一种基于优先级动态延拓图的配电网故障主动重构方法

本发明涉及一种基于优先级动态延拓图的配电网故障主动重构方法，属于配电网故障恢复。

背景技术：

1、随着新能源发电、分布式电源、储能系统以及柔性互联设备的广泛接入，配电网逐渐向源—网—荷—储多元交互的主动配电系统发展，故障后的恢复过程面临运行状态复杂、恢复资源多样以及决策难度增加等问题。

2、现有配电网故障恢复方法主要基于故障定位后的拓扑重构，通过优化开关组合实现供电恢复，通常以恢复负荷、网络损耗或开关操作次数为优化目标，难以充分发挥sop、分布式能源等柔性资源的恢复能力。同时，故障后配电网包含拓扑、设备、负荷以及恢复资源等多维状态信息，现有方法缺少统一的信息表达机制，且难以综合考虑恢复单元重要性、恢复能力、恢复代价及运行风险，导致恢复路径选择不够合理。

3、现有研究通常将上述信息分别处理，例如：通过distflow潮流方程描述电气约束（如cn110350508b《一种构建主动配电网故障恢复统一模型的方法》），通过生成树模型描述辐射状拓扑约束，或将dg简化为pq节点（如cn116882139b《一种考虑网络重构与故障抢修滚动优化的主动配电网元件修复方法及系统》）。上述方法虽能建立数学模型，但各类信息散落在不同的约束条件中，缺乏一个统一、结构化的虚拟状态表达层，导致后续决策过程难以全面、动态地感知恢复资源的真实可用程度，特别是当资源具有不确定性（如通信故障、操作失败概率）或网络可达性受线路容量、电压约束限制时，现有模型难以将上述因素量化为可直接用于决策的指标。

4、因此，需提出一种能够实现故障后电网状态完整表达、恢复单元动态评价以及多类型恢复资源协同控制的新型主动重构技术，以提升配电网故障恢复效率和能力。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种基于优先级动态延拓图的配电网故障主动重构方法，通过优先级动态延拓图驱动主动重构策略，实现多类型恢复资源与网络拓扑的协同优化，提高故障后配电网恢复效率。

2、为达到上述目的，本发明是采用下述技术方案实现的：

3、本发明提供了一种基于优先级动态延拓图的配电网故障主动重构方法，包括以下步骤：

4、步骤s1：采集故障后配电网的电网资源信息；

5、步骤s2：构建面向故障恢复的电网棱镜映射机制，根据所述故障后配电网的电网资源信息生成故障后电网棱镜镜像；

6、步骤s3：基于所述电网棱镜镜像，划分恢复单元并计算每个恢复单元的恢复优先级指数，以所述恢复单元作为节点，以所述恢复优先级指数作为节点权重，以恢复单元之间的关联关系作为边，构建优先级动态延拓图；

7、步骤s4：基于所述优先级动态延拓图，生成并优化恢复链，得到最优恢复链；

8、步骤s5：按照所述最优恢复链依次执行恢复动作，进行主动重构。

9、上述设置达到的效果：上述技术方案中，步骤s1通过采集故障后配电网的电网资源信息，为后续所有决策提供了完整的数据基础；步骤s2通过电网棱镜映射机制，将多源异构的电网资源信息进行分解、映射与融合，形成统一的虚拟电网镜像，解决了现有技术中故障后配电网多维状态信息缺乏统一表达机制的问题；步骤s3基于所述虚拟电网镜像构建优先级动态延拓图，以恢复优先级指数为节点权重、以恢复单元之间的关联关系为边，将传统依赖固定规则或单一负荷等级的恢复顺序决策转化为结构化的图模型，实现了恢复对象的动态评价与恢复关系的显式表达；步骤s4基于所述优先级动态延拓图生成并优化恢复链，通过节点权重约束和边约束引导搜索方向，避免了传统方法对全部拓扑组合进行遍历搜索所导致的冗余计算，提高了决策效率；步骤s5按照最优恢复链执行主动重构，通过协调柔性软开关与联络开关协同动作，将柔性功率调节与网络拓扑结构调整统一纳入执行框架。上述五个步骤形成从信息采集、状态统一表达、结构化建模、高效决策到协同执行的完整技术链条，克服了现有技术中状态表达碎片化、优先级评价静态化以及搜索效率低下的缺陷，实现了配电网故障后快速、高效、自适应的主动重构。

