CN113162026A - 一种基于vsc的交直流混合配电网故障恢复方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于VSC的交直流混合配电网故障恢复方法和系统，包括：基于故障位置以及故障后交直流混合配电网中失电节点与电源或VSC的连接情况，获取可行的交直流混合配电网中VSC的控制方案；将各种VSC控制方案分别代入预先建立的交直流混合配电网故障恢复优化模型中进行求解，得到各种VSC控制方案对应的VSC控制量的最优值、最优拓扑和总失电负荷加权值的最优值；选择总失电负荷加权值的最优值最小的一种VSC控制方案，并按照该方案及其对应的VSC控制量的最优值和最优拓扑对交直流混合配电网进行控制。本发明提供的技术方案，对交直流混合配电网中VSC控制方式、VSC控制量和网络拓扑进行协调控制，实现了故障的最优恢复。

Description

一种基于VSC的交直流混合配电网故障恢复方法和系统

技术领域

本发明涉及配电网故障恢复领域，具体涉及一种基于VSC的交直流混合配电网故障恢复方法和系统。

背景技术

有鉴于交直流混合配电网已经成为配电网发展的必然趋势，交直流混合配电网的运行安全受到了广泛的关注。

交直流混合配电网发生故障后，采用故障恢复技术可以快速有效地为故障区域的失电节点提供电力支撑，进而满足系统的供电需求。因此故障恢复技术是交直流混合配电网安全可靠运行的一个重要保障。

目前，配电网故障恢复一般采用传统交流配电网故障恢复和含柔性软开关(softopen points，SOP)的配电网故障恢复两种方式；

其中，传统交流配电网故障恢复方法主要是基于网络重构或形成孤岛进行故障恢复，重构通过调节联络开关和分段开关，改变网络拓扑结构隔离故障支路，将失电节点负荷尽可能的转移到正常线路上；形成孤岛令配电网可以通过分布式电源形成孤岛尽快为部分重要负荷恢复供电。但是交直流混合配电网的直流线路上不存在联络开关无法进行直流线路重构，因此交直流混合配电网的直流线路发生故障时采用传统交流配电网故障恢复方法无法到达故障恢复效果；另外，虽然通过分布式电源形成孤岛可以恢复部分直流负荷，但是仅通过形成孤岛无法恢复大部分直流失电节点的正常供电，因此交直流混合配电网的直流线路发生故障时利用形成孤岛的方式进行故障恢复效果并不理想，总而言之，传统交流配电网故障恢复方法不适用于交直流混合配电网；

含柔性软开关(soft open points，SOP)的配电网故障恢复，因SOP的灵活控制性使其替代联络开关实现线路互联，起到控制功率和电压支撑的作用，可以通过优化SOP的控制量和开关状态进行含SOP的配电网故障恢复。但是其这种方法完全未考虑直流线路故障恢复的问题，导致直流线路故障无法得到解决，同样不适用于交直流混合配电网。

目前被提出的适用于交直流混合配电网的故障恢复技术，考虑到了电压源换流器(voltage source converter，VSC)是交直流混合配电网的重要元件，其在网络重构的基础上通过控制VSC进行配电网故障恢复，但是该技术将VSC固定在一种控制方式下，没有考虑到线路拓扑的改变对换流器控制方式的影响，忽视了网络重构与VSC控制之间的协调性。

因此，尚缺乏能有效解决上述问题的技术方案。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种基于VSC的交直流混合配电网故障恢复方法和系统，该方法通过对交直流混合配电网中VSC控制方式、VSC控制量和网络拓扑进行协调控制，实现了故障的最优恢复。

本发明的目的是采用下述技术方案实现的：

本发明提供一种基于VSC的交直流混合配电网故障恢复方法，所述方法包括：

基于故障位置以及故障后交直流混合配电网中失电节点与电源或VSC的连接情况，获取可行的交直流混合配电网中VSC的控制方案；

将各种VSC控制方案分别代入预先建立的交直流混合配电网故障恢复优化模型中进行求解，得到各种VSC控制方案对应的VSC控制量的最优值、最优拓扑和总失电负荷加权值的最优值；

选择总失电负荷加权值的最优值最小的一种VSC控制方案，并按照该方案及其对应的VSC控制量的最优值控制交直流混合配电网中VSC的运行，同时按照该方案对应的最优拓扑控制交直流混合配电网的拓扑结构；

其中，若VSC的控制方式为PQ控制，则VSC的控制量为有功功率输出值和无功功率输出值；若VSC的控制方式为Vf控制，则VSC的控制量为交流电压输出值；若VSC的控制方式为V_DC-Q控制，则VSC的控制量为直流电压输出值。

