考虑负荷冷启动特性的三相配电网有序供电恢复优化方法

本发明属于负荷恢复，特别是一种考虑负荷冷启动特性的三相配电网有序供电恢复优化方法。

背景技术：

1、近年来频发的极端自然灾害对城市配电网的安全运行造成了威胁。在主网失电的情况下，如何利用配网内部资源形成微网，对配网负荷供电已成为亟待解决的问题。

2、配电网灾后恢复需要根据电源及负荷将配电网划分为多个微电网来提高孤网状态下的运行可靠性。负荷的冷启动特性使得负荷值随着停电时长不同会发生变化，需负荷冷启动特性纳入考虑以确保微网的安全生成。同时，在配网内部存在大量的三相不平衡负荷，在微网生成期间需要考虑三相不平衡度来新生成微网的供电质量。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种提供考虑负荷冷启动特性的三相配电网有序供电恢复优化方法。

2、实现本发明目的的技术解决方案为：一方面，提供额一种考虑负荷冷启动特性的三相配电网有序供电恢复优化方法，所述方法包括以下步骤：

3、步骤1，构建配电网有序供电恢复过程中的拓扑结构模型；

4、步骤2，构建考虑冷启动特性的负荷功率需求模型；

5、步骤3，基于步骤1和步骤2构建三相配电网有序供电恢复过程中的源-网-荷-储协调调度模型；

6、步骤4，对步骤3构建的模型进行线性化处理并求解，得到三相配电网有序供电恢复优化结果。

7、进一步地，步骤1中拓扑结构模型，包括顺序恢复路径约束，具体如下：

8、

9、

10、

11、

12、

13、

14、其中，代表包含分布式电源k连于i节点上，b代表所有安装分布式电源的节点；代表包含分布式电源k微网的节点i到节点j的(i,j)间支路的供电状态变量；代表包含分布式电源k微网的节点j到节点i的(i,j)间支路的供电状态变量；代表包含分布式电源k微网的节点h到节点i的(h,i)间支路的供电状态变量；lij代表系统中存在的线路；n代表系统中存在的节点。

15、进一步地，步骤1中拓扑结构模型，包括顺序恢复时间约束，具体如下：

16、

17、

18、

19、式中，tii表示节点i的黑启动电源启动时间；m为一个极大值；ti为节点i的恢复时间，tj为节点j的恢复时间；tr表示未被启动的节点恢复时间设定值；tji表示线路(j,i)的恢复时间；k代表分布式电源数量。

20、进一步地，步骤2所述构建考虑冷启动特性的负荷功率需求模型，具体包括：

21、构建负荷随停电时间长短的冷启动功率需求模型，具体如下：

22、

23、

24、

25、

26、其中，δλi(τ)为第τ次采样值λi(τ)与第τ-1次采样值λi(τ-1)的差值；λi(τ)为负荷冷启动相较于稳定负荷的系数；λd1为冷负荷第二阶段的最低值；λd2为冷负荷第二阶段的最高值；τn为第n次采样值；an,an-1k a0分别为第n,n-1k,1次采样的系数；和分别为考虑负荷冷启动特性后的负荷有功和无功值；piu和分别为稳定的负荷有功和无功值；δpi(τ)为考虑负荷冷启动特性后的负荷与稳定负荷的差值；δqi(τ)为考虑负荷冷启动特性后的无功负荷与稳定负荷的差值；为包含分布式电源k微网的节点i负荷恢复状态，为1表示负荷已经恢复；为包含分布式电源k微网的节点i第tmax-τ次采样的负荷恢复状态；tmax代表恢复模型总时长。

27、进一步地，步骤3所述基于步骤1和步骤2构建三相配电网有序供电恢复过程中的源-网-荷-储协调调度模型，具体包括：

28、步骤3-1，将选取恢复的等效负荷量最大为目标函数，满足优先恢复重要负荷的需求，具体如下：

29、

30、其中，t为优化过程中离散优化时步的集合；n为接入配电网的节点集合；λi,t为表征t时刻节点i处负荷恢复状态的决策变量；ωi为节点i处负荷的权重系数；为t时刻节点i处负荷需要系统供给的有功功率；δt为单个时步；

