CN117394353B - 一种配电网负荷转供与恢复方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及电力规划技术领域，特别涉及一种配电网负荷转供与恢复方法及装置。本发明在配电网面对各种故障的情况下，提供一个配电网负荷高效转供与系统故障快速修复的协同优化恢复方案。本发明在传统配电网建模的基础上，结合图论的基本知识与观点，对多重故障修复序列下的故障处置方法进行建模，并结合故障修复序列的决策支撑，对元件故障的处置方法进行分析建模。本发明基于传统配电网的网络重构方法，并结合配电网的结构与故障后的状态，提出保持配电网辐射状网络拓扑的运行条件，并给出一个基于发电机主从控制策略的配电网负荷转供方法。

Description

一种配电网负荷转供与恢复方法及装置
技术领域
本发明涉及电力规划技术领域，特别涉及一种配电网负荷转供与恢复方法及装置。
背景技术
现代社会依靠可靠、经济的电力供应，电力系统规划一般需要满足一定的可靠性标准。但是近期频发的自然灾害为电力系统带来了严重的挑战，彰显了电力系统面对极端灾害应对能力不足的缺点。电力系统的安全运行不再是仅限于日常的安全维护与故障应急，而是在面对极端事件时还需要具有一定的灾害承受能力以及灾后恢复能力，即现代电力系统既要满足可靠性要求，还要具有强大的恢复力。
恢复力针对的是电力系统应对各种灾害和破坏的能力，即系统在遭受各种冲击事件时，在事前可以预防，事中能及时抵御，事后能够迅速恢复。电力系统，不仅要满足正常环境下的可靠运行，更需要能在极端灾害发生时维持必要的功能。日益频发的各种自然灾害和人为袭击正威胁着系统的安全可靠运行，恢复力已经成为电力系统发展的必然要求。同时，智能电网的快速发展，要求电力系统具有更高的灵活性、安全性、更高的电能质量、自愈能力。分布式电源、微电网、主动配电网等技术赋予了电网更多灵活有效的故障应对策略，使得弹性电网恢复力的主动提升成为可能。因此，开展弹性电网恢复力的研究也是智能电网发展的必然趋势。
对于配电网而言，随着主动配电网的不断发展，分布式电源、新能源机组的装机容量不断增加，电力电子器件大规模并网后，主动配电网对全概率下的各类系统故障的应对方式逐渐引起重视。主动配电网的资源类型较多，系统故障后的调整方式灵活，恢复手段多样，因此研究配电网故障后的负荷转供手段与系统恢复方案具有一定的实际意义。
发明内容
针对上述问题，本发明提供一种配电网负荷转供与恢复方法及装置，解决现有配电系统面对系统故障时的负荷转供与系统快速恢复策略，为电力系统高效强化与快速恢复提供新的解决方法。
第一方面，本发明提供了一种配电网负荷转供与恢复方法，所述方法包括：
在配电网发生故障后，衡量元件的故障位置、处置时间与负荷恢复总量因素，确定故障影响区域；
对故障影响区域，采用无向图分别构建多重故障修复序列下的故障处置模型和网络重构模型；
基于多重故障修复序列下的故障处置模型，以及网络重构模型，得到在配电网发生故障后的负荷转供与故障处置模型；
求解负荷转供与故障处置模型，并根据求解结果确定无向图中各节点的优先级，并对配电网的故障影响区域进行负荷转供与恢复。
进一步的，对故障影响区域，采用无向图分别构建多重故障修复序列下的故障处置模型和网络重构模型，包括：
将多重故障修复序列下的故障处置转化为基于无向图的移动路径问题，并分别对维修人员的移动路径、移动时间，以及线路的修复时间进行约束。
进一步的，对维修人员的移动路径、移动时间，以及线路的修复时间进行约束，包括：
假设系统中存在N l条故障线路，故障线路的集合为ΩMA={0, 1, 2, 3, …,N l,end}，其中“0”和“end”分别表示故障修复中心的起点与终点，在配电网恢复过程中，每个维修人员从起始节点“0”出发，最终回到终止节点“end”；为保证所有维修人员从起点“0”出发并在完成故障处置任务后最终回到终点“end”，故障处置方法需要满足如下方程：
(1)
(2)
其中，为故障修复序列c是否通过路径m-n的0-1整数变量，ΩMA为故障线路的集合；
在故障处置过程中，所有故障的处置过程均是连续的，且每个故障仅能依次访问，因此需满足如下约束：
(3)
(4)
其中，R i,c为故障修复序列c是否修复故障i的0-1整数变量。
对于每处故障而言，在处置过程中到达该故障进行故障处置的维修人员数量与离开该线路的维修人员数量必须相等，即
(5)
