一种区域能源互联网多阶段配电网故障恢复方法及系统与流程

1.本发明涉及能源互联网领域，具体涉及一种区域能源互联网多阶段配电网故障恢复方法及系统。


背景技术：

2.能源互联网是以电力系统为核心，打破供电、供气、供冷、供热等各种能源供应系统单独规划、单独设计和独立运行的既有模式，在规划、设计、建设和运行的过程中，对各类能源的分配、转化、存储、消费等环节进行有机协调与优化，充分利用可再生能源的新型区域能源供应系统。基于不同的应用场景与规模，能源互联网可分为用户级、区域级以及跨区级。其中区域级能源互联网是以配电、配气、区域供热、局部供冷等多种供能系统耦合互联形成的区域社会综合供能网络。以配电网为核心的区域级能源互联网典型结构如图1所示，为负荷群提供能源服务的综合能源系统(integrated energy system，ies)通过配电网互联，形成区域级能源互联网。
3.区域能源互联网中的每座ies向相应的负荷群提供电/气/热/冷供能服务，其内部供能设备种类众多，按功能可以分为能量生产设备(如上级电网、光伏/风机等清洁能源发电、chp机组等)、能量转换设备(如热泵、p2g装置、热转冷设备、电制冷/热机等)、能量存储设备(如储电、储热、储冷、储气装置)。ies内部典型结构如图2所示。
4.综合能源系统的电能供给来自多方，包括电网、chp机组和可再生能源发电等，因此综合能源系统与配电网之间的功率传输不再是电网向负荷的单向流动，而存在着双向交互的可能。随着越来越多的综合能源系统接入配电网，配电网的运行、控制、故障恢复等策略都发生了变化。
5.目前配电网故障恢复研究主要集中于主动配电网中接入了大量的分布式电源后的故障恢复问题，在故障发生后，这些位于非故障失电区域内的负荷侧的分布式电源可以向失电的负荷单独进行供电，使得失电负荷的供电恢复不仅仅只依赖于主网对其进行供电恢复。目前大多数的故障恢复重构方法可以大致分为两个方面。第一个方面：充分的利用分布式电源可以形成孤岛的能力，通过一定的方法对分布式电源进行孤岛划分，当计及非故障失电区内负荷的重要性时，形成孤岛的过程中要优先保证失电区内重要负荷节点的供电恢复，以此来使得主动配电网系统的供电可靠性得到提高；第二个方面：充分利用主网的恢复能力，通过开关组合优化尽可能的恢复失电负荷，在此基础上，利用分布式能源形成孤岛的能力对无法恢复的失电负荷进行供电恢复。
6.以配电网为核心的区域能源互联网中，配电网既接有传统的用电负荷，也接有综合能源系统。目前针对区域能源互联网方面的研究主要集中在规划、运行控制方面，故障恢复和供能可靠性方面的研究尚处于起步阶段，其中针对能源互联网的故障恢复方面的研究主要是输能网络多能耦合支援问题和ies内部元件故障时的供能恢复问题，在配电网故障恢复方面尚无研究成果。


技术实现要素：

7.为了解决现有技术存在的问题，本发明提供一种区域能源互联网多阶段配电网故障恢复方法，所述区域能源互联网包括配电网和通过所述配电网互联的多个综合能源系统，所述配电网故障恢复方法包括：
8.当所述配电网发生故障时，按预先制定的多个故障恢复阶段的顺序逐步执行所述阶段对应的故障恢复策略，对各综合能源系统或配电网各节点负荷进行调整，直到所述配电网中各节点恢复供电；
9.其中，所述故障恢复阶段按执行顺序依次包括：开关操作阶段；调度可调资源阶段和强制停供阶段。
10.优选的，所述按预先制定的多个故障恢复阶段的顺序逐步执行所述阶段对应的故障恢复策略，直到所述配电网中各节点恢复供电，包括：
11.s1、基于所述开关操作阶段对应的故障恢复策略，对所述配电网进行重构；
12.s2、基于重构后的配电网，判断所述配电网中各节点是否恢复供电，当恢复供电时，执行s5；否则执行s3；
13.s3、基于重构后的配电网计算功率缺额，并基于所述功率缺额执行调度可调资源阶段对应的故障恢复策略，然后采用所述开关操作阶段对应的策略对所述配电网进行重构；
14.s4、基于重构后的配电网，判断所述配电网中各节点是否恢复供电，当恢复供电时，执行s5，否则，基于重构后的配电网计算功率缺额，并基于所述功率缺额执行强制停供阶段对应的故障恢复策略；
15.s5、完成故障恢复策略的执行。
16.优选的，所述综合能源系统包含如下运行状态：
17.调整综合能源系统内部负荷运行状态的第一运行状态；
18.当综合能源系统内部负荷调整至低限时的第一极限运行状态；
19.在第一极限运行状态的基础上将综合能源系统内部一部分可中断负荷停供的第二运行状态；以及将综合能源系统内部全部可中断负荷停供的第二极限运行状态；
20.在第二极限运行状态的基础上将综合能源系统内部一部分一般负荷停供的第二运行状态；以及将综合能源系统内部全部一般负荷停供的第三极限运动状态；
21.在第三极限运行状态的基础上将综合能源系统内部一部分较重要负荷停供的第四运行状态，以及将综合能源系统内部全部较重要负荷停供的第四极限运行状态；
