本发明涉及一种同时考虑重构与孤岛划分的主动配电网故障恢复统一模型的方法，属于配电网运行与规划领域。
背景技术：
现今,由于分布式电源的接入，柔性负荷的普及，配电网已经向一个更加可控，更加多变的，复杂的网络发展，而也促使学者对传统配电网故障恢复运行策略进行改良，在配电网发生故障后，通过改变网络拓扑结构，即故障重构，在保证供电可靠性的基础上，使电网经济效益最优。同时也有在遇到网络故障，后续线路自动解列之后，运用分布式电源的黑启动功能，带动周边负荷，使部分负荷恢复供电，即孤岛划分优化。而本专利在模型方面，将主动配电网故障重构与孤岛划分纳入统一的数学模型求解，使用一体化的模型相比于目前研究比较多的分为两层运算，更易求得最优解。
而在算法上，对于孤岛划分，有学者使用背包树(tkp)树状算法并在计算结束后加入孤岛融合判定，此方法在优化后再孤岛融合，对优化结果进行修改，注定会对优化结果产生影响。而也有学者使用了混合整数二阶锥规划，但将孤岛数设定为分布式电源个数，即未考虑孤岛融合，也限制了策略的进一步优化。而本文发明了适用于孤岛划分的辐射状约束以及连通性约束，解决了这一问题，并使用混合整数二阶锥规划建立统一模型求解，更易求得最优解，并能节省配电网故障恢复运行策略。
技术实现要素：
本发明的目的是为了解决上述问题，提供一种同时考虑重构与孤岛划分的主动配电网故障恢复统一模型的方法。
为达到上述目的，本发明采用的方法是：一种同时考虑重构与孤岛划分的主动配电网故障恢复统一模型的方法，包括如下步骤：
步骤1)获取电网故障信息，网络拓扑结构，以及配网支路，分布式电源，开关状态信息，并预测故障时段所需负荷，故障时间，总结模型搭建所需的数据；
步骤2)确定故障恢复运行策略的目标函数，考虑电网经济性，考虑多时段切负荷成本，计及开关操作成本，在考虑切负荷成本时计及负荷的权重等级；
步骤3)构建的含重构与孤岛划分的统一数学模型，其中包含distflow潮流约束以及使用“虚拟潮流”的连通性约束；
步骤4)求解所建立的含重构与孤岛划分的统一数学模型，并得到最终主动配电网故障恢复运
行策略。
作为本发明的优选，所述步骤1)中，将所输入故障时段故障信息离散化，将故障时段分为n个时间区间，并将相应预测负荷以相同时间尺度离散化，为建立一个含多时段的，动态的重构与孤岛划分模型做准备。
作为本发明的优选，所述步骤2)中，以切负荷量最小为主目标，同时考虑开关操作成本，在考虑切负荷成本时计及负荷的权重等级，确定故障恢复运行策略的目标函数。要保证节点甩负荷量最小，即使得恢复负荷量最大，本文将预测负荷设为常量，将每节点甩负荷量设为优化变量，并同时将开关开合状态设为0-1变量，0代表开关断开，1代表开关闭合。目标函数考虑整个故障时段，故障恢复运行策略的目标函数表达式如下：
其中，cope代表总成本，cload代表甩负荷成本系数，nt表示故障时段时间区间的总个数，nbus代表网络中总的节点个数,δt代表故障时段每个时间区间长度，
作为本发明的优选，所述步骤3)中，所建立的含故障重构与孤岛划分统一数学模型约束条件如下：
①distflow潮流约束，以有功功率，无功功率和节点电压平方作为系统的状态变量，列些出系统的状态方程，并表示为约束条件的形式。考虑本专利在重构与孤岛划分时网络拓扑结构变化方面的变化，使用大m法进行修正，得到相应的节点有功功率平衡方程，节点无功功率平衡方程：
其中，规定支路信息中始节点流向末节点为正方向，
以及线路压降平衡方程，下述方程约束条件和模型转换处理对任意时段t均适用，对于每一时段的每条支路：
其中，m代表一个值很大的常数，
②支路功率限额约束，由于实际配电网的线路传输功率是有限的，在拓扑更改的过程中需要考虑线路传输功率的额定容量。其次，支路开合状态决定线路功率是否能够流通，当支路断开，支路传输功率应被钳位为零：
其中，
③节点电压限额约束，主动配电网故障恢复时段内需保证电网节点电压在安全区间以内，即电压偏差不超过k％，一般k取5～10：
其中，
④dg容量约束，接入配电网的分布式电源出力需在额定区间内：
其中，
⑤电流幅值约束，故障内每个时间段内线路的电流需在额定范围内，故新增电流幅值约束：
其中，
⑥将二次约束式松弛为锥形约束：