进一步的，对维修人员的移动路径、移动时间，以及线路的修复时间进行约束，还包括：
对于任意一条故障线路m，在经过的时间后，故障线路m会完成并重新并入配电网中，得到如下的方程：
(6)
(7)
(8)
(9)
(10)
(11)
(12)
其中，为维修人员c到达节点“0”的时间，/>为维修人员c到达故障线路m的时间，/>为维修人员c修复故障线路m的时间，/>为维修人员从线路m到达线路n的移动时间，/>是一个表征线路i何时完成修复的0-1整数变量；ε是一个小于1的正常数；是包含所有故障线路之间移动路径的集合；
约束条件6用于表示所有维修人员都从调度中心出发，在完成所有修复任务后立刻回到调度中心；
约束条件7为一个基于大M松弛法的方程，用于表示维修人员到达每个故障线路的时间；
约束条件8用于限制每条故障线路只能在维修人员完成对该线路的修复后并入系统，是一个表示线路i何时修复以及并入配电网的0-1整数变量，且仅在维修人员修复线路i的时刻取值为1，其他时刻均取值为0；
约束条件9和10用于限制每个故障线路在完成修复的时候会并入配电网，并在这一个时刻开始能够参与系统运行；
约束条件11用于通过大M法对维修人员到达故障线路i的时间进行限制；
约束条件12用于表示在线路修复并完成并网后能够调整运行方式。
进一步的，对故障影响区域，采用无向图分别构建多重故障修复序列下的故障处置模型和网络重构模型，还包括：
为保证主动配电网的辐射状拓扑结构，网络重构模型满足如下两个约束：
第一约束：系统中的孤岛数量、孤立节点数量之和，等于节点数减运行状态下的线路数；
第二约束：保证网络内部每个孤岛处于连通状态。
进一步的，第一约束：系统中的孤岛数量、孤立节点数量之和，等于节点数减运行状态下的线路数，包括：
(13)
其中，Ωbr为所有线路的集合，Γ为所有配电网节点的集合，Θ为所有分布式电源DG编号的集合，N s为配电站的数量，R为所有孤岛与孤立节点的数量，为所有调度时段的集合；|Γ|和|Θ|为集合Γ和Θ的基数。
进一步的，第二约束：保证网络内部每个孤岛处于连通状态，包括：
引入基于配电网连接状态的虚拟网络约束，表征网络的连通状态；在每个虚拟网络中，选择其中一个节点作为源节点，而其他节点均认为是负荷节点；而源节点则是从所有配电站与DG中进行选择；则基于虚拟网络的网络辐射状拓扑约束如下所示：
(14)
(15)
(16)
(17)
其中，F ij为虚拟网络中线路(i,j)流过的虚拟功率流，y ij为表示线路(i,j)运行状态的0-1整数变量，W j为节点j处注入的虚拟功率，δ(j)与π(j)分别为节点j的下游节点与上游节点集合，M为用于大M松弛法的一个较大的正常数，Π为所有源节点的备选集合。
进一步的，基于多重故障修复序列下的故障处置模型，以及网络重构模型，得到在配电网发生故障后的负荷转供与故障处置模型，包括：
基于多重故障修复序列下的故障处置模型，以及网络重构模型，得到在配电网发生故障后的负荷转供与故障处置模型；其目标函数为故障后各调度时段的系统负荷恢复最大，即
(18)
其中，w i为节点i处负荷的权重，p i,t为节点i在t时刻的恢复负荷；
负荷转供与故障处置模型的约束条件包括配电网功率平衡与安全约束，故障处置约束，以及网络重构约束；
其中，配电网功率平衡约束与安全约束如下所示；
(19)
(20)
(21)
其中，P s,i,t和Q s,i,t分别为线路(s,i)在t时刻流过的有功和无功功率流，p s,t和q s,t分别为节点s在t时刻的有功和无功负荷，v s,t为节点s在t时刻电压幅值的平方，r s,r和x s,r为线路(s,r)的电阻和电抗。
第二方面，本发明提供了一种配电网负荷转供与恢复装置，包括：建模单元和执行单元；
建模单元，用于对故障影响区域，采用无向图分别构建多重故障修复序列下的故障处置模型和网络重构模型；故障影响区域通过衡量元件的故障位置、处置时间与负荷恢复总量因素确定；
建模单元，还用于基于多重故障修复序列下的故障处置模型，以及网络重构模型，得到在配电网发生故障后的负荷转供与故障处置模型；
执行单元，用于求解负荷转供与故障处置模型，并根据求解结果确定无向图中各节点的优先级，并对配电网的故障影响区域进行负荷转供与恢复。
第三方面，本发明提供了一种电子设备，包括处理器、通信接口、存储器和通信总线，其中，处理器、通信接口和存储器通过通信总线完成相互间的通信；
存储器，存储有计算机程序；
处理器，用于执行存储器上所存储的计算机程序时，实现上述的配电网负荷转供与恢复方法。
