CN116995650A - 一种配电网故障恢复方法、装置、设备及存储介质 - Google Patents

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CN116995650A CN202310723151.9A CN202310723151A CN116995650A CN 116995650 A CN116995650 A CN 116995650A CN 202310723151 A CN202310723151 A CN 202310723151A CN 116995650 A CN116995650 A CN 116995650A
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Abstract

本发明公开了一种配电网故障恢复方法、装置、设备及存储介质，在系统发生故障后，根据获取的有源配电网信息建立基站数学模型，以及含柔性多状态开关的有源配电网恢复模型；根据二进制粒子群算法对所述有源配电网恢复模型进行求解传统开关和联络开关的开关状态，得到新的网络拓扑；根据二阶锥规划对所述数学模型进行求解，确定有源配电网负荷恢复总量、柔性开关控制的输出功率及控制模式；根据得到的网络拓扑进行基站的上次供电恢复控制，根据基站切换模式进行基站的下层供电恢复控制。能够优化供电恢复的路径，最大程度的利用DG，基站实现功率的再分配，最大化减小供电恢复的失电量，降低停电损失。

Description

一种配电网故障恢复方法、装置、设备及存储介质
技术领域
本发明涉及电力系统技术领域，尤其涉及一种配电网故障恢复方法、装置、设备及存储介质。
背景技术
近几年电力电子技术一直不断发展，随着电力滤波器、固态变压器等新型柔性装置逐渐在配电网中发挥着巨大的作用，配电网的升级和改造有了新的可能。电力电子设备能够减少能源在传输过程的损耗，提高能源利用效率，减小谐波。因此，很多学者期待在不改变网架的前提下，通过加入新型柔性装置来提高配电网的灵活性和可靠性。柔性配电网正是为了应对当前复杂配电网的情况所提出的概念，在柔性配电网中部分关键节点或支路会由柔性电力电子装置替代，从而变成柔性节点或柔性支路。其中SOP(Soft open point，智能软开关)是能够替代常开点的柔性电力电子装置。与传统开关相比，在正常运行时SOP可以通过控制相邻馈线之间的功率流来平衡馈线负载并提高网络电压，实现了配网潮流的优化。在故故障发生时，SOP紧急闭锁，缩小停电范围并在故障隔离后根据系统拓扑结构切换控制模式提供功率支持。供电恢复的能力通常体现在故障发生后恢复供电的负荷多少和恢复供电的时间长短。因此，SOP可以在供电恢复中发挥很大的作用。
在现有配电网供电恢复技术中，主要通过改变网络中传统的联络开关和分段开关的分/合状态，来达到为非故障区域恢复供电的目的。在供电恢复中的研究工作相对较少。考虑到SOP是由电力电子功率器件组成，由于造价成本的问题，短期内无法取代所有的联络开关。当前柔性配电网最可能以SOP和联络开关共存的形式。但是在对非故障停电区域进行转供时无法避免遇到部分区域短时停电以及潮流不均衡、电压质量低等问题，导致供电恢复的失电量较大，停电损失较高。
发明内容
针对上述缺陷，本发明提供一种配电网故障恢复方法、装置、设备及存储介质，能够优化供电恢复的路径，最大程度的利用DG，基站实现功率的再分配，最大化减小供电恢复的失电量，降低停电损失。
本发明实施例提供一种配电网故障恢复方法，所述方法包括：
在系统发生故障后，根据获取的有源配电网信息建立基站数学模型，以及含柔性多状态开关的有源配电网恢复模型；
根据二进制粒子群算法对所述有源配电网恢复模型进行求解传统开关和联络开关的开关状态，得到新的网络拓扑；
根据二阶锥规划对所述数学模型进行求解，确定有源配电网负荷恢复总量、柔性开关控制的输出功率及控制模式；
根据得到的网络拓扑进行基站的上次供电恢复控制，根据基站切换模式进行基站的下层供电恢复控制。
作为一种优选方案，所述有源配电网信息具体包括：有源配电网的网络拓扑及参数信息、负荷接入位置、分布式电源接入位置、柔性多状态开关接入位置和容量、分段开关和联络开关接入位置和故障位置。
优选地，所述在系统发生故障后，根据获取的有源配电网信息建立故障发生前后基站控制模式的数学模型，以及含柔性多状态开关的有源配电网恢复模型，具体包括：
对基站相邻微网进行实时监测，根据获取的有源配电网信息确定基站在正常运行和相邻微网故障时的切换模式，构建基站控制模式的数学模型；
将有源配电网未恢复负荷功率和网络运行损耗之和最小作为供电恢复目标，建立目标函数，并配置蜂巢状配电网故障恢复的约束条件，确定所述有源配电网恢复模型。
作为上述方案的改进，基站在正常运行时的控制模式为PQ-PQ-UdcQ控制模式；
基站相邻的微网发生故障后，基站连接失电侧的换流器端口快速切换至V/f模式；
所述基站数学模型的基站传输的有功功率约束包括：
基站控制模式的数学模型的基站容量约束包括：
所述目标函数为：
