CN115714388A - 一种配电网故障恢复控制方法及相关装置 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种配电网故障恢复控制方法及相关装置，其中，该方法包括：对配电网当前故障的故障修复时间按故障原因进行时间断面划分；获取时间断面下的每个时间段对应的配电网故障时刻分布式电源、负荷状态参数以及网络结构参数，并建立包含孤岛划分和网络重构的双层规划模型；以每个时间段对应的参数输入双层规划模型，求解得到每个时间段对应的配电网故障恢复方案；最后，根据配电网故障恢复方案，对配电网故障进行恢复控制。本方法可以实现有针对性地对每一个时间阶段的配电网故障进行恢复控制，避免了故障期间由于分布式电源出力波动可能带来的再次故障，可以在配电网故障修复时间内持续重构优化，确保配电网故障恢复方案在整个故障持续区间具有可行性，提升电网韧性。

Description

一种配电网故障恢复控制方法及相关装置

技术领域

本发明涉及电力系统配电网运行控制技术领域，尤其涉及一种配电网故障恢复控制方法及相关装置。

背景技术

网络重构作为配电网发生故障时的重要恢复供电的措施，是通过改变分段开关、联络开关的组合状态，即选择用户的供电路径，达到负荷恢复量尽量多、速度尽可能快、网络变动尽可能小的目的。同时，随着近几年分布式能源的快速发展，可以通过孤岛划分的形式由分布式电源独立对一定范围的负荷供电，以达到最大程度恢复非故障区域供电的目的。因此，针对故障点位置的差异，现今对故障恢复策略的研究主要分为三大类：第一类主要是故障发生后，直接利用现有联络开关，运用拓扑动态更新转移非故障区域的负荷至安全线路上，即网络重构，这一类方法的基本思想是综合考虑故障期间的各类成本，如网损、开关操作代价、失负荷损失等，在满足节点电压与支路电流约束、节点功率平衡约束、网络结构约束情况下寻找最优供电恢复路径；第二类主要是故障发生后，由于缺乏联络开关造成部分网络脱离网侧时，通过划分孤岛的方式，利用各类分布式电源对更多的区域重要负荷供电，这一类方法的基本思路是先对网络进行拓扑结构分析，接着在满足孤岛的电气和拓扑约束的条件下寻找合理的供电恢复路径；第三类主要是综合前两种方法，在孤岛划分过程中，网侧的重构方案也随之迭代变化，从而获得全局最优方案。

有研究采用了综合恢复方法并考虑了供电恢复多时段特性，得到的配电网故障恢复方案提高了配电网运行的效率和可靠性，优先网络重构和优先孤岛划分的策略都能在一定程度上综合考虑对供电恢复的共同作用，但实际上在网络重构与孤岛划分过程中它们互相影响，是无法解耦的，有必要综合考虑综合恢复策略，使得最终供电恢复方案全局最优。现有技术对故障恢复策略的研究仅从故障时刻考虑，缺乏针对故障期间由于分布式电源出力波动可能带来的再次故障进行讨论，或者对于故障期间的动态优化重构时段划分缺乏依据。

因此，如何考虑在配电网故障修复时间内持续重构优化，确保网络重构方案在整个故障持续区间具有可行性，以达到提升电网韧性的目标，是亟需解决的关键问题。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种配电网故障恢复控制方法及相关装置，其中相关装置包括一种配电网故障恢复控制装置、计算机设备及存储介质，可以解决现有技术中的在配电网故障修复时间内无法持续重构优化的问题。

为实现上述目的，本发明第一方面提供一种配电网故障恢复控制方法，所述方法包括：

当所述配电网发生故障时，判断配电网当前故障的故障类别，其中，所述故障类别包括气象因素导致的故障以及非气象因素导致的故障；

根据所述配电网当前故障的故障类别，确定所述当前故障的故障修复时间；

对所述故障修复时间进行时间断面划分，获取所述时间断面下的每个时间段对应的配电网故障时刻分布式电源、负荷状态参数以及网络结构参数；其中，所述配电网故障时刻分布式电源包括当前分布式电源出力情况，所述负荷状态参数包括负荷功率需求，以及所述网络结构参数包括分布式电源的在网状态，以及网络各节点在当前时刻的拓扑连接关系；

建立以网络重构为上层模型和以孤岛划分为下层模型的双层规划模型，以每个时间段对应的配电网故障时刻分布式电源、负荷状态参数以及网络结构参数为所述双层规划模型的输入，求解得到每个时间段对应的配电网故障恢复方案；其中，所述配电网故障恢复方案包括拓扑重构方案和目标函数值；

根据所述配电网故障恢复方案，向各开关设备发布操作指令，对配电网故障进行恢复控制。

结合第一方面，在一种可能的实现方式中，上述以孤岛划分为下层模型的目标函数：

max F_DG＝β₁F_DG1+β₂F_DG2；

其中，F_DG为孤岛层目标函数值；F_DG1为分布式电源在故障持续期间的等效恢复电量；F_DG2为孤岛内避免关键负荷失电带来的收益；β₁和β₂为权重；

所述孤岛划分的约束条件包括：

其中，P_DGj为孤岛内节点j的分布式电源有功出力；P_Lj为节点j的负荷功率；U_j为节点j电压幅值大小；U_jmin和U_jmax分别为节点j电压幅值的下限和上限；；P_k为支路k的支路功率；f_j为孤岛内节点j的频率；f_jmin和f_jmax分别为节点j频率的下限和上限。