本发明提供一种基于VSC的交直流混合配电网故障恢复系统，所述系统包括：

获取模块，用于基于故障位置以及故障后交直流混合配电网中失电节点与电源或VSC的连接情况，获取可行的交直流混合配电网中VSC的控制方案；

求解模块，用于将各种VSC控制方案分别代入预先建立的交直流混合配电网故障恢复优化模型中进行求解，得到各种VSC控制方案对应的VSC控制量的最优值、最优拓扑和总失电负荷加权值的最优值；

控制模块，用于选择总失电负荷加权值的最优值最小的一种VSC控制方案，并按照该方案及其对应的VSC控制量的最优值控制交直流混合配电网中VSC的运行，同时按照该方案对应的最优拓扑控制交直流混合配电网的拓扑结构；

其中，若VSC的控制方式为PQ控制，则VSC的控制量为有功功率输出值和无功功率输出值；若VSC的控制方式为Vf控制，则VSC的控制量为交流电压输出值；若VSC的控制方式为V_DC-Q控制，则VSC的控制量为直流电压输出值。

与最接近的现有技术相比，本发明具有的有益效果：

本发明提供的技术方案，基于故障位置以及故障后交直流混合配电网中失电节点与电源或VSC的连接情况，获取可行的交直流混合配电网中VSC的控制方案；将各种VSC控制方案分别代入预先建立的交直流混合配电网故障恢复优化模型中进行求解，得到各种VSC控制方案对应的VSC控制量的最优值、最优拓扑和总失电负荷加权值的最优值；选择总失电负荷加权值的最优值最小的一种VSC控制方案，并按照该方案及其对应的VSC控制量的最优值控制交直流混合配电网中VSC的运行，同时按照该方案对应的最优拓扑控制交直流混合配电网的拓扑结构；该方案通过对交直流混合配电网中VSC控制方式、VSC控制量和网络拓扑进行协调控制，实现了故障的最优恢复。

附图说明

图1是一种基于VSC的交直流混合配电网故障恢复方法流程图；

图2是一种基于VSC的交直流混合配电网故障恢复系统结构图；

图3是本发明实施例中交直流混合配电网的拓扑结构图；

图4是本发明实施例中故障恢复执行流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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做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。

实施例1：

针对仅通过配电网重构无法对直流线路失电节点进行故障恢复、以及VSC固定在单一控制方式下导致最优解丢失等问题，本发明提出一种基于VSC的交直流混合配电网故障恢复方法，如图1所示，包括：

步骤101，基于故障位置以及故障后交直流混合配电网中失电节点与电源或VSC的连接情况，获取可行的交直流混合配电网中VSC的控制方案；

步骤102，将各种VSC控制方案分别代入预先建立的交直流混合配电网故障恢复优化模型中进行求解，得到各种VSC控制方案对应的VSC控制量的最优值、最优拓扑和总失电负荷加权值的最优值；

步骤103，选择总失电负荷加权值的最优值最小的一种VSC控制方案，并按照该方案及其对应的VSC控制量的最优值控制交直流混合配电网中VSC的运行，同时按照该方案对应的最优拓扑控制交直流混合配电网的拓扑结构；

其中，若VSC的控制方式为PQ控制，则VSC的控制量为有功功率输出值和无功功率输出值；若VSC的控制方式为Vf控制，则VSC的控制量为交流电压输出值；若VSC的控制方式为V_DC-Q控制，则VSC的控制量为直流电压输出值。

具体的，所述步骤101，包括：

步骤101-1，根据故障位置以及故障后交直流混合配电网中失电节点与电源或VSC的连接情况，确定交直流混合配电网中当前故障的故障类型；

步骤101-2，基于交直流混合配电网中当前故障的故障类型和VSC控制方式的制定原则，搜索可行的交直流混合配电网中VSC的控制方案。

进一步的，所述步骤101-1，包括：

若故障位置处于交直流混合配电网的交流线路上，且故障后交直流混合配电网中失电节点仅与直流电源相连，则交直流混合配电网中当前故障的故障类型为A类；

若故障位置处于交直流混合配电网的交流线路上，且故障后交直流混合配电网中失电节点同时与直流电源和交流电源相连，则交直流混合配电网中当前故障的故障类型为B类；

若故障位置处于交直流混合配电网的直流线路上，且故障后交直流混合配电网中失电节点仅与唯一VSC相连，则交直流混合配电网中当前故障的故障类型为C类；

若故障位置处于交直流混合配电网的直流线路上，且故障后交直流混合配电网中失电节点与多个VSC相连，则交直流混合配电网中当前故障的故障类型为D类；

若故障位置处于交直流混合配电网的直流线路或交流线路上，且故障后交直流混合配电网中失电节点无电源相连，则交直流混合配电网中当前故障的类型为E类。

进一步的，所述步骤101-2中VSC控制方式的制定原则，包括：

若交直流混合配电网中当前故障的故障类型为A类，则交直流混合配电网中交直流线路间的VSC的控制方式为在与失电节点相连的VSC中选择不少于一个VSC进行Vf控制，剩余VSC选择PQ控制，直流母线端的VSC的控制方式均为V_DC-Q控制；

