一种基于直流线路互联的区-隧供电系统弹性恢复方法

本发明属于配电网，具体涉及一种基于直流线路互联的区-隧供电系统弹性恢复方法。

背景技术：

1、以光伏车棚、隧道为代表的交通路基能源供电系统逐步普及，以分布式新能源发电为主的供电系统被广泛应用，区-隧供电系统逐渐呈现出新的复杂性、开放性不确定性，这使得交通供电系统在面临极端自然灾害或人为攻击时往往更加脆弱，因此。近年来，随着极端自然灾害或网络攻击等高冲击-小概率事件的频繁发生，如何提升以清洁能源为主要供能的区-隧供电系统在极端灾害事件下的弹性运行成为亟需解决的问题。

2、由极端事件所导致的大面积停电事故通常会激发公用事业规划者硬化配电系统物理强度的决心，例如加固架空或配电组件等。然而，无目的性的配电网加固计划所额外增加的建设成本往往令人望而却步。进一步，将储能、应急电源车等移动应急装置提前部署至配电单元的关键负荷节点，以在故障来临时迅速提供电力支撑被广泛讨论，但是受限于备用电源的恢复能力和对灾害事件的预测能力，应急电源在面对极端灾害突然袭击时总是无能为力。

3、在极端灾害事件发生下，具有孤岛化能力和维持可再生能源渗透潜力的微电网被认为是处理重大中断事件的潜在解决方案。对此，目前通过控制开关设备的动态特性来扩大可用单元的供电范围以提升孤岛微电网的供电能力和负载的恢复能力的方案，均是在配电网辐射状约束下完成的，当配电网的任一线路损坏时都有可能造成系统可行恢复拓扑的缩减。此外，基于电力电子开关设备来扩大微电网的过程中，往往会因为系统故障电流的增加或相位角的增加而无法互联，或因互联后开关设备两端的电压差异而产生环流现象，进而造成极端灾害下本就稀缺分布式电源的浪费。此外，随着混合交直流系统的普及，现有利用远程设备来实现交流部分和直流部分的系统动态重构以隔离系统故障的操作中，均没有考虑交直流互联的情景。且在利用分布式电源或移动应急电源设备以实现混合交直流配电网的恢复策略也均没有考虑直流线路的优势，如果适用于交流配电网的传统恢复策略被继续使用，将大大限极端灾害事件下稀缺性分布式电源的利用潜力，并限制所提系统的弹性恢复能力。

技术实现思路

1、鉴于上述的分析，本发明旨在公开一种基于直流线路互联的区-隧供电系统弹性恢复方法，生成可供恢复的拓扑结构和可供恢复的能源系统调度，解决区-隧供电系统极端灾害事件下的弹性恢复问题。

2、本发明公开了一种基于直流线路互联的区-隧供电系统弹性恢复方法，包括以下步骤：

3、采用直流线路优先遍历的拓扑搜索方式，对灾后并入区-隧供电系统中的可用分布式电源到故障负荷的可行路径进行遍历搜索，得到故障负荷的可行拓扑集；

4、以重要负荷恢复量最大化和直流线路接入区-隧供电系统造成的额外损耗最小化为目标，建立弹性恢复目标函数，对故障负荷的可行拓扑集中所有可行拓扑进行潮流约束筛选和功率分配筛选，得到区-隧供电系统故障负荷弹性恢复的可行恢复拓扑；

5、在求解过程中，以流经电流最小为目标反向收敛弹性恢复目标函数，保证所得解为弹性恢复的最优解，确定最优恢复拓扑。

6、进一步地，在直流线路优先遍历的拓扑搜索方式中，采用深度优先遍历算法，依次分别对可用分布式电源接入直流线路、接入交流线路但有可连直流线路和接入交流线路且无可连直流线路三种接入情况，进行分布式电源到故障负荷的供电环路搜索得到故障负荷的可行拓扑集。

7、进一步地，对可用分布式电源接入直流线路情况；以可用分布式电源节点为起点以故障负荷节点为终点进行拓扑搜索，建立第一电气距离矩阵e(g1)；

8、第一电气距离矩阵：

9、；

10、其中，分别为接入直流线路的可用分布式电源节点，为接入直流线路的可用分布式电源节点集合；分别为故障负荷节点，为故障负荷节点集合；表示两个节点的电气距离。

11、进一步地，对可用分布式电源接入交流线路但有可连直流线路情况；首先确定交流分布式电源到直流线路的电气距离最短的关键交直流节点；再以所述关键交直流节点为起点以故障负荷节点为终点进行拓扑搜索，建立第二电气距离矩阵e(g2)；

