计及互联微网和网络重构的配电网协同恢复方法及系统

专利2025-06-08  28


所属的技术人员能够理解,本发明的各个方面可以实现为系统、方法或程序产品。因此,本发明的各个方面可以具体实现为以下形式,即:完全的硬件实施方式、完全的软件实施方式(包括固件、微代码等),或硬件和软件方面结合的实施方式,这里可以统称为“电路”、“模块”或“平台”。本发明再一个实施例中,提供一种计及互联微网和网络重构的配电网协同恢复系统,该系统能够用于实现上述计及互联微网和网络重构的配电网协同恢复方法,具体的,该计及互联微网和网络重构的配电网协同恢复系统包括构建模块以及恢复模块。其中,构建模块,在灾后阶段,根据感知到的线路故障情况和模拟得到的灾前阶段电动汽车信息以及分布式资源的信息,针对车辆并网反向充电参数、分布式资源协同参数、抢修队的调度参数、柔性负荷管理参数、网络重构以及动态互联微网形成参数,优化得到包含抢修队的调度位置、分布式资源的出力情况、各微电网的供电范围及互联状态的混合整数二阶锥模型;模拟得到的灾前阶段电动汽车信息具体为:灾前阶段,基于图论,将交通网的拓扑结构建模为由路网节点集合v和各节点间连通关系的边集合e表示的无向图g,路网与电网之间耦合关系等效为路网与电网是否有层间节点连接,建模得到区域内路网及电网模型;基于区域内路网及电网模型,采用出行链理论和实时状态模型描述灾前电动汽车用户的出行特征,模拟引导交通网上行驶的电动汽车进入就近的充电站避难,并参与灾后阶段的车辆并网反向输电,并引入出行意愿系数衡量灾害对用户出行意愿的影响,获取电动汽车的时空分布状态及剩余电量信息。路网与电网耦合边的集合ξ为:ξ={eαβ∈vα×vβ}其中,eαβ是集合ξ中的元素;vα和vβ分别是电网节点集合和路网节点集合;为电网中第i个节点;为路网中第j个节点;是0-1变量,表示电网节点i和路网节点j是否耦合,若路网与电网间存在耦合关系。出行链集合表达式为:tc={l0,lf,p0f,t0,tf,t0f,ts}其中,tc为出行链中一段行程的状态变量集合,包括起点l0、终点lf、行驶路径p0f、出发时间t0、到达时间tf、行驶时长t0f和停驻时长ts;第i段路的行驶时长到达时间和下一段路的出发时间表示如下:其中,di为第i段路的长度;v为ev的平均速度。电动汽车实时状态模型表示为:evstatus={srem,w}其中,evstatus为每辆电动汽车实时状态信息的集合,包含电动汽车剩余电量集合srem以及行驶状态集合w。参与调度响应的电动汽车数量nroad为:nroad=ρnev其中,ρ为出行比例系数;nev为电动汽车总数量。混合整数二阶锥模型的目标函数为:min f=ω1f1+ω2f2+ω3f3+cpricef4其中,ω1为切负荷成本;ω2为开关操作成本;ω3为der发电成本;cprice为配电网向上级购电的成本,f1,f2,f3,f4分别为最小化加权失电负荷量,最小化故障恢复过程中的开关操作成本,最小化调动分布式资源出力成本和向变电站买电的成本;最小化加权失电负荷量,最小化故障恢复过程中的开关操作成本,最小化调动分布式资源出力成本和向变电站买电的成本f1,f2,f3,f4分别为:其中,nt表示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;代表t时间段、i节点失电量;λi为i节点的负荷权重;为0-1优化变量,代表以i节点为始、j节点为末的支路在故障恢复t时段的开关状态,表示开关闭合;nline表示网络中总的支路个数;表示t时段i节点分布式电源输出功率;表示t时段i节点向变电站买电功率;混合整数二阶锥模型的约束条件如下:对于接入分布式新能源的节点,满足的约束条件为:其中,nr为接入dres的节点集合;和分别是节点i处的dres在t时刻的有功出力和无功出力;pi,rmin和pi,rmax分别为节点i处的dres在t时刻最小有功出力和最大有功出力;qi,rmin和qi,rmax分别为节点i处的dres在t时刻最小无功出力和最大无功出力;对于接入储能的节点,满足的约束为:其中,ne为接入储能的节点集合;为节点i处储能在t时刻的荷电状态;si,e,max为节点i处储能荷电状态的最大值;和分别为节点i处储能在t时刻的充电功率和放电功率;pi,e,ch,max和pi,e,dis,max分别表示i节点接入储能装置的最大充电和放电功率;ηch和ηdis分别为充电效率和放电效率;和分别为节点i处储能在t时刻充电和放电状态的0-1决策变量;v2g反向充电约束:其中,nv代表v2g站的集合;为第i个v2g站在t时刻的实际功率;pi,v2gmax和pi,v2gmin分别为第i个v2g站出力的最大值和最小值;负荷约束:其中,nbus,con和nbus,un分别表示可削减负荷和不可削减负荷集合;和表示节点i在t时刻下的有功和无功甩负荷;和分别表示节点i在t时刻的有功功率和无功功率需求;st表示t时刻不可削减负荷的投切情况,st=1表示负荷切除,st=0表示负荷接入;抢修队调度约束:其中,f表示所有故障线路的集合;tf为检修一条线路所需时间,为t+tf时刻线路(i,j)的开关状态;r为同一时间段内最多恢复的故障线路条数;动态互联微网拓扑约束:其中,是t时刻区域q中主导节点的虚拟出力;是t时刻区域q中节点i到节点j线路上的虚拟功率;是节点i的虚拟负荷;a是一个由0-1变量组成的三维空间,表示t时刻i节点为孤岛q内的节点;nc为具有下垂控制der的个数与变电站数之和;为t时刻区域q中节点j到节点k虚拟支路上的功率;iq为具有下垂控制der与变电站的节点序号;o是一个元素为0-1变量的矩阵,行数对应故障时段区间的总个数,列数对应具有下垂控制der的个数与变电站数之和;表示在t时刻由q电源点为主导节点的孤岛区域存在;节点功率平衡、节点电压和支路电流约束分别表示为:其中,和分别表示t时刻支路(i,j)传输的有功功率和无功功率;ri,j和xi,j是支路(i,j)的电阻和电抗;是t时刻支路电流模值的平方;是t时刻节点i电压模值的平方;smax是线路传输的最大容量;微电网频率约束:fi,min≤fi,t≤fi,max,i∈nbus,con(1-st)fi,min-mst≤fi,t≤(1-st)fi,max+mst,i∈nbus,un其中,m为常数;为t时刻线路(i,j)的开关状态,表示开关闭合;fi,t为t时刻节点i的频率,fj,t为t时刻节点j的频率;nbus,con和nbus,un分别表示可削减负荷和不可削减负荷集合;fi,min,fi,max为节点频率的下限和上限;st表示t时刻不可削减负荷的投切情况;st=1表示负荷切除,st=0表示负荷接入恢复模块,求解建立的混合整数二阶锥模型,得到故障恢复时段内的不同时刻下动态微电网区域划分及互联状态、线路开关状态以及各个分布式资源的出力情况,基于得到的故障恢复时段内不同时刻下动态微电网区域划分及互联状态,以及线路开关状态,依据各个分布式资源的出力情况进行灾后负荷快速恢复和线路修复。本发明再一个实施例中,提供了一种终端设备,该终端设备包括处理器以及存储器,所述存储器用于存储计算机程序,所述计算机程序包括程序指令,所述处理器用于执行所述计算机存储介质存储的程序指令。