22.其中，综合能源系统内部负荷包括：可中断负荷、一般负荷和较重要负荷。
23.优选的，所述开关操作阶段对应的故障恢复策略包括：
24.将各综合能源系统的运行状态与所述配电网中各节点，带入预先制定的网络重构模型，利用蚁群算法进行计算，确定所述配电网中各开关的状态；
25.所述网络重构模型以总失电负荷加权值最小、与主网失去连接的综合能源系统数量最少、网络损耗最小、开关操作次数最少为优化目标，调整配电网中各开关状态。
26.优选的，所述网络重构模型的构建包括如下过程：
27.基于总失电负荷加权值最小、与主网失去连接的综合能源系统数量最少、网络损耗最小、开关操作次数最少为优化目标制定多目标函数；
28.将多目标函数进行归一化处理；
29.对归一化后的多目标函数进行加权计算，并以加权计算后的最小值为目标构建单目标函数，并构建约束条件；
30.其中所述约束条件包括：节点电压约束、支路电流约束、功率平衡约束、配电网辐射运行约束和孤岛内功率约束。
31.优选的，所述调度可调资源阶段对应的故障恢复策略包括：
32.计算综合能源系统在第一极限运行状态时各联络线功率的削减量，并判断所有联络线功率的削减量之和是否大于等于设定倍数的功率缺额；当大于等于时，基于各综合能源系统之间联络线功率削减量第一分配策略对相应综合能源系统的运行参数进行调整，并修正联络线运行功率，然后结束执行；否则执行下一步；
33.将各综合能源系统调整在第一极限运行状态下运行，更新功率缺额；计算所有电网节点可中断负荷资源之和；判断所有电网节点可中断负荷资源之和是否大于等于设定倍数的功率缺额，当大于等于时，基于电网节点可中断负荷功率削减量分配策略操作相应的电网节点可中断负荷，并修正各电网节点可中断负荷的功率，然后结束调整；否则执行下一步；
34.将各综合能源系统调整在第一极限运行状态下运行，使用全部电网节点可中断负荷资源，更新功率缺额；计算各综合能源系统在第一极限状态与第二极限状态时联络线功率相邻极限差值，并判断所有综合能源系统相邻极限差值之和是否大于等于设定倍数的功率缺额；当大于等于时，基于各综合能源系统之间联络线功率削减量第二分配策对相应的综合能源系统运行参数进行调整，并修正联络线运行功率，然后结束执行；否则进入下一步；
35.将各综合能源系统调整在第二极限运行状态下运行，使用全部电网节点可中断负荷资源，修正联络线运行功率及电网节点可中断负荷值。
36.优选的，
37.所述联络线功率削减量第一分配策略包括：基于第一综合能源系统功率调节量分配模型，按综合能源系统所在位置逐步计算所述综合能源系统工作在第一运行状态下的功率调节量，直到所述功率调节量大于等于设定倍数的功率缺额；
38.所述电网节点可中断负荷功率削减量分配策略包括：基于电网节点可中断负荷功率消减分配模型按节点所在位置逐步计算各位置处电网节点可中断负荷资源；直到所述电网节点可中断负荷资源大于等于设定倍数的功率缺额；
39.所述联络线功率削减量第二分配策略包括：基于第二综合能源系统功率调节量分配模型，按综合能源系统所在位置逐步计算所述综合能源系统工作在第二运行状态下的功率调节量，直到所述功率调节量大于等于设定倍数的功率缺额。
40.优选的，所述第一综合能源系统功率调节量分配模型基于各综合能源系统在第一运行状态下的加权功率实际调节量之和最小为目标，并以综合能源系统调节量和功率平衡为约束条件进行构建；
41.所述基于各综合能源系统加权功率实际调节量之和最小为目标包括：以各综合能源系统在第一运行状态时联络线功率的实际调节量、以所述综合能源系统所在位置为权重进行加权求和确定。
42.优选的，综合能源系统调节量约束条件如下式：
[0043][0044]
式中，δp
i1
为第i座综合能源系统在第一运行状态下时联络线功率的实际调节量，为第i座综合能源系统在第一极限运行状态下的调节量；
[0045]
功率平衡为约束条件如下式：
[0046][0047]
式中，i为综合能源系统编号，n为综合能源系统数目，p
q1
为执行开关操作阶段对应的故障恢复策略后对所述配电网进行重构后的功率缺额。
[0048]
优选的，所述电网节点可中断负荷功率消减分配模型基于各电网节点可中断负荷加权值之和最小为目标，并以参与功率削减的电网节点可中断负荷功率削减量为约束条件进行构建；
[0049]
所述基于各电网节点可中断负荷加权值之和最小为目标包括：以各电网节点可中断负荷的负荷值结合所述节点所在位置为权重进行加权求和确定。
[0050]
优选的，所述以参与功率削减的节点的负荷功率削减量为约束条件包括如下计算式：
[0051][0052]
式中：mz为电网节点可中断负荷数目；为电网节点e的可中断负荷值；e为电网节点编号；p
q1
为执行开关操作阶段对应的故障恢复策略后对所述配电网进行重构后的功率缺额；i为综合能源系统编号；n为综合能源系统数目；为第i个综合能源系统在第一极限运行状态时联络线功率的削减量；i为任意一个参与功率削减的电网节点可中断负荷的负荷值，且