10、进一步的，所述方法还包括：

11、步骤s6：每执行完最优恢复链的链首的一个恢复动作后，返回步骤s1重新采集当前配电网状态资源信息，并依次执行步骤s2至步骤s5，重新映射电网棱镜镜像、更新优先级动态延拓图并生成新的最优恢复链，直到所有可恢复区域完成恢复或达到预设终止条件。

12、上述设置达到的效果：上述技术方案通过步骤s6实现了恢复过程的闭环动态更新。在配电网故障恢复过程中，每执行一个恢复动作后，网络拓扑、负荷供电状态以及剩余恢复资源的可用能力均会发生改变，后续待恢复区域的恢复条件也随之变化。步骤s6在每次恢复动作执行后立即重新采集当前状态信息，重新执行棱镜映射并更新优先级动态延拓图，使后续恢复决策始终基于最新的电网状态，提高了恢复策略对电网状态时变性和不确定性的适应能力。同时，该滚动优化机制确保每次仅执行当前最优恢复链的首个动作而非整条链，使得优化窗口始终前移，实现了真正意义上的动态自适应重构。

13、进一步的，步骤s1中，所述电网资源信息包括拓扑资源信息、负荷需求资源信息、运行状态资源信息和恢复资源信息；

14、所述拓扑资源信息描述网络结构；

15、所述负荷需求资源信息描述失电区域的恢复需求；

16、所述运行状态资源信息描述电网运行约束；

17、所述恢复资源信息描述可参与故障恢复的柔性调节能力。

18、上述设置达到的效果：上述技术方案将故障后配电网的电网资源信息划分为拓扑、负荷需求、运行状态和恢复资源四类，实现了复杂电网状态的分层解耦。通过将多维异构信息分类采集，拓扑反映网络连通性、负荷反映恢复需求、运行状态反映安全边界、恢复资源反映可调节能力，又为后续棱镜映射中的分解与融合提供了标准化的信息输入格式。该分类方式确保了信息采集的完整性和结构化程度，避免了因信息混杂或遗漏导致的决策偏差。

19、进一步的，步骤s2中，构建面向故障恢复的电网棱镜映射机制，根据所述故障后配电网的电网资源信息生成故障后电网棱镜镜像，包括：

20、将故障后配电网的拓扑资源信息、负荷需求资源信息、运行状态资源信息和恢复资源信息分别分解为拓扑资源单元、负荷需求资源单元、运行状态资源单元和恢复资源单元；

21、将分别后的不同资源单元分别映射至虚拟空间，建立实际物理电网资源与虚拟资源之间的一一映射关系，实现不同类型电网资源在虚拟空间中的对应表达，形成虚拟拓扑资源、虚拟负荷需求资源、虚拟运行状态资源和虚拟恢复资源；

22、针对每个失电区域，计算恢复资源有效丰度；

23、将所述虚拟拓扑资源、虚拟负荷需求资源、虚拟运行状态资源、虚拟恢复资源以及各失电区域的恢复资源有效丰度进行融合，生成与故障后实际配电网状态相对应的电网棱镜镜像。

24、上述设置达到的效果：上述技术方案提出了电网棱镜映射机制，借鉴棱镜对复杂光信息进行分解与重构的原理，首先将整体电网状态按属性拆解为四个独立资源单元，消除不同信息之间的耦合；然后将各实际资源单元一一对应映射至虚拟空间，为不同类型信息建立统一的数字化表达形式；最后将各类虚拟资源与恢复资源有效丰度进行融合重构，形成完整的虚拟电网镜像。该机制使故障后电网的拓扑状态、负荷需求、运行约束和资源能力在虚拟空间中得到完整、统一、结构化的数字化表达，为后续的恢复优先级计算和恢复链搜索提供了可量化计算的状态模型基础。