12、确定的关键交直流节点集合vac point：

13、；

14、为交流分布式电源到直流线路的电气距离集合；为接入交流线路但有可连直流线路的可用分布式电源节点集合；为直流线路集合；分别被确定的关键交直电源点；

15、第二电气距离矩阵：

16、；

17、分别为故障负荷节点，为故障负荷节点集合；表示两个节点的电气距离。

18、进一步地，对可用分布式电源接入交流线路且无可连直流线路情况，以分布式电源节点为起点以故障负荷节点为终点进行拓扑搜索，建立第三电气距离矩阵e(g3)；

19、第三电气距离矩阵：

20、；

21、其中，分别为接入交流线路且无可连直流的分布式电源节点，为接入交流线路且无可连直流的分布式电源节点集合；分别为故障负荷节点，为故障负荷节点集合；表示两个节点的电气距离。

22、进一步地，弹性恢复目标函数建立过程，包括：

23、步骤s201、依据故障负荷恢复供电的重要性对故障负荷进行恢复层级分类和权重系数设置；分类后的每个恢复层级中包括的所有故障负荷均对应一个相同的权重系数，恢复层级越高权重系数越大；

24、步骤s202、根据恢复层级分类结果，按照权重系数的由大到小顺序对可用分布式电源的出力进行功率分配；其中，对于不能够被完全恢复的层级中包括的故障负荷增设价值因子系数；按照所述价值因子系数的大小对故障负荷进行功率分配顺序的重新排序；

25、步骤s203、结合层级分类结果、权重系数、价值因子系数和可用分布式电源的出力情况，建立重要负荷恢复量最大化为目标的第一弹性目标函数；

26、步骤s204、根据交直流线路流经vsc变流器所增加的损耗和直流线路损耗得到以额外损耗最小化为目标的第二弹性目标函数；

27、步骤s205、根据第一弹性目标函数和第二目标函数建立的弹性恢复目标函数为。

28、进一步地，依据故障负荷恢复供电的重要性将区-隧供电系统中所有故障负荷进行恢复层级分类后划分为一类、二类和三类负荷；

29、区-隧供电系统中所有负荷节点的集合；i1, i2, i3分别系统一类、二类和三类负荷集合；

30、区-隧供电系统中所有负荷节点集合中负荷节点i的权重系数满足：

31、。

32、进一步地，所述第一弹性目标函数：

33、；

34、式中，

35、x为不能被完全恢复的层级负荷集合序号，ix表示不能被完全恢复第x类负荷集合，ix-1为ix上一层级的被完全恢复负荷集合；

36、为第x类负荷集合中不能被完全恢复的负荷节点序号；

37、为负荷节点i的权重系数；为第x类负荷集合中第个负荷节点的权重系数；

38、为ix中第i个负荷节点的价值因子系数；

39、为ix中第个负荷节点的价值因子系数；

40、j为区-隧供电系统中可用分布式电源节点的集合；为可用分布式电源j在极端灾害情况下接入的实际电源出力；

41、为第i个负荷节点的实际需求功率；

42、为t时刻区-隧供电系统的总损耗功率；t为恢复过程的持续时间。

43、进一步地，所述第二弹性目标函数：

44、；

45、式中，

46、和分别为t时刻流经vsc变流器的损耗功率和直流线路的损耗功率；和分别为与vsc变流器设备容量及直流线路电压相关的损耗系数；为t时刻的支路电流幅值；为t时刻的直流线路电阻。

47、进一步地，在求解过程中，以流经电流最小为目标反向收敛弹性恢复目标函数时；建立的基于交流、直流和vsc变流器潮流约束条件的松弛目标方程为：

48、；

49、式中，分别为供电恢复拓扑中节点i处的ac、dc和流经vsc的电压值；分别为供电恢复拓扑中节点i处的交流、直流和流经vsc的电流值；及分别为以供电恢复拓扑中节点i为起点、节点j为终点的交流支路、直流支路和流经vsc变流器的有功功率和无功功率。

50、本发明可实现以下有益效果之一：

51、本发明公开的基于直流线路互联的区-隧供电系统弹性恢复方法，一方面生成可供恢复的拓扑结构；可以在极端灾害发生前明确系统的加固目标，进而降低系统加固成本；可以为多个孤岛微电网在极端灾害事件后电力传输提供通道；与使用电力电子设备动态控制微电网的互联相比，直流线路的非同步特性可以允许桥接角度差异、允许线路两侧电压差异，提高系统电能质量；能够有效松弛传统交流配电网辐射状约束对系统故障恢复可行解的限制；明确无重复的路径筛选过程能够有效降低系统的恢复时间；另一方面实现可供恢复的能源系统调度有效保证了极端灾害下稀缺性分布式电源对重要负荷的优先恢复；能够保证对系统稀缺应急电源的利用效率；可以在保证系统弹性指数最大化的同时，缩减故障恢复时间；填补了传统二阶锥松弛规划最优解脱离非线性约束的缺陷，保证恢复模型在不同初始条件下的稳定适用。