处理器可能是中央处理单元(central processingunit,cpu),还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(digital signal processor、dsp)、专用集成电路(application specific integrated circuit,asic)、现成可编程门阵列(field-programmable gate array,fpga)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等,其是终端的计算核心以及控制核心,其适于实现一条或一条以上指令,具体适于加载并执行一条或一条以上指令从而实现相应方法流程或相应功能;本发明实施例所述的处理器可以用于计及互联微网和网络重构的配电网协同恢复方法的操作,包括:在灾后阶段,根据感知到的线路故障情况和模拟得到的灾前阶段电动汽车信息以及分布式资源的信息,针对车辆并网反向充电参数、分布式资源协同参数、抢修队的调度参数、柔性负荷管理参数、网络重构参数以及动态互联微网形成参数,优化得到包含抢修队的调度位置、分布式资源的出力情况、各微电网的供电范围及互联状态的混合整数二阶锥模型;求解建立的混合整数二阶锥模型,得到故障恢复时段内的不同时刻下动态微电网区域划分及互联状态、线路开关状态以及各个分布式资源的出力情况,基于得到的故障恢复时段内不同时刻下动态微电网区域划分及互联状态,以及线路开关状态,依据各个分布式资源的出力情况进行灾后负荷快速恢复和线路修复。本发明再一个实施例中,本发明还提供了一种存储介质,具体为计算机可读存储介质(memory),所述计算机可读存储介质是终端设备中的记忆设备,用于存放程序和数据。可以理解的是,此处的计算机可读存储介质既可以包括终端设备中的内置存储介质,当然也可以包括终端设备所支持的扩展存储介质,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。计算机可读存储介质提供存储空间,该存储空间存储了终端的操作系统。并且,在该存储空间中还存放了适于被处理器加载并执行的一条或一条以上的指令,这些指令可以是一个或一个以上的计算机程序(包括程序代码)。需要说明的是,此处的计算机可读存储介质的更具体的例子(非穷举的列表)包括:具有一个或多个导线的电连接、便携式盘、硬盘、随机存取存储器(ram)、只读存储器(rom)、可擦式可编程只读存储器(eprom或闪存)、光纤、便携式紧凑盘只读存储器(cd-rom)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任一合适的组合。计算机可读存储介质还包括在基带中或者作为载波一部分传播的数据信号,其中承载了可读程序代码。这种传播的数据信号可以采用多种形式,包括但不限于电磁信号、光信号或上述的任一合适的组合。可读存储介质还可以是可读存储介质以外的任何可读介质,该可读介质可以发送、传播或者传输用于由指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用的程序。可读存储介质上包含的程序代码可以用任何适当的介质传输,包括但不限于无线、有线、光缆、rf等等,或者上述的任一合适的组合。可以以一种或多种程序设计语言的任一组合来编写用于执行本发明操作的程序代码,程序设计语言包括面向对象的程序设计语言—诸如java、c++等,还包括常规的过程式程序设计语言—诸如“c”语言或类似的程序设计语言。程序代码可以完全地在用户计算设备上执行、部分地在用户设备上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算设备上部分在远程计算设备上执行、或者完全在远程计算设备或服务器上执行。在涉及远程计算设备的情形中,远程计算设备可以通过任一种类的网络,包括局域网(lan)或广域网(wan),连接到用户计算设备,或者,可以连接到外部计算设备(例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接)。可由处理器加载并执行计算机可读存储介质中存放的一条或一条以上指令,以实现上述实施例中有关计及互联微网和网络重构的配电网协同恢复方法的相应步骤;计算机可读存储介质中的一条或一条以上指令由处理器加载并执行如下步骤:在灾后阶段,根据感知到的线路故障情况和模拟得到的灾前阶段电动汽车信息以及分布式资源的信息,针对车辆并网反向充电参数、分布式资源协同参数、抢修队的调度参数、柔性负荷管理参数、网络重构参数以及动态互联微网形成参数,优化得到包含抢修队的调度位置、分布式资源的出力情况、各微电网的供电范围及互联状态的混合整数二阶锥模型;求解建立的混合整数二阶锥模型,得到故障恢复时段内的不同时刻下动态微电网区域划分及互联状态、线路开关状态以及各个分布式资源的出力情况,基于得到的故障恢复时段内不同时刻下动态微电网区域划分及互联状态,以及线路开关状态,依据各个分布式资源的出力情况进行灾后负荷快速恢复和线路修复。请参阅图4,终端设备为计算机设备,该实施例的计算机设备60包括:处理器61、存储器62以及存储在存储器62中并可在处理器61上运行的计算机程序63,该计算机程序63被处理器61执行时实现实施例中的储层改造井筒中流体组成计算方法,为避免重复,此处不一一赘述。或者,该计算机程序63被处理器61执行时实现实施例计及互联微网和网络重构的配电网协同恢复系统中各模型/单元的功能,为避免重复,此处不一一赘述。计算机设备60可以是桌上型计算机、笔记本、掌上电脑及云端服务器等计算设备。计算机设备60可包括,但不仅限于,处理器61、存储器62。本领域技术人员可以理解,图4仅仅是计算机设备60的示例,并不构成对计算机设备60的限定,可以包括比图示更多或更少的部件,或者组合某些部件,或者不同的部件,例如计算机设备还可以包括输入输出设备、网络接入设备、总线等。所称处理器61可以是中央处理单元(central processing unit,cpu),还可以是其它通用处理器、中央处理器、图形处理器、数字信号处理器(digital signal processor,dsp)、专用集成电路(application specific integrated circuit,asic)、现场可编程门阵列(field-programmable gate array,fpga)或者其它可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、基于量子计算的数据处理逻辑器、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。存储器62可以是计算机设备60的内部存储单元,例如计算机设备60的硬盘或内存。存储器62也可以是计算机设备60的外部存储设备,例如计算机设备60上配备的插接式硬盘,智能存储卡(smart media card,smc),安全数字(secure digital,sd)卡,闪存卡(flash card)等。