若交直流混合配电网中当前故障的故障类型为B类，则交直流混合配电网中交直流线路间的VSC的控制方式为选择任意个VSC进行Vf控制，剩余VSC选择PQ控制，直流母线端的VSC的控制方式均为V_DC-Q控制；

若交直流混合配电网中当前故障的故障类型为C类，则交直流混合配电网中交直流线路间的VSC的控制方式为令与失电节点相连的VSC进行V_DC-Q控制，剩余VSC选择PQ控制，直流母线端的VSC的控制方式均为V_DC-Q控制；

若交直流混合配电网中当前故障的故障类型为D类，则交直流混合配电网中交直流线路间的VSC的控制方式为在与失电节点相连的VSC中选择不少于一个VSC进行V_DC-Q控制，剩余VSC选择PQ控制，直流母线端的VSC的控制方式均为V_DC-Q控制；

若交直流混合配电网中当前故障的故障类型为E类，则交直流混合配电网中交直流线路间的VSC的控制方式均为PQ控制，直流母线端的VSC的控制方式均为V_DC-Q控制。

具体的，所述预先建立的交直流混合配电网故障恢复优化模型的构建过程，包括：

以总失电负荷加权值最小为目标构建目标函数；

为所述目标函数构建配电网约束和VSC约束；

其中，配电网约束包括但不限于：节点电压约束、直流电流约束、配电网辐射运行约束和潮流约束；

VSC约束包括但不限于：VSC运行功率约束和VSC转供能力约束。

进一步的，所述预先建立的交直流混合配电网故障恢复优化模型的目标函数的计算式为：

式中，f为总失电负荷加权值，P_k为交直流混合配电网中第k个失电节点的负荷功率值，α_k为交直流混合配电网中第k个失电节点的重要程度，0＜α_k＜1，β_k为交直流混合配电网中第k个失电节点的供电状态，当β_k＝1时，交直流混合配电网中第k个失电节点的供电状态为停电，当β_k＝0时，交直流混合配电网中第k个失电节点的供电状态为供电，k∈(1～N)，N为故障后交直流混合配电网中失电节点的总数。

进一步的，所述配电网辐射运行约束的计算式为：

g∈G

式中，g为网络拓扑结构，G为网络辐射状拓扑结构的集合。

进一步的，所述VSC运行功率约束的计算式如下：

式中，

为与VSC直流连接的交流节点μ输出的有功功率，

为与VSC直接连接的直流节点θ输出的有功功率，

为与VSC直接连接的交流节点μ输出的无功功率，

为VSC的容量，B^AC为与VSC直接连接的交流节点的集合，B^DC为与VSC直接连接的直流节点的集合；

进一步的，所述VSC转供能力约束的计算式如下：

若VSC为PQ控制，则VSC转供能力约束的计算式如下：

|P^VSC|＜P_max

式中，P^VSC为VSC的有功功率，P_max为无故障侧网络在保障自身正常运行条件下向故障侧网络传输的最大有功功率。

若VSC为V_DC-Q控制或Vf控制，则VSC转供能力约束的计算式如下：

|U^VSC|＜U_max

式中，U^VSC为VSC的输出电压，U_max为无故障侧网络在保障自身正常运行条件下向故障侧网络传输的最大电压。实施例2:

本发明提供了一种基于VSC的交直流混合配电网故障恢复系统，如图2所示，包括：

获取模块，用于基于故障位置以及故障后交直流混合配电网中失电节点与电源或VSC的连接情况，获取可行的交直流混合配电网中VSC的控制方案；

求解模块，用于将各种VSC控制方案分别代入预先建立的交直流混合配电网故障恢复优化模型中进行求解，得到各种VSC控制方案对应的VSC控制量的最优值、最优拓扑和总失电负荷加权值的最优值；

控制模块，用于选择总失电负荷加权值的最优值最小的一种VSC控制方案，并按照该方案及其对应的VSC控制量的最优值控制交直流混合配电网中VSC的运行，同时按照该方案对应的最优拓扑控制交直流混合配电网的拓扑结构；