第四方面，本发明提供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实现上述的配电网负荷转供与恢复方法。
本发明至少具备以下有益效果：
本发明提出了一种考虑多重故障修复序列的配电网负荷转供与恢复方法，该方法能够在配电网面对各种故障的情况下，提供一个配电网负荷高效转供与系统故障快速修复的协同优化恢复方案。
本发明能够在传统配电网建模的基础上，结合图论的基本知识与观点，对多重故障修复序列下的故障处置方法进行建模，并结合故障修复序列的决策支撑，对元件故障的处置方法进行分析建模。
本发明能够基于传统配电网的网络重构方法，并结合配电网的结构与故障后的状态，提出保持配电网辐射状网络拓扑的运行条件，并给出一个基于发电机主从控制策略的配电网负荷转供方法。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书以及附图中所指出的结构来实现和获得。
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一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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。
图1为本发明实施例负荷转供与恢复方法流程图；
图2为本发明实施例负荷转供与恢复装置结构示意图；
图3为电子设备结构示意图；
图4为故障处置与修复示意图；
图5为测试系统拓扑示意图；
图6为不同案例下负荷恢复情况示意图。
具体实施方式
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、完整地说明，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他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的在于提供一种考虑多重故障修复序列的配电网负荷转供与恢复方法，解决现有配电系统面对系统故障时的负荷转供与系统快速恢复策略，为电力系统高效强化与快速恢复提供新的解决方法。当电力系统发生故障的情况下，为系统进行负荷转供与快速修复提供一个合理的高效决策方案。
如图1所示，本发明提供了一种配电网负荷转供与恢复方法，所述方法包括：
S101，对故障影响区域，采用无向图分别构建多重故障修复序列下的故障处置模型和网络重构模型；故障影响区域通过衡量元件的故障位置、处置时间与负荷恢复总量因素确定；
S102，基于多重故障修复序列下的故障处置模型，以及网络重构模型，得到在配电网发生故障后的负荷转供与故障处置模型；
S103，求解负荷转供与故障处置模型，并根据求解结果确定无向图中各节点的优先级，并对配电网的故障影响区域进行负荷转供与恢复。
一实施例中，对故障影响区域，采用无向图分别构建多重故障修复序列下的故障处置模型和网络重构模型，包括：
将多重故障修复序列下的故障处置转化为基于无向图的移动路径问题，并分别对维修人员的移动路径、移动时间，以及线路的修复时间进行约束。
一实施例中，对维修人员的移动路径、移动时间，以及线路的修复时间进行约束，包括：
假设系统中存在N l条故障线路，故障线路的集合为ΩMA={0, 1, 2, 3, …,N l,end}，其中“0”和“end”分别表示故障修复中心的起点与终点，在配电网恢复过程中，每个维修人员从起始节点“0”出发，最终回到终止节点“end”；为保证所有维修人员从起点“0”出发并在完成故障处置任务后最终回到终点“end”，故障处置方法需要满足如下方程：
(1)
(2)
其中，为故障修复序列c是否通过路径m-n的0-1整数变量，ΩMA为故障线路的集合；
在故障处置过程中，所有故障的处置过程均是连续的，且每个故障仅能依次访问，因此需满足如下约束：
(3)
(4)
其中，R i,c为故障修复序列c是否修复故障i的0-1整数变量。
对于每处故障而言，在处置过程中到达该故障进行故障处置的维修人员数量与离开该线路的维修人员数量必须相等，即
(5)
一实施例中，对维修人员的移动路径、移动时间，以及线路的修复时间进行约束，还包括：
对于任意一条故障线路m，在经过的时间后，故障线路m会完成并重新并入配电网中，得到如下的方程：
(6)