进一步地,存储器62还可以既包括计算机设备60的内部存储单元也包括外部存储设备。存储器62用于存储计算机程序以及计算机设备所需的其它程序和数据。存储器62还可以用于暂时地存储已经输出或者将要输出的数据。本技术所提供的各实施例中所使用的对存储器、数据库或其它介质的任何引用,均可包括非易失性和易失性存储器中的至少一种。非易失性存储器可包括只读存储器(read-only memory,rom)、磁带、软盘、闪存、光存储器、高密度嵌入式非易失性存储器、阻变存储器(reram)、磁变存储器(magnetoresistive random access memory,mram)、铁电存储器(ferroelectric random access memory,fram)、相变存储器(phase change memory,pcm)、石墨烯存储器等。易失性存储器可包括随机存取存储器(random access memory,ram)或外部高速缓冲存储器等。作为说明而非局限,ram可以是多种形式,比如静态随机存取存储器(static random access memory,sram)或动态随机存取存储器(dynamic randomaccess memory,dram)等。本技术所提供的各实施例中所涉及的数据库可包括关系型数据库和非关系型数据库中至少一种。非关系型数据库可包括基于区块链的分布式数据库等,不限于此。本技术所提供的各实施例中所涉及的处理器可为通用处理器、中央处理器、图形处理器、数字信号处理器、可编程逻辑器、基于量子计算的数据处理逻辑器等,不限于此。请参阅图5,终端设备600为电子设备,电子设备以通用计算设备的形式表现。电子设备的组件可以包括但不限于:至少一个处理单元610、至少一个存储单元620、连接不同平台组件(包括存储单元620和处理单元610)的总线630、显示单元640等。其中,存储单元存储有程序代码,程序代码可以被处理单元610执行,使得处理单元610执行本说明书上述方法部分中描述的根据本发明各种示例性实施方式的步骤。例如,处理单元610可以执行如图1中所示的步骤。存储单元620可以包括易失性存储单元形式的可读介质,例如随机存取存储单元(ram)6201和/或高速缓存存储单元6202,还可以进一步包括只读存储单元(rom)6203。存储单元620还可以包括具有一组(至少一个)程序模块6205的程序/实用工具6204,这样的程序模块6205包括但不限于:操作系统、一个或者多个应用程序、其它程序模块以及程序数据,这些示例中的每一个或某种组合中可能包括网络环境的实现。总线630可以为表示几类总线结构中的一种或多种,包括存储单元总线或者存储单元控制器、外围总线、图形加速端口、处理单元或者使用多种总线结构中的任一总线结构的局域总线。电子设备600也可以与一个或多个外部设备700(例如键盘、指向设备、蓝牙设备等)通信,还可与一个或者多个使得用户能与该电子设备600交互的设备通信,和/或与使得该电子设备600能与一个或多个其它计算设备进行通信的任何设备(例如路由器、调制解调器等等)通信。这种通信可以通过输入/输出(i/o)接口650进行。并且,电子设备600还可以通过网络适配器660与一个或者多个网络(例如局域网(lan),广域网(wan)和/或公共网络,例如因特网)通信。网络适配器660可以通过总线630与电子设备600的其它模块通信。应当明白,尽管图中未示出,可以结合电子设备600使用其它硬件和/或软件模块,包括但不限于:微代码、设备驱动器、冗余处理单元、外部磁盘驱动阵列、raid系统、磁带驱动器以及数据备份存储平台等。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、完整地描述,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。通常在此处附图中的描述和所示的本发明实施例的组件可以通过各种不同的配置来布置和设计。因此,以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围,而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有作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。考虑故障持续时间为4个小时,假设ev用户出行意愿系数取ρ=0.8。每个v2g站点共有5台充电桩,充电桩充放电功率为6kw。分布式资源中燃气轮机、风机、光伏的发电成本分别设置为0.71、0.32、0.21元/(kw·h)。可削减负荷的补偿费用为0.8元/(kw·h)。在pg&e 69节点配电系统中进行适当修改,加入多类型分布式资源、柔性负荷及v2g站点,并以此作为算例,示意图如图2所示。节点的参数信息如表1所示,分布式资源的出力如表2所示,储能及通过模拟得到的v2g充电的数据如表3所示,电网分时电价如表4所示。表1pg&e 69节点参数表2多类型分布式资源出力参数表3储能及v2g站点参数表4电网分时电价为了分析引入动态互联微网技术和考虑不同资源协同支撑供电对配电网灾后故障恢复的影响,对本发明所考虑的故障场景设置3种不同的方案进行故障恢复求解,并对结果进行对比分析:1)方案1。使用本发明所述考虑动态互联微网技术和网络重构方法,优化抢修队维修次序,利用多种资源协同配合进行故障恢复分析。2)方案2。仅考虑独立微电网划分和网络重构方法,优化抢修队维修次序,利用多种资源协同配合进行故障恢复分析。3)方案3。使用本发明所述考虑动态互联微网技术和网络重构方法,随机规定抢修队维修次序,利用多种资源协同配合进行故障恢复分析。利用三种不同方案策略得到的故障恢复结果如表5所示。配电网灾后动态恢复过程如图3所示。表5三种不同方案策略得到的故障恢复结果如图3(a)所示,线路故障导致分离出五个孤立的微电网,每个微电网内都配备有带有频率和电压稳定功能的微型涡轮机(mt)。在第一次故障期后,根据优化模型,已修复三条故障线路。尽管仍有未修复的故障线路,但每个负荷节点都能从分布式能源资源或变电站获得供电,之后不再有负荷切断。通过比较图3(c)和图3(d)发现通过使用联络开关进行网络重构,即使存在故障线路,每个负载都能获得所需的供电。因此,考虑到故障线路的修复成本,没有对这些线路进行进一步的修复。此外,比较图3(a)和图3(b)发现mt3和mt4的互连形成了互联微电网,促进了分布式能源的利用。与其他策略相比,本发明所提方法在整个故障期间实现了最小的负荷切断和最低的成本。这表明微电网的互联和优化抢修队维修顺序可以加速负荷恢复速度并节省成本。在分布式能源的利用方面,本发明更加注重ders的吸收,从而增强了其渗透率。结果表明,考虑网络重构和动态互联微电网形成的统一数学模型可以有效减少故障期间的负荷切断,并提高配电网在灾害下的弹性。综上所述,本发明一种计及互联微网和网络重构的配电网协同恢复方法及系统,实现了故障期间对负荷的快速恢复,同时保障了负荷对于频率电压的质量需求,为配电网在极端事件下的供电恢复提供了重要参考。


