一种基于动态孤岛划分的主动配电网故障恢复方法和系统

1.本发明属于配电网控制、运行与优化技术领域，具体涉及一种基于动态孤岛划分的主动配电网故障恢复方法和系统。


背景技术：

2.近年来，全球变暖导致极端天气频发。各类极端天气频发，凸显了自然灾害预防的重要性，促进了人们探索如何在大停电后快速恢复供电。
3.利用主动配电网技术，通过变换配电网拓扑，可以实现大停电后对关键负荷的持续供电。然而现有孤岛划分方案中，通常依赖图论理论，基于根节点或预处理等方法提出孤岛划分方案，包含有缩小方案可行域的缺陷，导致提出孤岛的方案范围内不存在多个电源，电源间不能协同出力。


技术实现要素：

4.为解决现有技术中存在的不足，本发明提供一种基于动态孤岛划分的主动配电网故障恢复方法和系统，可以协同联络开关、断路器与分布式电源，实现配电网在大停电后的快速恢复，通过建立考虑网络结构限制与微网控制器限制的负荷恢复模型，统一配电网故障恢复中的孤岛划分与网络重构过程，提升配电网运行弹性。
5.本发明采用如下的技术方案。
6.一种基于动态孤岛划分的主动配电网故障恢复方法，所述方法包括以下步骤：s1：基于配电网内联络线的建设情况和配电网区域内各发电机的运行特性，建立考虑多类型电源出力的主动配电网运行连通分量模型；s2：基于所述主动配电网运行连通分量模型，建立考虑网络结构限制与微网控制器限制的负荷恢复模型；s3：求解步骤s1和s2所建立的模型，得到故障时间内配电网各节点处非黑启动电源的开机时间与各联络线在不同时刻的通断状态，形成故障时间内配电网的动态孤岛划分方案；s4：建立配电网线性潮流模型，并根据动态孤岛划分方案，求解配电网线性潮流模型，得到各发电机的发电规划，结合动态孤岛划分方案进行故障恢复。
7.优选地，所述主动配电网运行连通分量模型包括配电网结构模型、配电网各节点处非黑启动电源出力模型、配电网各节点处风光电源出力模型、配电网各节点处储能装置出力模型和配电网内不含电源的节点出力模型。
8.优选地，所述配电网结构模型为：(1)(2)
其中，x
it
表示t时刻i节点所连接的联络线总数；为t时刻节点i和节点j的关系，表示各联络线在不同时刻的通断状态，表示t时刻节点i和节点j相连，表示t时刻节点i和节点j不相连；表示节点i和节点j间是否装有含分段开关或断路器的联络线，表示节点i和节点j间装有含分段开关或断路器的联络线，节点i和节点j间未装有含分段开关或断路器的联络线，且节点i和节点j间的联络线故障无法连接时，视作节点i和节点j间无联络线，即；n表示节点j的数量。
9.优选地，所述配电网各节点处非黑启动电源出力模型为：(3)(4)(5)(6)其中，是包含非黑启动电源的节点集合；表示t时刻i节点处电源的最大出力；为i节点的非黑启动电源启动时刻，即i节点处非黑启动电源的开机时间；为i节点的非黑启动电源所需启动功率；t为非黑启动电源恢复阶段所需时间；为i节点处非黑启动电源的最大上爬坡率；为i节点处电源的最大输出功率；t1为满足非黑启动电源启动条件的启动时间；为相邻两时刻间的时间间隔；
为t时刻i节点处非黑启动电源状态，表示t时刻i节点处非黑启动电源具备启动条件，表示t时刻i节点处非黑启动电源不具备启动条件；为i节点的非黑启动电源达到最大出力的最小时刻；是t时刻通过联络线和节点与j节点相连的节点集合。
10.优选地，所述配电网各节点处风光电源出力模型为：(7)其中，表示t时刻i节点处电源的最大出力；表示i节点处风光电源在t时刻的预测出力；是包含电源的节点集合；是包含非黑启动电源的节点集合；是包含储能装置的节点集合。
11.优选地，所述配电网各节点处储能装置出力模型为：(8)其中，表示a时刻i节点处电源的最大出力；是t时刻通过联络线和节点与i节点相连的节点集合；表示t时刻j节点处的预测有功负荷，表示j节点当前时刻的有功负荷大小，表示j节点在24 h后的预测有功负荷大小；为i节点处电源的最大输出功率；是包含储能装置的节点集合；为i节点处储能装置的总容量；为相邻两时刻间的时间间隔。
12.优选地，所述配电网内不含电源的节点出力模型为：
(9)表示t时刻i节点处电源的最大出力；是包含电源的节点集合；i表示节点，t表示时刻。
13.优选地，所述s2中建立的考虑网络结构限制与微网控制器限制的负荷恢复模型如下：(10)(11)（12）(13)(14)(15)式中，为目标函数；n为网络中的节点总数；表示j节点在t时刻的预测有功负荷；表示i节点在t时刻的预测有功负荷；分别表示t时刻和t-1时刻i节点所连接的联络线总数；表示i节点在t时刻的状态，表示t时刻i节点处的负荷被恢复；表示t时刻i节点处的负荷未被恢复；表示t时刻j节点处电源的最大出力；是t时刻通过联络线和节点与j节点相连的节点集合；为负荷权重系数；是开关操作次数的权重系数；