(7)
(8)
(9)
(10)
(11)
(12)
其中，为维修人员c到达节点“0”的时间，/>为维修人员c到达故障线路m的时间，/>为维修人员c修复故障线路m的时间，/>为维修人员从线路m到达线路n的移动时间，/>是一个表征线路i何时完成修复的0-1整数变量；ε是一个小于1的正常数；是包含所有故障线路之间移动路径的集合；
约束条件6用于表示所有维修人员都从调度中心出发，在完成所有修复任务后立刻回到调度中心；
约束条件7为一个基于大M松弛法的方程，用于表示维修人员到达每个故障线路的时间；
约束条件8用于限制每条故障线路只能在维修人员完成对该线路的修复后并入系统，是一个表示线路i何时修复以及并入配电网的0-1整数变量，且仅在维修人员修复线路i的时刻取值为1，其他时刻均取值为0；
约束条件9和10用于限制每个故障线路在完成修复的时候会并入配电网，并在这一个时刻开始能够参与系统运行；
约束条件11用于通过大M法对维修人员到达故障线路i的时间进行限制；
约束条件12用于表示在线路修复并完成并网后能够调整运行方式。
一实施例中，对故障影响区域，采用无向图分别构建多重故障修复序列下的故障处置模型和网络重构模型，还包括：
为保证主动配电网的辐射状拓扑结构，网络重构模型满足如下两个约束：
第一约束：系统中的孤岛数量、孤立节点数量之和，等于节点数减运行状态下的线路数；
第二约束：保证网络内部每个孤岛处于连通状态。
进一步的，第一约束：系统中的孤岛数量、孤立节点数量之和，等于节点数减运行状态下的线路数，包括：
(13)
其中，Ωbr为所有线路的集合，Γ为所有配电网节点的集合，Θ为所有分布式电源DG编号的集合，N s为配电站的数量，R为所有孤岛与孤立节点的数量，为所有调度时段的集合；|Γ|和|Θ|为集合Γ和Θ的基数。
一实施例中，第二约束：保证网络内部每个孤岛处于连通状态，包括：
引入基于配电网连接状态的虚拟网络约束，表征网络的连通状态；在每个虚拟网络中，选择其中一个节点作为源节点，而其他节点均认为是负荷节点；而源节点则是从所有配电站与DG中进行选择；则基于虚拟网络的网络辐射状拓扑约束如下所示：
(14)
(15)
(16)
(17)
其中，F ij为虚拟网络中线路(i,j)流过的虚拟功率流，y ij为表示线路(i,j)运行状态的0-1整数变量，W j为节点j处注入的虚拟功率，δ(j)与π(j)分别为节点j的下游节点与上游节点集合，M为用于大M松弛法的一个较大的正常数，Π为所有源节点的备选集合。
一实施例中，基于多重故障修复序列下的故障处置模型，以及网络重构模型，得到在配电网发生故障后的负荷转供与故障处置模型，包括：
基于多重故障修复序列下的故障处置模型，以及网络重构模型，得到在配电网发生故障后的负荷转供与故障处置模型；其目标函数为故障后各调度时段的系统负荷恢复最大，即
(18)
其中，w i为节点i处负荷的权重，p i,t为节点i在t时刻的恢复负荷；
负荷转供与故障处置模型的约束条件包括配电网功率平衡与安全约束，故障处置约束，以及网络重构约束；
其中，配电网功率平衡约束与安全约束如下所示；
(19)
(20)
(21)
其中，P s,i,t和Q s,i,t分别为线路(s,i)在t时刻流过的有功和无功功率流，p s,t和q s,t分别为节点s在t时刻的有功和无功负荷，v s,t为节点s在t时刻电压幅值的平方，r s,r和x s,r为线路(s,r)的电阻和电抗。
如图2所示，本发明提供了一种配电网负荷转供与恢复装置，包括：建模单元201和执行单元202；
建模单元201，用于对故障影响区域，采用无向图分别构建多重故障修复序列下的故障处置模型和网络重构模型；故障影响区域通过衡量元件的故障位置、处置时间与负荷恢复总量因素确定；
建模单元201，还用于基于多重故障修复序列下的故障处置模型，以及网络重构模型，得到在配电网发生故障后的负荷转供与故障处置模型；
执行单元202，用于求解负荷转供与故障处置模型，并根据求解结果确定无向图中各节点的优先级，并对配电网的故障影响区域进行负荷转供与恢复。
如图3所示，本发明提供了一种电子设备，包括处理器301、通信接口302、存储器303和通信总线304，其中，处理器301、通信接口302和存储器303通过通信总线304完成相互间的通信；
存储器303，存储有计算机程序；
处理器301，用于执行存储器303上所存储的计算机程序时，实现上述的配电网负荷转供与恢复方法。