25、进一步的，所述恢复资源有效丰度等于该区域可用的全部恢复资源的等效恢复能力与对应资源可用概率和网络可达系数的乘积之和，除以该区域的待恢复功率需求；

26、定义第i个恢复单元在时刻t的恢复资源有效丰度为：

27、；

28、其中，ri(t)表示能够支撑第i个恢复单元的候选恢复资源集合；vr(t)表示第r项资源的等效恢复资源值；pr(t)∈[0,1]表示资源可用概率；ηir(t)∈[0,1]表示资源对恢复单元i的网络可达系数；di(t)表示恢复单元的待恢复功率需求；ε为防止分母为零的正数；

29、资源可用概率由设备健康可用概率、通信成功概率和操作成功概率综合确定；网络可达系数根据拓扑连通性、线路剩余容量、电压约束和潮流安全约束确定；

30、所述等效恢复资源值vr(t)按以下规则确定：

31、对于柔性软开关，取其剩余可调功率范围作为等效恢复资源值；

32、对于联络开关，取上游剩余供电能力与恢复路径允许转供容量的较小值作为等效恢复资源值；

33、对于分布式电源，取其当前可用出力作为等效恢复资源值；

34、对于储能，取其功率限值与给定恢复持续时间内可持续放电功率的较小值作为等效恢复资源值。

35、上述设置达到的效果：上述技术方案定义了恢复资源有效丰度指标，将不同类型恢复资源的容量、可用概率和网络可达性统一折算为相对于单位恢复需求的期望可送达恢复能力。该指标具有明确的物理意义：当=0时表示无可用资源支撑；0<<1表示资源支撑能力不足；=1表示资源基本满足恢复需求；>1表示存在资源冗余。通过这一指标，不同类型、不同特性的恢复资源（如功率连续可调的sop、仅具开关状态的联络开关、出力波动的分布式电源以及容量受限的储能）被统一在同一量化框架下，解决了现有技术中多类型恢复资源缺乏统一量化标准、难以在同一决策模型中进行比较和协调的问题。

36、进一步的，步骤s3：基于所述电网棱镜镜像，划分恢复单元并计算每个恢复单元的恢复优先级指数，以所述恢复单元作为节点，以所述恢复优先级指数作为节点权重，以恢复单元之间的关联关系作为边，构建优先级动态延拓图，包括：

37、基于所述电网棱镜镜像，将配电网划分为若干个恢复单元；所述恢复单元为故障后具有独立恢复需求和恢复能力的供电区域；

38、针对每个恢复单元，从电网棱镜镜像中提取与恢复决策相关的指标，包括恢复单元的重要程度指标、可恢复能力指标、恢复代价指标以及运行安全状态指标；其中，重要程度指标用于描述恢复单元对供电恢复的需求程度；可恢复能力指标根据恢复资源有效丰度确定，用于描述资源对该区域的期望支撑能力；恢复代价指标用于描述恢复过程中所需的操作数量、资源消耗以及恢复难度；运行安全状态指标用于描述恢复方案执行后对节点电压、线路潮流以及系统安全约束的影响；

39、综合所述重要程度指标、可恢复能力指标、恢复代价指标以及运行安全状态指标计算每个恢复单元的恢复优先级指数；

40、以所述恢复单元作为节点，以所述恢复优先级指数作为节点权重，以恢复单元之间的关联关系作为边，构建优先级动态延拓图。

41、上述设置达到的效果：上述技术方案通过划分恢复单元，将复杂的配电网整体恢复问题分解为多个具有独立恢复需求和能力的子问题，降低了决策复杂度。在此基础上，从电网棱镜镜像中提取四类恢复特征指标，综合反映恢复单元的重要程度、可恢复能力、恢复代价及运行安全，克服了传统方法中恢复优先级评价因素单一的缺陷。通过恢复优先级指数将四类指标融合为一个综合量化值，使不同恢复单元之间具有可比较的优先级量纲，为后续图模型的节点赋权提供了科学的数值基础。

42、进一步的，综合所述重要程度指标、可恢复能力指标、恢复代价指标以及运行安全状态指标计算每个恢复单元的恢复优先级指数，包括：

43、恢复优先级指数表示为：

44、

45、其中，表示第i个恢复单元的恢复优先级指数；表示恢复单元重要程度指标；表示恢复单元可恢复能力指标；表示恢复代价指标；表示运行安全指标；、、、分别表示对应指标权重；