背景技术:

1、随着碳中和的逐步推进,以新能源为主体的新型电力系统建设加速推进。分布式能源资源(distributed energy resources,ders)作为可再生能源的典型应用方式,是构建“清洁低碳安全高效”新型电力系统的重要途径。目前需要推进分布式可再生能源发展,推行终端用能领域多能协同和能源综合梯级利用。而微电网(microgrids,mgs)作为具有增强控制能力的本地化小型电力系统,被视为整合和协调不同类型的分布式能源资源(例如,柴油发电机、风力涡轮机、光伏、储能等)以增强配电网弹性的有效解决方案。

2、目前已经有学者对不同类型分布式能源资源灾前灾后协同支撑下的配电系统负荷恢复方法和弹性提升策略进行了研究。然而,现有研究侧重于利用分布式资源形成灾后多个独立的微电网以及通过控制开关进行网络重构的方式进行负荷的供电恢复,这些独立微电网的电气边界虽然可以随着恢复过程的进行而动态改变,但是却没有考虑微电网之间的互联供电。同时,当遭遇极端自然灾害影响,灾后配电网可能进入孤岛模式。在这种情况下,每个孤立的微电网至少需要一个der进行频率和电压控制,而目前的研究很少将频率电压控制考虑进灾后的故障恢复过程。

3、因此,针对该问题,亟需找到一种能够计及动态互联微网形成和网络重构的配电网多源协同恢复方法从而优化配电网灾后故障的恢复。


技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足,提供一种计及互联微网和网络重构的配电网协同恢复方法及系统,用于解决当极端事件导致配电网的上游主网故障而出现供电能力不足时,如何协同利用网络重构技术和配电网中的分布式资源形成动态互联微电网实现灾后故障恢复的技术问题。