[0053]
优选的，所述第二综合能源系统功率调节量分配模型基于各综合能源系统在第二运行状态下的加权功率实际调节量之和最小为目标，并以综合能源系统调节量和功率平衡为约束条件进行构建；
[0054]
所述基于各综合能源系统加权功率实际调节量之和最小为目标包括：以各综合能源系统在第二运行状态时联络线功率的实际调节量、以所述综合能源系统所在位置为权重进行加权求和确定。
[0055]
优选的，综合能源系统调节量约束条件如下式：
[0056][0057]
式中，为第i座综合能源系统在第一极限运行状态下的调节量，δp
i2
为第i座综合能源系统在第二运行状态下的实际调节量，为第i座综合能源系统在第二极限运行状态下的调节量；
[0058]
功率平衡约束条件如下式：
[0059][0060]
式中，p
q1
为执行开关操作阶段对应的故障恢复策略后对所述配电网进行重构后的功率缺额，mz为电网节点可中断负荷数目，为电网节点e的可中断负荷值，e为电网节点编号，i为综合能源系统编号，n为综合能源系统数目，为第i个综合能源系统在第一极限运行状态时联络线功率的削减量。
[0061]
优选的，所述强制停供阶段对应的故障恢复策略，包括：
[0062]
计算所有电网节点一般负荷资源量，并判断所述资源量是否大于等于一定倍数的功率缺额，当大于等于时，基于电网节点一般负荷功率削减量分配策略对所述电网节点一般负荷进行操作，然后退出执行，否则执行下一步；
[0063]
对电网节点一般负荷全部进行削减，更新功率缺额，计算各综合能源系统在第二极限状态与第三极限状态时联络线功率相邻极限差值，判断相邻极限差值之和是否大于等于一定倍数的功率缺额，当大于等于时，基于各综合能源系统之间联络线功率削减量第三分配策略进行调整，然后退出执行；否则执行下一步；
[0064]
对电网节点一般负荷全部进行削减，将各综合能源系统调整在第三极限运行状态下，更新功率缺额；计算所有电网节点较重要负荷资源量，并判断所述资源量是否大于等于一定倍数的功率缺额，当大于等于时，基于电网节点较重要负荷功率削减量分配策略对相应的电网节点较重要负荷进行操作，然后退出执行，否则执行下一步；
[0065]
对全部电网节点一般负荷和全部电网节点较重要负荷执行切除操作，将各综合能源系统调整在第三极限运行状态下，更新功率缺额；计算各综合能源系统在第三极限状态与第四极限状态时联络线功率相邻极限差值，判断相邻极限差值之和是否大于等于一定倍数的功率缺额，当大于等于时，基于各综合能源系统之间联络线功率削减量第四分配策略对综合能源系统运行参数调整，然后修正联络线运行功率；否则，调整各综合能源系统运行在第四极限状态下，然后修正联络线运行功率。
[0066]
优选的，
[0067]
所述电网节点一般负荷功率削减量分配策略，包括：基于电网节点一般负荷功率削减分配模型按电网节点一般负荷所在位置逐步进行切除，并计算功率调节量，直到所述功率调节量大于等于设定倍数的功率缺额；
[0068]
所述各综合能源系统之间联络线功率削减量第三分配策略，包括：基于第三综合能源系统功率调节量分配模型按综合能源系统所在位置逐步进行切除，并计算功率调节量，直到所述功率调节量大于等于设定倍数的功率缺额；
[0069]
所述电网节点较重要负荷功率削减量分配策略，包括：基于电网节点较重要负荷功率削减分配模型按电网节点较重要负荷所在位置逐步进行切除，并计算功率调节量，直到所述功率调节量大于等于设定倍数的功率缺额；
[0070]
所述各综合能源系统之间联络线功率削减量第四分配策略，包括：基于第四综合能源系统功率调节量分配模型按综合能源系统所在位置逐步进行切除，并计算功率调节量，直到所述功率调节量大于等于设定倍数的功率缺额。
[0071]
优选的，所述电网节点一般负荷功率削减分配模型基于各电网节点一般负荷加权
值之和最小为目标，并以参与功率消减的节点的功率消减量为约束条件进行构建；
[0072]
所述基于各电网节点一般负荷加权值之和最小为目标：以各电网节点一般负荷的负荷值结合节点所在位置为权重进行加权求和确定。
[0073]
优选的，以参与功率削减的节点的负荷功率削减量约束条件如下式：
[0074][0075]
式中：my为电网节点一般负荷数目；为电网节点e的一般负荷值；e为电网节点编号；p
q2
为执行调度可调资源阶段对应的故障恢复策略后对所述配电网进行重构后的功率缺额；i为任意一个参与功率削减的电网节点一般负荷的负荷值，且
[0076]
优选的，所述第三综合能源系统功率调节量分配模型基于各综合能源系统在第三运行状态下的加权功率实际调节量之和最小为目标，并以综合能源系统调节量和功率平衡为约束条件进行构建；
[0077]
所述基于各综合能源系统加权功率实际调节量之和最小为目标包括：以各综合能源系统在第三运行状态时联络线功率的实际调节量、以所述综合能源系统所在位置为权重进行加权求和确定。
[0078]
优选的，综合能源系统调节量约束条件如下式：