其中，Pi load为节点i处的有功负荷，为节点i处的有功损耗；Iij为通过节点i到节点j之间的支路的电流；Rij为节点i到节点j之间的支路的电阻；Ωa为系统中失电区域的支路集合；Ωb为系统中正常供电的支路集合；Ωsop为基站的变换器端口集合；λ1、λ2为权重系数；a，b，c是基站与微网相连的换流器编号；Psop,a，Psop,b，Psop,c，Qsop,a，Qsop,b，Qsop,c分别为基站的换流器a，b，c向微网输入的有功功率和无功功率；Ploss sop,a，Ploss sop,b，Ploss sop,c分别为基站的换流器a，b，c的有功损耗；Ksop,a，Ksop,b，Ksop,c分别为换流器a，b，c的损耗系数；Ssop,a，Ssop,b，Ssop,c分别为换流器a，b，c的容量。
进一步地，所述约束条件包括：安全运行约束、孤岛容量约束、系统潮流约束和拓扑结构约束；
所述系统潮流约束具体为：
Pi＝Pi DG+Psop,i-Pi Load
所述安全运行约束的节点电压约束为：
Umin≤Ui≤Umax；
所述安全运行约束的支路容量约束为：
所述孤岛容量约束具体为孤岛内分布式发电的发电容量大于孤岛内所有节点的有功负荷之和；
所述拓扑结构约束具体为重构后的配电网不包含环路；
其中，Pi DG和为节点i处分布式电源注入的有功功率和无功功率；Pi和Qi分别为节点i处的有功功率之和、无功功率之和；Psop,i和Qsop,分别向节点i输入的有功功率和无功功率；Pij和Qij为节点i流向节点j的有功功率和无功功率；Xij为支路ij的电抗；Ui为节点i处的电压；Iij为通过节点i到节点j之间的支路的电流；Rij为节点i到节点j之间的支路的电阻；Ωb为系统中正常供电的支路集合；Umin和Umax分别为节点i的电压上下限；/>为节点i到节点j之间的支路的电流上限。
作为一种优选方案，所述根据二进制粒子群算法对所述有源配电网恢复模型进行求解传统开关和联络开关的开关状态，得到新的网络拓扑，具体包括：
在配电网重构中，将拓扑结构表示为每一个粒子，配电网的开关数对应粒子的维数，确定粒子的速度更新函数；
将粒子迭代后的速度代入sigmoid函数中可得到新一代的个体解；
在粒子更新位置后引入变异机制，计算粒子每位的变异概率；
根据改进的二进制粒子群算法进行搜索，确定全局最优位置，得到对应的传统开关和联络开关的开关状态；
其中，粒子的速度更新函数具体为：
新一代的个体解具体为：
粒子每位的变异概率为：
n为迭代次数，为粒子i在第n次迭代时的位置，Vi n为粒子i在第n次迭代时的速度，ω为惯性权重，/>ωmax和ωmin为惯性权重的上下限，nmax为最大迭代次数，c1、c2为学习因子，/>为第n次迭代时在0～1之间随机生成的参数，rn+1为在0～1之间随机生成的参数，/>Pbest为粒子的局部最优解，Gbest为粒子的全局最优解，xi为粒子i的当前解，rand为0～1之间的随机数。
优选地，所述根据二阶锥规划对所述数学模型进行求解，确定有源配电网负荷恢复总量、柔性开关控制的输出功率及控制模式，具体包括：
将所述数学模型的有功功率约束和基站容量约束进行旋转锥约束转化得到有功功率约束的二阶锥形式和基站容量约束的二阶锥形式；
将所述有源配电网恢复模型中系统潮流约束进行转化，得到系统潮流约束的二阶锥形式；
利用线性化和二阶锥松弛将蜂巢状配电网中基站的恢复供电问题转化为二阶锥模型的非线性整数规划问题，调用CPLEX分布式求解，确定有源配电网负荷恢复总量、柔性开关控制的输出功率及控制模式；
有功功率约束的二阶锥形式具体为：
基站容量约束的二阶锥形式为：
系统潮流约束的二阶锥形式为：
||[2Pij 2Qij I'ij-'i]T||2≤I'ij+U'i；
PSOP为基站端口输出的有功功率，QSOP为基站端口输出的无功功率，为基站端口的有功损耗，ASOP为基站端口的损耗系数，SSOP为基站端口的容量，/>Iij为通过节点i到节点j之间的支路的电流，/>Ui为节点i处的电压，/>为节点i到节点j之间的支路的电流上限，Pij和Qij为节点i流向节点j的有功功率和无功功率。
本发明实施例提供一种配电网故障恢复装置，所述装置包括：
模型构建模块，用于在系统发生故障后，根据获取的有源配电网信息建立基站数学模型，以及含柔性多状态开关的有源配电网恢复模型；
网络拓扑求解模块，用于根据二进制粒子群算法对所述有源配电网恢复模型进行求解传统开关和联络开关的开关状态，得到新的网络拓扑；
控制模式求解模块，用于根据二阶锥规划对所述数学模型进行求解，确定有源配电网负荷恢复总量、柔性开关控制的输出功率及控制模式；
供电恢复模块，用于根据得到的网络拓扑进行基站的上次供电恢复控制，根据基站切换模式进行基站的下层供电恢复控制。
优选地，所述有源配电网信息具体包括：有源配电网的网络拓扑及参数信息、负荷接入位置、分布式电源接入位置、柔性多状态开关接入位置和容量、分段开关和联络开关接入位置和故障位置。
优选地，所述模型构建模块具体用于：
对基站相邻微网进行实时监测，根据获取的有源配电网信息确定基站在正常运行和相邻微网故障时的切换模式，构建基站控制模式的数学模型；
将有源配电网未恢复负荷功率和网络运行损耗之和最小作为供电恢复目标，建立目标函数，并配置蜂巢状配电网故障恢复的约束条件，确定所述有源配电网恢复模型。
作为一种优选方案，基站在正常运行时的控制模式为PQ-PQ-UdcQ控制模式；
基站相邻的微网发生故障后，基站连接失电侧的换流器端口快速切换至V/f模式；