结合第一方面，在一种可能的实现方式中，上述以网络重构为上层模型的目标函数为：

max F_main＝β₃F_main1+β₄F_main2

其中，F_main为网络重构层目标函数值；F_main1为故障持续期间的等效恢复电量；F_main2为故障持续期间避免关键负荷停电带来的经济损失；β₃和β₄为权重；

所述网络重构的约束条件包括：

其中，P_i、Q_i分别为节点i注入的有功功率和无功功率；B_ij为节点i和节点j之间的电导；G_ij为节点i和节点j之间的电纳；s_t为t时段内的开关操作次数；S_max是在周期T内的最大开关操作次数；U_i为节点i的电压幅值大小；U_imin和U_imax分别为节点i电压幅值的下限和上限；θ_ij为节点i与节点j之间的相角差；λ_ak为第k条线路在当前情况下的故障率；λ_max为线路最大允许故障率；P_ij为支路ij的有功功率值；P_ijmax为支路ij的有功功率允许最大值；f_i为节点i的频率大小；f_imin和f_imax分别为节点i频率的下限和上限；g为重构策略所得的网络拓扑结构；G为孤岛外网侧所有辐射状网络结构的集合。

结合第一方面，在一种可能的实现方式中，上述以每个时间段对应的配电网故障时刻分布式电源、负荷状态参数以及网络结构参数为所述双层规划模型的输入，求解得到每个时间段对应的配电网故障恢复方案，包括：

输入每个时间段对应的配电网故障时刻分布式电源、负荷状态参数以及网络结构参数为所述双层规划模型至所述双层规划模型；

通过采用广度优先算法对所述下层模型求解，输出第一结果，将所述第一结果带入所述上层模型，采用改进探路者算法对所述上层模型求解，输出第二结果，将所述第二结果输入至所述下层模型，返回执行通过采用广度优先算法对所述下层模型求解，输出第一结果的步骤进行迭代，直到达到最大迭代次数或计算精度，输出所述配电网故障恢复方案。

结合第一方面，在一种可能的实现方式中，上述根据所述配电网当前故障的故障类别，确定所述当前故障的故障修复时间，包括：

当所述配电网当前故障的故障类别为气象因素导致的故障时，将气象持续时间加上时间裕度之和确定为故障修复时间；

当所述配电网当前故障的故障类别为非气象因素导致的故障时，根据工人巡线确定故障修复时间。

结合第一方面，在一种可能的实现方式中，上述双层规划模型中加入线路故障率；

所述线路故障率的计算方法为：

其中，λ_a(x)为a类天气下的故障率，次/(km·月)；N_axi为n年内第i条线路在第x月中因a类天气导致的故障次数；T_ax为历史同期第x个月内a类天气持续的时间；L_i为第i条线路的长度，km。

为实现上述目的，本发明第二方面提供一种配电网故障恢复控制装置，所述装置包括：

故障类别判断模块：用于当所述配电网发生故障时，判断配电网当前故障的故障类别，其中，所述故障类别包括气象因素导致的故障以及非气象因素导致的故障；

时间确定模块：用于根据所述配电网当前故障的故障类别，确定所述当前故障的故障修复时间；

参数获取模块：用于对所述故障修复时间进行时间断面，获取所述时间断面下的每个时间段对应的配电网故障时刻分布式电源、负荷状态参数以及网络结构参数；其中，所述配电网故障时刻分布式电源包括当前分布式电源出力情况，所述负荷状态参数包括负荷功率需求，以及所述网络结构参数包括分布式电源的在网状态，以及网络各节点在当前时刻的拓扑连接关系；

建立求解模块：用于建立以网络重构为上层模型和以孤岛划分为下层模型的双层规划模型，以每个时间段对应的配电网故障时刻分布式电源、负荷状态参数以及网络结构参数为所述双层规划模型的输入，求解得到每个时间段对应的配电网故障恢复方案；其中，所述配电网故障恢复方案包括拓扑重构方案和目标函数值；

恢复控制模块：用于根据所述配电网故障恢复方案，向各开关设备发布操作指令，对配电网故障进行恢复控制。

结合第二方面，在一种可能的实现方式中，上述时间确定模块包括：

确定模块：用于当所述配电网当前故障的故障类别为气象因素导致的故障时，将气象持续时间加上时间裕度之和确定为故障修复时间；当所述配电网当前故障的故障类别为非气象因素导致的故障时，根据工人巡线确定故障修复时间。

为实现上述目的，本发明第三方面提供一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，使得所述处理器执行以下步骤：

当所述配电网发生故障时，判断配电网当前故障的故障类别，其中，所述故障类别包括气象因素导致的故障以及非气象因素导致的故障；

根据所述配电网当前故障的故障类别，确定所述当前故障的故障修复时间；

对所述故障修复时间进行时间断面划分，获取所述时间断面下的每个时间段对应的配电网故障时刻分布式电源、负荷状态参数以及网络结构参数；其中，所述配电网故障时刻分布式电源包括当前分布式电源出力情况，所述负荷状态参数包括负荷功率需求，以及所述网络结构参数包括分布式电源的在网状态，以及网络各节点在当前时刻的拓扑连接关系；