[0079][0080]
式中，为第i座综合能源系统在第二极限运行状态下的调节量，为第i座综合能源系统在第三极限运行状态下的调节量，δp
i3
为第i座综合能源系统在第三运行状态下与配电网联络线功率的实际调节量；
[0081]
功率平衡约束条件如下式：
[0082][0083]
式中，my为电网节点一般负荷数目，i为综合能源系统编号，n为综合能源系统数目，为电网节点e的一般负荷值；e为电网节点编号；p
q2
为执行调度可调资源阶段对应的故障恢复策略后对所述配电网进行重构后的功率缺额。
[0084]
优选的，所述电网节点较重要负荷功率削减分配模型基于各电网节点较重要负荷加权值之和最小为目标，并以参与功率消减的节点的功率消减量为约束条件进行构建；
[0085]
所述基于各电网节点较重要负荷加权值之和最小为目标：以电网节点各较重要负荷的负荷值结合所述节点所在位置为权重进行加权求和确定。
[0086]
优选的，参与功率消减的节点的功率消减量为约束条件如下式：
[0087][0088]
式中：mj为电网节点较重要负荷数目；为电网节点e的一般负荷值；为电网
节点e的较重要负荷值；p
q2
为执行调度可调资源阶段对应的故障恢复策略后对所述配电网进行重构后的功率缺额；为第i座综合能源系统在第三极限运行状态下与第二极限运行状态下联络线传输功率调节量的差值；i为任意一个参与功率削减的电网节点较重要负荷的负荷值，且荷的负荷值，且
[0089]
优选的，所述第四综合能源系统功率调节量分配模型基于各综合能源系统在第四运行状态下的加权功率实际调节量之和最小为目标，并以综合能源系统调节量和功率平衡为约束条件进行构建；
[0090]
所述基于各综合能源系统加权功率实际调节量之和最小为目标包括：以各综合能源系统在第四运行状态时联络线功率的实际调节量、以所述综合能源系统所在位置为权重进行加权求和确定。
[0091]
优选的，综合能源系统调节量约束条件如下式：
[0092][0093]
式中：为第i座综合能源系统在第三极限运行状态下的调节量，δp
i4
为第i座综合能源系统在第四运行状态下与配电网联络线功率的实际调节量，为第i座综合能源系统在第四极限运行状态下的调节量；
[0094]
功率平衡约束条件如下式：
[0095][0096]
式中：my为电网节点一般负荷数目，mj为电网节点较重要负荷数目为电网节点较重要负荷数目，为电网节点e的一般负荷值；为电网节点e的较重要负荷值；p
q2
为执行调度可调资源阶段对应的故障恢复策略后对所述配电网进行重构后的功率缺额；为第i座综合能源系统在第三极限运行状态下与第二极限运行状态下联络线传输功率调节量的差值。
[0097]
优选的，所述位置包括：处于非故障停电区域，处于开关操作阶段重构后连接非故障停电区域的连接线上，处于上述两种位置之外的其他位置。
[0098]
基于同一种发明构思，本发明还提供一种区域能源互联网中配电网故障恢复系统，包括：
[0099]
调整模块，用于当电网发生故障时，按预先制定的多个故障恢复阶段的顺序逐步执行所述阶段对应的故障恢复策略，对各综合能源系统或配电网各节点进行调整，直到所述配电网中各节点恢复供电；
[0100]
其中，所述故障恢复阶段按执行顺序依次包括：开关操作阶段；调度可调资源阶段和强制停供阶段；
[0101]
所述区域能源互联网包括配电网和通过所述配电网互联的多个综合能源系统。
[0102]
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
[0103]
(1)本发明提出的一种区域能源互联网中多阶段配电网故障恢复方法及系统，包括：当所述配电网发生故障时，按预先制定的多个故障恢复阶段的顺序逐步执行所述阶段对应的故障恢复策略，对各综合能源系统或配电网各节点负荷进行调整，直到所述配电网
中各节点恢复供电；其中，所述故障恢复阶段按执行顺序依次包括：开关操作阶段；调度可调资源阶段和强制停供阶段，本发明提出的区域能源互联网包括配电网和通过所述配电网互联的多个综合能源系统，所述配电网故障恢复方法，本发明建立的分阶段的故障恢复策略及恢复流程，可以实现配电网在不同故障影响程度下有效、快速的故障恢复；
[0104]
(2)本发明的技术方案充分利用区域级能源互联网中多种能源耦合、互补互济、多能替代等特性，可以实现对配电网故障恢复过程中的支撑作用，进而有效地提高配电网故障恢复能力及可靠性水平；
[0105]
(3)本发明的技术方案综合考虑了负荷重要程度、各种设备约束，并且充分利用区域能源互联网中的多能资源，可以降低故障情况下由于供能中断造成的损失及故障恢复成本。
附图说明
[0106]
图1为以配电网为核心的区域级能源互联网典型结构图；
[0107]
图2为ies内部典型结构图；
[0108]
图3以配电网为核心的区域能源互联网电气系统结构示意图；
[0109]
图4为一种区域能源互联网多阶段配电网故障恢复方法示意图；