2、本发明采用以下技术方案:

3、计及互联微网和网络重构的配电网协同恢复方法,包括以下步骤:

4、在灾后阶段,根据感知到的线路故障情况和模拟得到的灾前阶段电动汽车信息以及分布式资源的信息,针对车辆并网反向充电参数、分布式资源协同参数、抢修队的调度参数、柔性负荷管理参数、网络重构参数以及动态互联微网形成参数,优化得到包含抢修队的调度位置、分布式资源的出力情况、各微电网的供电范围及互联状态的混合整数二阶锥模型;

5、求解建立的混合整数二阶锥模型,得到故障恢复时段内的不同时刻下动态微电网区域划分及互联状态、线路开关状态以及各个分布式资源的出力情况,基于得到的故障恢复时段内不同时刻下动态微电网区域划分及互联状态,以及线路开关状态,依据各个分布式资源的出力情况进行灾后负荷快速恢复和线路修复。

6、优选地,模拟得到的灾前阶段电动汽车信息具体为:

7、灾前阶段,基于图论,将交通网的拓扑结构建模为由路网节点集合v和各节点间连通关系的边集合e表示的无向图g,路网与电网之间耦合关系等效为路网与电网是否有层间节点连接,建模得到区域内路网及电网模型;

8、基于区域内路网及电网模型,采用出行链理论和实时状态模型描述灾前电动汽车用户的出行特征,模拟引导交通网上行驶的电动汽车进入就近的充电站避难,并参与灾后阶段的车辆并网反向输电,并引入出行意愿系数衡量灾害对用户出行意愿的影响,获取电动汽车的时空分布状态及剩余电量信息。

9、优选地,路网与电网耦合边的集合ξ为:

10、ξ={eαβ∈vα×vβ}

11、

12、其中,eαβ是集合ξ中的元素;vα和vβ分别是电网节点集合和路网节点集合;为电网中第i个节点;为路网中第j个节点;是0-1变量,表示电网节点i和路网节点j是否耦合,若路网与电网间存在耦合关系。

13、优选地,出行链集合表达式为:

14、tc={l0,lf,p0f,t0,tf,t0f,ts}

15、其中,tc为出行链中一段行程的状态变量集合,包括起点l0、终点lf、行驶路径p0f、出发时间t0、到达时间tf、行驶时长t0f和停驻时长ts;

16、第i段路的行驶时长到达时间和下一段路的出发时间表示如下:

17、

18、其中,di为第i段路的长度;v为ev的平均速度。

19、优选地,电动汽车实时状态模型表示为:

20、evstatus={srem,w}

21、其中,evstatus为每辆电动汽车实时状态信息的集合,包含电动汽车剩余电量集合srem以及行驶状态集合w。

22、优选地,参与调度响应的电动汽车数量nroad为:

23、nroad=ρnev

24、其中,ρ为出行比例系数;nev为电动汽车总数量。

25、优选地,混合整数二阶锥模型的目标函数为:

26、min f=ω1f1+ω2f2+ω3f3+cpricef4

27、其中,ω1为切负荷成本;ω2为开关操作成本;ω3为der发电成本;cprice为配电网向上级购电的成本,f1,f2,f3,f4分别为最小化加权失电负荷量,最小化故障恢复过程中的开关操作成本,最小化调动分布式资源出力成本和向变电站买电的成本。

28、优选地,最小化加权失电负荷量,最小化故障恢复过程中的开关操作成本,最小化调动分布式资源出力成本和向变电站买电的成本f1,f2,f3,f4分别为:

29、

30、其中,nt表示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;代表t时间段、i节点失电量;λi为i节点的负荷权重;为0-1优化变量,代表以i节点为始、j节点为末的支路在故障恢复t时段的开关状态,表示开关闭合;nline表示网络中总的支路个数;表示t时段i节点分布式电源输出功率;表示t时段i节点向变电站买电功率。

31、优选地,混合整数二阶锥模型的约束条件如下:

32、对于接入分布式新能源的节点,满足的约束条件为:

33、

34、其中,nr为接入dres的节点集合;和分别是节点i处的dres在t时刻的有功出力和无功出力;pi,rmin和pi,rmax分别为节点i处的dres在t时刻最小有功出力和最大有功出力;qi,rmin和qi,rmax分别为节点i处的dres在t时刻最小无功出力和最大无功出力;

35、对于接入储能的节点,满足的约束为:

36、

37、其中,ne为接入储能的节点集合;为节点i处储能在t时刻的荷电状态;si,e,max为节点i处储能荷电状态的最大值;和分别为节点i处储能在t时刻的充电功率和放电功率;pi,e,ch,max和pi,e,dis,max分别表示i节点接入储能装置的最大充电和放电功率;ηch和ηdis分别为充电效率和放电效率;和分别为节点i处储能在t时刻充电和放电状态的0-1决策变量;

38、v2g反向充电约束:

39、

40、其中,nv代表v2g站的集合;为第i个v2g站在t时刻的实际功率;pi,v2gmax和pi,v2gmin分别为第i个v2g站出力的最大值和最小值;

41、负荷约束:

42、

43、其中,nbus,con和nbus,un分别表示可削减负荷和不可削减负荷集合;和表示节点i在t时刻下的有功和无功甩负荷;和分别表示节点i在t时刻的有功功率和无功功率需求;st表示t时刻不可削减负荷的投切情况,st=1表示负荷切除,st=0表示负荷接入;

44、抢修队调度约束:

45、

46、其中,f表示所有故障线路的集合;tf为检修一条线路所需时间,为t+tf时刻线路(i,j)的开关状态;r为同一时间段内最多恢复的故障线路条数;

47、动态互联微网拓扑约束:

48、

49、其中,是t时刻区域q中主导节点的虚拟出力;是t时刻区域q中节点i到节点j线路上的虚拟功率;是节点i的虚拟负荷;a是一个由0-1变量组成的三维空间,表示t时刻i节点为孤岛q内的节点;nc为具有下垂控制der的个数与变电站数之和;为t时刻区域q中节点j到节点k虚拟支路上的功率;iq为具有下垂控制der与变电站的节点序号;o是一个元素为0-1变量的矩阵,行数对应故障时段区间的总个数,列数对应具有下垂控制der的个数与变电站数之和;表示在t时刻由q电源点为主导节点的孤岛区域存在;

50、节点功率平衡、节点电压和支路电流约束分别表示为:

51、

52、其中,和分别表示t时刻支路(i,j)传输的有功功率和无功功率;ri,j和xi,j是支路(i,j)的电阻和电抗;是t时刻支路电流模值的平方;是t时刻节点i电压模值的平方;smax是线路传输的最大容量;

53、微电网频率约束:

54、

55、fi,min≤fi,t≤fi,max,i∈nbus,con

56、(1-st)fi,min-mst≤fi,t≤(1-st)fi,max+mst,i∈nbus,un

57、其中,m为常数;为t时刻线路(i,j)的开关状态,表示开关闭合;fi,t为t时刻节点i的频率,fj,t为t时刻节点j的频率;nbus,con和nbus,un分别表示可削减负荷和不可削减负荷集合;fi,min,fi,max为节点频率的下限和上限;st表示t时刻不可削减负荷的投切情况;st=1表示负荷切除,st=0表示负荷接入。

58、第二方面,本发明实施例提供了一种计及互联微网和网络重构的配电网协同恢复系统,包括:

59、构建模块,在灾后阶段,根据感知到的线路故障情况和模拟得到的灾前阶段电动汽车信息以及分布式资源的信息,针对车辆并网反向充电参数、分布式资源协同参数、抢修队的调度参数、柔性负荷管理参数、网络重构参数以及动态互联微网形成参数,优化得到包含抢修队的调度位置、分布式资源的出力情况、各微电网的供电范围及互联状态的混合整数二阶锥模型;

60、恢复模块,求解建立的混合整数二阶锥模型,得到故障恢复时段内的不同时刻下动态微电网区域划分及互联状态、线路开关状态以及各个分布式资源的出力情况,基于得到的故障恢复时段内不同时刻下动态微电网区域划分及互联状态,以及线路开关状态,依据各个分布式资源的出力情况进行灾后负荷快速恢复和线路修复。

61、优选地,模拟得到的灾前阶段电动汽车信息具体为:

62、灾前阶段,基于图论,将交通网的拓扑结构建模为由路网节点集合v和各节点间连通关系的边集合e表示的无向图g,路网与电网之间耦合关系等效为路网与电网是否有层间节点连接,建模得到区域内路网及电网模型;

63、基于区域内路网及电网模型,采用出行链理论和实时状态模型描述灾前电动汽车用户的出行特征,模拟引导交通网上行驶的电动汽车进入就近的充电站避难,并参与灾后阶段的车辆并网反向输电,并引入出行意愿系数衡量灾害对用户出行意愿的影响,获取电动汽车的时空分布状态及剩余电量信息。

64、优选地,路网与电网耦合边的集合ξ为:

65、ξ={eαβ∈vα×vβ}

66、

67、其中,eαβ是集合ξ中的元素;vα和vβ分别是电网节点集合和路网节点集合;为电网中第i个节点;为路网中第j个节点;是0-1变量,表示电网节点i和路网节点j是否耦合,若路网与电网间存在耦合关系;

68、出行链集合表达式为:

69、tc={l0,lf,p0f,t0,tf,t0f,ts}

70、其中,tc为出行链中一段行程的状态变量集合,包括起点l0、终点lf、行驶路径p0f、出发时间t0、到达时间tf、行驶时长t0f和停驻时长ts;

71、第i段路的行驶时长到达时间和下一段路的出发时间表示如下:

72、

73、其中,di为第i段路的长度;v为ev的平均速度;

74、电动汽车实时状态模型表示为:

75、evstatus={srem,w}

76、其中,evstatus为每辆电动汽车实时状态信息的集合,包含电动汽车剩余电量集合srem以及行驶状态集合w。

77、优选地,参与调度响应的电动汽车数量nroad为:

78、nroad=ρnev

79、其中,ρ为出行比例系数;nev为电动汽车总数量。

80、优选地,混合整数二阶锥模型的目标函数为:

81、min f=ω1f1+ω2f2+ω3f3+cpricef4

82、其中,ω1为切负荷成本;ω2为开关操作成本;ω3为der发电成本;cprice为配电网向上级购电的成本,f1,f2,f3,f4分别为最小化加权失电负荷量,最小化故障恢复过程中的开关操作成本,最小化调动分布式资源出力成本和向变电站买电的成本。

83、优选地,最小化加权失电负荷量,最小化故障恢复过程中的开关操作成本,最小化调动分布式资源出力成本和向变电站买电的成本f1,f2,f3,f4分别为:

84、

85、其中,nt表示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;代表t时间段、i节点失电量;λi为i节点的负荷权重;为0-1优化变量,代表以i节点为始、j节点为末的支路在故障恢复t时段的开关状态,表示开关闭合;nline表示网络中总的支路个数;表示t时段i节点分布式电源输出功率;表示t时段i节点向变电站买电功率;