建立以网络重构为上层模型和以孤岛划分为下层模型的双层规划模型，以每个时间段对应的配电网故障时刻分布式电源、负荷状态参数以及网络结构参数为所述双层规划模型的输入，求解得到每个时间段对应的配电网故障恢复方案；其中，所述配电网故障恢复方案包括拓扑重构方案和目标函数值；

根据所述配电网故障恢复方案，向各开关设备发布操作指令，对配电网故障进行恢复控制。

为实现上述目的，本发明第四方面提供一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，使得所述处理器执行以下步骤：

当所述配电网发生故障时，判断配电网当前故障的故障类别，其中，所述故障类别包括气象因素导致的故障以及非气象因素导致的故障；

根据所述配电网当前故障的故障类别，确定所述当前故障的故障修复时间；

对所述故障修复时间进行时间断面划分，获取所述时间断面下的每个时间段对应的配电网故障时刻分布式电源、负荷状态参数以及网络结构参数；其中，所述配电网故障时刻分布式电源包括当前分布式电源出力情况，所述负荷状态参数包括负荷功率需求，以及所述网络结构参数包括分布式电源的在网状态，以及网络各节点在当前时刻的拓扑连接关系；

建立以网络重构为上层模型和以孤岛划分为下层模型的双层规划模型，以每个时间段对应的配电网故障时刻分布式电源、负荷状态参数以及网络结构参数为所述双层规划模型的输入，求解得到每个时间段对应的配电网故障恢复方案；其中，所述配电网故障恢复方案包括拓扑重构方案和目标函数值；

根据所述配电网故障恢复方案，向各开关设备发布操作指令，对配电网故障进行恢复控制。

采用本发明实施例，具有如下有益效果：

本发明提供一种配电网故障恢复控制方法，通过确定当前故障的故障修复时间，对故障修复时间进行时间断面划分，获取时间断面下的每个时间段对应的配电网故障时刻分布式电源、负荷状态参数以及网络结构参数；其中，配电网故障时刻分布式电源包括当前分布式电源出力情况，负荷状态参数包括负荷功率需求，以及网络结构参数包括分布式电源的在网状态，以及网络各节点在当前时刻的拓扑连接关系；将每个时间段对应的配电网故障时刻分布式电源、负荷状态参数以及网络结构参数输入至以网络重构为上层模型和以孤岛划分为下层模型的双层规划模型中，求解得到每个时间段对应的配电网故障恢复方案，最后，根据配电网故障恢复方案，对配电网故障进行恢复控制。在本技术方案中，通过获取时间断面下的每个时间段对应的配电网故障时刻分布式电源、负荷状态参数以及网络结构参数输入至双层规划模型中，求解得到配电网故障恢复方案，可以实现有针对性地对每一个时间阶段的配电网故障进行恢复控制，避免了故障期间由于分布式电源出力波动可能带来的再次故障，可以在配电网故障修复时间内持续重构优化，确保配电网故障恢复方案在整个故障持续区间具有可行性，提升电网韧性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

其中：

图1为本发明实施例中一种配电网故障恢复控制方法的流程示意图；

图2为本发明实施例中一种配电网故障恢复控制装置的结构框图；

图3为本发明实施例中计算机设备的结构框图。

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他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例提供了一种配电网故障恢复控制方法，该方法适用于配电网出现故障时，对配电线路开关进行调整以控制恢复配电网正常运行的场景。

参照图1，图1为本发明实施例提供的一种配电网故障恢复控制方法的流程示意图，如图1所示，该方法具体步骤如下：

步骤S101、当所述配电网发生故障时，判断配电网当前故障的故障类别。

当配电网发生故障时，首先，判断配电网当前故障的故障类别，在本实施例中，根据导致当前故障的故障原因对故障类别进行分类，故障类别具体分为气象因素导致的故障以及非气象因素导致的故障。

步骤S102、根据所述配电网当前故障的故障类别，确定所述当前故障的故障修复时间。

在本实施例中，根据造成配电网当前故障原因的不同，确定当前故障的故障修复时间。具体为，当配电网当前故障的故障类别为气象因素导致的故障时，由于当故障由气象灾害原因导致时，可以通过天气预报获知该极端天气持续时间，在该气象持续时间内，考虑到无法及时快速到达现场进行检修，并且区域内分布式电源出力存在不确定性，将气象持续时间加上时间裕度视为故障修复时间，其中，该时间裕度的值可以根据需求进行确定。当配电网当前故障的故障类别为非气象因素导致的故障时，根据工人巡线确定故障修复时间，在一种可能的实现方式中，该故障修复时间可以由工人根据经验进行预设，或者根据预设规则进行确定。

步骤S103、对所述故障修复时间进行时间断面划分，获取所述时间断面下的每个时间段对应的配电网故障时刻分布式电源、负荷状态参数以及网络结构参数；其中，所述配电网故障时刻分布式电源包括当前分布式电源出力情况，所述负荷状态参数包括负荷功率需求，以及所述网络结构参数包括分布式电源的在网状态，以及网络各节点在当前时刻的拓扑连接关系。

