一种配电网网络重构方法及系统与流程

1.本公开涉及配电网重构技术领域，特别涉及一种配电网网络重构方法及系统。


背景技术：

2.本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术，并不必然构成现有技术。
3.配电网重构是优化配电系统运行的重要手段之一，也是配电自动化研究的重要内容，在正常的运行条件下，调度人员可以根据运行参数通过改变开关开合状态调整网络结构，一方面降低网损，提高系统经济性，另一方面平衡负荷、消除过载，提高供电电压质量。主动配电网的网络重构既可以优化主动配电网的运行状态，又可以在发生故障后尽可能减少失负荷量。
4.分布式电源接入配电网后使原有的网络结构和运行控制方式产生了新的改变，例如，在含有dg和微电网的主动配电网在发生故障后，通过人为有意识的划分孤岛，可以继续对其涉及到的负荷进行供电，提高了供电可靠性。而传统的配电网中则不允许出现孤岛运行的情况出现。鉴于分布式电源(dg)和微电网的特殊性，含有dg和微电网的主动配电网网络重构与传统配电网网络重构的主要区别在于可以利用孤岛运行模式对岛内负荷进行供电。
5.发明人发现，含分布式电源及微电网的主动配电网网络重构包括以下问题：
6.(1)在重构过程中，需要对主动配电网进行潮流计算，而每次开关变化后，由于支路的改变使得支路的首、末节点等信息会发生变化，所以需要重新对主动配电网进行拓扑识别。
7.(2)主动配电网网络重构本身是一个复杂的非线性组合优化问题。这类问题具有大量的局部最优解，一般不可微、不连续、多维、有约束、高度非线性，存在求解困难的问题。
8.(3)以二进制编码的优化算法，当开关自由组合时会产生大量的不可行解，在重构过程中无法有效的避免不可行解的产生，算法效率较低。


技术实现要素：

9.为了解决现有技术的不足，本公开提供了一种配电网网络重构方法及系统，在最大化失电负荷恢复量的同时，优化配电网有功功率，减少了网络损耗。
10.为了实现上述目的，本公开采用如下技术方案：
11.本公开第一方面提供了一种配电网网络重构方法。
12.一种配电网网络重构方法，包括以下过程：
13.获取配电网参量数据；
14.根据获取的参量数据以及预设网络重构模型，得到配电网网络重构结构；
15.其中，预设网络重构模型以失电负荷恢复量最大和网络有功损耗最小进行多目标优化。
16.本公开第二方面提供了一种配电网网络重构系统。
17.一种配电网网络重构系统，包括：
18.数据获取模块，被配置为：获取配电网参量数据；
19.网络重构模块，被配置为：根据获取的参量数据以及预设网络重构模型，得到配电网网络重构结构；
20.其中，预设网络重构模型以失电负荷恢复量最大和网络有功损耗最小进行多目标优化。
21.本公开第三方面提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有程序，该程序被处理器执行时实现如本公开第一方面所述的配电网网络重构方法中的步骤。
22.本公开第四方面提供了一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的程序，所述处理器执行所述程序时实现如本公开第一方面所述的配电网网络重构方法中的步骤。
23.与现有技术相比，本公开的有益效果是：
24.1、本公开所述的方法、系统、介质及电子设备，在最大化失电负荷恢复量的同时，优化配电网有功功率，减少了网络损耗，在提高配电网精度重构精度的前提下提高了重构后配电网的稳定性。
25.2、本公开所述的方法、系统、介质及电子设备，引入中间变量将网络重构模型的约束转化为二阶锥形式，根据凸规划理论获取全局最优解，有效的避免了不可行解的产生，提高了配电网重构效率。
附图说明
26.构成本公开的一部分的说明书附图用来提供对本公开的进一步理解，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的不当限定。
27.图1为本公开实施例1提供的配电网网络重构方法的流程示意图。
28.图2为本公开实施例1提供的可行域简化示意图。
29.图3为本公开实施例1提供的含分布式电源和微电网的ieee 33节点配电网结构示意图。
30.图4为本公开实施例1提供的ieee 33初始网络节点电压分布示意图。
31.图5为本公开实施例1提供的支路4故障示意图。
32.图6为本公开实施例1提供的支路4故障隔离示意图。
33.图7为本公开实施例1提供的支路4故障网络重构结果。