所述基站数学模型的基站传输的有功功率约束包括：
基站控制模式的数学模型的基站容量约束包括：
所述目标函数为：
其中，Pi load为节点i处的有功负荷，为节点i处的有功损耗；Iij为通过节点i到节点j之间的支路的电流；Rij为节点i到节点j之间的支路的电阻；Ωa为系统中失电区域的支路集合；Ωb为系统中正常供电的支路集合；Ωsop为基站的变换器端口集合；λ1、λ2为权重系数；a，b，c是基站与微网相连的换流器编号；Psop,a，Psop,b，Psop,c，Qsop,a，Qsop,b，Qsop,c分别为基站的换流器a，b，c向微网输入的有功功率和无功功率；Ploss sop,a，Ploss sop,b，Ploss sop,c分别为基站的换流器a，b，c的有功损耗；Ksop,a，Ksop,b，Ksop,c分别为换流器a，b，c的损耗系数；Ssop,a，Ssop,b，Ssop,c分别为换流器a，b，c的容量。
进一步的，所述约束条件包括：安全运行约束、孤岛容量约束、系统潮流约束和拓扑结构约束；
所述系统潮流约束具体为：
Pi＝Pi DG+Psop,i-Pi Load
所述安全运行约束的节点电压约束为：
Umin≤Ui≤Umax；
所述安全运行约束的支路容量约束为：
所述孤岛容量约束具体为孤岛内分布式发电的发电容量大于孤岛内所有节点的有功负荷之和；
所述拓扑结构约束具体为重构后的配电网不包含环路；
其中，Pi DG和为节点i处分布式电源注入的有功功率和无功功率；Pi和Qi分别为节点i处的有功功率之和、无功功率之和；Psop,i和Qsop,i分别向节点i输入的有功功率和无功功率；Pij和Qij为节点i流向节点j的有功功率和无功功率；Xij为支路ij的电抗；Ui为节点i处的电压；Iij为通过节点i到节点j之间的支路的电流；Rij为节点i到节点j之间的支路的电阻；Ωb为系统中正常供电的支路集合；Umin和Umax分别为节点i的电压上下限；/>为节点i到节点j之间的支路的电流上限。
优选地，所述网络拓扑求解模块具体用于：
在配电网重构中，将拓扑结构表示为每一个粒子，配电网的开关数对应粒子的维数，确定粒子的速度更新函数；
将粒子迭代后的速度代入sigmoid函数中可得到新一代的个体解；
在粒子更新位置后引入变异机制，计算粒子每位的变异概率；
根据改进的二进制粒子群算法进行搜索，确定全局最优位置，得到对应的传统开关和联络开关的开关状态；
其中，粒子的速度更新函数具体为：
新一代的个体解具体为：
粒子每位的变异概率为：
n为迭代次数，为粒子i在第n次迭代时的位置，Vi n为粒子i在第n次迭代时的速度，ω为惯性权重，/>ωmax和ωmin为惯性权重的上下限，nmax为最大迭代次数，c1、c2为学习因子，/>为第n次迭代时在0～1之间随机生成的参数，rn+1为在0～1之间随机生成的参数，/>Pbest为粒子的局部最优解，Gbest为粒子的全局最优解，xi为粒子i的当前解，rand为0～1之间的随机数。
优选地，所述控制模式求解模块，具体用于：
将所述数学模型的有功功率约束和基站容量约束进行旋转锥约束转化得到有功功率约束的二阶锥形式和基站容量约束的二阶锥形式；
将所述有源配电网恢复模型中系统潮流约束进行转化，得到系统潮流约束的二阶锥形式；
利用线性化和二阶锥松弛将蜂巢状配电网中基站的恢复供电问题转化为二阶锥模型的非线性整数规划问题，调用CPLEX分布式求解，确定有源配电网负荷恢复总量、柔性开关控制的输出功率及控制模式；
有功功率约束的二阶锥形式具体为：
基站容量约束的二阶锥形式为：
系统潮流约束的二阶锥形式为：
||[2Pij 2Qij I'ij-U'i]T||2≤I'ij+U'i；
PSOP为基站端口输出的有功功率，QSOP为基站端口输出的无功功率，为基站端口的有功损耗，ASOP为基站端口的损耗系数，SSOP为基站端口的容量，/>Iij为通过节点i到节点j之间的支路的电流，/>Ui为节点i处的电压，/>为节点i到节点j之间的支路的电流上限，Pij和Qij为节点i流向节点j的有功功率和无功功率。
本发明实施例还提供一种终端设备，包括处理器、存储器以及存储在所述存储器中且被配置为由所述处理器执行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上述实施例中任意一项所述的配电网故障恢复方法。
本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质包括存储的计算机程序，其中，在所述计算机程序运行时控制所述计算机可读存储介质所在设备执行如上述实施例中任意一项所述的配电网故障恢复方法。
本发明提供的配电网故障恢复方法、装置、设备及存储介质，在系统发生故障后，根据获取的有源配电网信息建立基站数学模型，以及含柔性多状态开关的有源配电网恢复模型；根据二进制粒子群算法对所述有源配电网恢复模型进行求解传统开关和联络开关的开关状态，得到新的网络拓扑；根据二阶锥规划对所述数学模型进行求解，确定有源配电网负荷恢复总量、柔性开关控制的输出功率及控制模式；根据得到的网络拓扑进行基站的上次供电恢复控制，根据基站切换模式进行基站的下层供电恢复控制。能够优化供电恢复的路径，最大程度的利用DG，基站实现功率的再分配，最大化减小供电恢复的失电量，降低停电损失。