本发明提供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实现上述的配电网负荷转供与恢复方法。
该计算机可读存储介质可以是上述实施例中描述的设备/装置中所包含的；也可以是单独存在，而未装配入该设备/装置中。上述计算机可读存储介质承载有一个或者多个程序，当上述一个或者多个程序被执行时，实现根据本公开实施例的方法。
根据本公开的实施例，计算机可读存储介质可以是非易失性的计算机可读存储介质，例如可以包括但不限于：便携式计算机磁盘、硬盘、随机访问存储器（RAM）、只读存储器（ROM）、可擦式可编程只读存储器（EPROM或闪存）、便携式紧凑磁盘只读存储器（CD-ROM）、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。在本公开中，计算机可读存储介质可以是任何包含或存储程序的有形介质，该程序可以被指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用。
为使本领域的技术人员能更好的理解本发明，结合附图对本发明的原理阐述如下：
本发明采用以下技术方案：
（1）基于故障定位和故障修复下的故障处置修复决策，结合图论的基本观点，对多重故障修复序列下的故障处置方法进行建模；
（2）针对配电网的故障状态与故障线路位置，结合维修人员的调度修复策略，在保证配电网辐射状拓扑的前提下，基于对发电机主从控制策略，构建了基于多重故障修复序列的配电网网络重构策略，通过网络重构的方式进行负荷转供与恢复。
故障修复序列支撑下的故障处置方法建模
故障处置与修复是一种提高配电网恢复速度的重要方法。在配电网发生故障后，需要衡量元件的故障位置、处置时间与负荷恢复总量等因素，依次对故障元件进行转供和修复。通常而言，多重故障修复序列下的故障处置可以建模为一个基于图论的移动路径问题。假设系统中存在N l条故障线路，故障线路的集合为ΩMA={0, 1, 2, 3, …,N l,end}，其中“0”和“end”分别表示故障修复中心的起点与终点。在配电网恢复过程中，每个维修人员需要从起始节点“0”出发，最终回到终止节点“end”。图4给出了一个简单的故障处置与修复示意图。图中，两组维修人员的移动路径可表示为Rou 1={0, 1, 2, 3,end}与Rou 2={0, 4,5, 6,end}。为保证所有维修人员从起点“0”出发并在完成故障处置任务后最终回到终点“end”，故障处置方法需要满足如下方程：
(1)
(2)
其中，为故障修复序列c是否通过路径m-n的0-1整数变量，ΩMA为故障线路的集合。比如，对于第一个维修人员的移动路径Rou 1={0, 1, 2, 3,end}，有，而对于其他变量，取值均为0。
此外，在故障处置过程中，所有故障的处置过程均是连续的，且每个故障仅能依次访问，因此需满足如下约束：
(3)
(4)
其中，R i,c为故障修复序列c是否修复故障i的0-1整数变量。
考虑到每一处故障处置任务结束后，必须立刻离开该故障，因此对于每处故障而言，在处置过程中到达该故障进行故障处置的维修人员数量与离开该线路的维修人员数量必须相等，即
(5)
以上(1)-(5)对故障处置的移动路径进行了限定，下面需要对维修人员的移动时间，以及线路的修复时间进行限制。同样以图4中第一个维修人员的移动路径为例，维修人员到达故障线路1的时间为，到达故障线路2的时间为。对于任意一条故障线路m，在经过/>的时间后，故障线路m会完成并重新并入配电网中。考虑到以上运行约束，有如下的方程：
(6)/>
(7)
(8)
(9)
(10)
(11)
(12)
其中，为维修人员c到达节点“0”的时间，/>为维修人员c到达故障线路m的时间，/>为维修人员c修复故障线路m的时间，/>为维修人员从线路m到达线路n的移动时间，/>是一个表征线路i何时完成修复的0-1整数变量。ε是一个小于1的正常数。是包含所有故障线路之间移动路径的集合。