待确定了故障修复时间后，在本实施例中，对该故障恢复时间进行时间断面划分，将该故障恢复时间划分成M段时间段。由于故障期间分布式电源出力波动可能带来再次故障，因此，为了配电网故障修复时间内持续重构优化，确保配电网故障恢复方案在整个故障持续区间具有可行性，为了提高恢复控制方案的可行性，在本实施例中，针对每一个时间段进行配电网恢复控制，具体地，对于目标时间段，其中，目标时间段指的是M段时间段中的任意时间段，获取目标时间段下的配电网故障时刻分布式电源、负荷状态参数以及网络结构参数，其中，配电网故障时刻分布式电源包括当前分布式电源出力情况，负荷状态参数包括负荷功率需求，以及网络结构参数包括分布式电源的在网状态，以及网络各节点在当前时刻的拓扑连接关系。

其中，对负荷功率需求的确定，主要通过电表量测数据或用户电费缴纳情况获得历史同期的负荷数据，根据历史同期的负荷数据进行确定。具体地，历史时期x与历史时期对应的负荷数据y之间的关系可用拟合模型y＝f(x,c)反映，其中，c＝{c₁,c₂,...,c_n}为待定参数，当c在拟合模型中线性出现时，则拟合模型为线性模型，反之则为非线性模型，采用加权最小二乘法衡量拟合优度，最终可以通过拟合的负荷曲线实现对未来某一点估计出该时刻的负荷功率预测值。采用的拟合模型可包括线性趋势模型、多项式趋势模型、指数趋势模型、逻辑斯蒂(Logistic)模型、龚伯茨(Gompertz)模型等。同时，进一步地，为了更好的体现工作日与双休日用电负荷的差异性，对负荷功率需求的预测按历史同期月份的工作日和双休日两类开展，最终可以获得在故障期间的各个时段内分布式电源的出力区间和负荷功率需求区间，如下：

P_DGi∈[P_{DGi_min},P_{DGi_max}]；

P_Li∈[P_{Li_min},P_{Li_max}]；

其中，P_DGi为第i个时段内分布式电源的总出力；P_{DGi_min}为第i个时段内分布式电源预测的最小出力；P_{DGi_max}为第i个时段内分布式电源预测的最大出力；P_Li为第i个时段内负荷需求的总功率；P_{Li_min}为第i个时段内的最小负荷功率；P_{Li_max}为第i个时段内的最大负荷功率。

步骤S104、建立以网络重构为上层模型和以孤岛划分为下层模型的双层规划模型，以每个时间段对应的配电网故障时刻分布式电源、负荷状态参数以及网络结构参数为所述双层规划模型的输入，求解得到每个时间段对应的配电网故障恢复方案。

在本实施例中，预先建立以网络重构为上层模型和以孤岛划分为下层模型的双层规划模型，以目标时间段下的配电网故障时刻分布式电源、负荷状态参数以及网络结构参数作为双层规划模型的输入，求解得到目标时间段对应的配电网故障恢复方案，其中，配电网故障恢复方案包括拓扑重构方案和目标函数值，拓扑重构方案包括配电网线路开关的调整方案。其中，在本实施例中，双层规划模型可以以整个故障恢复期间配电网的韧性最高，亦即各种损失最小，包括最小化负荷损失、网络损耗和开关操作损失为目标，建立相应的分布式电源出力约束、功率平衡约束、辐射状网络结构约束、电压约束、线路容量约束等。

其中，以孤岛划分为下层模型的目标函数：

其中，F_DG1为分布式电源在故障持续期间的等效恢复电量；F_DG2为孤岛内避免关键负荷失电带来的收益；D表示孤岛中所有节点的集合；x_j为节点j的带电状态，x_j＝0表示节点失电，x_j＝1表示节点恢复用电；P_{Lj_equal}为等效恢复负荷功率；t为该节点在故障期间失电时间；M_j为节点由于失电带来的单位时间经济损失。孤岛划分主要目标是快速恢复尽可能多的重要负荷和减少关键负荷停电带来的经济损失，最终经归一化后的目标函数为：

max F_DG＝β₁F_DG1+β₂F_DG2；

其中，F_DG为孤岛层目标函数值；F_DG1为分布式电源在故障持续期间的等效恢复电量；F_DG2为孤岛内避免关键负荷失电带来的收益；β₁和β₂为权重。根据目标的不同，可以选取不同权重β₁和β₂。

孤岛划分的约束条件包括：

其中，P_DGj为孤岛内节点j的分布式电源有功出力；P_Lj为节点j的负荷功率；U_j为节点j电压幅值大小；U_jmin和U_jmax分别为节点j电压幅值的下限和上限；P_k为支路k的支路功率；f_j为孤岛内节点j的频率；f_jmin和f_jmax分别为节点j频率的下限和上限。孤岛划分主要考虑约束依次为功率约束、节点电压约束、支路功率约束，以及辐射状拓扑约束。

以网络重构为上层模型的目标函数为：

其中，F_main1为故障持续期间的等效恢复电量；Ω表示孤岛外所有节点的集合；x_j为节点j的带电状态，x_j＝0表示节点失电，x_j＝1表示节点恢复用电；P_{Lj_equal}为等效恢复负荷功率；t为该节点在故障期间失电时间；f_DG1为分布式电源在故障持续期间的等效恢复电量；M_j为节点由于失电带来的单位时间经济损失；F_main2为故障持续期间避免关键负荷停电带来的经济损失；C_loss为单位网损成本；P_i、Q_i分别为节点i注入的有功功率和无功功率；U_j为节点电压；R_l为支路电阻。