表示配网在未来24h内开关的操作次数；表示t时刻i节点与j节点的关系,代表t时刻i节点通过联络线或节点与j节点相连，代表t时刻i节点不通过联络线或节点与j节点相连；是t时刻由组成的n*n矩阵；是矩阵的第i行；是单位矩阵，其主对角线上的元素均为1，其余元素均为0；是一个1行n列的矩阵，该矩阵的所有元素均为1；表示含微网控制器的节点集合；是包含电源的节点集合。
14.优选地，步骤s3中，利用离散粒子群算法求解s1和s2所建立模型，得到故障时间内配电网各节点处非黑启动电源的开机时间与各联络线在不同时刻的通断状态，形成故障时间内配电网的动态孤岛划分方案，所述离散粒子群算法流程为：（1）首先对粒子群进行初始化：将随机生成的配电网各时段结构记为粒子的初始位置和速度，其中，配电网各时段结构生成方式为：先随机生成一个配电网结构拓扑，再将粒子所有时刻的网络拓扑都变为该随机生成的结构拓扑；如果当前该粒子的配电网结构拓扑不能满足所有约束条件，则找出该粒子不满足约束条件的所有时刻中的最小时刻t1，然后在0时刻和t1时刻间选一个时刻t，执行变异操作，生成新的配电网结构拓扑，然后该粒子t时刻和t时刻之后的时段都执行复制操作，将新的配电网结构拓扑复制到t时刻和t时刻之后的所有时段，通过复制和变异使所有约束条件都得到满足时该粒子初始化完成；（2）所有粒子完成初始化后，初始化粒子群：根据目标函数，比较所有粒子的适应度，找出当前的全局最优解，并暂记各粒子当前值为个体最优解，完成粒子群初始化；（3）粒子群初始化完成后，算法通过对种群迭代寻找全局最优解：先交叉：根据惯性因子和学习因子c1、c2，分别将个体最优解和全局最优解中部分时刻的网络拓扑复制进粒子中，使个体最优解和全局最优解的拓扑结构信息扩散到各粒子中；然后迭代更新粒子位置信息；最后变异和复制：执行初始化时的变异与复制过程，确保所有粒子记录的都是可行解，直到达到最大迭代次数，输出可行解，算法结束。
15.优选地，步骤s4的具体过程如下：建立配电网线性潮流模型，将步骤s3获取的动态孤岛划分方案，输入配电网线性潮流模型，求解得到各机组的发电规划，结合动态孤岛划分方案进行故障恢复；
其中，各机组的发电规划结合动态孤岛划分方案进行故障恢复的方式为：根据动态孤岛划分方案控制故障时间内配电网各节点处非黑启动电源的开机时间与各联络线在不同时刻的通断状态，同时根据各机组的发电规划控制故障时间内配电网各节点机组的出力，实现故障恢复。
16.一种基于动态孤岛划分的主动配电网故障恢复系统，包括：主动配电网运行连通分量模型构建模块，用于基于配电网内联络线的建设情况和配电网区域内各发电机的运行特性，建立考虑多类型电源出力的主动配电网运行连通分量模型；负荷恢复模型构建模块，用于基于所述主动配电网运行连通分量模型，建立考虑网络结构限制与微网控制器限制的负荷恢复模型；动态孤岛划分方案求解模块，用于求解主动配电网运行连通分量模型和负荷恢复模型，得到故障时间内配电网各节点处非黑启动电源的开机时间与各联络线在不同时刻的通断状态，形成故障时间内配电网的动态孤岛划分方案；发电规划求解模块，用于建立配电网线性潮流模型，并根据动态孤岛划分方案，求解配电网线性潮流模型，得到各发电机的发电规划，结合动态孤岛划分方案进行故障恢复。
17.一种终端，包括处理器及存储介质；所述存储介质用于存储指令；所述处理器用于根据所述指令进行操作以执行所述方法的步骤。
18.计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现所述方法的步骤。
19.本发明的有益效果在于，与现有技术相比：本发明基于配电网内联络线的建设情况和配电网区域内各发电机的运行特性，建立主动配电网运行连通分量模型，根据主动配电网运行连通分量模型，建立考虑网络结构限制与微网控制器限制的负荷恢复模型，具体的，模型中公式（2）和（14）为连通分量与时间t的变化函数，其考虑了分段开关与断路器可以随时间变化的特点，可准确描绘了主动配电网结构灵活变换的特点；模型公式中（3）-（9）为包括非黑启动电源、储能装置和风光电源的电源出力模型，形成了考虑非黑启动电源输出特性，动态调整分段开关、断路器状态与电源输出功率，分段开关、断路器与电源相互配合的配电网故障的动态恢复模型，使得给出动态孤岛划分方案中一个孤岛内电源的种类和数量不受限制，扩展了大停电后动态孤岛划分方案的可行解；进一步的，结合配电网线性潮流模型实现了动态孤岛划分与发电规划联合的故障恢复，达到配电网网络结构与分布电源协同配合的恢复效果，从而实现配电网在大停电后的快速恢复，增强配电网运行弹性，并且能为建设坚强电网的运行控制提供理论支撑。