附图说明
图1是本发明实施例提供一种配电网故障恢复方法的流程示意图；
图2是本发明实施例提供的蜂巢状有源配电系统的拓扑结构图；
图3是本发明实施例提供的基站的结构示意图；
图4是本发明实施例提供的配电网故障恢复装置的结构示意图；
图5是本发明实施例提供的一种终端设备的结构示意图。
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。
参见图1，是本发明实施例提供一种配电网故障恢复方法的流程示意图，所述方法包括步骤S1～S4：
S1，在系统发生故障后，根据获取的有源配电网信息建立基站数学模型，以及含柔性多状态开关的有源配电网恢复模型；
S2，根据二进制粒子群算法对所述有源配电网恢复模型进行求解传统开关和联络开关的开关状态，得到新的网络拓扑；
S3，根据二阶锥规划对所述数学模型进行求解，确定有源配电网负荷恢复总量、柔性开关控制的输出功率及控制模式；
S4，根据得到的网络拓扑进行基站的上次供电恢复控制，根据基站切换模式进行基站的下层供电恢复控制。
在本实施例具体实施时，参见图2，是本发明实施例提供的蜂巢状有源配电系统的拓扑结构图；系统中由若干微网和基站组成，其中不同基站间通过微网连接，不同微网间由基站连接；并且蜂巢状有源配电系统还包括公共连接点，微网还包括微网供电边界和功率传输线；
根据选定的有源配电网，输入有源配电网的有源配电网信息；
基站对相邻微网进行实时监测，当系统发生故障时能快速准确的实现故障隔离和柔性重组；
根据获取的有源配电网信息建立基站数学模型，以及含柔性多状态开关的有源配电网恢复模型；
根据建立的基站数学模型和有源配电网恢复模型，采用基于改进二进制粒子群算法和二阶锥规划的混合优化算法进行求解，输出求解结果；具体地：根据二进制粒子群算法对所述有源配电网恢复模型进行求解传统开关和联络开关的开关状态，得到新的网络拓扑；根据二阶锥规划对所述数学模型进行求解，确定有源配电网负荷恢复总量、柔性开关控制的输出功率及控制模式；
当某个相连微网内部发生故障后，基站的供电恢复策略包括两个阶段：上层供电恢复和下层供电恢复；
上层供电恢复控制过程具体包括：当微网内部出现故障时，相连基站快速进行故障隔离，并通过改进二进制粒子群算法求解传统开关和联络开关的开关状态，得到新的网络拓扑。考虑基站和传统联络开关的相互配合。在配电网网络重构时应当考虑含有DG的孤岛划分，以更好的利用分布式资源。
下层供电恢复包括：基站切换控制模式，并依据改变后的配电网结构和二阶锥规划提供最佳的功率支撑方案。当配网发生故障并切除后，基站可以根据故障位置切换控制模式。
本本实施例提供一种考虑传统网络重构、孤岛划分和柔性开关相结合的配电网恢复供电策略。考虑经济性与供电恢复效果，提出了基于智能软开关和网络重构联合恢复供电的双层优化方法，构建基站数学模型以及有源配电网恢复模型。针对基站数学模型以及有源配电网恢复模型，采用改进二进制粒子群算法和二阶锥规划的混合算法，外部采用改进二进制粒子群算法求解开关状态，内部基于二阶锥规划优化基站的功率支撑方案。本实施例提出的基于柔性控制的蜂巢状配电网故障恢复策略可用于蜂巢状有源配电网等复杂系统的优化运行，解决了现有技术中综合程度不强的问题。能够优化供电恢复的路径，最大程度的利用DG，基站实现功率的再分配，最大化减小供电恢复的失电量，降低停电损失。
在本发明提供的又一实施例中，所述有源配电网信息具体包括：有源配电网的网络拓扑及参数信息、负荷接入位置、分布式电源接入位置、柔性多状态开关接入位置和容量、分段开关和联络开关接入位置和故障位置。
在本实施例具体实施时，根据选定的有源配电网，输入有源配电网的网络拓扑及参数信息、负荷接入位置、分布式电源接入位置、柔性多状态开关接入位置和容量、分段开关和联络开关接入位置和设置的故障位置作为有源配电网信息，用于基站数学模型以及有源配电网恢复模型的构建。
在本发明提供的又一实施例中，所述步骤S1具体包括：
对基站相邻微网进行实时监测，根据获取的有源配电网信息确定基站在正常运行和相邻微网故障时的切换模式，构建基站控制模式的数学模型；
将有源配电网未恢复负荷功率和网络运行损耗之和最小作为供电恢复目标，建立目标函数，并配置蜂巢状配电网故障恢复的约束条件，确定所述有源配电网恢复模型。
在本实施例具体实施时，基站对相邻微网进行实时监测，当系统发生故障时能快速准确的实现故障隔离和柔性重组。根据获取的有源配电网信息确定基站在正常运行和相邻微网故障时的切换模式，构建基站控制模式的数学模型；
设定有源配电网未恢复负荷功率和网络运行损耗之和作为供电恢复目标，建立目标函数，并配置蜂巢状配电网故障恢复的约束条件，确定所述有源配电网恢复模型。
在本发明提供的又一实施例中，基站在正常运行时的控制模式为PQ-PQ-UdcQ控制模式；
基站相邻的微网发生故障后，基站连接失电侧的换流器端口快速切换至V/f模式；
所述基站数学模型的基站传输的有功功率约束包括：
基站控制模式的数学模型的基站容量约束包括：
所述目标函数为：