网络重构的目标主要为最大化负荷恢复，其中包含孤岛内负荷恢复电量，最大化可避免网络损耗成本和可避免负荷停电损失，最终经归一化后的目标函数为：

max F_main＝β₃F_main1+β₄F_main2；

其中，F_main为网络重构层目标函数值，F_main1为故障持续期间的等效恢复电量，F_main2为故障持续期间避免关键负荷停电带来的经济损失，β₃和β₄为权重，根据目标的不同，可以选取不同权重β₃和β₄。

网络重构的约束条件包括：

其中，P_i、Q_i分别为节点i注入的有功功率和无功功率；B_ij为节点i和节点j之间的电导；G_ij为节点i和节点j之间的电纳；s_t为t时段内的开关操作次数；S_max是在周期T内的最大开关操作次数；U_i为节点i的电压幅值大小；U_imin和U_imax分别为节点i电压幅值的下限和上限；θ_ij为节点i与节点j之间的相角差；λ_ak为第k条线路在当前情况下的故障率；λ_max为线路最大允许故障率；P_ij为支路ij的有功功率值；P_ijmax为支路ij的有功功率允许最大值；f_i为节点i的频率大小；f_imin和f_imax分别为节点i频率的下限和上限；g为重构策略所得的网络拓扑结构；G为孤岛外网侧所有辐射状网络结构的集合。网络重构主要考虑的约束依次为：功率平衡约束、开关操作次数约束、线路故障率约束、电压约束、支路功率约束、频率稳定约束、辐射状拓扑结构约束。

进一步地，在双层规划模型中加入线路故障率，结合线路故障率规划，确定配电网故障恢复方案。线路故障率通常按照统计方法得到，配电线路的故障率计算方法如下：

其中，λ_i为第i条线路的故障率；N_i为该条线路在统计年限内的故障次数；L_i为该条线路的长度；n为统计年数。

其中，在气象条件下，对线路故障率计算按照历史同期月份进行故障与统计，不同天气条件下线路故障率的计算方法为：

其中，λ_a(x)为a类天气下的故障率，次/(km·月)；N_axi为n年内第i条线路在第x月中因a类天气导致的故障次数；T_ax为历史同期第x个月内a类天气持续的时间；L_i为第i条线路的长度，km；k为线路的总条数。

在本实施例中，以目标时间段下的配电网故障时刻分布式电源、负荷状态参数以及网络结构参数作为双层规划模型的输入，求解得到目标时间段对应的配电网故障恢复方案的具体步骤如下：

步骤S201、输入每个时间段对应的配电网故障时刻分布式电源、负荷状态参数以及网络结构参数为所述双层规划模型至所述双层规划模型。

步骤S202、通过采用广度优先算法对所述下层模型求解，输出第一结果，将所述第一结果带入所述上层模型，采用改进探路者算法对所述上层模型求解，输出第二结果，将所述第二结果输入至所述下层模型，返回执行通过采用广度优先算法对所述下层模型求解，输出第一结果的步骤进行迭代，直到达到最大迭代次数或计算精度，输出所述配电网故障恢复方案。

其中，第一结果为孤岛供电方案，第二结果为重构方案。

将目标时间段下的配电网故障时刻分布式电源、负荷状态参数以及网络结构参数输入至双层规划模型的下层模型中，下层模型选择广度优先算法对下层模型进行求解，输出孤岛供电方案至双层规划模型的上层模型中，上层模型选择改进探路者算法对上层模型进行求解，输出重构方案，然后将重构方案带入下层模型中进行再次求解，如此反复更新方案至达到最大迭代次数K₀或计算精度，输出配电网故障恢复方案。

其中，整个配电网故障恢复方案求解流程如下：

首先，输入目标时间段对应的配电网故障时刻分布式电源、负荷状态参数以及网络结构参数，对负荷按重要等级加权，其等效负荷量计算公式为：

P_{Lj_equal}＝ω_L,jP_L,j；

其中，P_{Lj_equal}为计及节点j权重的等效负荷量；ω_L,j为节点j的重要程度量化值；P_L,j为节点j的负荷量。

其次，在配电网发生故障后，按分布式电源容量由小到大顺序，对分布式电源进行功率圆搜索，选取等效负荷量最大的负荷节点纳入孤岛。由于在故障恢复期间分布式电源与负荷均为不确定取值集合，引入电压优化寻求在不确定参数任何可能取值下均切实可行的优化方案，模型如下：

其中，F_DG为目标函数值；D为选入孤岛节点集；β₁与β₂为权重系数，可调节；P_ij为支路ij的有功功率值；P_ijmax为支路ij的有功功率允许最大值；P_DG为分布式电源出力值；

为分布式电源期望出力值；μ_DGj为分布式电源的偏差波动控制量；σ_DGj为分布式电源出力最大偏差值；P_L为负荷功率；

为负荷期望功率值；μ_Lj为负荷的偏差波动控制量；σ_Lj为符合功率最大偏差值；f_j为节点j的频率；f_jmin和f_jmax分别为节点j频率的下限和上限；Γ为鲁棒控制参数，可以通过设置Γ控制孤岛划分的鲁棒性。