其中，若VSC的控制方式为PQ控制，则VSC的控制量为有功功率输出值和无功功率输出值；若VSC的控制方式为Vf控制，则VSC的控制量为交流电压输出值；若VSC的控制方式为V_DC-Q控制，则VSC的控制量为直流电压输出值。

具体的，所述获取模块，包括：

确定单元，用于根据故障位置以及故障后交直流混合配电网中失电节点与电源或VSC的连接情况，确定交直流混合配电网中当前故障的故障类型；

搜索单元，用于基于交直流混合配电网中当前故障的故障类型和VSC控制方式的制定原则，搜索可行的交直流混合配电网中VSC的控制方案。

进一步的，所述确定单元，用于：

若故障位置处于交直流混合配电网的交流线路上，且故障后交直流混合配电网中失电节点仅与直流电源相连，则交直流混合配电网中当前故障的故障类型为A类；

若故障位置处于交直流混合配电网的交流线路上，且故障后交直流混合配电网中失电节点同时与直流电源和交流电源相连，则交直流混合配电网中当前故障的故障类型为B类；

若故障位置处于交直流混合配电网的直流线路上，且故障后交直流混合配电网中失电节点仅与唯一VSC相连，则交直流混合配电网中当前故障的故障类型为C类；

若故障位置处于交直流混合配电网的直流线路上，且故障后交直流混合配电网中失电节点与多个VSC相连，则交直流混合配电网中当前故障的故障类型为D类；

若故障位置处于交直流混合配电网的直流线路或交流线路上，且故障后交直流混合配电网中失电节点无电源相连，则交直流混合配电网中当前故障的类型为E类。

进一步的，所述VSC控制方式的制定原则，包括：

若交直流混合配电网中当前故障的故障类型为A类，则交直流混合配电网中交直流线路间的VSC的控制方式为在与失电节点相连的VSC中选择不少于一个VSC进行Vf控制，剩余VSC选择PQ控制，直流母线端的VSC的控制方式均为V_DC-Q控制；

若交直流混合配电网中当前故障的故障类型为B类，则交直流混合配电网中交直流线路间的VSC的控制方式为选择任意个VSC进行Vf控制，剩余VSC选择PQ控制，直流母线端的VSC的控制方式均为V_DC-Q控制；

若交直流混合配电网中当前故障的故障类型为C类，则交直流混合配电网中交直流线路间的VSC的控制方式为令与失电节点相连的VSC进行V_DC-Q控制，剩余VSC选择PQ控制，直流母线端的VSC的控制方式均为V_DC-Q控制；

若交直流混合配电网中当前故障的故障类型为D类，则交直流混合配电网中交直流线路间的VSC的控制方式为在与失电节点相连的VSC中选择不少于一个VSC进行V_DC-Q控制，剩余VSC选择PQ控制，直流母线端的VSC的控制方式均为V_DC-Q控制；

若交直流混合配电网中当前故障的故障类型为E类，则交直流混合配电网中交直流线路间的VSC的控制方式均为PQ控制，直流母线端的VSC的控制方式均为V_DC-Q控制。

具体的，所述系统还包括用于预先建立的交直流混合配电网故障恢复优化模型的构建模块，所述构建模块，包括：

目标函数构建单元，用于以总失电负荷加权值最小为目标构建目标函数；

约束条件构建单元，用于为所述目标函数构建配电网约束和VSC约束；

其中，配电网约束包括但不限于：节点电压约束、直流电流约束、配电网辐射运行约束和潮流约束；

VSC约束包括但不限于：VSC运行功率约束和VSC转供能力约束。

进一步的，所述预先建立的交直流混合配电网故障恢复优化模型的目标函数的计算式为：

式中，f为总失电负荷加权值，P_k为交直流混合配电网中第k个失电节点的负荷功率值，α_k为交直流混合配电网中第k个失电节点的重要程度，0＜α_k＜1，β_k为交直流混合配电网中第k个失电节点的供电状态，当β_k＝1时，交直流混合配电网中第k个失电节点的供电状态为停电，当β_k＝0时，交直流混合配电网中第k个失电节点的供电状态为供电，k∈(1～N)，N为故障后交直流混合配电网中失电节点的总数。