34.图8为本公开实施例1提供的支路4故障网络重构示意图。
35.图9为本公开实施例1提供的支路4故障网络重构后节点电压分布图。
36.图10为本公开实施例1提供的支路27故障示意图。
37.图11为本公开实施例1提供的支路27故障隔离示意图。
38.图12为本公开实施例1提供的支路27故障网络重构结果。
39.图13为本公开实施例1提供的支路27故障网络重构示意图。
40.图14为本公开实施例1提供的支路27故障网络重构后节点电压分布图。
具体实施方式
41.下面结合附图与实施例对本公开作进一步说明。
42.应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本公开提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本公开所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
43.需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本公开的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
44.在不冲突的情况下，本公开中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
45.实施例1：
46.如图1所示，本公开实施例1提供了一种配电网网络重构方法，包括以下过程：
47.获取配电网参量数据；
48.根据获取的参量数据以及预设网络重构模型，得到配电网网络重构结构；
49.其中，预设网络重构模型以失电负荷恢复量最大和网络有功损耗最小进行多目标优化。
50.具体的，包括以下内容：
51.s1：目标函数
52.主动配电网网络重构是一个多约束的非线性优化问题。本实施例将失电负荷恢复量最大和网络有功损耗最小作为目标函数，并综合考虑网络拓扑结构、dg容量、节点电压安全、支路功率等约束，具体数学模型如下：
[0053][0054][0055]
上述目标函数为失电负荷恢复量和网络损耗的多目标优化函数，希望在最大化失电负荷恢复量的同时，优化配电网有功功率，减少网络损耗。
[0056]
其中，l为负荷有功向量；λk为失电母线(负荷节点)k负荷的重要程度；lk为负荷节点k的负荷有功功率；yk为状态变化参数，y＝1表示已恢复，y＝0表示未恢复；r表示失电负荷节点数，ii为各支路电流有效值，ri为各支路的电阻，l为支路总数。
[0057]
要求供电恢复决策应尽可能多地恢复失电区域的用户供电。为了尽快对供电负荷进行恢复，在此不考虑每一负荷点进行下一级负荷的切除，即对于某一负荷点，要么恢复供电、要么切除，不考虑部分恢复部分切除的情况。
[0058]
s2：约束条件
[0059]
网络重构过程应满足的约束条件包括功率平衡约束、节点电压约束、支路容量约束、dg功率约束、网络结构约束、储能功率约束、电容器投切约束，具体如下：
[0060]
s2.1：功率平衡约束
[0061][0062]
其中，pi、qi为节点i净注入有功功率和无功功率；g
ij
、b
ij
、δ
ij
为节点i、j之间的电导、电纳和电压相角差；vi、vj是节点电压；α
ij
为节点i、j之间连通性变量，α
ij
＝1表示节点i、j之间的线路开关闭合，α
ij
＝0表示节点i、j之间的线路开关断开。
[0063]
功率平衡约束保证在网络重构过程中电源和负荷的功率平衡，当电源负荷不能守恒时，可以适当切除部分负荷。
[0064]
s2.2：节点电压约束
[0065]vimin
≤vi≤v
imax
[0066]
节点电压约束保证在网络重构过程中各负荷节点电压在允许范围内。根据gb/t 12325-2008《电能质量供电电压偏差》，对于三相10kv配电网，电压允许偏差为
±
7％。
[0067]
s2.3：支路容量约束
[0068][0069]
式中，si、为支路i视在功率及支路i容量允许最大值，支路容量约束保证在网络重构过程中供电的安全。
[0070]
s2.4：dg功率约束
[0071][0072]
式中，p
dg，i
和q
dg，i
为节点i处dg有功、无功出力；为节点i处dg有功、无功出力上限值；为节点i处dg有功、无功出力下限值。
[0073]
dg功率约束是为了在网络重构过程中，孤岛内dg按合适的出力运行，不超出出力上下限。因配电网网络重构过程持续时间较短，为进一步简化模型，可认为dg出力在短期内恒定，即不考虑网络重构过程中dg出力的波动性。