式(6)-(12)是用来表示维修人员移动与修复时间的相关约束。其中，约束条件(6)保证了所有维修人员都从调度中心出发，在完成所有修复任务后立刻回到调度中心。约束条件(7)是一个基于大M松弛法的方程，用于表示维修人员到达每个故障线路的时间。约束条件(8)用于限制每条故障线路只能在维修人员完成对该线路的修复后并入系统，是一个表示线路i何时修复以及并入配电网的0-1整数变量，且仅在维修人员修复线路i的时刻取值为1，其他时刻均取值为0。约束(9)和(10)用于限制每个故障线路在完成修复的时候会并入配电网，并在这一个时刻开始能够参与系统运行。同样以图4中第一个维修人员为例，假设维修人员在t=1时到达了故障线路1，并假设消耗/>的时间修复该线路，且维修人员从线路1到线路2的移动时间为/>，则/>,，且/>。约束条件(11)通过大M法对维修人员到达故障线路i的时间进行限制，约束条件(12)表示在线路修复并完成并网后能够调整运行方式。考虑到线路修复与网络重构相结合，在线路完成修复后，该条线路同样可以通过调整联络开关断开连接。
考虑主从控制策略与配网辐射状拓扑的网络重构策略
对于配电网，通常采用闭环设计、开环运行的方式进行，因此配电网在运行时往往会保持辐射状网络拓扑。考虑到配电网在故障后，会存在多个孤岛与孤立节点，同时在不同孤岛中，发电机的数量也存在差异，因此网络重构的流程如下：
（1）遍历所有节点，确定发生故障后配电网中的孤岛数量、孤立节点数量，并判断个孤岛与孤立节点与发电机的连接状态。
（2）确定备选重构线路集合。
（3）进行网络重构，并保证系统处于辐射状拓扑。对于含多个发电机的孤岛，根据发电机的容量、属性与位置，确定处于主从控制状态的发电机。
为保证主动配电网的辐射状拓扑结构，网络运行应满足如下两个条件：
（1）系统中的孤岛数量、孤立节点数量之和，等于节点数减运行状态下的线路数。
（2）保证网络内部每个孤岛处于连通状态。
为保证第一个条件，有如下的约束条件：
(13)
其中，Ωbr为所有线路的集合，Γ为所有配电网节点的集合，Θ为所有分布式电源（Distributed Generator, DG）编号的集合，N s为配电站的数量，R为所有孤岛与孤立节点的数量，T为所有调度时段的集合。|Γ|和|Θ|为集合Γ和Θ的基数。
为保证第二个条件，引入基于配电网连接状态的虚拟网络约束，表征网络的连通状态。在每个虚拟网络中，选择其中一个节点作为源节点，而其他节点均认为是负荷节点。而源节点则是从所有配电站与DG中进行选择。因此，基于虚拟网络的网络辐射状拓扑约束如下所示：
(14)
(15)
(16)
(17)
其中，F ij为虚拟网络中线路(i,j)流过的虚拟功率流，y ij为表示线路(i,j)运行状态的0-1整数变量，W j为节点j处注入的虚拟功率，δ(j)与π(j)分别为节点j的下游节点与上游节点集合，M为用于大M松弛法的一个较大的正常数，Π为所有源节点的备选集合。
基于多重故障修复序列的负荷转供与故障处置模型
基于多重故障修复序列下的故障处置模型，以及网络重构模型，可以给出在配电网发生故障后的负荷转供与故障处置模型。模型的目标函数为故障后各调度时段的系统负荷恢复最大，即
(18)
其中，w i为节点i处负荷的权重，p i,t为节点i在t时刻的恢复负荷。
约束条件主要包括配电网功率平衡与安全约束，故障处置约束，以及网络重构约束等。其中，配电网功率平衡约束与安全约束如下所示。
(19)
(20)/>
(21)
其中，P s,i,t和Q s,i,t分别为线路(s,i)在t时刻流过的有功和无功功率流，p s,t和q s,t分别为节点s在t时刻的有功和无功负荷，v s,t为节点s在t时刻电压幅值的平方，r s,r和x s,r为线路(s,r)的电阻和电抗。
另外，故障修复序列下的故障处置约束可见式(1)-(12)，网络重构约束可见式(13)-(17)，此处不再赘述。
为验证上述考虑多重故障修复序列的配电网负荷转供与恢复方法，设置如下算例场景：以某实际地区33节点配电系统为测试算例，包含一个变电站与3台分布式电源，其功率因数均设置为0.9，算例系统的拓扑图如图5所示。变电站与各发电机的装机容量与参数可见表1。
表1变电站与发电机相关数据
如图6所示，为验证本发明提出的方法的可行性与优势，本节设置两个案例进行对比分析，案例1使用本发明提出的故障修复序列模型进行分析计算，案例2采用故障修复进行分析。表2展示了整个系统在两个不同优化策略下修复成本的对比。在案例1中，当台风故障后即通过考虑多重故障修复序列的配电网负荷转供与恢复方法对配电网络进行重点恢复。通过采用本发明采取的方法，案例1中所配置储能的最大输出功率比容量案例2中的储能低15.6%，总容量低22.8%，这使得案例1的总恢复成本比案例2低8.6%。
表2两个案例中故障修复序列结果对比