进一步的，所述配电网辐射运行约束的计算式为：

g∈G

式中，g为网络拓扑结构，G为网络辐射状拓扑结构的集合。

进一步的，所述VSC运行功率约束的计算式如下：

式中，

为与VSC直流连接的交流节点μ输出的有功功率，

为与VSC直接连接的直流节点θ输出的有功功率，

为与VSC直接连接的交流节点μ输出的无功功率，

为VSC的容量，B^AC为与VSC直接连接的交流节点的集合，B^DC为与VSC直接连接的直流节点的集合；

进一步的，所述VSC转供能力约束的计算式如下：

若VSC为PQ控制，则VSC转供能力约束的计算式如下：

|P^VSC|＜P_max

式中，P^VSC为VSC的有功功率，P_max为无故障侧网络在保障自身正常运行条件下向故障侧网络传输的最大有功功率。

若VSC为V_DC-Q控制或Vf控制，则VSC转供能力约束的计算式如下：

|U^VSC|＜U_max

式中，U^VSC为VSC的输出电压，U_max为无故障侧网络在保障自身正常运行条件下向故障侧网络传输的最大电压。

实施例3：

本发明考虑了线路拓扑对VSC控制方式的影响，能够更为合理有效的得到交直流配电网故障时的恢复方案；

下面基于图3所示的交直流混合配电网的拓扑结构，对本发明技术方案进行详细说明，其中，图中黑色线路代表交流线路，灰色部分代表直流线路，交直流线路间通过VSC相联。

本发明技术方案的执行流程如图4所示，概括为如下几步：

第一步：基于故障位置及线路拓扑结构，获取交直流混合配电网中VSC的所有可行控制方案；其中，所述控制方案是交直流混合配电网所有VSC选择的控制方式的集合；

1)：根据交直流混合配电网中当前故障位置以及交直流混合配电网中失电节点与电源或VSC的连接情况，确定交直流混合配电网中当前故障的类型；

具体按照表1所示的方式确定；

表1

2)：基于交直流混合配电网中当前故障的类型和VSC控制方式的制定原则，通过广度搜索获得交直流混合配电网中VSC的所有可行控制方案；

对于单一VSC来说，VSC控制方式分为以下3种控制方式；

a)V_DC-Q控制：支撑与其连接的直流线路电压，维持与其连接的直流线路与交流线路的无功功率稳定；

b)PQ控制：调控与其连接的直流线路与交流线路的有功功率，维持与其连接的直流线路与交流线路的无功功率稳定；

c)Vf控制：支撑与其连接的交流线路电压，维持与其连接的直流线路与交流线路的频率稳定。

VSC控制方式的制定原则为：在交直流混合配电网正常运行时，直流母线端VSC负责支撑直流线路电压，控制方式为V_DC-Q控制；交直流线路间的VSC负责维持交直流线路间的功率平衡及调控，控制方式为PQ控制。

在交直流混合配电网正常故障时，直流母线端VSC负责支撑直流线路电压，控制方式为V_DC-Q控制；交直流线路间的VSC可以根据交直流混合配电网中当前故障的类型有不同的选择方法。

具体来说，VSC控制方式的制定原则如表2所示：

表2

利用所述交直流混合系统拓扑结构图进行举例说明，如下：

在交直流混合配电网中只有单一故障的前提下，同一故障在不同的线路拓扑下可以划分为不同的故障类型；

a)故障类型A

故障类型A发生时，选择与失电节点相连的VSC进行Vf控制，并使选择VSC不少于1个，剩余VSC选择PQ控制。

配电网中只有故障6发生，节点44-51成为失电节点，不论如何重构，失电节点均不能与交流电源相联，只与唯一直流电源相联，需要VSC3做Vf控制，支撑交流线路电压，维持频率稳定；

配电网中只有故障2发生，失电节点为节点12-18，在交流线路不重构时，失电节点只与唯一直流电源相联，VSC1做Vf控制；

配电网中只有故障5发生，节点35-66成为失电节点，配电网不重构时，可以单独利用VSC2或VSC3做Vf控制进行故障恢复；单独使用VSC2或VSC3可能没有恢复所有节点的能力，也可以利用VSC2和VSC3做Vf控制进行故障恢复。

b)故障类型B

故障类型B发生时，可以选择任意个VSC做Vf控制，剩余VSC选择PQ控制。

图中，配电网中只有故障5发生，节点35-66成为失电节点，节点16和节点57之间的联络开关闭合，配电网重构，节点1的交流电源和VSC1都可以帮助失电节点恢复，此时可以任选VSC做Vf控制进行故障恢复。配电网中只有故障2发生，失电负荷为节点12-18，若闭合节点9和节点15间的联络开关，交流配电网重构，失电节点与交流和直流电源都相联，此时节点1的交流电源可以帮助失电节点恢复，交直流线路间的VSC可不改变控制方式，都做PQ控制，也可选择任意个VSC做Vf控制，剩余VSC做PQ控制。

c)故障类型C

故障类型C发生时，选择与失电节点相连的VSC进行V_DC-Q控制，剩余VSC做PQ控制。

配电网中只有故障3发生，节点67-73成为失电节点，不论如何重构，失电节点与唯一VSC相联，需要VSC1做V_DC-Q控制，支撑直流线路电压；故障7与故障3同理。