[0074]
s2.5：网络结构约束
[0075]
g∈g
[0076]
其中，g为网络重构新形成的网络结构，g为所有能满足负荷供电的辐射状且无孤立节点的网络拓扑结构集。网络结构约束保证了网络重构过程中网络结构满足辐射状且无孤立节点。
[0077]
s2.6：储能功率约束
[0078]
0≤p
bess,i
≤p
max,i
[0079]
其中，p
bess,i
为节点i处的有功出力，p
max,i
为节点i处储能装置的最大功率。
[0080]
储能功率约束保证了网络重构过程中各节点储能装置按合适的出力运行，不超过出力上下限，因配电网网络重构过程持续时间较短，对于微电网中的储能装置，本模型暂不考虑其容量限制。
[0081]
s2.7：电容器投切约束
[0082]
电容器组在配电网运行调度的过程中作为离散型决策变量，在一个调度周期内其
操作次数有严格限制，且每一次投切都是成组操作，即电容器组的运行应满足如下约束条件：
[0083][0084]
式中，为节点i处的补偿容量，表示投入单组电容器组的补偿容量，为节点i处的供投切的电容器组数量，为节点i处的可供投切的电容器组总数。电容器投切约束保证了网络重构过程中各节点电容器组投切按合适的补偿容量确定，不超过补偿容量的上下限。
[0085]
s3：面向主动配电网网络重构的快速求解算法
[0086]
在主动配电网网络重构模型中，考虑到极坐标下交流潮流约束在配网重构模型中引入了非线性和非凸性，其强非凸形式使重构问题变为一个np难题，难以求得最优解，且求解效率不高。因此需要利用二阶锥技术对其作一步松弛，引入中间变量将约束转化为二阶锥形式，根据凸规划理论可获取全局最优解。
[0087]
引入中间变量如下：
[0088]
ui＝v
i2
，i＝1，2，
…
，n
[0089]rij
＝v
ivj cosδ
ij
[0090]
t
ij
＝v
ivj sinδ
ij
[0091]
式中，i、j为线路连接的节点，l＝1，2
…
，n。
[0092]
应用上述中间变量，对潮流约束进行简化，可得：
[0093][0094][0095]
其中，
[0096]
p
ij
＝g
ijui-g
ijrij-b
ij
t
ij
[0097]qij
＝b
ij
ui+b
ijrij-g
ij
t
ij
[0098]
uiuj=r
ij2
+t
ij2
[0099]
以上三式构成了配电网网络潮流约束的二阶锥形式。
[0100]
上式中仍然含有二次项，可行域为该二阶锥的表面，整个模型仍然为非凸规划问题，为了便于求解，需要对上式进行松弛，可得：
[0101]
uiuj≥r
ij2
+t
ij2
[0102]
此时，可行域松弛为整个二阶锥体，成为凸可行域。
[0103]
对上式变形可得其二阶锥形式：
[0104][0105]
该二阶锥约束可以采用两个三维二阶锥联合表示：
[0106][0107][0108]
上述二式的形式与下式相同：
[0109][0110]
采用ben-tal and nemirovski提出的“ε-松弛”法，可以将二阶锥采用多面体近似描述，从而在求解过程中将misocp问题转化为混合整数线性规划问题求解。
[0111]
二阶锥的多面体近似表达式为：
[0112][0113]
a0≥|x1|
[0114]
b0≥|x2|
[0115][0115][0116]ak
≤x3[0117][0118]
在求解二阶锥规划问题时，可以通过转换为线性规划问题求解。当ε越小，
[0119]
对二阶锥的多面体近似描述精度就越高。
[0120]
松弛变量ε可表达为：
[0121][0122]
当k取11时，可求得ε≈6
×
10-7
。
[0123]
此时，misocp问题近似等价于milp问题，可通过cplex等软件包求解。
[0124]
s4：算例分析
[0125]
本实施例对发生故障的ieee 33节点系统进行了网络重构，该算例满足以下假设：
[0126]
(1)在ieee 33节点系统的基础上，接入了若干分布式电源、微电网、储能设备及电容器组，并根据孤岛划分策略形成计划孤岛。当计划孤岛外发生故障时，系统按计划孤岛运行。
[0127]
(2)每条支路两端均装设有开关。当故障发生在支路上时，需要断开该支路两端的开关来隔离故障；当故障发生在节点上时，需要断开与节点相邻的所有支路上的开关来隔离故障。
[0128]
(3)所提故障均为永久性故障。
[0129]