20.进一步的，本发明求解模型时，对离散粒子群算法进行改进，包括对粒子群进行初始化时，如果当前该粒子的配电网结构拓扑不能满足所有约束条件，则找出该粒子不满足约束条件的所有时刻中的最小时刻t1，然后在0时刻和t1时刻间选一个时刻t，执行变异操作，生成新的配电网结构拓扑，然后该粒子t时刻和t时刻之后的时段都执行复制操作，将新的配电网结构拓扑复制到t时刻和t时刻之后的时段，通过复制和变异使所有约束条件都得到满足时该粒子初始化完成，加快了粒子群初始化的速度，相比常规粒子群算法重新生成配电网结构拓扑后，要重新检查所有时刻是否都满足约束条件，本发明方案减少了要检查
的时刻数量，只需要检查t时刻和t时刻之后的时段；算法通过对种群迭代寻找全局最优解时，根据惯性因子和学习因子c1、c2，分别将个体最优解和全局最优解中部分时刻的网络拓扑复制进粒子中，其加强了算法的寻优能力，通过增加这一步骤,各粒子直接获得了个体最优解和全局最优解的信息，从而在下一步迭代中依据这些信息寻找是否有更优的方案。
附图说明
21.图1为本发明基于动态孤岛划分的主动配电网故障恢复方法的流程图；图2为本发明实施例中采用的电网结构图；图3为本发明实施例中简化后的电网结构图；图4为本发明实施例中的动态孤岛划分方案；图5为本发明实施例中的发电规划结果；图6为本发明实施例中离散粒子群算法流程图。
具体实施方式
22.为使本发明的目的、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，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。本技术所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部实施例。基于本发明精神，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有所其它实施例，都属于本发明的保护范围。
23.如图1所示，本发明提供一种基于动态孤岛划分的主动配电网故障恢复方法，在本发明优选但非限制性的实施方式中，所述方法包括以下步骤：s1：基于配电网内联络线的建设情况（下文式（2）中参数）和配电网区域内各发电机的运行特性（对应于下文式（3）中、、、、，式（7）中，（8）中），建立考虑多类型电源出力的主动配电网运行连通分量模型，具体包括：a1：建立配电网结构模型：(1)(2)其中，x
it
表示t时刻i节点所连接的联络线总数，节点j的总数量；表示t时刻节点i和节点j的关系，表示各联络线在不同时刻的通断状态，表示t时刻节点i和节点j相连，表示t时刻节点i和节点j不相连；表示节点i和节点j间是否装有含分段开关或断路器的联络线，表示节点i和节点j间装有含分段开关或断路器的联络线，节点i和节点j间未装有含分段开关或断路器的联络线，且节点i和节点j间的联络线故障无法连接时，视作节点i和节点j间无联络线，即；即参数与联络开关有关，=1表示联络开关闭合，=0表示联络开关断开；n表示节点j的数量。
24.a2：建立配电网各节点处非黑启动电源出力模型：(3)(4)(5)(6)其中，是包含非黑启动电源的节点集合；表示t时刻i节点处电源的最大出力；为i节点的非黑启动电源启动时刻，即i节点处非黑启动电源的开机时间；为i节点的非黑启动电源所需启动功率；t为非黑启动电源恢复阶段所需时间；为i节点处非黑启动电源的最大上爬坡率；为i节点处电源的最大输出功率；t1为满足非黑启动电源启动条件的启动时间；为相邻两时刻间的时间间隔；为t时刻i节点处非黑启动电源状态，表示t时刻i节点处非黑启动电源具备启动条件，表示t时刻i节点处非黑启动电源不具备启动条件；为i节点的非黑启动电源达到最大出力的最小时刻；是t时刻通过联络线和节点与j节点相连的节点集合。
25.a3：建立配电网各节点处风光电源出力模型：
(7)其中，表示t时刻i节点处电源的最大出力；表示i节点处风光电源在t时刻的预测出力；是包含电源的节点集合；是包含储能装置的节点集合。
26.a4：建立配电网各节点处储能装置出力模型：(8)其中，表示a时刻i节点处电源的最大出力；是t时刻通过联络线和节点与i节点相连的节点集合；表示t时刻j节点处的预测有功负荷，表示j节点当前时刻的有功负荷大小，表示j节点在24 h后的预测有功负荷大小；为i节点处电源的最大输出功率；是包含储能装置的节点集合；为i节点处储能装置的总容量；为相邻两时刻间的时间间隔。
27.a5：建立配电网内不含电源的节点出力模型：(9)为配电网内不含电源的节点出力；是包含电源的节点集合；i表示节点，t表示时刻。
28.s2：基于s1建立的模型，建立考虑网络结构限制与微网控制器限制的负荷恢复模型；进一步优选地，建立的考虑网络结构限制（对应为利用公式(13)将网络结构限制