d)故障类型D

e)故障类型D发生时，可以选择任意与失电节点相连的VSC做V_DC-Q控制，且选择的VSC不少于一个，剩余VSC做PQ控制。

f)配电网中只有故障4发生，节点67-80以及节点84-91成为失电节点，可以单独利用VSC1或VSC2做V_DC-Q控制进行故障恢复，单独VSC1或VSC2可能没有恢复所有节点的能力，可以利用VSC1和VSC2做V_DC-Q控制进行故障恢复。

e)故障类型E

故障类型E发生时,失电节点与所有电源不相连，因此无法进行恢复，所以不采取措施。

第二步：将各种VSC控制方案分别代入预先建立的交直流混合配电网故障恢复优化模型中进行求解，得到各种VSC控制方案对应的VSC控制量的最优值、最优拓扑和总失电负荷加权值的最优值；

其中，预先建立的交直流混合配电网故障恢复优化模型的目标函数的计算式如下：

以总失电负荷加权值最小为目标：

式中，f为总失电负荷加权值，P_k为交直流混合配电网中第k个失电节点的负荷功率值，α_k为交直流混合配电网中第k个失电节点的重要程度，0＜α_k＜1，β_k为交直流混合配电网中第k个失电节点的供电状态，当β_k＝1时，交直流混合配电网中第k个失电节点的供电状态为停电，当β_k＝0时，交直流混合配电网中第k个失电节点的供电状态为供电，k∈(1～N)，N为故障后交直流混合配电网中失电节点的总数。

预先建立的交直流混合配电网故障恢复优化模型的目标函数的约束条件，包括：配电网约束和VSC约束；

其中，配电网约束包括：节点电压约束、直流电流约束、配电网辐射运行约束和潮流约束；

VSC约束包括：VSC运行功率约束和VSC转供能力约束。

其中，所述节点电压约束的计算式为：

U_i，min＜U_i＜U_i，max

式中，U_i为交直流混合配电网节点i的电压，U_i，min为交直流混合配电网节点i的电压极小值，U_i，max为交直流混合配电网节点i的电压极大值，i∈Γ，Γ为交直流混合配电网节点的集合。

所述直流电流约束的计算式为：

I_xj≤I_xj，max

式中，I_xj为交直流混合配电网中流过直流支路xj的电流，I_xj，max为交直流混合配电网中流过直流支路ij允许流过的最大电流，x,j∈γ，γ为交直流混合配电网中直流线路上节点的集合；

所述配电网辐射运行约束的计算式为：

g∈G

式中，g为网络拓扑结构，G为网络辐射状拓扑结构的集合。

所述潮流约束，还包括：交流潮流约束和直流潮流约束；

所述交流潮流约束的计算式为：

式中，

和

分别为VSC注入节点α的有功功率和无功功率，

和

分别为节点α负荷消耗的有功功率和无功功率，P_α和Q_α分别为节点α注入的有功功率和无功功率，U_β为节点β的电压，U_α为节点α的电压，R_αβ和X_αβ分别为交直流混合配电网中交流支路αβ上的电阻和电抗，P_βα、Q_βα和I_βα分别为节点β流向节点α的有功功率、无功功率和电流，P_αβ、Q_αβ和I_αβ分别为节点α流向节点β的有功功率、无功功率和电流，P_αh和Q_αh分别为节点α流向节点h的有功功率和无功功率，Φ_α为以节点α为末端节点的支路首端节点集合，Ψ_α为以节点i为首端节点的支路末端节点集合，α∈Θ，Θ为交直流混合配电网中交流线路上节点的集合；

所述直流潮流约束的计算式为：

式中，

为VSC注入节点x的有功功率，

为节点x负荷消耗的有功功率，P_x为节点x注入的有功功率，U_x为节点x的电压，U_j为节点j的电压，P_xe为节点x流向节点e的有功功率，P_jx和I_jx分别为节点j流向节点x的有功功率和电流，R_xj为交直流混合配电网中交流支路xj上的电阻，Φ_x为以节点x为末端节点的支路首端节点集合，Ψ_x为以节点x为首端节点的支路末端节点集合；

