CN113131468B - 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 GDA0004064803540000021
Figure GDA0004064803540000031
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 GDA0004064803540000032
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 GDA0004064803540000033
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 GDA0004064803540000034
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 GDA0004064803540000041
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 GDA0004064803540000042
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；
Figure GDA0004064803540000043
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 GDA0004064803540000044
表示t时段节点i处所连分布式电源的成本系数；
Figure GDA0004064803540000045
表示t时段节点i处所连分布式电源输出有功功率；
Figure GDA0004064803540000046
表示t时段变电站节点i处的成本系数；
Figure GDA0004064803540000047
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 GDA0004064803540000048
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＝1 i∈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 GDA0004064803540000051
Figure GDA0004064803540000052
Figure GDA0004064803540000053
Figure GDA0004064803540000054
Figure GDA0004064803540000055
Figure GDA0004064803540000056
Figure GDA0004064803540000057
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 GDA0004064803540000058
和
Figure GDA0004064803540000059
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 GDA00040648035400000510
和
Figure GDA00040648035400000511
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；
Figure GDA00040648035400000512
和
Figure GDA00040648035400000513
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 GDA00040648035400000514
和
Figure GDA00040648035400000515
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 GDA00040648035400000516
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 GDA00040648035400000517
和
Figure GDA00040648035400000518
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 GDA00040648035400000519
为1，表示t时段节点i处所连ESS正在充电；
Figure GDA00040648035400000520
为1，表示t时段节点i处所连ESS正在放电；
Figure GDA00040648035400000521
和
Figure GDA00040648035400000522
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，
Figure GDA00040648035400000523
和
Figure GDA0004064803540000061
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 GDA0004064803540000062
和
Figure GDA0004064803540000063
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 GDA0004064803540000064
Figure GDA0004064803540000065
Figure GDA0004064803540000066
Figure GDA0004064803540000067
Figure GDA0004064803540000068
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 GDA0004064803540000069
表示t时段变电站节点i处电源输出无功功率；
Figure GDA00040648035400000610
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 GDA00040648035400000611
表示t时段节点i处电压幅值的平方；
Figure GDA00040648035400000612
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 GDA00040648035400000613
Figure GDA00040648035400000614
Figure GDA00040648035400000615
|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 GDA0004064803540000071
Figure GDA0004064803540000072
Figure GDA0004064803540000073
式中，
Figure GDA0004064803540000074
分别表示t时段节点i处电压幅值的下限、上限；
Figure GDA0004064803540000075
表示t时段流经支路ij的有功功率潮流的上限；
Figure GDA0004064803540000076
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 GDA0004064803540000077
的分段线性化近似过程如下：
Figure GDA0004064803540000078
Figure GDA0004064803540000079
Figure GDA00040648035400000710
Figure GDA00040648035400000711
Figure GDA00040648035400000712
式中，
Figure GDA00040648035400000713
表示所述有功功率潮流平方项
Figure GDA00040648035400000714
的近似值；
Figure GDA00040648035400000715
和
Figure GDA00040648035400000716
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 GDA00040648035400000717
的近似值
Figure GDA00040648035400000718
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 GDA00040648035400000719
Figure GDA00040648035400000720
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 GDA0004064803540000091
Figure GDA0004064803540000092
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 GDA0004064803540000101
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 GDA0004064803540000102
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 GDA0004064803540000103
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 GDA0004064803540000111
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 GDA0004064803540000112
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；
Figure GDA0004064803540000113
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 GDA0004064803540000114
表示t时段节点i处所连分布式电源的成本系数；
Figure GDA0004064803540000115
表示t时段节点i处所连分布式电源输出有功功率；
Figure GDA0004064803540000116
表示t时段变电站节点i处的成本系数；
Figure GDA0004064803540000117
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 GDA0004064803540000118
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 GDA0004064803540000121
Figure GDA0004064803540000122
Figure GDA0004064803540000123
Figure GDA0004064803540000124
Figure GDA0004064803540000125
Figure GDA0004064803540000126
Figure GDA0004064803540000127
Figure GDA0004064803540000128
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 GDA0004064803540000129
和
Figure GDA00040648035400001210
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 GDA00040648035400001211
和
Figure GDA00040648035400001212
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；
Figure GDA00040648035400001213
和
Figure GDA00040648035400001214
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 GDA00040648035400001215
和
Figure GDA00040648035400001216
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 GDA00040648035400001217
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 GDA00040648035400001218
和
Figure GDA0004064803540000131
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 GDA0004064803540000132
为1，表示t时段节点i处所连ESS正在充电；
Figure GDA0004064803540000133
为1，表示t时段节点i处所连ESS正在放电；
Figure GDA0004064803540000134
和
Figure GDA0004064803540000135
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，
Figure GDA0004064803540000136
和
Figure GDA0004064803540000137
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 GDA0004064803540000138
和
Figure GDA0004064803540000139
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 GDA00040648035400001310
Figure GDA00040648035400001311
Figure GDA00040648035400001312
Figure GDA00040648035400001313