46、其中，恢复单元重要程度指标用于衡量不同区域负荷恢复价值，根据负荷等级、用户类型以及供电需求进行确定；恢复代价指标用于衡量恢复过程中的操作复杂程度以及资源消耗；运行安全指标用于评价恢复方案执行后的系统安全裕度；

47、可恢复能力指标用于衡量不同恢复资源对恢复单元的支撑水平，并由恢复资源有效丰度得到，将可恢复能力指标定义为：

48、ci(t) = min{1, ai(t)}。

49、进一步的，以所述恢复单元作为节点，以所述恢复优先级指数作为节点权重，以恢复单元之间的关联关系作为边，构建优先级动态延拓图，包括：

50、根据各恢复单元对应的恢复优先级指数，构建优先级动态延拓图，用于描述不同恢复单元之间的优先关系和恢复依赖关系；优先级动态延拓图表示为：

51、；

52、其中，n表示恢复单元节点集合，e表示恢复依赖关系边集合，w表示节点权重集合；

53、在优先级动态延拓图中，每一个节点对应一个恢复单元，节点权重由该恢复单元的恢复优先级指数确定：

54、；

55、其中，n表示恢复单元数量；

56、优先级动态延拓图中的边用于描述恢复单元之间的关联关系，所述关联关系包括拓扑连接关系、供电路径依赖关系和恢复资源支撑关系；当两个恢复单元之间存在任一种所述关联关系时，在对应节点之间建立连接边，从而形成具有恢复优先级和依赖关系的结构化恢复模型；恢复关系边表示为：

57、；

58、其中，表示恢复单元i与恢复单元j之间的关联边；表示拓扑关联关系；表示供电路径依赖关系；表示恢复资源支撑关系；表示多因素融合函数，如果任一关系存在便建立关联边；

59、其中，拓扑关联关系用于描述恢复单元之间的网络连接情况；供电路径依赖关系用于描述某一恢复单元恢复过程中对其他恢复单元供电路径的依赖关系；恢复资源支撑关系用于描述恢复资源对不同恢复单元的支撑关系。

60、上述设置达到的效果：上述技术方案给出了优先级动态延拓图的具体构建方法。节点权重由恢复优先级指数动态确定，反映了不同恢复单元在当前状态下“谁更优先被恢复”；边通过三类关联关系（拓扑连接、供电路径依赖、资源支撑）的连接，反映了不同恢复单元之间“恢复谁依赖于谁”的约束条件。与现有技术相比，该图模型不再将恢复顺序决策视为孤立的优先级排序问题，而是将恢复对象之间的相互依赖关系显式建模为图的拓扑结构，使得恢复路径的搜索和优化可以在图约束下进行，从而从根本上避免了传统方法中因忽略依赖关系而产生无效恢复路径的问题。

61、进一步的，步骤s4中，基于所述优先级动态延拓图，生成并优化恢复链，包括：

62、解析所述优先级动态延拓图中的节点权重和边连接关系，生成满足节点权重约束和边约束的候选恢复链，每条候选恢复链由多个恢复动作按顺序组成；

63、通过综合评价函数对每条候选恢复链进行评价，选择使综合评价函数值最大化的候选恢复链作为最优恢复链。

64、上述设置达到的效果：上述技术方案将优先级动态延拓图作为恢复链搜索的结构化约束空间。恢复链不再依赖对全部拓扑重构组合进行盲目遍历，而是在图模型限定的有效搜索空间内，根据节点权重引导搜索方向、根据边约束限定可行路径范围，生成满足优先级顺序和依赖关系的候选恢复链序列。通过综合评价函数从恢复效果、恢复效率、恢复代价和运行安全多个维度对候选链进行综合量化评价，并选择最优者作为执行方案。与现有技术相比，该方式将指数级的拓扑组合搜索问题转化为在图约束下的线性链搜索问题，大幅缩减了搜索空间，提高了决策效率，同时保证了恢复方案的综合最优性。