86、混合整数二阶锥模型的约束条件如下:

87、对于接入分布式新能源的节点,满足的约束条件为:

88、

89、其中,nr为接入dres的节点集合;和分别是节点i处的dres在t时刻的有功出力和无功出力;pi,rmin和pi,rmax分别为节点i处的dres在t时刻最小有功出力和最大有功出力;qi,rmin和qi,rmax分别为节点i处的dres在t时刻最小无功出力和最大无功出力;

90、对于接入储能的节点,满足的约束为:

91、

92、其中,ne为接入储能的节点集合;为节点i处储能在t时刻的荷电状态;si,e,max为节点i处储能荷电状态的最大值;和分别为节点i处储能在t时刻的充电功率和放电功率;pi,e,ch,max和pi,e,dis,max分别表示i节点接入储能装置的最大充电和放电功率;ηch和ηdis分别为充电效率和放电效率;和分别为节点i处储能在t时刻充电和放电状态的0-1决策变量;

93、v2g反向充电约束:

94、

95、其中,nv代表v2g站的集合;为第i个v2g站在t时刻的实际功率;pi,v2gmax和pi,v2gmin分别为第i个v2g站出力的最大值和最小值;

96、负荷约束:

97、

98、其中,nbus,con和nbus,un分别表示可削减负荷和不可削减负荷集合;和表示节点i在t时刻下的有功和无功甩负荷;和分别表示节点i在t时刻的有功功率和无功功率需求;st表示t时刻不可削减负荷的投切情况,st=1表示负荷切除,st=0表示负荷接入;

99、抢修队调度约束:

100、

101、其中,f表示所有故障线路的集合;tf为检修一条线路所需时间,为t+tf时刻线路(i,j)的开关状态;r为同一时间段内最多恢复的故障线路条数;

102、动态互联微网拓扑约束:

103、

104、其中,是t时刻区域q中主导节点的虚拟出力;是t时刻区域q中节点i到节点j线路上的虚拟功率;是节点i的虚拟负荷;a是一个由0-1变量组成的三维空间,表示t时刻i节点为孤岛q内的节点;nc为具有下垂控制der的个数与变电站数之和;为t时刻区域q中节点j到节点k虚拟支路上的功率;iq为具有下垂控制der与变电站的节点序号;o是一个元素为0-1变量的矩阵,行数对应故障时段区间的总个数,列数对应具有下垂控制der的个数与变电站数之和;表示在t时刻由q电源点为主导节点的孤岛区域存在;

105、节点功率平衡、节点电压和支路电流约束分别表示为:

106、

107、其中,和分别表示t时刻支路(i,j)传输的有功功率和无功功率;ri,j和xi,j是支路(i,j)的电阻和电抗;是t时刻支路电流模值的平方;是t时刻节点i电压模值的平方;smax是线路传输的最大容量;

108、微电网频率约束:

109、

110、fi,min≤fi,t≤fi,max,i∈nbus,con

111、(1-st)fi,min-mst≤fi,t≤(1-st)fi,max+mst,i∈nbus,un

112、其中,m为常数;为t时刻线路(i,j)的开关状态,表示开关闭合;fi,t为t时刻节点i的频率,fj,t为t时刻节点j的频率;nbus,con和nbus,un分别表示可削减负荷和不可削减负荷集合;fi,min,fi,max为节点频率的下限和上限;st表示t时刻不可削减负荷的投切情况;st=1表示负荷切除,st=0表示负荷接入。

113、第三方面,一种计算机设备,包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序,所述处理器执行所述计算机程序时实现上述计及互联微网和网络重构的配电网协同恢复方法的步骤。

114、第四方面,本发明实施例提供了一种计算机可读存储介质,包括计算机程序,所述计算机程序被处理器执行时实现上述计及互联微网和网络重构的配电网协同恢复方法的步骤。

115、与现有技术相比,本发明至少具有以下有益效果:

116、计及互联微网和网络重构的配电网协同恢复方法,在灾后阶段,调度中心根据感知到的线路故障情况和分布式资源的信息,考虑电动汽车(electric vehicle,ev)反向充电、分布式资源协同、抢修队的调度、柔性负荷管理、网络重构以及动态互联微网形成等问题,优化得到抢修队的调度位置、分布式资源的出力情况、各微电网的供电范围及互联状态,进行灾后负荷快速恢复和线路修复;提出了一种考虑下垂控制的动态互联微网形成方法,将下垂控制分布式电源的静态有功-频率和无功-电压特性考虑为解析约束,把灾后微电网划分的个数设置为需要优化的决策变量,提出了动态微电网划分的优化模型,不仅考虑了微电网边界在故障恢复过程中可以动态变化,还考虑了微电网之间可以进行互联供电。

117、进一步的,考虑ev出行特征,首先对路网及路网与电网间的耦合关系建模,考虑到路网可以建模为一种特殊的网络,路网的拓扑结构可以基于图论知识建模;然后采用出行链理论和实时状态模型描述灾前ev用户的出行特征,其中出行链表示在出行意愿的驱动下,用户从起始点出发,按时间顺序经过多个目标地点,最终到达终点完成整个出行过程。通过考虑ev用户的出行特征,可有效模拟得到灾前调度期间ev在路网中的分布状态和剩余电量状态;最后引入出行意愿系数来衡量灾害对用户出行意愿的影响,通过模拟灾前预备模型获取ev的时空分布状态及剩余电量信息,为灾后的恢复模型提供ev反向充电的信息。