为辐射状）与微网控制器限制（即公式（15），表示中的节点至少有一个被恢复）的负荷恢复模型如下：(10)(11)(12)(13)(14)(15)式中，为目标函数；n为网络中的节点总数；表示j节点在t时刻的预测有功负荷；表示i节点在t时刻的预测有功负荷；分别表示t时刻和t-1时刻i节点所连接的联络线总数；表示i节点在t时刻的状态，表示t时刻i节点处的负荷被恢复；表示t时刻i节点处的负荷未被恢复；表示t时刻j节点处电源的最大出力，该参数既指公式（3）又指公式（7）的参数，即表示j节点处非黑启动电源或风光电源的最大出力，比如，当j节点的电源是风光电源时，表示j节点处风光电源的最大出力；是t时刻通过联络线和节点与j节点相连的节点集合；为负荷权重系数；是开关操作次数的权重系数；
表示配网在未来24h内开关的操作次数；表示t时刻i节点与j节点的关系,代表t时刻i节点通过联络线或节点与j节点相连，代表t时刻i节点不通过联络线或节点与j节点相连；是t时刻由组成的n*n矩阵；是矩阵的第i行；是单位矩阵，其主对角线上的元素均为1，其余元素均为0；是一个1行n列的矩阵，该矩阵的所有元素均为1；表示含微网控制器的节点集合；是包含电源的节点集合。
29.s3：利用智能算法求解步骤s1和s2所建立的模型，得到故障时间内配电网各节点处非黑启动电源的开机时间与各联络线在不同时刻的通断状态，形成故障时间内配电网的动态孤岛划分方案；进一步优选地，利用离散粒子群算法求解s1和s2所建立模型，得到故障时间内配电网各节点处非黑启动电源的开机时间与各联络线在不同时刻的通断状态，形成故障时间内配电网的动态孤岛划分方案；所述离散粒子群算法流程如图6所示。
30.（1）首先对粒子群进行初始化：将随机生成的配电网各时段结构记为粒子的初始位置和速度，其中，配电网各时段结构生成方式为：先随机生成一个配电网结构拓扑，再将粒子所有时刻的网络拓扑都变为该随机生成的结构拓扑；如果当前该粒子的配电网结构拓扑不能满足所有约束条件（1）-（9）和（11）-（15），则找出该粒子不满足约束条件的所有时刻中的最小时刻t1，然后在0时刻和t1时刻间选一个时刻t，执行变异操作，生成新的配电网结构拓扑，然后该粒子t时刻和t时刻之后的所有时段都执行复制操作，将新的配电网结构拓扑复制到t时刻和t时刻之后的时段，通过复制和变异使所有约束条件都得到满足时该粒子初始化完成；（2）所有粒子完成初始化后，初始化粒子群：根据目标函数式（10），比较所有粒子的适应度，找出当前的全局最优解，并暂记各粒子当前值为个体最优解，完成粒子群初始化；（3）粒子群初始化完成后，算法通过对种群迭代寻找全局最优解：先交叉：根据惯性因子和学习因子c1、c2，分别将个体最优解和全局最优解中部分时刻的网络拓扑复制进粒子中，使个体最优解和全局最优解的拓扑结构信息扩散到各粒子中；
然后迭代：更新粒子位置信息，可根据文献基于并行粒子群算法的电力系统分区抗差状态估计[j].电网技术, 余建树,李朝霞,龚雪娇 等.2022,46 (08): 3139-3149. doi:0.13335/j.1000-3673.pst.2021.1525.中的粒子群算法公式更新粒子位置信息；最后变异和复制：执行初始化时的变异与复制过程，确保所有粒子记录的都是可行解，直到达到最大迭代次数，输出可行解，算法结束。
[0031]
可以理解的是，所述全局最优解和可行解的表现形式都是上述模型中的各时刻，是根据上述模型计算得出的结果。
[0032]
s4：建立配电网线性潮流模型，并根据步骤s3获取的动态孤岛划分方案，求解配电网线性潮流模型，得到各发电机的发电规划，结合动态孤岛划分方案进行故障恢复，具体过程如下：建立配电网线性潮流模型，将步骤s3获取的动态孤岛划分方案，即和，输入配电网线性潮流模型，应用数学方法求解得到各机组的发电规划和，结合动态孤岛划分方案进行故障恢复。
[0033]
其中，各机组的发电规划结合动态孤岛划分方案进行故障恢复的方式为：根据动态孤岛划分方案控制故障时间内配电网各节点处非黑启动电源的开机时间与各联络线在不同时刻的通断状态，同时根据各机组的发电规划控制故障时间内配电网各节点机组的出力，实现故障恢复所述s4中建立的配电网线性潮流模型如下：(16)(17)(18)(19)(20)(21)(22)
(23)(24)(25)(26)(27)(28)(29)(30)(31) (32)(33)表示t时刻节点处的电源出力；是i节点处电源的发电成本；为i节点处机组的最大下爬坡率；
是t时刻i节点处机组的无功出力；为t时刻i节点处电压值的平方；为t时刻从i节点流向j节点的有功功率大小；为t时刻从i节点流向j节点的无功功率大小；为i节点和j节点间的线路阻抗；为i节点和j节点间的容抗；为额定电压大小的平方；为i节点电压平方大小的下限；为i节点电压平方大小上限；表示t时刻节点处的预测无功负荷。
[0034]