[0110]
图5为多阶段故障恢复具体流程。
具体实施方式
[0111]
综合能源系统内部含有多种能源供给设备及分布式发电装置，多种能源可以相互替代、互补互济，通过对ies内部进行优化调度和负荷控制，可以有效降低与电网联络线的传输功率，甚至向电网返送功率，由此可以有效提高配电网的故障恢复能力和可靠性水平。如何根据故障的影响程度差别化处理以提高故障恢复速度、如何通过合理调度ies以提高配电网的故障恢复能力、如何协调ies及电网负荷节点之间削减功率的分配，以确保重要负荷的持续供电和尽可能恢复更多的负荷，是区域能源互联网中配电网故障恢复研究亟需解决的问题。针对此问题本发明提出了一种以配电网为核心的区域能源互联网多阶段配电网故障恢复流程和方法。本发明可以根据电网故障的不同影响程度，分阶段采取相应的故障恢复策略，有利于快速供电恢复；可以在电网故障恢复过程中，通过对综合能源系统内部的优化调度和负荷控制，减少自配电网的输入功率或增加对配电网的返送功率，以支撑配电网的故障恢复；可以实现ies及电网负荷节点之间削减功率的合理分配，以尽可能减少故障影响范围和故障恢复代价。本发明有利于提高以配电网为核心的区域能源互联网的故障恢复能力和可靠性水平。
[0112]
为了更好地理解本发明，下面结合说明书附图和实例对本发明的内容做进一步的说明。
[0113]
实施例1：
[0114]
为实现上述目的，本发明提出的以配电网为核心的区域能源互联网电气系统结构如图3所示，图中横点虚线部分为联络开关，ies部分为接入配电网的用户侧综合能源系统，由短线组成的虚线线段为ies与电网之间的联络线，ies通过该联络线实现向电网购售电，该联络线上的传输功率简称为联络线功率。
[0115]
本发明提出的一种区域能源互联网多阶段配电网故障恢复方法，如图4所示，包括：当所述配电网发生故障时，按预先制定的多个故障恢复阶段的顺序逐步执行所述阶段对应的故障恢复策略，对各综合能源系统或配电网各节点负荷进行调整，直到所述配电网中各节点恢复供电；为区域能源互联网的故障恢复和可靠性评估提供技术基础和支持。
[0116]
本发明中故障恢复阶段可分为如下三个阶段，其中阶段二与阶段三又由若干个步骤组成；三个阶段按执行顺序依次为：
[0117]
阶段一：开关操作阶段，各个ies运行状态与电网节点负荷保持不变，仅在开关操作层面进行故障恢复。
[0118]
阶段二：调度可调资源阶段，包括ies内部设备参数调整、供热功率有限调整、操作ies内部可中断负荷，以及操作电网节点可中断负荷。阶段二通过调度以上可调资源弥补功率缺额，结合开关操作进行故障恢复。
[0119]
阶段三：强制停供阶段，当故障影响范围较大时，强制切除ies内部和电网节点的部分一般负荷甚至较重要负荷，确保恢复重要负荷。
[0120]
因此，按预先制定的多个故障恢复阶段的顺序逐步执行所述阶段对应的故障恢复策略，对各综合能源系统或配电网各节点负荷进行调整，直到所述配电网中各节点恢复供电具体包括：
[0121]
s1、基于所述开关操作阶段对应的故障恢复策略，对所述配电网进行重构；
[0122]
s2、基于重构后的配电网，判断所述配电网中各节点是否恢复供电，当恢复供电时，执行s5；否则执行s3；
[0123]
s3、基于重构后的配电网计算功率缺额，并基于所述功率缺额执行调度可调资源阶段对应的故障恢复策略，然后采用所述开关操作阶段对应的策略对所述配电网进行重构；
[0124]
s4、基于重构后的配电网，判断所述配电网中各节点是否恢复供电，当恢复供电时，执行s5，否则，基于重构后的配电网计算功率缺额，并基于所述功率缺额执行强制停供阶段对应的故障恢复策略；
[0125]
s5、完成故障恢复策略的执行。
[0126]
其中阶段二与阶段三体现了在整个配电网故障恢复过程当中，ies对电网供电恢复的支撑作用，可以有效提高电网的恢复能力与电网运行的可靠性。
[0127]
ies运行状态进行描述
[0128]
当需要ies实行负荷控制时，为便于论述，将ies在负荷控制下的运行状态进行分级并作如下定义：
[0129]
(1)第一运行状态：调整ies内部供能温度时的运行状态，并且当供能温度调整至低限时称为第一极限运行状态；
[0130]
(2)第二运行状态：在第一极限运行状态的基础上停供可中断负荷时的运行状态，并且当可中断负荷全部停供时称为第二极限运行状态；
[0131]
(3)第三运行状态：在第二极限运行状态的基础上，再停供一般负荷时的运行状态，并且当一般负荷全部停供时称为第三极限运行状态；
[0132]
(4)第四运行状态：在第三极限运行状态的基础上再停供较重要负荷时的运行状态，并且当较重要负荷全部停供时称为第四极限运行状态；
[0133]
当阶段一无法实现完全故障恢复时，对连接在电网上所有的ies分别在四级极限运行状态下进行优化调度，得出ies的联络线功率四级极限削减量，记为(i为ies编号，j为ies的极限运行状态级别，取值为1、2、3、4)