然后，将划分的各个孤岛作为整体参与上层重构模型计算，采用改进探路者算法，即在探路者算法中引入差分进化算法的变异阶段，对配电网进行优化重构，此过程有可能将下层孤岛合并入网侧重构层中。最后，检查满足所有约束条件，当达到最大迭代次数K₀或计算精度时，输出拓扑重构方案和目标函数值。

在配电网故障的极短时间内采用双层规划模型进行求解，并根据最终生成的配电网故障恢复方案进行一次故障恢复重构，在故障修复时间内，由于分布式电源出力和负荷值均是基于预测区间给出，因此在孤岛划分模型中引入鲁棒优化，以确保最坏情况下孤岛内功率约束仍能满足，在故障期间划分的各时段中使用下层模型重新对供电恢复方案进行规划。

步骤S105、根据所述配电网故障恢复方案，向各开关设备发布操作指令，对配电网故障进行恢复控制。

根据配电网故障恢复方案，向各开关设备发布操作指令，各开关设备根据操作指令进行调整，即可实现对配电网故障进行恢复控制。

基于上述方法，第一，与传统故障恢复网络重构方法相比，本发明考虑了在配电网初次网络重构后仍处于故障期间时可能出现的再次故障风险，将故障恢复与重构优化相结合；第二，本发明根据不同故障原因引起的线路故障采取了不同形式的恢复时间预估，对于故障后动态优化重构的时间段具体划分更有理论依据，并且能够大大提升关键负荷的持续供电能力；第三，本发明考虑到孤岛划分与网络重构的相互关联，采用新能源参与孤岛划分与网侧重构相结合的方式搭建配电网故障恢复模型，最终的优化方案更具有全局最优性，对电网韧性提升有较大的帮助；第四，本发明对故障恢复期间不同时段的分布式电源出力区间和负荷区间进行预测，并引入鲁棒优化来划分孤岛，有利于最小化风险指标，提高配电网韧性。

为了更好地实现上述方法，本发明实施例提供了一种配电网故障恢复控制装置，该装置可以用于实现上述方法的全部功能，参照图2，图2为本发明实施例提供的一种配电网故障恢复控制装置的结构框图，如图2所示，该装置包括：

故障类别判断模块201：用于当所述配电网发生故障时，判断配电网当前故障的故障类别，其中，所述故障类别包括气象因素导致的故障以及非气象因素导致的故障。

时间确定模块202：用于根据所述配电网当前故障的故障类别，确定所述当前故障的故障修复时间。

参数获取模块203：用于对所述故障修复时间进行时间断面，获取所述时间断面下的每个时间段对应的配电网故障时刻分布式电源、负荷状态参数以及网络结构参数；其中，所述配电网故障时刻分布式电源包括当前分布式电源出力情况，所述负荷状态参数包括负荷功率需求，以及所述网络结构参数包括分布式电源的在网状态，以及网络各节点在当前时刻的拓扑连接关系。

建立求解模块204：用于建立以网络重构为上层模型和以孤岛划分为下层模型的双层规划模型，以每个时间段对应的配电网故障时刻分布式电源、负荷状态参数以及网络结构参数为所述双层规划模型的输入，求解得到每个时间段对应的配电网故障恢复方案；其中，所述配电网故障恢复方案包括拓扑重构方案和目标函数值。

恢复控制模块205：用于根据所述配电网故障恢复方案，向各开关设备发布操作指令，对配电网故障进行恢复控制。

在一种可能的设计中，时间确定模块202包括确定模块，确定模块用于当所述配电网当前故障的故障类别为气象因素导致的故障时，将气象持续时间加上时间裕度之和确定为故障修复时间；当所述配电网当前故障的故障类别为非气象因素导致的故障时，根据工人巡线确定故障修复时间。

在一种可能的设计中，建立求解模块204具体用于：所述以孤岛划分为下层模型的目标函数：

max F_DG＝β₁F_DG1+β₂F_DG2；

其中，F_DG为孤岛层目标函数值；F_DG1为分布式电源在故障持续期间的等效恢复电量；F_DG2为孤岛内避免关键负荷失电带来的收益；β₁和β₂为权重；

所述孤岛划分的约束条件包括：

其中，P_DGj为孤岛内节点j的分布式电源有功出力；P_Lj为节点j的负荷功率；U_j为节点j电压幅值大小；U_jmin和U_jmax分别为节点j电压幅值的下限和上限；P_k为支路k的支路功率；f_j为孤岛内节点j的频率；f_jmin和f_jmax分别为节点j频率的下限和上限。孤岛划分主要考虑约束依次为功率约束、节点电压约束、支路功率约束，以及辐射状拓扑约束。

在一种可能的设计中，建立求解模块204具体用于：所述以网络重构为上层模型的目标函数为：

max F_main＝β₃F_main1+β₄F_main2

其中，F_main为网络重构层目标函数值；F_main1为故障持续期间的等效恢复电量；F_main2为故障持续期间避免关键负荷停电带来的经济损失；β₃和β₄为权重；