65、进一步的，解析所述优先级动态延拓图中的节点权重和边连接关系，生成满足节点权重约束和边约束的候选恢复链，每条候选恢复链由多个恢复动作按顺序组成，包括：

66、获取所述优先级动态延拓图中的节点权重和边连接关系，生成所有满足节点权重约束和边约束的恢复链作为候选恢复链；

67、所述节点权重约束用于引导恢复方向，表示恢复链中，位置排列在前的恢复动作所对应的节点的恢复优先级指数大于排列在后的恢复动作所对应的节点的恢复优先级指数；

68、所述边约束用于描述不同节点之间的恢复先后条件，表示恢复链中相邻恢复动作所对应的两个恢复单元之间必须存在所述优先级动态延拓图中的连接边。

69、上述设置达到的效果：上述技术方案明确了候选恢复链生成过程中的两类核心约束。节点权重约束确保了恢复链的恢复方向始终指向当前具有最高恢复价值的恢复单元，使高优先级对象优先获得恢复资源；边约束确保了恢复链中相邻恢复动作之间存在实际的物理或逻辑依赖关系（拓扑连通、供电路径依赖或资源支撑），避免生成不满足实际供电逻辑的无效恢复方案。两类约束协同作用，使恢复链搜索过程既遵循优先级引导的最优方向，又严格满足电网运行的物理约束和资源支撑条件，从而在保证方案可行性的前提下实现恢复路径的快速收敛，进一步提高了恢复决策的效率。

70、进一步的，通过综合评价函数对每条候选恢复链进行评价，选择使综合评价函数值最大化的候选恢复链作为最优恢复链，包括：

71、根据恢复效果、恢复代价以及运行安全约束，对不同候选恢复链进行综合评价，选择满足约束条件的最优恢复链：

72、；

73、其中，表示最优恢复链，表示恢复链综合评价函数；

74、其中，恢复链综合评价函数用于评价不同恢复链方案的综合性能，恢复链综合评价函数方程如下：

75、

76、其中，为恢复效果指标，通过恢复优先级指数衡量恢复单元的价值；为恢复效率指标，用于描述恢复动作执行速度；为恢复代价指标，用于描述开关操作和柔性资源调用成本；为运行安全指标，用于约束恢复后的电网运行状态；通过最大化恢复链综合评价函数，获得满足恢复需求和安全约束的最优恢复链；分别表示各项系数。

77、进一步的，步骤s5中，按照所述最优恢复链依次执行恢复动作，进行主动重构，包括：

78、按照所述最优恢复链依次执行恢复动作，每个恢复动作协调柔性软开关进行功率调节和联络开关进行拓扑调整；

79、所述柔性软开关的功率调节与所述联络开关的拓扑调整在同一恢复动作中协同执行，即根据所述最优恢复链的指令，在调整柔性软开关传输功率的同时改变联络开关的开合状态，实现恢复资源调节与网络结构重构的联合优化。

80、上述设置达到的效果：本发明中，每个恢复动作根据最优恢复链的指令，同时调整sop的柔性传输功率并改变联络开关的开合状态，使柔性功率支撑与网络结构调整在同一时间断面内联合生效。这种协同执行方式能够充分发挥sop响应速度快、控制精度高的优势，在拓扑结构调整的同时通过功率调节弥补瞬时功率缺额，避免了因单一拓扑调整导致的暂态功率不平衡问题，提高了恢复过程的动态安全性和供电恢复的连续性。

81、与现有技术相比，本发明所达到的有益效果：

82、（1）提出一种电网棱镜映射机制，通过对配电网多源异构资源信息进行分解、映射与融合，并提出恢复资源有效丰度指标，实现恢复资源能力、可用概率和网络可达性的统一量化，构建故障后的电网棱镜镜像状态模型，为主动恢复提供状态支撑。

83、（2）提出恢复优先级指数，并构建优先级动态延拓图，实现故障后恢复单元的动态评价与恢复关系的结构化表达，为恢复决策提供新的模型基础。

84、（3）提出优先级延拓图驱动的主动重构策略，通过恢复链搜索实现恢复路径优化，并协调sop、联络开关等多类型恢复资源，提高配电网故障恢复效率。