同时，台风袭击后电力系统的负荷损失与恢复情况如下：在台风刚袭击配电系统时，案例1中的负荷损失标幺值为5.72p.u.，案例2中的负荷损失标幺值为6.50p.u.，案例1中的负荷损失比案例低12%。在随后的恢复过程中，案例1的负荷恢复速度更快，负荷恢复总量更高。在整个恢复过程中，案例1的负荷恢复时间比案例2快100分钟，案例1的负荷恢复总量比案例2的负荷恢复总量高36.6%。以上负荷恢复比例和速度均能说明本发明所提出的方法具有一定的优势与可行性。
尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.一种配电网负荷转供与恢复方法，其特征在于，所述方法包括：
对配电网的故障影响区域，采用无向图分别构建多重故障修复序列下的故障处置模型和网络重构模型；
基于多重故障修复序列下的故障处置模型，以及网络重构模型，得到在配电网发生故障后的负荷转供与故障处置模型；
求解负荷转供与故障处置模型，并根据求解结果确定无向图中各节点的优先级，并对配电网的故障影响区域进行负荷转供与恢复；
对故障影响区域，采用无向图分别构建多重故障修复序列下的故障处置模型和网络重构模型，包括：
将多重故障修复序列下的故障处置转化为基于无向图的移动路径问题，并分别对维修人员的移动路径、移动时间，以及线路的修复时间进行约束；
基于多重故障修复序列下的故障处置模型，以及网络重构模型，得到在配电网发生故障后的负荷转供与故障处置模型，包括：
其目标函数为故障后各调度时段的系统负荷恢复最大，即
(18)
其中，w i为节点i处负荷的权重，p i,t为节点i在t时刻的恢复负荷；
对维修人员的移动路径、移动时间，以及线路的修复时间进行约束，包括：
假设系统中存在N l条故障线路，故障线路的集合为ΩMA={0, 1, 2, 3, …, N l, end}，其中“0”和“end”分别表示故障修复中心的起点与终点，在配电网恢复过程中，每个维修人员从起始节点“0”出发，最终回到终止节点“end”；为保证所有维修人员从起点“0”出发并在完成故障处置任务后最终回到终点“end”，故障处置方法需要满足如下方程：
(1)
(2)
其中，为故障修复序列c是否通过路径m-n的0-1整数变量，ΩMA为故障线路的集合；
在故障处置过程中，所有故障的处置过程均是连续的，且每个故障仅能依次访问，因此需满足如下约束：
(3)
(4)
其中，R i,c为故障修复序列c是否修复故障i的0-1整数变量；
对于每处故障而言，在处置过程中到达该故障进行故障处置的维修人员数量与离开该线路的维修人员数量必须相等，即
(5)。
2.根据权利要求1所述的配电网负荷转供与恢复方法，其特征在于，
对维修人员的移动路径、移动时间，以及线路的修复时间进行约束，还包括：
对于任意一条故障线路m，在经过的时间后，故障线路m会完成并重新并入配电网中，得到如下的方程：
(6)
(7)
(8)
(9)
(10)
(11)
(12)
其中，为维修人员c到达节点“0”的时间，/>为维修人员c到达故障线路m的时间，为维修人员c修复故障线路m的时间，/>为维修人员从线路m到达线路n的移动时间，/>是一个表征线路i何时完成修复的0-1整数变量；ε是一个小于1的正常数；/>是包含所有故障线路之间移动路径的集合；
约束条件6用于表示所有维修人员都从调度中心出发，在完成所有修复任务后立刻回到调度中心；
约束条件7为一个基于大M松弛法的方程，用于表示维修人员到达每个故障线路的时间；
约束条件8用于限制每条故障线路只能在维修人员完成对该线路的修复后并入系统，是一个表示线路i何时修复以及并入配电网的0-1整数变量，且仅在维修人员修复线路i的时刻取值为1，其他时刻均取值为0；
约束条件9和10用于限制每个故障线路在完成修复的时候会并入配电网，并在这一个时刻开始能够参与系统运行；
约束条件11用于通过大M法对维修人员到达故障线路i的时间进行限制；
约束条件12用于表示在线路修复并完成并网后能够调整运行方式。
3.根据权利要求1所述的配电网负荷转供与恢复方法，其特征在于，
对故障影响区域，采用无向图分别构建多重故障修复序列下的故障处置模型和网络重构模型，还包括：
为保证主动配电网的辐射状拓扑结构，网络重构模型满足如下两个约束：
第一约束：系统中的孤岛数量、孤立节点数量之和，等于节点数减运行状态下的线路数；
第二约束：保证网络内部每个孤岛处于连通状态。
4.根据权利要求3所述的配电网负荷转供与恢复方法，其特征在于，
