一种基于软开关辅助配电系统的优化服务恢复方法与流程

本发明属于配电网故障优化领域，具体的说是一种基于软开关辅助配电系统的优化服务恢复方法。

背景技术：

1、近年来全球气候骤变，电力系统极易受到自然灾害和设备故障的影响，并且有可能带来严重的经济损失和社会影响。而弹性电力系统以其较强的故障抵抗能力和快速恢复能力，成为了当下的研究热点。在配电系统(distribution system,ds)中，两种最常用的恢复措施是网络重构和微电网形成，但是现有的措施很少考虑系统电压的主动调节。因此，在恢复过程中可能存在一定的电压安全风险。

2、软开关(soft open point,sop)作为一种新型的全控型电力电子设备，已被应用于配电系统的恢复中。sop的功能作用基于其两侧变流器的控制模式，而变流器的控制模式需要根据变化的网络拓扑结构进行调整。ds服务恢复的目的是在有限的可用电源条件下，尽可能为所有终端用户重新供电。节能降压(conservation voltage reduction,cvr)是一种通过将系统电压降低到可接受范围内来实现节能和减小峰值负载的想法。因此，在故障场景下，使用cvr恢复终端用户的比例更高，而且ds的电压也将处在一个较低的水平。在极端情况下，当使用动态网络重构来实现ds的快速恢复时，系统拓扑结构的频繁变化很可能会导致某些节点出现欠电压问题，从而影响系统的恢复性能。

技术实现思路

1、本发明是为了解决上述现有技术存在的不足之处，提出一种基于软开关辅助配电系统的优化服务恢复方法，以期能利用sop在故障运行期间具有电压支持能力、精确的潮流调节能力，从而能有效消除电压违规带来的不利影响，进一步提高系统的恢复能力。

2、本发明为达到上述发明目的，采用如下技术方案：

3、本发明一种基于软开关辅助配电系统的优化服务恢复方法的特点在于，包括以下步骤：

4、s1：根据配电系统的运行状态，确定智能软开关sop内两个电压源变流器的控制模式；

5、s2：构建虚拟功率流的约束条件：

6、s3：根据所述约束条件，判断虚拟潮流的方向：

7、当时段t下节点i和节点j之间的线路ij的虚拟功率流为正，则虚拟潮流的流向是从节点i到节点j；

8、当时段t下节点i和节点j之间的线路ij的虚拟功率流为负，则虚拟潮流的流向是从节点j到节点i；

9、当时段t下节点i和节点j之间的线路ij的虚拟功率流为0时，表示虚拟潮流在节点j、节点i之间不流动；

10、s4：若某一区域孤岛内存在发电机作为虚拟功率源，则表示发电机能满足整个区域内的虚拟功率要求；

11、若某一区域孤岛内不存在发电机作为虚拟功率源，则根据式(7)确认各个节点的注入虚拟功率为负，并由智能软开关sop为提供整个区域提供虚拟功率，并将智能软开关sop作为孤岛有向图的起始点，从而将控制模式由定直流电压-功率控制vdcq-pq切换为定直流电压-无源逆变控制vdcq-vf；

12、s5：在当智能软开关sop为虚拟功率源时，构建一个多周期配电系统恢复模型；

13、s6：将多周期配电系统恢复模型的目标函数划分为分解为两个时间尺度的目标函数，包括：慢时间尺度std的目标函数和快时间尺度rtd的目标函数

14、s7：对所述多周期配电系统恢复模型进行求解，得到包含sop动作、oltc动作、cbs动作、线路开断、负荷及发电机组出力在内的模型决策变量，用于指导配电系统进行故障恢复。

15、本发明所述的一种基于软开关辅助配电系统的优化服务恢复方法的特点也在于，s1包括以下步骤：

16、s1-1：利用式(1)-式(4)得到由两个电压变流器的有功功率和无功功率组成的智能软开关sop的优化变量：

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21、式(1)-式(4)中，分别表示时段t下智能软开关sop在节点i处注入的有功、无功功率；是时段t下智能软开关sop在节点j处注入的有功功率；是时段t下智能软开关sop在节点i处的有功损耗；是时段t下智能软开关sop在节点j处的有功损耗；是智能软开关sop在节点i处的损耗系数；为智能软开关sop在节点i处的容量；和分别是智能软开关sop在节点i处的无功功率的上限、下限；

22、s1-2：定义配电系统的运行状态包括：无故障、智能软开关sop一侧的线路故障、智能软开关sop两侧的线路故障；

23、若配电系统的运行状态为无故障，则智能软开关sop的控制方式为定直流电压-功率控制，记为vdcq-pq；

24、若配电系统的运行状态为智能软开关sop一侧的线路故障，则智能软开关sop的控制方式为定直流电压-无源逆变控制，记为vdcq-vf，且故障侧变流器的电压满足式(5)：