实施例1：基于上述方案，本实施例将上述方法进行应用和分析，具体如下：本实施例中，选取某地区农村配电网作为配网算例，分别在节点2、25接入光伏机组，在节点11接入火电机组（即图2中节点11接入的非黑启动电源），在节点35接入储能装置，如图2所示。该配电网系统的参数如表1所示。在极端事件发生后，配电网通过分段开关/断路器改变配电网结构。因此，如果两节点间未安装分段开关/断路器，那么在孤岛划分过程中，这两节点可以视为同一节点。根据图2中分段开关/断路器的安装位置，合并各节点，该区域配电网可以简化为一个13节点网络，如图3所示。具体的，图2中1、2、3、4合并为图3中1；图2中5、6、7、8合并为图3中2；图2中9、10、11、12合并为图3中3；图2中13、14、15合并为图3中4；图2中16、17合并为图3中5；图2中18为图3中6；图2中19、20、21、22合并为图3中7；图2中23、24、25、26、27合并为图3中8；图2中28、29、30合并为图3中9；图2中31、32、33合并为图3中10；图2中34、35、36合并为图3中11；图2中37、38、39、40合并为图3中12；图2中41、42、43合并为图3中13。
[0035]
配电网化简为图3后，各电源接入情况如表2所示。
[0036]
本实施例中，各负荷权重系数如表3所示，储能装置和非黑机组参数如表4所示。
[0037]
表1 配电网算例参数
[0038]
表2 各电源接入情况
[0039]
表3 各电负荷权重系数
[0040]
表4 储能装置和非黑机组参数
[0041]
根据本发明s1和s2建立的负荷恢复模型，可以通过智能算法求解得到满足约束的负荷恢复可行解，动态孤岛划分方案如图4所示。
[0042]
进一步的，依据图4动态孤岛划分方案，即：在0时刻发生故障事件导致配网与主网脱离后，连接节点1与节点2、节点2与节点3、节点3与节点4、节点5与节点6的联络开关（联络线的分段开关或断路器）断开，其他联络开关闭合，同时指定11号节点为区域中心，持续0.5小时；0.5小时后，连接节点2与节点3、节点3与节点4、节点4与节点5、节点5与节点6、节点8与节点9的联络开关断开，其他联络开关闭合，同时指定3号节点处为区域中心，持续23.5小时，3号节点处的非黑启动机组在故障0.5 h后开机，制定各机组的发电规划，即将前述的图4动态孤岛划分方案带入配电网线性潮流模型公式，得出下述的各机组的发电规划：在0时刻发生故障事件导致配网与主网脱离后，由储能装置供电恢复节点3、8、9、10、11、12、13处的负荷，同时节点3处非黑启动电源在故障0.5 h后开始吸收电能启动，不采用风光装置发出的电能，持续时间1.5个小时；然后逐渐降低储能装置出力至0，增加非黑启动电源，由非黑启动电源负责供电恢复节点3、9、10、11、12、13处的负荷，不采用风光装置发出的电能，持续时间22.5个小时。各电电源发电成本如表5所示，发电规划结果如图5所示。
[0043]
表5 各电源发电成本
[0044]
图5显示，故障发生到故障后第0.5h时刻只有储能装置出力为正，图4显示与储能装置相连的节点有3、8、9、10、11、12、13号节点，所以故障发生到故障后第0.5h时刻配电网恢复了3、8、9、10、11、12、13号节点，主要通过储能装置供电，将储能装置所在的11号节点作为区域中心。由于处于夜间，无阳光，因此7号节点和8号节点的光伏装置出力为0，无法帮助负荷恢复。从故障后第1h时刻，到第24h时刻，区域中心变为非黑启动电源所在的3号节点。非黑启动电源在故障后第4h时刻，利用储能装置的电源启动。由于非黑启动电源的发电成本远低于储能装置供电成本，因此在非黑启动电源启动后，负荷恢复主要由非黑启动电源支持。
[0045]
根据本实施例结果，本方法可以协同联络开关、断路器与分布式电源，实现配电网在大停电后的快速恢复，对于增强配电网弹性，建设坚强电网具有重要价值。
[0046]
本发明还提供一种基于动态孤岛划分的主动配电网故障恢复系统，包括：主动配电网运行连通分量模型构建模块，用于基于配电网内联络线的建设情况和配电网区域内各发电机的运行特性，建立主动配电网运行连通分量模型；负荷恢复模型构建模块，用于基于主动配电网运行连通分量模型，建立考虑网络结构限制与微网控制器限制的负荷恢复模型；动态孤岛划分方案求解模块，用于求解主动配电网运行连通分量模型和负荷恢复模型，得到故障时间内配电网各节点处非黑启动电源的开机时间与各联络线在不同时刻的通断状态，形成故障时间内配电网的动态孤岛划分方案；发电规划求解模块，用于建立配电网线性潮流模型，并根据动态孤岛划分方案，求解配电网线性潮流模型，得到各发电机的发电规划，结合动态孤岛划分方案进行故障恢复。
[0047]
本发明还提供一种终端，包括处理器及存储介质；所述存储介质用于存储指令；所述处理器用于根据所述指令进行操作以执行所述方法的步骤。
[0048]