其中，Pi load为节点i处的有功负荷，为节点i处的有功损耗；Iij为通过节点i到节点j之间的支路的电流；Rij为节点i到节点j之间的支路的电阻；Ωa为系统中失电区域的支路集合；Ωb为系统中正常供电的支路集合；Ωsop为基站的变换器端口集合；λ1、λ2为权重系数；a，b，c是基站与微网相连的换流器编号；Psop,a，Psop,b，Psop,c，Qsop,a，Qsop,b，Qsop,c分别为基站的换流器a，b，c向微网输入的有功功率和无功功率；Ploss sop,a，Ploss sop,b，Ploss sop,c分别为基站的换流器a，b，c的有功损耗；Ksop,a，Ksop,b，Ksop,c分别为换流器a，b，c的损耗系数；Ssop,a，Ssop,b，Ssop,c分别为换流器a，b，c的容量。
在本实施例具体实施时，参见图3，是本发明实施例提供的基站的结构示意图；
蜂巢状配网的基站数学模型构建包括：
在正常运行时基站采用PQ-PQ-UdcQ控制模式，当基站相连的某个微网发生故障后，基站连接失电侧的换流器端口快速切换至V/f模式，此时非故障侧UdcQ控制可等效处理为PQ控制。基站数学模型可等效为：
基站数学模型的基站传输的有功功率约束包括：
基站控制模式的数学模型的基站容量约束包括：
式中：a，b，c是基站与微网相连的换流器编号；Psop,a，Psop,b，Psop,c，Qsop,a，Qsop,b，Qsop,c分别为基站的换流器a，b，c向微网输入的有功功率和无功功率；Ploss sop,a，Ploss sop,b，Ploss sop,c分别为基站的换流器a，b，c的有功损耗；Ksop,a，Ksop,b，Ksop,c分别为换流器a，b，c的损耗系数；Ssop,a，Ssop,b，Ssop,c分别为换流器a，b，c的容量。
以故障恢复后的失电量最小和网络损耗最小作为供电恢复目标，目标函数为：
式中：Pi load为节点i处的有功负荷，为节点i处的有功损耗；Iij为通过节点i到节点j之间的支路的电流；Rij为节点i到节点j之间的支路的电阻；Ωa为系统中失电区域的支路集合；Ωb为系统中正常供电的支路集合；Ωsop为基站的变换器端口集合；λ1、λ2为权重系数。
在本发明提供的又一实施例中，所述约束条件包括：安全运行约束、孤岛容量约束、系统潮流约束和拓扑结构约束；
所述系统潮流约束具体为：
Pi＝Pi DG+Psop,i-Pi Load
所述安全运行约束的节点电压约束为：
Umin≤Ui≤Umax；
所述安全运行约束的支路容量约束为：
所述孤岛容量约束具体为孤岛内分布式发电的发电容量大于孤岛内所有节点的有功负荷之和；
所述拓扑结构约束具体为重构后的配电网不包含环路；
其中，Pi DG和为节点i处分布式电源注入的有功功率和无功功率；Pi和Qi分别为节点i处的有功功率之和、无功功率之和；Psop,i和Qsop,分别向节点i输入的有功功率和无功功率；Pij和Qij为节点i流向节点j的有功功率和无功功率；Xij为支路ij的电抗；Ui为节点i处的电压；Iij为通过节点i到节点j之间的支路的电流；Rij为节点i到节点j之间的支路的电阻；Ωb为系统中正常供电的支路集合；Umin和Umax分别为节点i的电压上下限；/>为节点i到节点j之间的支路的电流上限。
在本实施例具体实施时，有源配电网恢复模型分别考虑安全运行约束、辐射状拓扑约束、孤岛内DG容量约束、系统潮流约束、基站容量约束；
蜂巢状配电网故障恢复的约束条件包括：
系统潮流约束包括：
Pi＝Pi DG+Psop,i-Pi Load
式中：Pi DG和为节点i处分布式电源注入的有功功率和无功功率；Pi和Qi分别为节点i处的有功功率之和、无功功率之和；Psop,i和Qsop,分别向节点i输入的有功功率和无功功率；Pij和Qij为节点i流向节点j的有功功率和无功功率；Xij为支路ij的电抗；Ui为节点i处的电压；Iij为通过节点i到节点j之间的支路的电流；Rij为节点i到节点j之间的支路的电阻；Ωb为系统中正常供电的支路集合；
系统安全运行约束中节点电压约束为：Umin≤Ui≤Umax；
式中：Umin和Umax分别为节点i的电压上下限。
所述安全运行约束的支路容量约束为：
/>
式中：为节点i到节点j之间的支路的电流上限。
拓扑结构约束具体为：配电网必须以辐射状结构运行，即重构后的配电网不能包含环路。在重构过程中需要进行环路搜索，确保重构结果无环路。
孤岛容量约束具体为：孤岛中至少含有一个DG，并且DG和孤岛内所有的负荷节点保持连通，孤岛内DG的发电容量大于孤岛内所有节点的有功负荷之和。
在本发明提供的另一实施例中，所述步骤S2具体包括：
在配电网重构中，将拓扑结构表示为每一个粒子，配电网的开关数对应粒子的维数，确定粒子的速度更新函数；
将粒子迭代后的速度代入sigmoid函数中可得到新一代的个体解；
在粒子更新位置后引入变异机制，计算粒子每位的变异概率；
根据改进的二进制粒子群算法进行搜索，确定全局最优位置，得到对应的传统开关和联络开关的开关状态；
其中，粒子的速度更新函数具体为：
新一代的个体解具体为：
粒子每位的变异概率为：
n为迭代次数，为粒子i在第n次迭代时的位置，Vi n为粒子i在第n次迭代时的速度，ω为惯性权重，/>ωmax和ωmin为惯性权重的上下限，nmax为最大迭代次数，c1、c2为学习因子，/>为第n次迭代时在0～1之间随机生成的参数，rn+1为在0～1之间随机生成的参数，/>Pbest为粒子的局部最优解，Gbest为粒子的全局最优解，xi为粒子i的当前解，rand为0～1之间的随机数。