所述VSC运行功率约束的计算式如下：

VSC的有功和无功功率输出应满足其容量限制。

式中，

为与VSC直流连接的交流节点μ输出的有功功率，

为与VSC直接连接的直流节点θ输出的有功功率，

为与VSC直接连接的交流节点μ输出的无功功率，

为VSC的容量，B^AC为与VSC直接连接的交流节点的集合，B^DC为与VSC直接连接的直流节点的集合；

在满足上述约束的条件下，需要考虑VSC的转供能力。

若VSC为PQ控制，则VSC转供能力约束的计算式如下：

|P^VSC|＜P_max

式中，P^VSC为VSC的有功功率，P_max为无故障侧网络在保障自身正常运行条件下向故障侧网络传输的最大有功功率。

若VSC为V_DC-Q控制或Vf控制，则VSC转供能力约束的计算式如下：

|U^VSC|＜U_max

式中，U^VSC为VSC的输出电压，U_max为无故障侧网络在保障自身正常运行条件下向故障侧网络传输的最大电压。

交直流混合配电网故障恢复优化模型为混合整数规划模型，通过二阶锥变换，将非线性的混合整数规划模型，转换为混合整数线性模型，调用CPLEX可方便的采用混合整数二阶锥算法对交直流混合配电网故障恢复问题进行求解。

第三步：通过对比各种VSC控制方案对应的总失电负荷加权值的最优值，并选择最小的一个值对应的VSC控制方案；

按照所述VSC控制方案及其对应的VSC控制量最优值对交直流混合配电网中VSC进行控制，同时，利用所述VSC控制方案对应的最优拓扑对交直流混合配电网的结构进行控制。

其中，若VSC的控制方式为PQ控制，则VSC的控制量为有功功率输出值和无功功率输出值；

若VSC的控制方式为Vf控制，则VSC的控制量为交流电压输出值；

若VSC的控制方式为V_DC-Q控制，则VSC的控制量为直流电压输出值。

本发明提供的技术方案，针对不同的故障场景提出的交直流混合配电网中VSC控制方式的确定原则，具有普适性；

本发明提供的技术方案，实现了交直流混合配电网中VSC控制方案、VSC控制量和网络拓扑协调的故障恢复；

本发明提供的技术方案，在每种可行的VSC控制方案确定后，可求取该方案下最优的恢复拓扑结构和控制量，防止最优解丢失；

本发明提供的技术方案，不仅适用于普通交直流混合配电网，针对含有分布式电源和储能的交直流混合配电网具有可扩展性。

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于VSC的交直流混合配电网故障恢复方法，其特征在于，所述方法包括：

基于故障位置以及故障后交直流混合配电网中失电节点与电源或VSC的连接情况，获取可行的交直流混合配电网中VSC的控制方案；

将各种VSC控制方案分别代入预先建立的交直流混合配电网故障恢复优化模型中进行求解，得到各种VSC控制方案对应的VSC控制量的最优值、最优拓扑和总失电负荷加权值的最优值；

选择总失电负荷加权值的最优值最小的一种VSC控制方案，并按照该方案及其对应的VSC控制量的最优值控制交直流混合配电网中VSC的运行，同时按照该方案对应的最优拓扑控制交直流混合配电网的拓扑结构；

其中，若VSC的控制方式为PQ控制，则VSC的控制量为有功功率输出值和无功功率输出值；若VSC的控制方式为Vf控制，则VSC的控制量为交流电压输出值；若VSC的控制方式为V_DC-Q控制，则VSC的控制量为直流电压输出值。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于故障位置以及故障后交直流混合配电网中失电节点与电源或VSC的连接情况，获取可行的交直流混合配电网中VSC的控制方案，包括：

根据故障位置以及故障后交直流混合配电网中失电节点与电源或VSC的连接情况，确定交直流混合配电网中当前故障的故障类型；

基于交直流混合配电网中当前故障的故障类型和VSC控制方式的制定原则，搜索可行的交直流混合配电网中VSC的控制方案。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据故障位置以及故障后交直流混合配电网中失电节点与电源或VSC的连接情况，确定交直流混合配电网中当前故障的故障类型，包括：

若故障位置处于交直流混合配电网的交流线路上，且故障后交直流混合配电网中失电节点仅与直流电源相连，则交直流混合配电网中当前故障的故障类型为A类；

若故障位置处于交直流混合配电网的交流线路上，且故障后交直流混合配电网中失电节点同时与直流电源和交流电源相连，则交直流混合配电网中当前故障的故障类型为B类；

若故障位置处于交直流混合配电网的直流线路上，且故障后交直流混合配电网中失电节点仅与唯一VSC相连，则交直流混合配电网中当前故障的故障类型为C类；

若故障位置处于交直流混合配电网的直流线路上，且故障后交直流混合配电网中失电节点与多个VSC相连，则交直流混合配电网中当前故障的故障类型为D类；

若故障位置处于交直流混合配电网的直流线路或交流线路上，且故障后交直流混合配电网中失电节点无电源相连，则交直流混合配电网中当前故障的类型为E类。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述VSC控制方式的制定原则，包括：