所述网络重构的约束条件包括：

其中，P_i、Q_i分别为节点i注入的有功功率和无功功率；B_ij为节点i和节点j之间的电导；G_ij为节点i和节点j之间的电纳；s_t为t时段内的开关操作次数；S_max是在周期T内的最大开关操作次数；U_i为节点i的电压幅值大小；U_imin和U_imax分别为节点i电压幅值的下限和上限；θ_ij为节点i与节点j之间的相角差；λ_ak为第k条线路在当前情况下的故障率；λ_max为线路最大允许故障率；P_ij为支路ij的有功功率值；P_ijmax为支路ij的有功功率允许最大值；f_i为节点i的频率大小；f_imin和f_imax分别为节点i频率的下限和上限；g为重构策略所得的网络拓扑结构；G为孤岛外网侧所有辐射状网络结构的集合。网络重构主要考虑的约束依次为：功率平衡约束、开关操作次数约束、线路故障率约束、电压约束、支路功率约束、频率稳定约束、辐射状拓扑结构约束。

在一种可能的设计中，建立求解模块204具体用于：输入每个时间段对应的配电网故障时刻分布式电源、负荷状态参数以及网络结构参数为所述双层规划模型至所述双层规划模型；通过采用广度优先算法对所述下层模型求解，输出第一结果，将所述第一结果带入所述上层模型，采用改进探路者算法对所述上层模型求解，输出第二结果，将所述第二结果输入至所述下层模型，返回执行通过采用广度优先算法对所述下层模型求解，输出第一结果的步骤进行迭代，直到达到最大迭代次数或计算精度，输出所述配电网故障恢复方案。

基于上述装置，通过确定当前故障的故障修复时间，对故障修复时间进行时间断面，获取时间断面下的每个时间段对应的配电网故障时刻分布式电源、负荷状态参数以及网络结构参数；其中，配电网故障时刻分布式电源包括当前分布式电源出力情况，负荷状态参数包括负荷功率需求，以及网络结构参数包括分布式电源的在网状态，以及网络各节点在当前时刻的拓扑连接关系；将每个时间段对应的配电网故障时刻分布式电源、负荷状态参数以及网络结构参数输入至以网络重构为上层模型和以孤岛划分为下层模型的双层规划模型中，求解得到每个时间段对应的配电网故障恢复方案，最后，根据配电网故障恢复方案，对配电网故障进行恢复控制。在本技术方案中，通过获取时间断面下的每个时间段对应的配电网故障时刻分布式电源、负荷状态参数以及网络结构参数输入至双层规划模型中，求解得到配电网故障恢复方案，可以实现有针对性地对每一个时间阶段的配电网故障进行恢复控制，避免了故障期间由于分布式电源出力波动可能带来的再次故障，可以在配电网故障修复时间内持续重构优化，确保配电网故障恢复方案在整个故障持续区间具有可行性，提升电网韧性。

图3示出了一个实施例中计算机设备的内部结构图。该计算机设备具体可以是终端，也可以是服务器。如图3所示，该计算机设备包括通过系统总线连接的处理器、存储器和网络接口。其中，存储器包括非易失性存储介质和内存储器。该计算机设备的非易失性存储介质存储有操作系统，还可存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时，可使得处理器实现上述方法的全部步骤。该内存储器中也可储存有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时，可使得处理器执行上述方法的全部步骤。本领域技术人员可以理解，图3中示出的结构，仅仅是与本申请方案相关的部分结构的框图，并不构成对本申请方案所应用于其上的计算机设备的限定，具体的计算机设备可以包括比图中所示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者具有不同的部件布置。

在一个实施例中，提出了一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，使得所述处理器执行前述方法的各个步骤。

在一个实施例中，提出了一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，使得所述处理器执行前述方法的各个步骤。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本申请所提供的各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和/或易失性存储器。非易失性存储器可包括只读存储器(ROM)、可编程ROM(PROM)、电可编程ROM(EPROM)、电可擦除可编程ROM(EEPROM)或闪存。易失性存储器可包括随机存取存储器(RAM)或者外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，RAM以多种形式可得，诸如静态RAM(SRAM)、动态RAM(DRAM)、同步DRAM(SDRAM)、双数据率SDRAM(DDRSDRAM)、增强型SDRAM(ESDRAM)、同步链路(Synchlink)DRAM(SLDRAM)、存储器总线(Rambus)直接RAM(RDRAM)、直接存储器总线动态RAM(DRDRAM)、以及存储器总线动态RAM(RDRAM)等。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种配电网故障恢复控制方法，其特征在于，所述方法包括：

当所述配电网发生故障时，判断配电网当前故障的故障类别，其中，所述故障类别包括气象因素导致的故障以及非气象因素导致的故障；

根据所述配电网当前故障的故障类别，确定所述当前故障的故障修复时间；

对所述故障修复时间进行时间断面划分，获取所述时间断面下的每个时间段对应的配电网故障时刻分布式电源、负荷状态参数以及网络结构参数；其中，所述配电网故障时刻分布式电源包括当前分布式电源出力情况，所述负荷状态参数包括负荷功率需求，以及所述网络结构参数包括分布式电源的在网状态，以及网络各节点在当前时刻的拓扑连接关系；

建立以网络重构为上层模型和以孤岛划分为下层模型的双层规划模型，以每个时间段对应的配电网故障时刻分布式电源、负荷状态参数以及网络结构参数为所述双层规划模型的输入，求解得到每个时间段对应的配电网故障恢复方案；其中，所述配电网故障恢复方案包括拓扑重构方案和目标函数值；