本发明还提供计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现所述方法的步骤。
[0049]
本发明的有益效果在于，与现有技术相比：本发明基于配电网内联络线的建设情况和配电网区域内各发电机的运行特性，建立主动配电网运行连通分量模型，根据主动配电网运行连通分量模型，建立考虑网络结构限制与微网控制器限制的负荷恢复模型，具体的，模型中公式（2）和（14）为连通分量与时间t的变化函数，其考虑了联络开关与断路器可以随时间变化的特点，可准确描绘了主动配电网结构灵活变换的特点；模型公式中（3）-（9）为包括非黑启动电源、储能装置和风光电源的
电源出力模型，为考虑非黑启动电源输出特性，动态调整分段开关、断路器状态与电源输出功率，分段开关、断路器与电源相互配合的配电网故障的动态恢复模型，使得给出动态孤岛划分方案中一个孤岛内电源的种类和数量不受限制，扩展了大停电后动态孤岛划分方案的可行解；进一步的，结合配电网线性潮流模型实现了动态孤岛划分与发电规划联合的故障恢复，达到配电网网络结构与分布电源协同配合的恢复效果，从而实现配电网在大停电后的快速恢复，增强配电网运行弹性，并且能为建设坚强电网的运行控制提供理论支撑。
[0050]
进一步的，本发明求解模型时，对离散粒子群算法进行改进，包括对粒子群进行初始化时，如果当前该粒子的配电网结构拓扑不能满足所有约束条件，则找出该粒子不满足约束条件的所有时刻中的最小时刻t1，然后在0时刻和t1时刻间选一个时刻t，执行变异操作，生成新的配电网结构拓扑，然后该粒子t时刻和t时刻之后的所有时段都执行复制操作，将新的配电网结构拓扑复制到t时刻和t时刻之后的所有时段，通过复制和变异使所有约束条件都得到满足时该粒子初始化完成，加快了粒子群初始化的速度，相比常规粒子群算法重新生成配电网结构拓扑后，要重新检查所有时刻是否都满足约束条件，本发明方案减少了要检查的时刻数量，只需要检查t时刻和t时刻之后的时段；算法通过对种群迭代寻找全局最优解时，根据惯性因子和学习因子c1、c2，分别将个体最优解和全局最优解中部分时刻的网络拓扑复制进粒子中，其加强了算法的寻优能力，通过增加这一步骤,各粒子直接获得了个体最优解和全局最优解的信息，从而在下一步迭代中依据这些信息寻找是否有更优的方案。
[0051]
本公开可以是系统、方法和/或计算机程序产品。计算机程序产品可以包括计算机可读存储介质，其上载有用于使处理器实现本公开的各个方面的计算机可读程序指令。
[0052]
计算机可读存储介质可以是可以保持和存储由指令执行设备使用的指令的有形设备。计算机可读存储介质例如可以是――但不限于――电存储设备、磁存储设备、光存储设备、电磁存储设备、半导体存储设备或者上述的任意合适的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子（非穷举的列表）包括：便携式计算机盘、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）、静态随机存取存储器（sram）、便携式压缩盘只读存储器（cd-rom）、数字多功能盘（dvd）、记忆棒、软盘、机械编码设备、例如其上存储有指令的打孔卡或凹槽内凸起结构、以及上述的任意合适的组合。这里所使用的计算机可读存储介质不被解释为瞬时信号本身，诸如无线电波或者其它自由传播的电磁波、通过波导或其它传输媒介传播的电磁波（例如，通过光纤电缆的光脉冲）、或者通过电线传输的电信号。
[0053]
这里所描述的计算机可读程序指令可以从计算机可读存储介质下载到各个计算/处理设备，或者通过网络、例如因特网、局域网、广域网和/或无线网下载到外部计算机或外部存储设备。网络可以包括铜传输电缆、光纤传输、无线传输、路由器、防火墙、交换机、网关计算机和/或边缘服务器。每个计算/处理设备中的网络适配卡或者网络接口从网络接收计算机可读程序指令，并转发该计算机可读程序指令，以供存储在各个计算/处理设备中的计算机可读存储介质中。
[0054]
用于执行本公开操作的计算机程序指令可以是汇编指令、指令集架构（isa）指令、机器指令、机器相关指令、微代码、固件指令、状态设置数据、或者以一种或多种编程语言的
任意组合编写的源代码或目标代码，所述编程语言包括面向对象的编程语言—诸如smalltalk、c++等，以及常规的过程式编程语言—诸如“c”语言或类似的编程语言。计算机可读程序指令可以完全地在用户计算机上执行、部分地在用户计算机上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算机上部分在远程计算机上执行、或者完全在远程计算机或服务器上执行。在涉及远程计算机的情形中，远程计算机可以通过任意种类的网络—包括局域网(lan)或广域网(wan)—连接到用户计算机，或者，可以连接到外部计算机（例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接）。在一些实施例中，通过利用计算机可读程序指令的状态信息来个性化定制电子电路，例如可编程逻辑电路、现场可编程门阵列（fpga）或可编程逻辑阵列（pla），该电子电路可以执行计算机可读程序指令，从而实现本公开的各个方面。