118、进一步的,考虑到弹性范畴下的配电网灾后供电恢复更加强调发挥各种弹性资源的作用来尽可能多地恢复重要负荷。另外,在保证尽可能恢复负荷供电的基础上控制供电恢复成本。因此本发明的供电恢复模型的优化目标分为5个部分,第1部分为最小化加权失电负荷量,在整个目标中占比重最高。第2部分为最小化供电恢复过程中的开关操作成本。第3部分和第4部分分别为最小化调动分布式电源出力成本和向变电站买电的成本。第5部分为在电力恢复过程中通过v2g技术参与充电的电动汽车的使用成本。

119、进一步的,考虑灾后阶段的故障恢复约束,在此阶段,可以通过稳态优化调整分布式电源出力、控制柔性可控负荷开断、v2g反向充电等运行措施,同时考虑网络重构方法和具有下垂控制的微电网互联策略来实现部分节点失去主网供电情况下的新型配电系统灾后供电负荷的最大化,并在保证供电的情况下尽可能减少电网供电恢复成本。

120、可以理解的是,上述第二方面的有益效果可以参见上述第一方面中的相关描述,在此不再赘述。

121、综上所述,本发明方法协同利用不同类型分布式资源,在供电恢复周期内动态地形成多个互联的微电网,从而实现故障期间对负荷的快速恢复;同时,在灾后微电网形成过程中通过考虑频率电压约束的下垂控制,可以在供电恢复过程中保证负荷对频率电压安全性的需求,从而避免单纯按照负荷权重进行供电恢复,为配电网在极端事件下的供电恢复提供了重要参考。

122、下面通过附图和实施例,对本发明的技术方案做进一步的详细描述。


技术特征:

1.计及互联微网和网络重构的配电网协同恢复方法,其特征在于,包括以下步骤:

2.根据权利要求1所述的计及互联微网和网络重构的配电网协同恢复方法,其特征在于,模拟得到的灾前阶段电动汽车信息具体为:

3.根据权利要求2所述的计及互联微网和网络重构的配电网协同恢复方法,其特征在于,路网与电网耦合边的集合ξ为:

4.根据权利要求2所述的计及互联微网和网络重构的配电网协同恢复方法,其特征在于,出行链集合表达式为:

5.根据权利要求2所述的计及互联微网和网络重构的配电网协同恢复方法,其特征在于,电动汽车实时状态模型表示为:

6.根据权利要求5所述的计及互联微网和网络重构的配电网协同恢复方法,其特征在于,参与调度响应的电动汽车数量nroad为:

7.根据权利要求1所述的计及互联微网和网络重构的配电网协同恢复方法,其特征在于,混合整数二阶锥模型的目标函数为:

8.根据权利要求7所述的计及互联微网和网络重构的配电网协同恢复方法,其特征在于,最小化加权失电负荷量,最小化故障恢复过程中的开关操作成本,最小化调动分布式资源出力成本和向变电站买电的成本f1,f2,f3,f4分别为:

9.根据权利要求7所述的计及互联微网和网络重构的配电网协同恢复方法,其特征在于,混合整数二阶锥模型的约束条件如下:

10.一种计及互联微网和网络重构的配电网协同恢复系统,其特征在于,包括:

11.根据权利要求10所述的计及互联微网和网络重构的配电网协同恢复系统,其特征在于,模拟得到的灾前阶段电动汽车信息具体为:

12.根据权利要求11所述的计及互联微网和网络重构的配电网协同恢复系统,其特征在于,路网与电网耦合边的集合ξ为:

13.根据权利要求12所述的计及互联微网和网络重构的配电网协同恢复系统,其特征在于,参与调度响应的电动汽车数量nroad为:

14.根据权利要求10所述的计及互联微网和网络重构的配电网协同恢复系统,其特征在于,混合整数二阶锥模型的目标函数为:

15.根据权利要求14所述的计及互联微网和网络重构的配电网协同恢复系统,其特征在于,最小化加权失电负荷量,最小化故障恢复过程中的开关操作成本,最小化调动分布式资源出力成本和向变电站买电的成本f1,f2,f3,f4分别为:

16.一种存储一个或多个程序的计算机可读存储介质,其特征在于,所述一个或多个程序包括指令,所述指令当由计算设备执行时,使得所述计算设备执行权利要求1至9任一所述的方法。

17.一种计算设备,其特征在于,包括:


技术总结
本发明公开了一种计及互联微网和网络重构的配电网协同恢复方法及系统,属于电气工程技术领域,所述方法具体为:在灾前阶段,模拟引导交通网上行驶的EV进入就近的充电站避难,并参与灾后阶段的车辆并网反向输电;在灾后阶段,根据感知到的线路故障情况和模拟得到的EV信息以及分布式资源的信息,优化得到包含抢修队的调度位置、分布式资源的出力情况、各微电网的供电范围及互联状态的混合整数二阶锥模型,进行灾后负荷快速恢复和线路修复;采用商业求解器CPLEX求解建立的混合整数二阶锥模型,得到故障恢复时段内的不同时刻下动态微电网区域划分及互联状态、线路开关状态以及各个分布式资源的出力情况。

技术研发人员:黄玉雄,王治然,李更丰,乔骥,金敏杰,苏运,徐焰,张捷,李家腾
受保护的技术使用者:西安交通大学
技术研发日:
技术公布日:2024/12/17
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