢复约束条件中的非线性部分进行分段近似线性化，具体包括：
对有功功率潮流平方项
Figure FDA0003025162160000071
的分段线性化近似过程如下：
Figure FDA0003025162160000072
Figure FDA0003025162160000073
Figure FDA0003025162160000074
Figure FDA0003025162160000075
Figure FDA0003025162160000076
式中，
Figure FDA0003025162160000077
表示所述有功功率潮流平方项
Figure FDA0003025162160000078
的近似值；
Figure FDA0003025162160000079
和
Figure FDA00030251621600000710
为线性化过程的辅助积分变量；a为计数变量；A为分段近似的段数；
无功功率潮流平方项
Figure FDA00030251621600000711
的近似值
Figure FDA00030251621600000712
通过相同过程计算得到；
对电压幅值平方项以常数标准值近似线性化；如下所示：
Figure FDA00030251621600000713
Figure FDA00030251621600000714
式中，Unsqr表示电压幅值平方项的常数标准值。
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