31、步骤3-2，构建系统潮流模型，具体如下：

32、

33、

34、

35、

36、其中，ui,t和uj,t分别为节点i和节点i的电压平方值；sij,t为线路视在功率，为线路运行状态变量，0代表未投入运行；阻抗矩阵中，互阻抗设定为三相阻抗的0.1，m代表一个极大值，γij,t表示线路恢复状态，为1代表已经恢复；phi,t代表从节点h流向节点i的三相有功功率；代表分布式电源的三相有功功率；pij,t代表从节点i流向节点j的三相有功功率；代表节点i的三相有功负荷功率；qhi,t代表从节点h流向节点i的三相无功功率；代表分布式电源的三相无功功率；qij,t代表从节点i流向节点j的三相无功功率；代表节点i的三相无功负荷功率。

37、步骤3-3，构建安全约束，所有节点的电压和所有支路的功率必须满足安全标准；具体如下：

38、

39、pmin≤pij,t≤pmax                        (1.19)

40、qmin≤qij,t≤qmax                        (1.20)

41、其中，ui,t为节点i的电压平方值，和分别为节点i处电压每相最小值的平方和最大值的平方；pij,t代表从节点i流向节点j的三相有功功率，pmax和pmin分别为(i,j)间支路有功功率每相的最大值和最小值；qij,t代表从节点i流向节点j的三相无功功率，qmax和qmin分别为(i,j)间支路无功功率每相的最大值和最小值；

42、步骤3-4，构建燃机的出力模型，出力允许区间为：

43、

44、

45、

46、qmt,i,t＝ppmti,t×tanθ       (1.24)

47、其中，pmt,i,t+1、pmt,i,t分别表示第t+1、t时步第i节点的燃机有功出力，qmt,i,t表示第t时步第i节点的燃机无功出力；表示第t时步第i节点的燃机功率爬坡上限，表示第t时步第i节点的燃机功率爬坡下限；表示燃机出力上限；tanθ表示燃机的功率因数；

48、步骤3-5，构建储能的出力模型，出力允许区间为：

49、

50、

51、

52、

53、

54、

55、

56、

57、

58、其中，表示第t时步第i节点的储能有功出力，表示第t+1时步第i节点的储能有功出力；表示第t时步第i节点的储能充电功率，表示第t时步第i节点的储能放电功率；ηch和ηdis为储能的充放电效率；pi,ch,max和pi,dis,max表示第i节点储能的充放电功率的上限；和分别表示第t时步第i节点的储能充放电状态；为储能三相的荷电状态；ei,max为第i节点储能的荷电状态上限；e0为设定的储能初始状态；为第i节点储能的三相初始状态；

59、步骤3-6，构建三相不平衡度约束，具体如下：

60、

61、

62、其中，表示第t时步第i节点三相的电压有效值；表示第t时步第i节点三相的电压平均值；为第i节点的三相不平衡值，为第i节点的三相不平衡值上限。

63、进一步地，p1％＜p2％。

64、另一方面，提供了一种考虑负荷冷启动特性的三相配电网有序供电恢复优化系统，包括以下模块：

65、物理实体模型构建模块：构建包括燃气轮机、储能、负荷冷启动模型；

66、运行策略的优化模型构建模块：基于负荷冷启动特性建立负荷出力模型，结合系统内电源出力特性同时考虑系统内三相不平衡度，以系统负荷恢复量最大为目标构建三相配电网有序供电恢复优化模型，设置并线性化部分约束条件；

67、cplex求解模块：用于利用商业软件cplex求解运行策略的混合整数二次规划模型，得到考虑负荷冷启动的配网有序供电恢复优化结果。

68、本发明与现有技术相比，其显著优点为：

69、1)本发明的方法考虑了多种电源，引入了负荷的冷启动特性，丰富了模型的结构。

70、2)本发明采用线性三相潮流的方法，可以提升计算效率。

71、3)利用本发明得到的负荷恢复方案能够保证负荷不越限，在保证系统恢复过程安全性的同时，提高系统有序供电恢复能力。

72、4)本发明可以适用于灾后配网三相负荷的恢复，具有一定的理论价值和工程价值。

73、下面结合附图对本发明作进一步详细描述。