含分布式电源和微电网的ieee33节点配电网结构如图3所示。图中，es额定功率为100kw，dg1额定功率为150kw，dg2额定功率为400kw，功率因数均为0.98；mg对外输出功率满足p
mg
＝117.3-23.2β，正常工作时取94.1kw；实线为支路，虚线为联络开关；节点编号及支路编号标于图中；系统总负荷为3715kw+2300kvar，电压等级为12.66kv。根据孤岛划分策略，
es计划孤岛为节点20，dg1计划孤岛为节点10、11，dg2计划孤岛为节点30、31，mg计划孤岛为节点22。
[0130]
当正常工作时，含分布式电源和微电网的ieee 33节点系统网络电压分布情况如图4所示(变压器低压侧电压为1.00p.u.)由图可知，节点17电压最低，其标幺值为0.929。
[0131]
s4.1：故障1：假设永久故障发生在支路4
[0132]
假设永久故障发生在支路4(节点3与4之间)，故障示意图如图5所示。
[0133]
发生故障后，变电站出线断路器跳闸，支路1开关断开，以检测故障。当检测到故障发生在支路4时，通过断开支路4两端开关隔离故障。系统中分布式电源、微电网和储能均按计划孤岛运行，故障隔离后的网络如图6所示。
[0134]
由图6可知，网络重构过程中可操作的开关包括支路10，12，20，21，22，23，30，32，33，34，35，36，37及变电站馈线出线(支路1)所包含的开关。在实际运行过程中，网络重构需要首先合上变电站馈线出线开关。利用本实施例提出的网络重构方法对故障隔离后的网络进行重构，结果如图7所示。
[0135]
如图7所示，当正常运行时，支路33，34，35，36，37的联络开关均打开，孤岛供电负荷为0，系统中节点17电压最低，电压标幺值为0.929，系统有功损耗和无功损耗分别为128kw和80kvar。当支路4故障，变电站馈线出线开关断开，分布式电源、微电网与储能装置均按计划孤岛运行，支路1，4，10，12，20，21，22，23，30，32开关断开，开关动作次数为10次，失电负荷为3160kw，孤岛供电负荷为555kw。进行网络重构后，支路1，10，12，20，21，22，23，30，32，34，35，37开关闭合，支路11，14，25开关断开，网络重构所需操作开关次数16次，重构后网络结构如图8所示。网络重构后电压最低节点为节点32，电压标幺值为0.947，相比网络重构前提升了约2％，电压分布情况如图9所示。网络重构后，系统有功损耗为108kw，相比网络重构前降低了15.6％，而系统无功损耗从80kvar增加到84kvar。
[0136]
s4.2：故障2：假设永久故障发生在支路27
[0137]
假设永久故障发生在支路27(节点26与27之间)，如图10所示。发生故障后，变电站出线断路器跳闸，支路1开关断开，以检测故障。当检测到故障发生在支路27时，通过断开支路27两端开关隔离故障。系统中分布式电源、微电网及储能装置均按计划孤岛运行。故障隔离后的网络如图11所示。
[0138]
由图11可知，网络重构过程中可操作的开关包括支路10，12，20，21，22，23，30，32，33，34，35，36，37及变电站馈线出线(支路1)所包含的开关。在实际运行过程中，网络重构需要首先合上变电站馈线出线开关。利用本文提出的网络重构方法对故障隔离后的网络进行重构，结果如图12所示。
[0139]
如图12所示，当正常运行时，联络开关33，34，35，36，37均打开，孤岛供电负荷为0，系统中节点17电压最低，电压标幺值为0.929。当支路27故障，变电站馈线出线开关断开，分布式电源、微电网及储能装置均按计划孤岛运行，支路1，10，12，20，21，27，30，32的开关打开，开关动作次数为10次，失电负荷为3160kw，孤岛供电负荷为555kw。进行网络重构后，支路1，10，12，20，21，22，23，30，32，33，34，35，36，37开关闭合，支路7，11，14，36开关断开，网络重构所需操作开关次数17次，重构后网络结构如图13所示。网络重构后电压最低节点为节点31，电压标幺值为0.949。电压分布情况如图14。
[0140]
本实施例还提供了一种含分布式电源及微电网的主动配电网的故障恢复策略，具
体包括：
[0141]
(1)基于风险电量评估微电网的对外供电能力，确定微电网参与孤岛划分及故障恢复的出力，通过模特卡罗模拟技术计算一定置信水平情况下的微电网对外供电能力；
[0142]