[0055]
最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。

技术特征：
1.一种基于动态孤岛划分的主动配电网故障恢复方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：s1：基于配电网内联络线的建设情况和配电网区域内各发电机的运行特性，建立考虑多类型电源出力的主动配电网运行连通分量模型；s2：基于所述主动配电网运行连通分量模型，建立考虑网络结构限制与微网控制器限制的负荷恢复模型；s3：求解步骤s1和s2所建立的模型，得到故障时间内配电网各节点处非黑启动电源的开机时间与各联络线在不同时刻的通断状态，形成故障时间内配电网的动态孤岛划分方案；s4：建立配电网线性潮流模型，并根据动态孤岛划分方案，求解配电网线性潮流模型，得到各发电机的发电规划，结合动态孤岛划分方案进行故障恢复。2.根据权利要求1所述的一种基于动态孤岛划分的主动配电网故障恢复方法，其特征在于：所述主动配电网运行连通分量模型包括配电网结构模型、配电网各节点处非黑启动电源出力模型、配电网各节点处风光电源出力模型、配电网各节点处储能装置出力模型和配电网内不含电源的节点出力模型。3.根据权利要求2所述的一种基于动态孤岛划分的主动配电网故障恢复方法，其特征在于：所述配电网结构模型为：(1)(2)其中，x
it
表示t时刻i节点所连接的联络线总数；为t时刻节点i和节点j的关系，表示各联络线在不同时刻的通断状态，表示t时刻节点i和节点j相连，表示t时刻节点i和节点j不相连；表示节点i和节点j间是否装有含分段开关或断路器的联络线，表示节点i和节点j间装有含分段开关或断路器的联络线，节点i和节点j间未装有含分段开关或断路器的联络线，且节点i和节点j间的联络线故障无法连接时，视作节点i和节点j间无联络线，即；n表示节点j的数量。4.根据权利要求2所述的一种基于动态孤岛划分的主动配电网故障恢复方法，其特征在于：所述配电网各节点处非黑启动电源出力模型为：
(3)(4)(5)(6)其中，是包含非黑启动电源的节点集合；表示t时刻i节点处电源的最大出力；为i节点的非黑启动电源启动时刻，即i节点处非黑启动电源的开机时间；为i节点的非黑启动电源所需启动功率；t为非黑启动电源恢复阶段所需时间；为i节点处非黑启动电源的最大上爬坡率；为i节点处电源的最大输出功率；t1为满足非黑启动电源启动条件的启动时间；为相邻两时刻间的时间间隔；为t时刻i节点处非黑启动电源状态，表示t时刻i节点处非黑启动电源具备启动条件，表示t时刻i节点处非黑启动电源不具备启动条件；为i节点的非黑启动电源达到最大出力的最小时刻；是t时刻通过联络线和节点与j节点相连的节点集合。5.根据权利要求2所述的一种基于动态孤岛划分的主动配电网故障恢复方法，其特征在于：所述配电网各节点处风光电源出力模型为：
(7)其中，表示t时刻i节点处电源的最大出力；表示i节点处风光电源在t时刻的预测出力；是包含电源的节点集合；是包含非黑启动电源的节点集合；是包含储能装置的节点集合。6.根据权利要求2所述的一种基于动态孤岛划分的主动配电网故障恢复方法，其特征在于：所述配电网各节点处储能装置出力模型为：(8)其中，表示a时刻i节点处电源的最大出力；是t时刻通过联络线和节点与i节点相连的节点集合；表示t时刻j节点处的预测有功负荷；为i节点处电源的最大输出功率；是包含储能装置的节点集合；为i节点处储能装置的总容量；为相邻两时刻间的时间间隔。7.根据权利要求2所述的一种基于动态孤岛划分的主动配电网故障恢复方法，其特征在于：所述配电网内不含电源的节点出力模型为：(9)表示t时刻i节点处电源的最大出力；是包含电源的节点集合；i表示节点，t表示时刻。
8.根据权利要求1所述的一种基于动态孤岛划分的主动配电网故障恢复方法，其特征在于：所述s2中建立的考虑网络结构限制与微网控制器限制的负荷恢复模型如下：(10)(11)(12) (13)(14)(15)式中，为目标函数；n为网络中的节点总数；表示j节点在t时刻的预测有功负荷；表示i节点在t时刻的预测有功负荷；分别表示t时刻和t-1时刻i节点所连接的联络线总数；表示i节点在t时刻的状态，表示t时刻i节点处的负荷被恢复；表示t时刻i节点处的负荷未被恢复；表示t时刻j节点处电源的最大出力；是t时刻通过联络线和节点与j节点相连的节点集合；为负荷权重系数；是开关操作次数的权重系数；表示配电网在未来24h内开关的总操作次数；表示t时刻i节点与j节点的关系, 代表t时刻i节点通过联络线或节点与j节点相连，代表t时刻i节点不通过联络线或节点与j节点相连；