在本实施例具体实施时，通过改进二进制粒子群算法求解传统开关和联络开关的开关状态，得到新的网络拓扑。
在配电网重构中，配电网的开关数对应粒子的维数，每一个粒子都代表一种拓扑结构，目标函数最优的粒子所对应的拓扑结构就是最佳重构方案。粒子的速度更新函数为：
式中，n为迭代次数，为粒子i在第n次迭代时的位置，Vi n为粒子i在第n次迭代时的速度，ω为惯性权重，c1、c2为学习因子，/>为第n次迭代时在0～1之间随机生成的参数，Pbest为粒子的局部最优解，Gbest为粒子的全局最优解，。
将在粒子更新位置后V代入sigmoid函数中可得到新一代的个体解：
式中，rn+1为在0～1之间随机生成的参数。
标准二进制例子算法中sigmoid的函数定义为：
标准的二进制粒子群算法收敛速度快，易于陷入局部最优。为了加强二进制粒子群算法的全局寻优能力，对惯性权重ω和个体更新函数做出如下改进：
惯性权重ωmax和ωmin为惯性权重的上下限，nmax为最大迭代次数；
改进的sigmoid的函数定义为：
改进后的个体解为：
rn+1为在0～1之间随机生成的参数，xi为粒子i的当前解，rand为0～1之间的随机数；
在粒子更新位置后引入变异机制，粒子每位的变异概率为：
改进后的二进制粒子群算法具有更强的全局探索能力，能更快的收敛到全局最优位置，得到对应的传统开关和联络开关的开关状态。
在本发明提供的又一实施例中，所述步骤S3具体包括：
将所述数学模型的有功功率约束和基站容量约束进行旋转锥约束转化得到有功功率约束的二阶锥形式和基站容量约束的二阶锥形式；
将所述有源配电网恢复模型中系统潮流约束进行转化，得到系统潮流约束的二阶锥形式；
利用线性化和二阶锥松弛将蜂巢状配电网中基站的恢复供电问题转化为二阶锥模型的非线性整数规划问题，调用CPLEX分布式求解，确定有源配电网负荷恢复总量、柔性开关控制的输出功率及控制模式；
有功功率约束的二阶锥形式具体为：
/>
基站容量约束的二阶锥形式为：
系统潮流约束的二阶锥形式为：
||[2Pij 2Qij I'ij-U'i]T||2≤I'ij+'i；
PSOP为基站端口输出的有功功率，QSOP为基站端口输出的无功功率，为基站端口的有功损耗，ASOP为基站端口的损耗系数，SSOP为基站端口的容量，/>Iij为通过节点i到节点j之间的支路的电流，/>Ui为节点i处的电压，/>为节点i到节点j之间的支路的电流上限，Pij和Qij为节点i流向节点j的有功功率和无功功率。
在本实施例具体实施时，通过二阶锥规划来解决供电恢复中基站和开关之间的协调问题。
将所述数学模型的有功功率约束和基站容量约束进行旋转锥约束转化得到有功功率约束的二阶锥形式和基站容量约束的二阶锥形式；
有功功率约束的二阶锥形式具体为：
基站容量约束的二阶锥形式为：
其中，PSOP为基站端口输出的有功功率，QSOP为基站端口输出的无功功率，为基站端口的有功损耗，ASOP为基站端口的损耗系数，SSOP为基站端口的容量；
将所述有源配电网恢复模型中系统潮流约束中的和/>分别替换为Ii'j和Ui'，即Iij为通过节点i到节点j之间的支路的电流，Ui为节点i处的电压，系统运行约束转化为：
进一步将系统运行约束松弛为二阶锥形式，得到系统潮流约束的二阶锥形式为：
||[2Pij 2Qij I'ij-U'i]T||2≤I'ij+U'i；
蜂巢状配电网中基站的恢复供电是一个非线性整数规划问题，利用线性化和二阶锥松弛转化为二阶锥模型后可调用CPLEX计算，确定有源配电网负荷恢复总量、柔性开关控制的输出功率及控制模式，实现快速求解。
再通过根据二进制粒子群算法和根据二阶锥规划求解后得到新的网络拓扑和确定有源配电网负荷恢复总量、柔性开关控制的输出功率及控制模式；
假设微网A发生故障，基站与其连接的端口快速切换控制模式至V/f模式，对失电区进行负荷、电压支撑。基站的另一侧端口采用VdcQ控制模式维持内部直流电压稳定。为了提高蜂巢状配电网的供电恢复能力，需要考虑基站和传统联络开关的相互配合。另外，在配电网网络重构时应当考虑含有DG的孤岛划分，以更好的利用分布式资源。
本方发明实施例还提供一种配电网故障恢复装置，参见图4，是本发明实施例提供的配电网故障恢复装置的结构示意图，所述装置包括：
模型构建模块，用于在系统发生故障后，根据获取的有源配电网信息建立基站数学模型，以及含柔性多状态开关的有源配电网恢复模型；
网络拓扑求解模块，用于根据二进制粒子群算法对所述有源配电网恢复模型进行求解传统开关和联络开关的开关状态，得到新的网络拓扑；
控制模式求解模块，用于根据二阶锥规划对所述数学模型进行求解，确定有源配电网负荷恢复总量、柔性开关控制的输出功率及控制模式；
供电恢复模块，用于根据得到的网络拓扑进行基站的上次供电恢复控制，根据基站切换模式进行基站的下层供电恢复控制。
需要说明的是，本发明实施例提供的所述配电网故障恢复装置能够执行上述实施例中任意实施例所述的配电网故障恢复方法，对配电网故障恢复装置的具体功能在此不作赘述。