(2)在故障发生前对主动配电网中的所有分布式电源及微电网进行分析处理，形成可行计划孤岛，同时将计划孤岛边界的分段开关调换成具有检同期合闸功能的开关，以便于故障修复后的孤岛重新并网运行；
[0143]
(3)当永久性故障发生后，先按故障进行故障诊断，再确定故障馈线中是否存在分布式电源或微电网，如有，则转入计划孤岛运行；
[0144]
(4)断开分布式电源及微电网孤岛形成所需的开关，计算孤岛内功率是否能够达到平衡，如果否，则进行甩负荷操作；
[0145]
(5)进行故障定位与隔离，调整故障后配电网络结构信息，寻找非故障停电区域可行的供电恢复路径，确定可操作分段开关和联络开关数目，并进行分类；
[0146]
(6)确定改进粒子群算法中的基本参数，执行供电恢复的主动配电网网络重构算法的流程；
[0147]
(7)寻找系统中是否存在不能被恢复区域，如果有没法恢复的非故障停电区域，则进行甩负荷处理；
[0148]
(8)故障清除后，对所有孤岛进行同期操作，再次并网，恢复到故障前的运行方式。
[0149]
本实施例中，以系统恢复供电的负荷加权和最大为目标进行含分布式电源及微电网的主动配电网孤岛划分模型，主要包括孤岛内功率平衡约束、各微电网输出功率及其置信度等式约束、微电网输出功率置信度水平上下限约束、孤岛内功率连通性约束、节点电压约束、电容器投切约束、储能功率约束。
[0150][0151]
式中：f为恢复供电的总负荷加权和；zj∈{1,0}，取1表示节点j被划入某孤岛恢复供电，取0表示节点j未被划入孤岛；hj为节点j的负荷权重，本实施例中，一级负荷取1，二级负荷取0.5，三级负荷取0.1，p
lj
为节点j的负荷功率；n
l
为系统负荷节点数。
[0152]
实施例2：
[0153]
本公开实施例2提供了一种配电网网络重构系统，包括：
[0154]
数据获取模块，被配置为：获取配电网参量数据；
[0155]
网络重构模块，被配置为：根据获取的参量数据以及预设网络重构模型，得到配电网网络重构结构；
[0156]
其中，预设网络重构模型以失电负荷恢复量最大和网络有功损耗最小进行多目标优化。
[0157]
所述系统的工作方法与实施例1提供的配电网网络重构方法相同，这里不再赘述。
[0158]
实施例3：
[0159]
本公开实施例3提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有程序，该程序被处理器执行时实现如本公开实施例1所述的配电网网络重构方法中的步骤。
[0160]
实施例4：
[0161]
本公开实施例4提供了一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可
在处理器上运行的程序，所述处理器执行所述程序时实现如本公开实施例1所述的配电网网络重构方法中的步骤。
[0162]
本领域内的技术人员应明白，本公开的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本公开可采用硬件实施例、软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本公开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和光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
[0163]
本公开是参照根据本公开实施例的方法、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。
[0164]
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。
[0165]
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。
[0166]
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，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(read-only memory，rom)或随机存储记忆体(random accessmemory，ram)等。
[0167]
以上所述仅为本公开的优选实施例而已，并不用于限制本公开，对于本领域的技术人员来说，本公开可以有各种更改和变化。凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。