[0134]
此外，将相邻两级极限状态联络线削减功率差值称为相邻极限差值，记为(取正值，r取值为1、2、3)，例如为第i座ies在极限运行状态二情况下与极限运行状态一情况下联络线功率调节量的差值。
[0135]
结合图5对本发明三个阶段的故障恢复做详细介绍：
[0136]
故障恢复阶段一
[0137]
故障恢复阶段一为开关操作阶段，在此阶段中，各ies运行状态与电网节点负荷保持不变，仅局限于开关层面进行故障恢复，即通过网络重构进行故障恢复。
[0138]
(1)目标函数
[0139]
故障恢复过程中，以总失电负荷加权值最小、与主网失去连接的ies最少、网络损耗最小、开关操作次数最少为优化目标，优化变量为配电网中的开关状态，其目标函数为：
[0140][0141][0142][0143][0144]
式中：f1、f2、f3、f4分别为失电电网节点负荷加权值函数、主网失去连接的ies数目函数、网络损耗函数、开关次数函数；pk为负荷k的功率值；αk为负荷k的重要程度权值，负荷按重要程度分为重要负荷、较重要负荷和一般负荷；n为失电负荷集合；m为主网失去连接的ies的节点集合；p
iies
为ies与电网之间的传输功率；p
ys
、q
ys
分别为节点y流行向节点s的有功功率和无功功率；uy为节点y的电压；r
ys
为支路ys的的电阻；b为配电网节点集合；d为配电网开关集合；rv、bv分别为第v个开关故障恢复前后的状态，为0-1变量，0代表开关断开，1代表开关闭合。
[0145]
可利用判断矩阵法来实现多目标函数到单目标函数的转化，且应保证则原多目标问题目标函数可转化为：
[0146][0147]
式中：f
′1、f
′2、f
′3、f
′4分别为f1、f2、f3、f4归一化(即转换到区间[0,1])后的值，ω1、ω2、ω3、ω4为权重；以消除由于各目标函数取值数量级的不同对优化结果的影响；
[0148]
(2)约束条件
[0149]
1)节点电压约束
[0150]umin
≤uy≤u
max
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(6)
[0151]
式中：u
min
、u
max
为节点y的电压上下限；uy为节点y的电压值。
[0152]
2)支路电流约束
[0153]iys
≤i
ys,max
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(7)
[0154]
式中：i
ys
为流过支路ys的电流；i
ys,max
为支路ys的最大允许电流。
[0155]
3)功率平衡约束
[0156][0157][0158]
式中：py、qy分别为节点y注入的有功功率和无功功率；g
ys
、b
ys
、δ
ys
依次为节点y、s之间的电导、电纳和电压相角差；n为系统节点总数；uy、us分别为节点y、s的电压幅值。
[0159]
4)配电网电网辐射运行约束
[0160]
g∈υ
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(10)
[0161]
式中：g为故障恢复后的网络拓扑结构；υ为网络辐射状拓扑结构的集合。
[0162]
5)孤岛内功率约束
[0163][0164]
式中：i为向电网返售功率的ies编号；pi为第i座ies向电网返售的功率；k为孤岛负荷节点编号；d为孤岛内负荷节点集合；lk为孤岛内负荷节点功率。
[0165]
(3)求解方法
[0166]
蚁群算法是一种类似于种群进化的优化搜索方法，其本质是蚂蚁会在经过的路径上释放信息素来标识路径、交换信息，相同时间内路径较短的通路上存留的信息素浓度越高，蚂蚁再根据路径上信息素浓度寻找较短的通路，通过运用这样一种正反馈机制，蚁群可以很快地搜索最优的路径，该路径的信息素浓度也会最高，由于蚁群算法可以动态规划路径，因此可采用蚁群算法求解最优网络拓扑。
[0167]
(4)判定环节
[0168]
所有节点均实现恢复供电则完成故障恢复，否则统计功率缺额，可调节资源大于等于1.2倍功率缺额则进入阶段二步骤一，否则进入阶段二的步骤四(在使用全部可调节资源的基础上，再次网络重构并获得新的功率缺额)。其中“1.2倍”的选取主要考虑到以下两个方面的因素：
[0169]
1)功率在传输过程中会有一定的损耗。
[0170]
2)阶段一网络重构后所有的电网节点负荷以及ies主要分布在三个区域：非故障停电区域、连接非故障停电区域的连接线上、其他区域。其他区域的可调资源是否可以有效改善恢复效果不能确定(不一定满足配电网的运行约束)，所以需要留有一定的裕度，尽可能的保证失电负荷恢复供电。
[0171]
故障恢复阶段二
[0172]
故障恢复阶段二为调度可调资源阶段，在此阶段中，各ies可以通过降低供能温度运行，释放内部供电能力来减少联络线功率；可停供各ies内部可中断负荷中和电网节点可中断负荷。阶段二总共分为五个步骤，各个步骤的具体内容及相关模型如下：