若交直流混合配电网中当前故障的故障类型为A类，则交直流混合配电网中交直流线路间的VSC的控制方式为在与失电节点相连的VSC中选择不少于一个VSC进行Vf控制，剩余VSC选择PQ控制，直流母线端的VSC的控制方式均为V_DC-Q控制；

若交直流混合配电网中当前故障的故障类型为B类，则交直流混合配电网中交直流线路间的VSC的控制方式为选择任意个VSC进行Vf控制，剩余VSC选择PQ控制，直流母线端的VSC的控制方式均为V_DC-Q控制；

若交直流混合配电网中当前故障的故障类型为C类，则交直流混合配电网中交直流线路间的VSC的控制方式为令与失电节点相连的VSC进行V_DC-Q控制，剩余VSC选择PQ控制，直流母线端的VSC的控制方式均为V_DC-Q控制；

若交直流混合配电网中当前故障的故障类型为D类，则交直流混合配电网中交直流线路间的VSC的控制方式为在与失电节点相连的VSC中选择不少于一个VSC进行V_DC-Q控制，剩余VSC选择PQ控制，直流母线端的VSC的控制方式均为V_DC-Q控制；

若交直流混合配电网中当前故障的故障类型为E类，则交直流混合配电网中交直流线路间的VSC的控制方式均为PQ控制，直流母线端的VSC的控制方式均为V_DC-Q控制。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预先建立的交直流混合配电网故障恢复优化模型的构建过程，包括：

以总失电负荷加权值最小为目标构建目标函数；

为所述目标函数构建配电网约束和VSC约束；

其中，配电网约束包括但不限于：节点电压约束、直流电流约束、配电网辐射运行约束和潮流约束；

VSC约束包括但不限于：VSC运行功率约束和VSC转供能力约束。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述预先建立的交直流混合配电网故障恢复优化模型的目标函数的计算式为：

式中，f为总失电负荷加权值，P_k为交直流混合配电网中第k个失电节点的负荷功率值，α_k为交直流混合配电网中第k个失电节点的重要程度，0＜α_k＜1，β_k为交直流混合配电网中第k个失电节点的供电状态，当β_k＝1时，交直流混合配电网中第k个失电节点的供电状态为停电，当β_k＝0时，交直流混合配电网中第k个失电节点的供电状态为供电，k∈(1～N)，N为故障后交直流混合配电网中失电节点的总数。

7.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述配电网辐射运行约束的计算式为：

g∈G

式中，g为网络拓扑结构，G为网络辐射状拓扑结构的集合。

8.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述VSC运行功率约束的计算式如下：

式中，

为与VSC直流连接的交流节点μ输出的有功功率，

为与VSC直接连接的直流节点θ输出的有功功率，

为与VSC直接连接的交流节点μ输出的无功功率，

为VSC的容量，B^AC为与VSC直接连接的交流节点的集合，B^DC为与VSC直接连接的直流节点的集合。

9.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述VSC转供能力约束的计算式如下：

若VSC为PQ控制，则VSC转供能力约束的计算式如下：

|P^VSC|＜P_max

式中，P^VSC为VSC的有功功率，P_max为无故障侧网络在保障自身正常运行条件下向故障侧网络传输的最大有功功率；

若VSC为V_DC-Q控制或Vf控制，则VSC转供能力约束的计算式如下：

|U^VSC|＜U_max

式中，U^VSC为VSC的输出电压，U_max为无故障侧网络在保障自身正常运行条件下向故障侧网络传输的最大电压。

10.一种基于VSC的交直流混合配电网故障恢复系统，其特征在于，所述系统包括：

获取模块，用于基于故障位置以及故障后交直流混合配电网中失电节点与电源或VSC的连接情况，获取可行的交直流混合配电网中VSC的控制方案；

求解模块，用于将各种VSC控制方案分别代入预先建立的交直流混合配电网故障恢复优化模型中进行求解，得到各种VSC控制方案对应的VSC控制量的最优值、最优拓扑和总失电负荷加权值的最优值；

控制模块，用于选择总失电负荷加权值的最优值最小的一种VSC控制方案，并按照该方案及其对应的VSC控制量的最优值控制交直流混合配电网中VSC的运行，同时按照该方案对应的最优拓扑控制交直流混合配电网的拓扑结构；

其中，若VSC的控制方式为PQ控制，则VSC的控制量为有功功率输出值和无功功率输出值；若VSC的控制方式为Vf控制，则VSC的控制量为交流电压输出值；若VSC的控制方式为V_DC-Q控制，则VSC的控制量为直流电压输出值。

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