⑦辐射状与连通性约束，在配网动态重构与孤岛划分的过程中，网络结构须保持辐射状，本文在搭建“虚拟潮流”模型对主动配电网故障重构进行规范，而由于主动配电网故障恢复优化模型中存在孤岛划分，故配电网有可能被分割为多个区域，故根节点数目具有不确定性，根节点可以是变电站，也可以是分布式电源，孤岛个数也为优化的一部分，传统的辐射状与连通性约束不能很好的适应本文所搭建的模型，故本文创新性设置适用于混合整数二阶锥模型的孤岛划分辐射状与连通性约束：
其中，ndg为总的dg个数，nsub为总的变电站个数，c为根节点选定变量，为0-1变量根节点可以是dg，也可以是变电站，当dg或变电站对应的变量c取值为1，表示该dg或变电站为一个分割区域的根节点，则
令ndg+nsub＝nroot，则在主动配电网故障恢复策略中，最多出现nroot个分割区域，其中包括划分的孤岛以及分割后所剩的主网区域，apq＝1表示第p号节点被选中成为q号分割区域(第q列)的节点，如果分布式电源未被选中成为分割区域的根节点，则所对应的c变量被置零，依据上述限定，不会有负荷节点被选中成为未被选中dg对应分割区域内的节点，即未被选中dg不会划分出分割区域。式(13)表示电网参与孤岛划分优化的节点每一个节点属于且唯一属于一个分割区域。式(14)保证每个分割区域对应的根节点被选中。
故为保证辐射状约束，即电网在孤岛划分中，节点数减去分割区域数目再减去孤立节点数需等于运行的支路数：
由于a中，除去全为零的列，每一列代表一个分割区域，故在优化时需要保证区域内连通性，每一个分割区域内的节点需在拓扑结构改变后仍能相互连通，此时使用“虚拟潮流”的模型来确定孤岛内的连通性，设定每个分割区域中被选中的节点负荷为1，并从根节点开始注入功率，如果能流通(满足虚拟功率平衡方程)，则可以证明分割区域内的连通性：
forq＝1tonroot
其中，
⑧甩负荷约束，由于主动配电网中的负荷可分为不可控负荷以及可控负荷(柔性负荷)，对于可控负荷甩负荷量为可控量，对于不可控负荷，则只有两种情况，一种为甩去该节点所有负荷，一种则为不执行甩负荷操作，故对于甩负荷量，有如下约束要求：
其中，脚标c表示可控负荷，式(16)为可控负荷的甩负荷约束，脚标uc，表示不可控负荷，式(17)表示不可控负荷的甩负荷约束，z为0-1变量。
作为本发明的优选，所述步骤4)中，求解上述混合整数二阶锥问题(misocp)，并得出优化结果，得出依据故障时段内的动态信息，网络拓扑的操作，dg出力以及甩负荷策略，即主动配电网故障恢复统一运行策略。
有益效果：
本发明的方法同时考虑网络故障重构与孤岛划分两种策略，考虑负荷与分布式电源出力的可控性，相比传统配电网故障恢复，使得故障恢复策略优化涵盖更多可能性，并且将该问题转化为混合整数线性规划，节约了策略生成时间，更可精确地求得最优解。
具体实施方式
下面结合具体实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
本发明公开了一种同时考虑重构与孤岛划分的主动配电网故障恢复统一模型的方法，包括如下步骤：包括如下步骤：
步骤1)获取电网故障信息，网络拓扑结构，以及配网支路，分布式电源，开关状态信息，并预测故障时段所需负荷，故障时间，总结模型搭建所需的数据。将所输入故障时段故障信息离散化，将故障时段分为n个时间区间，并将相应预测负荷以相同时间尺度离散化，为建立一个含多时段的，动态的重构与孤岛划分模型做准备。
步骤2)确定故障恢复运行策略的目标函数，考虑电网经济性，考虑多时段切负荷成本，计及开关操作成本，在考虑切负荷成本时计及负荷的权重等级。
以切负荷量最小为主目标，同时考虑开关操作成本，在考虑切负荷成本时计及负荷的权重等级，确定故障恢复运行策略的目标函数。要保证节点甩负荷量最小，即使得恢复负荷量最大，本文将预测负荷设为常量，将每节点甩负荷量设为优化变量，并同时将开关开合状态设为0-1变量，0代表开关断开，1代表开关闭合。目标函数考虑整个故障时段，故障恢复运行策略的目标函数表达式如下：
其中，cope代表总成本，cload代表甩负荷成本系数，nt表示故障时段时间区间的总个数，nbus代表网络中总的节点个数,δt代表故障时段每个时间区间长度，