[0173]
(1)步骤一
[0194][0195]
对于满足以下关系
[0196][0197]
式中：mz为电网节点可中断负荷数目。
[0198]
(3)步骤三
[0199]
将各个ies调整在第一极限运行状态下运行，使用全部电网节点可中断负荷资源，更新功率缺额。统计各个ies在极限状态1与极限状态2时联络线功率相邻极限差值判断相邻极限差值之和是否大于等于1.2倍的功率缺额，大于等于就进行ies运行参数调整，之后修正联络线运行功率并进入步骤五，否则进入步骤四。
[0200]
各ies之间联络线功率削减量第二分配策略为：首先考虑处于非故障停电区域的ies，不足再考虑处于阶段一重构后连接非故障停电区域的连接线上的ies，仍不足再考虑其他位置上的ies。第二综合能源系统功率调节量分配模型如下：
[0201]
1)目标函数
[0202][0203]
式中：i为ies编号；δp
i2
为第i座ies在第二运行状态下与配电网联络线功率的实际调节量；为权重系数(当ies处于非故障停电区域时取值为1，处于阶段一重构后连接非故障停电区域的连接线上时取值为10，处于其他区域时取值为100)
[0204]
2)ies调节量约束
[0205][0206]
式中：为第i座ies在极限运行状态2情况下的调节量。
[0207]
3)功率平衡约束
[0208][0209]
式中：各式含义同上。
[0210]
(4)步骤四
[0211]
将各个ies调整在第二极限运行状态下运行，使用全部电网节点可中断负荷资源，修正联络线运行功率及负荷节点负荷值。
[0212]
(5)步骤五
[0213]
采用阶段一的模型进行网络重构，所有节点恢复供电则完成故障恢复，否则统计功率缺额p
q2
，进入阶段三。
[0214]
故障恢复阶段三
[0215]
故障恢复阶段三为强迫停供阶段，在此阶段中，通过停供ies内部与电网节点的一般负荷、较重要负荷来保证重要负荷持续供能。阶段三总共分为五个步骤，各个步骤的具体内容及相关模型如下：
[0216]
(1)步骤一
[0217]
判断所有电网节点一般负荷资源是否大于等于1.2倍的功率缺额p
q2
，大于等于就操作电网节点一般负荷，之后修正联络线运行功率并进入步骤五，否则进入步骤二。
[0218]
电网节点一般负荷功率削减量分配策略为：首先考虑处于非故障停电区域的电网节点负荷，不足再考虑处于重构后连接非故障停电区域的连接线上的电网节点负荷，仍不足再考虑其他位置上的电网节点负荷。电网节点一般负荷功率削减分配模型如下：
[0219]
1)目标函数
[0220][0221]
式中：e为电网节点编号；为电网节点e的一般负荷值；为权重系数(当节点处于非故障停电区域时取值为1，处于重构后连接非故障停电区域的连接线上时取值为10，处于其他区域时取值为100)
[0222]
2)约束条件
[0223]
为了防止得出的削减方案大幅度的超过所要弥补的功率缺额，建立如下约束关系：
[0224]
参与功率削减的电网节点一般负荷功率削减集合为θ2[0225][0226]
对于满足以下关系
[0227][0228]
式中：my为电网节点一般负荷数目。
[0229]
(2)步骤二
[0230]
将电网节点一般负荷全部削减，更新功率缺额，统计各个ies在极限状态2与极限状态3时联络线功率相邻极限差值判断相邻极限差值之和是否大于等于1.2倍的功率缺额，大于等于就进行ies运行参数调整，之后修正联络线运行功率并进入步骤五，否则进入步骤三。
[0231]
各ies之间联络线功率削减量第三分配策略为：首先考虑处于非故障停电区域的ies，不足再考虑处于重构后连接非故障停电区域的连接线上的ies，仍不足再考虑其他位置上的ies。第三综合能源系统功率调节量分配模型如下：
[0232]
1)目标函数
[0233][0234]
式中：i为ies编号；δp
i3
为第i座ies在第三运行状态下与配电网联络线功率的实际调节量；ωi为权重系数(当ies处于非故障停电区域时取值为1，处于重构后连接非故障停电区域的连接线上时取值为10，处于其他区域时取值为100)
[0235]
2)ies调节量约束
[0236][0237]
式中：为第i座ies在第三极限运行状态下的调节量。
[0238]
3)功率平衡约束
[0239][0240]
式中：各式含义同上。
[0241]
(3)步骤三
[0242]
将电网节点一般负荷全部削减，各个ies调整在第三极限运行状态，更新功率缺额，判断所有电网节点较重要负荷资源是否大于等于1.2倍的功率缺额，大于等于就操作电网节点较重要负荷，之后修正联络线运行功率并进入步骤五，否则进入步骤四。
[0243]
电网节点较重要负荷功率削减量分配策略为：首先考虑处于非故障停电区域的电网节点负荷，不足再考虑处于重构后连接非故障停电区域的连接线上的电网节点负荷，仍不足再考虑其他位置上的电网节点负荷。电网节点较重要负荷功率削减分配模型如下：