Figure GDA00040648035400001314
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 GDA00040648035400001315
表示t时段变电站节点i处电源输出无功功率；
Figure GDA00040648035400001316
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 GDA00040648035400001317
表示t时段节点i处电压幅值的平方；
Figure GDA00040648035400001318
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 GDA00040648035400001319
Figure GDA00040648035400001320
Figure GDA00040648035400001321
|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 GDA0004064803540000141
Figure GDA0004064803540000142
Figure GDA0004064803540000143
式中，
Figure GDA0004064803540000144
分别表示t时段节点i处电压幅值的下限、上限；
Figure GDA0004064803540000145
表示t时段流经支路ij的有功功率潮流的上限；
Figure GDA0004064803540000146
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 GDA0004064803540000147
的分段线性化近似过程如下：
Figure GDA0004064803540000148
Figure GDA0004064803540000149
Figure GDA00040648035400001410
Figure GDA00040648035400001411
Figure GDA00040648035400001412
式中，
Figure GDA00040648035400001413
表示所述有功功率潮流平方项
Figure GDA00040648035400001414
的近似值；
Figure GDA00040648035400001415
和
Figure GDA00040648035400001416
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 GDA00040648035400001417
的近似值
Figure GDA00040648035400001418
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 GDA0004064803540000151
Figure GDA0004064803540000152
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
Pchmax,Pdischmax k0,kmin,kmax ηch,ηdisch Crated
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)
用户等级 工作时段 非工作时段
一级用户 84.37 67.50
二级用户 26.11 20.89
三级产业用户 15.94 12.75
三级住宅用户 3.427 2.742
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 GDA0004064803540000161
Figure GDA0004064803540000171
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 (2)

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；
其中，所述负荷点停电损失指标值用于描述配电网的重要负荷和用户停电损失信息，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；
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；
其中，所述目标函数中的供电恢复成本为供电恢复中的电源输出成本，包括变电站节点输出成本和分布式电源成本，所述权重系数根据负荷点停电损失指标值计算，具备对不同配电网的适应性，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；
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；
其中，所述电源配电网供电恢复约束条件包含考虑孤岛融合的辐射状拓扑约束，所述混合整数线性规划模型为考虑孤岛融合情况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；
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；
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 FDA0004064803530000021
Figure FDA0004064803530000022
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 FDA0004064803530000023
其中，CICredi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 FDA0004064803530000024
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 FDA0004064803530000031
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；
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 FDA0004064803530000032
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 FDA0004064803530000033
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 FDA0004064803530000041
表示t时段节点i处所连分布式电源的成本系数；
Figure FDA0004064803530000042
表示t时段节点i处所连分布式电源输出有功功率；
Figure FDA0004064803530000043
表示t时段变电站节点i处的成本系数；
Figure FDA0004064803530000044
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 FDA0004064803530000045
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＝1 i∈Nimport，t∈T
其中，Nimport为配电网所有重要用户节点的集合；
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 FDA0004064803530000046
Figure FDA0004064803530000047
Figure FDA0004064803530000048
Figure FDA0004064803530000049
Figure FDA00040648035300000410
Figure FDA00040648035300000411
Figure FDA00040648035300000412
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 FDA0004064803530000051
和
Figure FDA0004064803530000052
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 FDA0004064803530000053
和
Figure FDA0004064803530000054
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；
Figure FDA0004064803530000055
和
Figure FDA0004064803530000056
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 FDA0004064803530000057
和
Figure FDA0004064803530000058
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 FDA0004064803530000059
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 FDA00040648035300000510
和
Figure FDA00040648035300000511
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 FDA00040648035300000512
为1，表示t时段节点i处所连ESS正在充电；
Figure FDA00040648035300000513
为1，表示t时段节点i处所连ESS正在放电；
Figure FDA00040648035300000514
和
Figure FDA00040648035300000515
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，
Figure FDA00040648035300000516
和
Figure FDA00040648035300000517
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 FDA00040648035300000518
和
Figure FDA00040648035300000519
分别表示节点i处所连储能系统的充电效率和放电效率；
所述配电网潮流约束包括：
Figure FDA00040648035300000520
Figure FDA00040648035300000521
Figure FDA00040648035300000522
Figure FDA00040648035300000523
Figure FDA00040648035300000524
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 FDA00040648035300000525
表示t时段变电站节点i处电源输出无功功率；
Figure FDA00040648035300000526
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 FDA00040648035300000527
表示t时段节点i处电压幅值的平方；
Figure FDA00040648035300000528
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包括：
∑αij，t＝|N|-∑Ark，tij∈E，k∈SDG，t∈T
Figure FDA0004064803530000061
Figure FDA0004064803530000062
Figure FDA0004064803530000063
|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；
所述变量边界约束包括：
Figure FDA0004064803530000064
Figure FDA0004064803530000065
Figure FDA0004064803530000066
式中，
Figure FDA0004064803530000067
分别表示t时段节点i处电压幅值的下限、上限；
Figure FDA0004064803530000068
表示t时段流经支路ij的有功功率潮流的上限；
Figure FDA0004064803530000069
表示t时段流经支路ij的无功功率潮流的上限。
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 FDA00040648035300000612
的分段线性化近似过程如下：
Figure FDA00040648035300000610
Figure FDA00040648035300000611
Figure FDA0004064803530000071
Figure FDA0004064803530000072
Figure FDA0004064803530000073
式中，
Figure FDA0004064803530000074
表示所述有功功率潮流平方项
Figure FDA0004064803530000075
的近似值；
Figure FDA0004064803530000076
和
Figure FDA0004064803530000077
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 FDA0004064803530000078
的近似值
Figure FDA0004064803530000079
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 FDA00040648035300000710
Figure FDA00040648035300000711
式中，Unsqr表示电压幅值平方项的常数标准值。
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