25、

26、式(5)中，是时段t下智能软开关sop内故障侧变流器在节点i处的电压幅值，uset是智能软开关sop内故障侧变流器的预设电压下限。

27、s2中是利用式(6)-式(10)构建虚拟功率流的约束条件：

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33、式(6)-式(10)中，表示时段t下节点i和节点j之间的线路ij的虚拟功率流；表示时段t下节点i的虚拟注入功率流；表示时段t下智能软开关sop端口在节点i处的虚拟功率，表示时段t下智能软开关sop端口在节点j处的虚拟功率；表示时段t下节点i和节点k之间的线路ik的虚拟功率流；yt，ij表示时段t下线路ij连接状态的二进制变量；ρt，i是时段t下节点i上的负载回收率；λt，i是时段t下节点i是否通电的二进制变量，m是乘数；ωl表示所有支路；ωls表示配电系统内智能软开关sop所连接的支路节点集合；表示时段t下发电机在节点i处的虚拟功率；n表示配电网络中的节点数。

34、s5包括以下步骤：

35、s5-1：利用式(11)构建多周期配电系统恢复模型的目标函数

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37、式(11)中，ωi为节点i处负载的权重；表示时段t下节点i的有功负荷量；αt，i是时段t下节点i处负载的恢复率，0≤αt，i≤1，ε是一个可调参数；是时段t下智能软开关sop在节点i处的有功损耗；rij是线路ij的电阻，是线路ij的电流的平方；ωb表示配电系统中的节点集合；

38、s5-2：构建多周期配电系统恢复模型的约束条件，包括：式(1)-式(4)所示的sop约束、式(12)所示的有载分接开关oltc约束、式(13)所示的投切电容器组cbs约束、式(14)-式(19)所示的潮流约束、式(20)-式(23)所示的生成树约束；

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40、式(12)中，kij，0表示线路ij上的有载分接开关oltc的初始匝数比，δkij表示线路ij上的有载分接开关oltc的增量；kt，ij是时段t下线路ij上的变压器变比的档位；kt-1，ij是时段t-1下线路ij上的变压器变比的档位；ut，j是时段t下节点j处的基准电压；nt是总时长；是线路ij上的有载分接开关oltc的的总分接步数；是有载分接开关oltc允许的动作次数；

41、

42、式(13)中，是时段t下投切电容器组cbs在节点i处注入的无功功率；是时段t下节点i处投入使用的cb的数量；是时段t-1下节点i处投入使用的cbs的数量；是投切电容器组cbs允许的动作次数；是电容器在节点i处的无功功率容量；是安装的投切电容器组cbs的数量；

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49、式(14)-式(19)中，pt，i，qt，i是时段t下节点i处注入的有功、无功功率；it，ij是时段t下线路ij上的电流；是时段t下节点i上电压的平方；是时段t下节点j上电压的平方；pt，ij，qt，ij是时段t下线路ij的有功、无功功率；是时段t下节点i的有功、无功负荷需求；分别为时段t下在分布式电源在节点i处注入的有功、无功功率；表示时段t下cbs在节点i处注入的无功功率；

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54、式(20)-式(23)中，βt，ij是时段t下节点i是否为节点j的父节点的二进制变量，若是，则令βt，ij为1，否则，令βt，ij为0；ωs表示配电系统中的变电站集合；ci是节点i的邻节点集合；

55、s5-3：在定直流电压-无源逆变控制vdcq-vf下，将智能软开关sop作为一个虚拟电源，从而利用式(24)得到故障侧变流器电压的约束条件：

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57、s6中是利用式(25)和式(26)将多周期配电系统恢复模型的目标函数划分为分解为两个时间尺度的目标函数，包括：慢时间尺度std的目标函数和快时间尺度rtd的目标函数

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60、式(25)和式(26)中，δt和δτ为两种不同的时间尺度；和分别表示式(11)在慢时间尺度std和快时间尺度rtd上的目标函数；k表示时段。

61、s4中是利用二阶锥转化方法将式(2)、式(4)、式(14)～式(17)转化为凸型非线性式后，再对所述多周期配电系统恢复模型进行求解。

62、本发明一种电子设备，包括存储器以及处理器的特点在于，所述存储器用于存储支持处理器执行任一所述优化服务恢复方法的程序，所述处理器被配置为用于执行所述存储器中存储的程序。

63、本发明一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质上存储有计算机程序的特点在于，所述计算机程序被处理器运行时执行中任一所述优化服务恢复方法的步骤。

64、与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

65、1、本发明采用了一种基于软开关辅助配电系统的优化服务恢复方法，将cvr与sop潮流调节相结合，利用sop的负载转移能力以及多时间尺度协调策略，结合了降低负荷消耗和扩大恢复区域的积极措施，克服了现有的技术中很少考虑系统电压的主动调节，在恢复过程中可能存在一定的电压安全风险的问题，从而有效提高了配电系统的故障恢复能力，同时更好地协调了cvr、sop的功率调度和控制模式切换。

66、2、本发明采用cvr与sop潮流调节相结合的方法，使得终端用户在断电后恢复的比例更高，同时确保了恢复过程中的电压安全，提高了系统的安全可靠性。

67、3、本发明利用sop的负载转移能力，其故障侧变流器可以切换到虚拟电源，使受影响区域重新通电，从而进一步提高系统的恢复能力。