[0244]
1)目标函数
[0245][0246]
式中：e为电网节点编号；为电网节点e的较重要负荷值；为权重系数(当节点处于非故障停电区域时取值为1，处于重构后连接非故障停电区域的连接线上时取值为10，处于其他区域时取值为100)
[0247]
2)约束条件
[0248]
为了防止得出的削减方案大幅度的超过所要弥补的功率缺额，建立如下约束关系：
[0249]
参与功率削减的电网节点较重要负荷功率削减集合为θ3[0250][0251]
对于满足以下关系
[0252][0253]
式中：为第i座ies在第三极限运行状态下与第二极限运行状态下联络线传输功率调节量的差值。
[0254]
(4)步骤四
[0255]
将全部电网节点一般负荷切除、电网节点较重要负荷切除、各ies调整在第三极限运行状态，更新功率缺额。统计各个ies在极限状态3与极限状态4时联络线功率相邻极限差值判断相邻极限差值之和是否大于等于1.2倍的功率缺额，大于等于就进行ies运行参数调整，之后修正联络线运行功率并进入步骤五。否则，调整各ies运行在极限状态4，之后修正联络线运行功率并进入步骤五。
[0256]
各ies之间联络线功率削减量第四分配策略为：首先考虑处于非故障停电区域的ies，不足再考虑处于重构后连接非故障停电区域的连接线上的ies，仍不足再考虑其他位置上的ies。第四综合能源系统功率调节量分配模型如下：
[0257]
目标函数
[0258][0259]
式中：i为ies编号；δp
i4
为第i座ies在第四运行状态下与配电网联络线功率的实际调节量；ωi为权重系数(当ies处于非故障停电区域时取值为1，处于重构后连接非故障停电区域的连接线上时取值为10，处于其他区域时取值为100)
[0260]
ies调节量约束
[0261][0262]
式中：为第i座ies在第四极限运行状态下的调节量。
[0263]
功率平衡约束
[0264][0265]
式中：各式含义同上。
[0266]
(5)步骤五
[0267]
采用阶段一的模型进行网络重构，得出最终的故障恢复方案。
[0268]
本发明提出的技术方案在区域能源互联网背景下含多座综合能源系统的配电网中，考虑不同主体利益、考虑负荷可靠性需求，综合能源系统有序调控与网络重构相结合的配电网故障恢复优化协调策略；
[0269]
本发明还考虑故障影响程度与综合能源系统调控能力相协调的含多座综合能源系统配电网递进式故障恢复流程。
[0270]
实施例2：
[0271]
基于同一种发明构思，本发明还提供了一种区域能源互联网多阶段配电网故障恢复系统，包括：调整模块，用于当电网发生故障时，按预先制定的多个故障恢复阶段的顺序逐步执行所述阶段对应的故障恢复策略，对各综合能源系统或配电网各节点进行调整，直到所述配电网中各节点恢复供电；
[0272]
其中，所述故障恢复阶段按执行顺序依次包括：开关操作阶段；调度可调资源阶段和强制停供阶段；
[0273]
所述区域能源互联网包括配电网和通过所述配电网互联的多个综合能源系统。
[0274]
本实施例中的调整模块具体实现了实施例1中的所述的区域能源互联网多阶段配电网故障恢复方法，这里不再赘述。
[0275]
本发明中的负荷根据供电可靠性的要求及中断供电在对人身安全、经济损失上所造成影响程度进行了分级，分级标准可以参照gb50052
‑‑‑
2009《供配电系统设计规范》的规定，凡是与《供配电系统设计规范》中相似的负荷都可以归入规定中设定的等级，等级的名称仅是符号，仅表示其重要程度，因此本发明的重要程度可适用所有可根据程度分类的负荷。
[0276]
《供配电系统设计规范》将负荷分为三级，本发明中的重要负荷对应《供配电系统设计规范》中一级负荷；较重要负荷对应《供配电系统设计规范》中二级负荷；《供配电系统设计规范》中的三级负荷中可随时中断的负荷对应本发明中的可中断负荷；三级负荷中剩
余负荷对应为一般负荷。
[0277]
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。
[0278]
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。
[0279]
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。
[0280]
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。
[0281]
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。
[0282]
以上仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均包含在申请待批的本发明的权利要求范围之内。