参见图5，是本发明实施例提供的一种终端设备的结构示意图。该实施例的终端设备包括：处理器、存储器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，例如配电网故障恢复程序。所述处理器执行所述计算机程序时实现上述各个配电网故障恢复方法实施例中的步骤，例如图1所示的步骤S1～S4。或者，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述各装置实施例中各模块的功能。
示例性的，所述计算机程序可以被分割成一个或多个模块/单元，所述一个或者多个模块/单元被存储在所述存储器中，并由所述处理器执行，以完成本发明。所述一个或多个模块/单元可以是能够完成特定功能的一系列计算机程序指令段，该指令段用于描述所述计算机程序在所述终端设备中的执行过程。例如，所述计算机程序可以被分割成各个模块，各模块具体功能再次不作赘述。
所述终端设备可以是桌上型计算机、笔记本、掌上电脑及云端服务器等计算设备。所述终端设备可包括，但不仅限于，处理器、存储器。本领域技术人员可以理解，所述示意图仅仅是终端设备的示例，并不构成对终端设备的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件，例如所述终端设备还可以包括输入输出设备、网络接入设备、总线等。
所称处理器可以是中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等，所述处理器是所述终端设备的控制中心，利用各种接口和线路连接整个终端设备的各个部分。
所述存储器可用于存储所述计算机程序和/或模块，所述处理器通过运行或执行存储在所述存储器内的计算机程序和/或模块，以及调用存储在存储器内的数据，实现所述终端设备的各种功能。所述存储器可主要包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需的应用程序(比如声音播放功能、图像播放功能等)等；存储数据区可存储根据手机的使用所创建的数据(比如音频数据、电话本等)等。此外，存储器可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如硬盘、内存、插接式硬盘，智能存储卡(Smart Media Card,SMC)，安全数字(Secure Digital,SD)卡，闪存卡(Flash Card)、至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他易失性固态存储器件。
其中，所述终端设备集成的模块/单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明实现上述实施例方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个方法实施例的步骤。其中，所述计算机程序包括计算机程序代码，所述计算机程序代码可以为代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。所述计算机可读介质可以包括：能够携带所述计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、U盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种配电网故障恢复方法，其特征在于，所述方法包括：
在系统发生故障后，根据获取的有源配电网信息建立基站数学模型，以及含柔性多状态开关的有源配电网恢复模型；
根据二进制粒子群算法对所述有源配电网恢复模型进行求解传统开关和联络开关的开关状态，得到新的网络拓扑；
根据二阶锥规划对所述数学模型进行求解，确定有源配电网负荷恢复总量、柔性开关控制的输出功率及控制模式；
根据得到的网络拓扑进行基站的上次供电恢复控制，根据基站切换模式进行基站的下层供电恢复控制。
2.如权利要求1所述的配电网故障恢复方法，其特征在于，所述有源配电网信息具体包括：有源配电网的网络拓扑及参数信息、负荷接入位置、分布式电源接入位置、柔性多状态开关接入位置和容量、分段开关和联络开关接入位置和故障位置。
3.如权利要求1所述的配电网故障恢复方法，其特征在于，所述在系统发生故障后，根据获取的有源配电网信息建立故障发生前后基站控制模式的数学模型，以及含柔性多状态开关的有源配电网恢复模型，具体包括：
对基站相邻微网进行实时监测，根据获取的有源配电网信息确定基站在正常运行和相邻微网故障时的切换模式，构建基站控制模式的数学模型；
将有源配电网未恢复负荷功率和网络运行损耗之和最小作为供电恢复目标，建立目标函数，并配置蜂巢状配电网故障恢复的约束条件，确定所述有源配电网恢复模型。
4.如权利要求3所述的配电网故障恢复方法，其特征在于，基站在正常运行时的控制模式为PQ-PQ-UdcQ控制模式；
基站相邻的微网发生故障后，基站连接失电侧的换流器端口快速切换至V/f模式；
所述基站数学模型的基站传输的有功功率约束包括：
基站控制模式的数学模型的基站容量约束包括：
所述目标函数为：