第一约束：系统中的孤岛数量、孤立节点数量之和，等于节点数减运行状态下的线路数，包括：
(13)
其中，Ωbr为所有线路的集合，Γ为所有配电网节点的集合，Θ为所有分布式电源DG编号的集合，N s为配电站的数量，R为所有孤岛与孤立节点的数量，为所有调度时段的集合；|Γ|和|Θ|为集合Γ和Θ的基数。
5.根据权利要求3所述的配电网负荷转供与恢复方法，其特征在于，
第二约束：保证网络内部每个孤岛处于连通状态，包括：
引入基于配电网连接状态的虚拟网络约束，表征网络的连通状态；在每个虚拟网络中，选择其中一个节点作为源节点，而其他节点均认为是负荷节点；而源节点则是从所有配电站与DG中进行选择；则基于虚拟网络的网络辐射状拓扑约束如下所示：
(14)
(15)
(16)
(17)
其中，F ij为虚拟网络中线路(i, j)流过的虚拟功率流，y ij为表示线路(i, j)运行状态的0-1整数变量，W j为节点j处注入的虚拟功率，δ(j)与π(j)分别为节点j的下游节点与上游节点集合，M为用于大M松弛法的一个较大的正常数，Π为所有源节点的备选集合。
6.根据权利要求1所述的配电网负荷转供与恢复方法，其特征在于，
基于多重故障修复序列下的故障处置模型，以及网络重构模型，得到在配电网发生故障后的负荷转供与故障处置模型，包括：
负荷转供与故障处置模型的约束条件包括配电网功率平衡与安全约束，故障处置约束，以及网络重构约束；
其中，配电网功率平衡约束与安全约束如下所示；
(19)
(20)
(21)
其中，P s,i,t和Q s,i,t分别为线路(s, i)在t时刻流过的有功和无功功率流，p s,t和q s,t分别为节点s在t时刻的有功和无功负荷，v s,t为节点s在t时刻电压幅值的平方，r s,r和x s,r为线路(s, r)的电阻和电抗。
7.一种配电网负荷转供与恢复装置，其特征在于，包括：建模单元和执行单元；
建模单元，用于对配电网的故障影响区域，采用无向图分别构建多重故障修复序列下的故障处置模型和网络重构模型；
建模单元，还用于基于多重故障修复序列下的故障处置模型，以及网络重构模型，得到在配电网发生故障后的负荷转供与故障处置模型；
执行单元，用于求解负荷转供与故障处置模型，并根据求解结果确定无向图中各节点的优先级，并对配电网的故障影响区域进行负荷转供与恢复；
对故障影响区域，采用无向图分别构建多重故障修复序列下的故障处置模型和网络重构模型，包括：
将多重故障修复序列下的故障处置转化为基于无向图的移动路径问题，并分别对维修人员的移动路径、移动时间，以及线路的修复时间进行约束；
基于多重故障修复序列下的故障处置模型，以及网络重构模型，得到在配电网发生故障后的负荷转供与故障处置模型，包括：
其目标函数为故障后各调度时段的系统负荷恢复最大，即
(18)
其中，w i为节点i处负荷的权重，p i,t为节点i在t时刻的恢复负荷；
对维修人员的移动路径、移动时间，以及线路的修复时间进行约束，包括：
假设系统中存在N l条故障线路，故障线路的集合为ΩMA={0, 1, 2, 3, …, N l, end}，其中“0”和“end”分别表示故障修复中心的起点与终点，在配电网恢复过程中，每个维修人员从起始节点“0”出发，最终回到终止节点“end”；为保证所有维修人员从起点“0”出发并在完成故障处置任务后最终回到终点“end”，故障处置方法需要满足如下方程：
(1)
(2)
其中，为故障修复序列c是否通过路径m-n的0-1整数变量，ΩMA为故障线路的集合；
在故障处置过程中，所有故障的处置过程均是连续的，且每个故障仅能依次访问，因此需满足如下约束：
(3)
(4)
其中，R i,c为故障修复序列c是否修复故障i的0-1整数变量；
对于每处故障而言，在处置过程中到达该故障进行故障处置的维修人员数量与离开该线路的维修人员数量必须相等，即
(5)。
8.一种电子设备，其特征在于，包括处理器、通信接口、存储器和通信总线，其中，处理器、通信接口和存储器通过通信总线完成相互间的通信；
存储器，存储有计算机程序；
处理器，用于执行存储器上所存储的计算机程序时，实现权利要求1-6中任一项所述的配电网负荷转供与恢复方法。
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实现权利要求1-6中任一项所述的配电网负荷转供与恢复方法。
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