步骤3)构建的含重构与孤岛划分的统一数学模型，其中包含distflow潮流约束以及使用“虚拟潮流”的连通性约束；建立的含故障重构与孤岛划分统一数学模型约束条件如下：
①distflow潮流约束，以有功功率，无功功率和节点电压平方作为系统的状态变量，列些出系统的状态方程，并表示为约束条件的形式。考虑本专利在重构与孤岛划分时网络拓扑结构变化方面的变化，使用大m法进行修正，得到相应的节点有功功率平衡方程，节点无功功率平衡方程：
其中，规定支路信息中始节点流向末节点为正方向，
以及线路压降平衡方程，下述方程约束条件和模型转换处理对任意时段t均适用，对于每一时段的每条支路：
其中，m代表一个值很大的常数，
②支路功率限额约束，由于实际配电网的线路传输功率是有限的，在拓扑更改的过程中需要考虑线路传输功率的额定容量。其次，支路开合状态决定线路功率是否能够流通，当支路断开，支路传输功率应被钳位为零：
其中，
③节点电压限额约束，主动配电网故障恢复时段内需保证电网节点电压在安全区间以内，即电压偏差不超过k％，一般k取5～10：
其中，
④dg容量约束，接入配电网的分布式电源出力需在额定区间内：
其中，
⑤电流幅值约束，故障内每个时间段内线路的电流需在额定范围内，故新增电流幅值约束：
其中，
⑥将二次约束式松弛为锥形约束：
⑦辐射状与连通性约束，在配网动态重构与孤岛划分的过程中，网络结构须保持辐射状，本文在搭建“虚拟潮流”模型对主动配电网故障重构进行规范，而由于主动配电网故障恢复优化模型中存在孤岛划分，故配电网有可能被分割为多个区域，故根节点数目具有不确定性，根节点可以是变电站，也可以是分布式电源，孤岛个数也为优化的一部分，传统的辐射状与连通性约束不能很好的适应本文所搭建的模型，故本文创新性设置适用于混合整数二阶锥模型的孤岛划分辐射状与连通性约束：
其中，ndg为总的dg个数，nsub为总的变电站个数，c为根节点选定变量，为0-1变量根节点可以是dg，也可以是变电站，当dg或变电站对应的变量c取值为1，表示该dg或变电站为一个分割区域的根节点，则
令ndg+nsub＝nroot，则在主动配电网故障恢复策略中，最多出现nroot个分割区域，其中包括划分的孤岛以及分割后所剩的主网区域，apq＝1表示第p号节点被选中成为q号分割区域(第q列)的节点，如果分布式电源未被选中成为分割区域的根节点，则所对应的c变量被置零，依据上述限定，不会有负荷节点被选中成为未被选中dg对应分割区域内的节点，即未被选中dg不会划分出分割区域。式(13)表示电网参与孤岛划分优化的节点每一个节点属于且唯一属于一个分割区域。式(14)保证每个分割区域对应的根节点被选中。
故为保证辐射状约束，即电网在孤岛划分中，节点数减去分割区域数目数需等于运行的支路数：
由于a中，除去全为零的列，每一列代表一个分割区域，故在优化时需要保证区域内连通性，每一个分割区域内的节点需在拓扑结构改变后仍能相互连通，此时使用“虚拟潮流”的模型来确定孤岛内的连通性，设定每个分割区域中被选中的节点负荷为1，并从根节点开始注入功率，如果能流通(满足虚拟功率平衡方程)，则可以证明分割区域内的连通性：
forq＝1tonroot
其中，
⑧甩负荷约束，由于主动配电网中的负荷可分为不可控负荷以及可控负荷(柔性负荷)，对于可控负荷甩负荷量为可控量，对于不可控负荷，则只有两种情况，一种为甩去该节点所有负荷，一种则为不执行甩负荷操作，故对于甩负荷量，有如下约束要求：
其中，脚标c表示可控负荷，式(16)为可控负荷的甩负荷约束，脚标uc，表示不可控负荷，式(17)表示不可控负荷的甩负荷约束，z为0-1变量。
步骤4)求解所建立的含重构与孤岛划分的统一数学模型，并得到最终主动配电网故障恢复运行策略。求解上述混合整数二阶锥问题(misocp)，并得出优化结果，得出依据故障时段内的动态信息，网络拓扑的操作，dg出力以及甩负荷策略，即主动配电网故障恢复统一运行策略。
以上所述仅为本发明的较佳实施方式，本发明的保护范围并不以上述实施方式为限，但凡本领域普通技术人员根据本发明所揭示内容所作的等效修饰或变化，皆应纳入权利要求书中记载的保护范围内。