是t时刻由组成的n*n矩阵；是矩阵的第i行；是单位矩阵，其主对角线上的元素均为1，其余元素均为0；是一个1行n列的矩阵，该矩阵的所有元素均为1；表示含微网控制器的节点集合；是包含电源的节点集合。9.根据权利要求1所述的一种基于动态孤岛划分的主动配电网故障恢复方法，其特征在于：步骤s3中，利用离散粒子群算法求解s1和s2所建立模型，得到故障时间内配电网各节点处非黑启动电源的开机时间与各联络线在不同时刻的通断状态，形成故障时间内配电网的动态孤岛划分方案，所述离散粒子群算法流程为：（1）首先对粒子群进行初始化：将随机生成的配电网各时段结构记为粒子的初始位置和速度，其中，配电网各时段结构生成方式为：先随机生成一个配电网结构拓扑，再将粒子所有时刻的网络拓扑都变为该随机生成的结构拓扑；如果当前该粒子的配电网结构拓扑不能满足所有约束条件，则找出该粒子不满足约束条件的所有时刻中的最小时刻t1，然后在0时刻和t1时刻间选一个时刻t，执行变异操作，生成新的配电网结构拓扑，然后该粒子t时刻和t时刻之后的时段都执行复制操作，将新的配电网结构拓扑复制到t时刻和t时刻之后的所有时段，通过复制和变异使所有约束条件都得到满足时该粒子初始化完成；（2）所有粒子完成初始化后，初始化粒子群：根据目标函数，比较所有粒子的适应度，找出当前的全局最优解，并暂记各粒子当前值为个体最优解，完成粒子群初始化；（3）粒子群初始化完成后，算法通过对种群迭代寻找全局最优解：先交叉：根据惯性因子和学习因子c1、c2，分别将个体最优解和全局最优解中部分时刻的网络拓扑复制进粒子中，使个体最优解和全局最优解的拓扑结构信息扩散到各粒子中；然后迭代更新粒子位置信息；最后变异和复制：执行初始化时的变异与复制过程，确保所有粒子记录的都是可行解，直到达到最大迭代次数，输出可行解，算法结束。10.根据权利要求1所述的一种基于动态孤岛划分的主动配电网故障恢复方法，其特征在于：步骤s4的具体过程如下：建立配电网线性潮流模型，将步骤s3获取的动态孤岛划分方案，输入配电网线性潮流模型，求解得到各机组的发电规划，结合动态孤岛划分方案进行故障恢复；其中，各机组的发电规划结合动态孤岛划分方案进行故障恢复的方式为：根据动态孤岛划分方案控制故障时间内配电网各节点处非黑启动电源的开机时间与
各联络线在不同时刻的通断状态，同时根据各机组的发电规划控制故障时间内配电网各节点机组的出力，实现故障恢复。11.一种基于动态孤岛划分的主动配电网故障恢复系统，用于运行权利要求1-10任意一项所述的方法，其特征在于，所述系统包括：主动配电网运行连通分量模型构建模块，用于基于配电网内联络线的建设情况和配电网区域内各发电机的运行特性，建立考虑多类型电源出力的主动配电网运行连通分量模型；负荷恢复模型构建模块，用于基于所述主动配电网运行连通分量模型，建立考虑网络结构限制与微网控制器限制的负荷恢复模型；动态孤岛划分方案求解模块，用于求解主动配电网运行连通分量模型和负荷恢复模型，得到故障时间内配电网各节点处非黑启动电源的开机时间与各联络线在不同时刻的通断状态，形成故障时间内配电网的动态孤岛划分方案；发电规划求解模块，用于建立配电网线性潮流模型，并根据动态孤岛划分方案，求解配电网线性潮流模型，得到各发电机的发电规划，结合动态孤岛划分方案进行故障恢复。12.一种终端，包括处理器及存储介质；其特征在于：所述存储介质用于存储指令；所述处理器用于根据所述指令进行操作以执行根据权利要求1-10任一项所述方法的步骤。13.计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现权利要求1-10任一项所述方法的步骤。

技术总结
本发明公开了一种基于动态孤岛划分的主动配电网故障恢复方法和系统，所述方法包括：基于配电网内联络线的建设情况和配电网区域内各发电机的运行特性，建立主动配电网运行连通分量模型；根据主动配电网运行连通分量模型，建立考虑网络结构限制与微网控制器限制的负荷恢复模型；求解所建立的模型，获取故障时间内配电网的动态孤岛划分方案；建立配电网线性潮流模型，并根据动态孤岛划分方案，求解配电网线性潮流模型，得到各发电机的发电规划，结合动态孤岛划分方案进行故障恢复。本发明可以协同分段开关、断路器与分布式电源，实现配电网在大停电后的快速恢复，统一配电网故障恢复中的孤岛划分与网络重构过程，提升配电网运行弹性。行弹性。行弹性。


技术研发人员：龚逊东 郭维嘉 黄国栋 杨晨 朱俊澎 郦君婷 朱琼 周力 董晓峰
受保护的技术使用者：河海大学
技术研发日：2023.09.01
技术公布日：2023/10/7