根据所述配电网故障恢复方案，向各开关设备发布操作指令，对配电网故障进行恢复控制。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述以孤岛划分为下层模型的目标函数：

max F_DG＝β₁F_DG1+β₂F_DG2；

其中，F_DG为孤岛层目标函数值；F_DG1为分布式电源在故障持续期间的等效恢复电量；F_DG2为孤岛内避免关键负荷失电带来的收益；β₁和β₂为权重；

所述孤岛划分的约束条件包括：

其中，P_DGj为孤岛内节点j的分布式电源有功出力；P_Lj为节点j的负荷功率；U_j为节点j电压幅值大小；U_jmin和U_jmax分别为节点j电压幅值的下限和上限；P_k为支路k的支路功率；f_j为孤岛内节点j的频率；f_jmin和f_jmax分别为节点j频率的下限和上限。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述以网络重构为上层模型的目标函数为：

max F_main＝β₃F_main1+β₄F_main2；

其中，F_main为网络重构层目标函数值；F_main1为故障持续期间的等效恢复电量；F_main2为故障持续期间避免关键负荷停电带来的经济损失；β₃和β₄为权重；

所述网络重构的约束条件包括：

其中，P_i、Q_i分别为节点i注入的有功功率和无功功率；B_ij为节点i和节点j之间的电导；G_ij为节点i和节点j之间的电纳；s_t为t时段内的开关操作次数；S_max是在周期T内的最大开关操作次数；U_i为节点i的电压幅值大小；U_imin和U_imax分别为节点i电压幅值的下限和上限；θ_ij为节点i与节点j之间的相角差；λ_ak为第k条线路在当前情况下的故障率；λ_max为线路最大允许故障率；P_ij为支路ij的有功功率值；P_ijmax为支路ij的有功功率允许最大值；f_i为节点i的频率大小；f_imin和f_imax分别为节点i频率的下限和上限；g为重构策略所得的网络拓扑结构；G为孤岛外网侧所有辐射状网络结构的集合。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述以每个时间段对应的配电网故障时刻分布式电源、负荷状态参数以及网络结构参数为所述双层规划模型的输入，求解得到每个时间段对应的配电网故障恢复方案，包括：

输入每个时间段对应的配电网故障时刻分布式电源、负荷状态参数以及网络结构参数为所述双层规划模型至所述双层规划模型；

通过采用广度优先算法对所述下层模型求解，输出第一结果，将所述第一结果带入所述上层模型，采用改进探路者算法对所述上层模型求解，输出第二结果，将所述第二结果输入至所述下层模型，返回执行通过采用广度优先算法对所述下层模型求解，输出第一结果的步骤进行迭代，直到达到最大迭代次数或计算精度，输出所述配电网故障恢复方案。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述配电网当前故障的故障类别，确定所述当前故障的故障修复时间，包括：

当所述配电网当前故障的故障类别为气象因素导致的故障时，将气象持续时间加上时间裕度之和确定为故障修复时间；

当所述配电网当前故障的故障类别为非气象因素导致的故障时，根据工人巡线确定故障修复时间。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述双层规划模型中加入线路故障率；

所述线路故障率的计算方法为：

其中，λ_a(x)为a类天气下的故障率，次/(km·月)；N_axi为n年内第i条线路在第x月中因a类天气导致的故障次数；T_ax为历史同期第x个月内a类天气持续的时间；L_i为第i条线路的长度，km。

7.一种配电网故障恢复控制装置，其特征在于，所述装置包括：

故障类别判断模块：用于当所述配电网发生故障时，判断配电网当前故障的故障类别，其中，所述故障类别包括气象因素导致的故障以及非气象因素导致的故障；

时间确定模块：用于根据所述配电网当前故障的故障类别，确定所述当前故障的故障修复时间；

参数获取模块：用于对所述故障修复时间进行时间断面，获取所述时间断面下的每个时间段对应的配电网故障时刻分布式电源、负荷状态参数以及网络结构参数；其中，所述配电网故障时刻分布式电源包括当前分布式电源出力情况，所述负荷状态参数包括负荷功率需求，以及所述网络结构参数包括分布式电源的在网状态，以及网络各节点在当前时刻的拓扑连接关系；

建立求解模块：用于建立以网络重构为上层模型和以孤岛划分为下层模型的双层规划模型，以每个时间段对应的配电网故障时刻分布式电源、负荷状态参数以及网络结构参数为所述双层规划模型的输入，求解得到每个时间段对应的配电网故障恢复方案；其中，所述配电网故障恢复方案包括拓扑重构方案和目标函数值；

恢复控制模块：用于根据所述配电网故障恢复方案，向各开关设备发布操作指令，对配电网故障进行恢复控制。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述时间确定模块包括：

确定模块：用于当所述配电网当前故障的故障类别为气象因素导致的故障时，将气象持续时间加上时间裕度之和确定为故障修复时间；当所述配电网当前故障的故障类别为非气象因素导致的故障时，根据工人巡线确定故障修复时间。

9.一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时，使得所述处理器执行如权利要求1至6中任一项所述方法的步骤。

10.一种计算机设备，包括存储器和处理器，其特征在于，所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，使得所述处理器执行如权利要求1至6中任一项所述方法的步骤。

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