其中，Pi load为节点i处的有功负荷，为节点i处的有功损耗；Iij为通过节点i到节点j之间的支路的电流；Rij为节点i到节点j之间的支路的电阻；Ωa为系统中失电区域的支路集合；Ωb为系统中正常供电的支路集合；Ωsop为基站的变换器端口集合；λ1、λ2为权重系数；a，b，c是基站与微网相连的换流器编号；Psop,a，Psop,b，Psop,c，Qsop,a，Qsop,b，Qsop,c分别为基站的换流器a，b，c向微网输入的有功功率和无功功率；Ploss sop,a，Ploss sop,b，Ploss sop,c分别为基站的换流器a，b，c的有功损耗；Ksop,a，Ksop,b，Ksop,c分别为换流器a，b，c的损耗系数；Ssop,a，Ssop,b，Ssop,c分别为换流器a，b，c的容量。
5.如权利要求4所述的配电网故障恢复方法，其特征在于，所述约束条件包括：安全运行约束、孤岛容量约束、系统潮流约束和拓扑结构约束；
所述系统潮流约束具体为：
Pi＝Pi DG+Psop,i-Pi Load
所述安全运行约束的节点电压约束为：
Umin≤Ui≤Umax；
所述安全运行约束的支路容量约束为：
所述孤岛容量约束具体为孤岛内分布式发电的发电容量大于孤岛内所有节点的有功负荷之和；
所述拓扑结构约束具体为重构后的配电网不包含环路；
其中，Pi DG和为节点i处分布式电源注入的有功功率和无功功率；Pi和Qi分别为节点i处的有功功率之和、无功功率之和；Psop,i和Qsop,分别向节点i输入的有功功率和无功功率；Pij和Qij为节点i流向节点j的有功功率和无功功率；Xij为支路ij的电抗；Ui为节点i处的电压；Iij为通过节点i到节点j之间的支路的电流；Rij为节点i到节点j之间的支路的电阻；Ωb为系统中正常供电的支路集合；Umin和Umax分别为节点i的电压上下限；/>为节点i到节点j之间的支路的电流上限。
6.如权利要求1所述的配电网故障恢复方法，其特征在于，所述根据二进制粒子群算法对所述有源配电网恢复模型进行求解传统开关和联络开关的开关状态，得到新的网络拓扑，具体包括：
在配电网重构中，将拓扑结构表示为每一个粒子，配电网的开关数对应粒子的维数，确定粒子的速度更新函数；
将粒子迭代后的速度代入sigmoid函数中可得到新一代的个体解；
在粒子更新位置后引入变异机制，计算粒子每位的变异概率；
根据改进的二进制粒子群算法进行搜索，确定全局最优位置，得到对应的传统开关和联络开关的开关状态；
其中，粒子的速度更新函数具体为：
新一代的个体解具体为：
粒子每位的变异概率为：
n为迭代次数，为粒子i在第n次迭代时的位置，Vi n为粒子i在第n次迭代时的速度，ω为惯性权重，/>ωmax和ωmin为惯性权重的上下限，nmax为最大迭代次数，c1、c2为学习因子，/>为第n次迭代时在0～1之间随机生成的参数，rn+1为在0～1之间随机生成的参数，/>Pbest为粒子的局部最优解，Gbest为粒子的全局最优解，xi为粒子i的当前解，rand为0～1之间的随机数。
7.如权利要求1所述的配电网故障恢复方法，其特征在于，所述根据二阶锥规划对所述数学模型进行求解，确定有源配电网负荷恢复总量、柔性开关控制的输出功率及控制模式，具体包括：
将所述数学模型的有功功率约束和基站容量约束进行旋转锥约束转化得到有功功率约束的二阶锥形式和基站容量约束的二阶锥形式；
将所述有源配电网恢复模型中系统潮流约束进行转化，得到系统潮流约束的二阶锥形式；
利用线性化和二阶锥松弛将蜂巢状配电网中基站的恢复供电问题转化为二阶锥模型的非线性整数规划问题，调用CPLEX分布式求解，确定有源配电网负荷恢复总量、柔性开关控制的输出功率及控制模式；
有功功率约束的二阶锥形式具体为：
基站容量约束的二阶锥形式为：
系统潮流约束的二阶锥形式为：
||[2Pij 2Qij I′ij-U′i]T||2≤I′ij+U′i；
PSOP为基站端口输出的有功功率，QSOP为基站端口输出的无功功率，为基站端口的有功损耗，ASOP为基站端口的损耗系数，SSOP为基站端口的容量，/>Iij为通过节点i到节点j之间的支路的电流，/>Ui为节点i处的电压，/>为节点i到节点j之间的支路的电流上限，Pij和Qij为节点i流向节点j的有功功率和无功功率。
8.一种配电网故障恢复装置，其特征在于，所述装置包括：
模型构建模块，用于在系统发生故障后，根据获取的有源配电网信息建立基站数学模型，以及含柔性多状态开关的有源配电网恢复模型；
网络拓扑求解模块，用于根据二进制粒子群算法对所述有源配电网恢复模型进行求解传统开关和联络开关的开关状态，得到新的网络拓扑；
控制模式求解模块，用于根据二阶锥规划对所述数学模型进行求解，确定有源配电网负荷恢复总量、柔性开关控制的输出功率及控制模式；
供电恢复模块，用于根据得到的网络拓扑进行基站的上次供电恢复控制，根据基站切换模式进行基站的下层供电恢复控制。
9.一种终端设备，其特征在于，包括处理器、存储器以及存储在所述存储器中且被配置为由所述处理器执行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1至7中任意一项所述的配电网故障恢复方法。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质包括存储的计算机程序，其中，在所述计算机程序运行时控制所述计算机可读存储介质所在设备执行如权利要求1至7中任意一项所述的配电网故障恢复方法。
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