一种基于CCP优化模型的配电网负荷恢复方法、装置和介质与流程

一种基于ccp优化模型的配电网负荷恢复方法、装置和介质
技术领域
1.本发明涉及配电网负荷恢复方法领域，尤其是涉及一种基于ccp优化模型的配电网负荷恢复方法、装置和介质。


背景技术：

2.从能量产生与转化的角度，微电网中的设备可以分为4类：可再生能源分布式电源(renewable dgs)，如光伏电池和风力发电机；可调度分布式电源(dispatchable dgs)，如燃油发电机和天然气发电机；微电网内部负荷，包括重要和非重要负荷；储能设备。
3.微电网中不同种类的设备具有不同的运行特性。可再生能源dg的输出功率与负荷需求随着天气条件、用户行为和其它因素的改变而改变，具有不确定性。而可调度dg和储能设备的持续运行则依赖于微电网中存储的供电资源，例如dg的燃料储备(fuel reserve，fr)和储能设备的荷电状态(state of charge，soc)。
4.在配电网停电时，微电网可以处于两种运行状态：离网状态和恢复状态。当微电网从配电网断开，只为其内部负荷供电时，称其处于离网状态(islanded mode)。若微电网与配电网馈线相连，并为馈线上的关键负荷供电时，称其运行于恢复状态(restoration mode)。在这两种状态中，都使用可调度dg和储能设备维持微电网内部的功率平衡。
5.在极端自然灾害过程中及之后一段时间内，微电网内储存的供电资源总量通常是有限的，而且很难得到及时补充，根据运行于恢复状态的负荷，才能制定微电网恢复策略，因此需提供一种考虑配电网恢复时间的微电网负荷恢复方法。


技术实现要素：

6.本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种考虑配电网恢复时间的基于ccp优化模型的配电网负荷恢复方法、装置和介质。
7.本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
8.一种基于ccp优化模型的配电网负荷恢复方法，计及可持续运行时间大于整个配电网停电时间的微电网，所述方法包括：
9.计算微电网为关键负荷供电的时间上限值，
10.根据所述微电网为关键负荷供电的时间上限值，建立配电网负荷恢复问题的ccp优化模型，该ccp优化模型的首要目标为最大化关键负荷供给的带有重要性权重的电能；次要目标为最小化恢复时关键负荷平均电压偏差的期望值；
11.获取并将配电网拓扑和负荷信息载入该ccp优化模型中，计算得到配电网负荷恢复策略，用于配电网负荷恢复中。
12.进一步地，所述微电网为关键负荷供电的时间上限值为满足第一约束的最大值，所述第一约束的表达式为：
[0013][0014]
[0015]
式中，为微电网为关键负荷c供电的时间上限值，为微电网中储存的剩余供电资源可以保证微电网在离网状态运行的时间长度，k为微电网的一个内部负荷，to为整个配电网停电时间。
[0016]
进一步地，所述ccp优化模型的首要目标的计算表达式为：
[0017][0018]
式中，c为由微电网恢复的关键负荷所组成的集合；c为c中的一个任意负荷，即c∈c；wc是负荷c的权重，它代表负荷的重要程度；为关键负荷c的额定有功功率，为的百分位数；
[0019]
所述ccp优化模型的次要目标的计算表达式为：
[0020][0021]
式中，为关键负荷c的平均电压，为关键负荷c的额定电压。
[0022]
进一步地，所述的百分位数的计算表达式为：
[0023][0024]
式中，为的α百分位数，α为一个事先选定的概率等级，pr(
·
)为(
·
)中随机事件的发生概率，sup{
·
}为取{}中集合的上确界。
[0025]
进一步地，所述ccp优化模型的约束条件包括参与负荷恢复的微电网所恢复的关键负荷以及内部负荷的运行时间约束：
[0026][0027][0028][0029]
式中，m为参与负荷恢复的微电网所组成的集合，m为m中的任意微电网，cm是c的子集，表示微电网m所恢复的关键负荷所组成的集合，km为微电网m的内部负荷所组成的集合，k是km中的任意负荷。
[0030]
进一步地，所述ccp优化模型的约束条件还包括：
[0031]
参与负荷恢复的微电网在tr to时刻保留有供电资源，即：
[0032][0033]
式中，是微电网m的最低资源储备。
[0034]
进一步地，根据微电网供电资源的保留度调整的大小，所述与微电网供电资源的保留度成正比。
[0035]
进一步地，所述ccp优化模型的约束条件还包括：
[0036]
满足三相不平衡潮流方程约束：
[0037]
[0038][0039][0040][0041]
u1,u2,u∈b,p1,p2∈{a,b,c},l∈l,d∈d,t∈[tr,tr to]
[0042]
式中，b为配电网中母线组成的集合，l为配电网中线路组成的集合，d为配电网中dg组成的集合，u1,u2,u均为b中的任意母线，l为l中的任意线路，d为d中的任意dg，a,b,c分别代表a、b、c三相，p1,p2为三相中的任意相，v
u,t
、和分别为母线u在t时刻的电压幅值及其下限和上限约束；(
·
)
*
为取共轭运算，为u1的p1相与u2的p2相之间的导纳，i
l,t
、分别为线路l在t时刻的电流及其上限值，p
d,t
、q
d,t
和分别为dgd在t时刻的有功功率、无功功率和视在功率的上限值，β1、β2和β3为事先给定的概率水平。
[0043]
本发明还提供一种基于ccp优化模型的配电网负荷恢复装置，其特征在于，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，处理器调用所述计算机程序执行如上所述的方法的步骤。
[0044]
本发明还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上储存有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行如上所述的方法。
[0045]
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
[0046]
本发明提出的基于ccp优化模型的配电网负荷恢复方法，根据微电网能够为关键负荷供电的时间，确定ccp优化模型的首要目标为最大化关键负荷供给的带有重要性权重的电能；次要目标为最小化恢复时关键负荷平均电压偏差的期望值，并且ccp优化模型的约束条件包括参与负荷恢复的微电网所恢复的关键负荷以及内部负荷的运行时间约束；参与负荷恢复的微电网的供电资源保留约束和三相不平衡潮流方程约束，以此根据配电网参数计算得出的配电网负荷恢复策略，具有准确性高、保证配电网安全运行等优点。
附图说明
[0047]
图1为本发明实施例中提出的一种基于ccp优化模型的配电网负荷恢复方法的流程示意图。
具体实施方式
[0048]
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。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
[0049]
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。
[0050]
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一
个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
[0051]
实施例1
[0052]
如图1所示，本实施例提供一种基于ccp优化模型的配电网负荷恢复方法，计及可持续运行时间大于整个配电网停电时间的微电网，所述方法包括：
[0053]
s1：计算微电网为关键负荷供电的时间上限值，
[0054]
s2：根据所述微电网为关键负荷供电的时间上限值，建立配电网负荷恢复问题的ccp优化模型，该ccp优化模型的首要目标为最大化关键负荷供给的带有重要性权重的电能；次要目标为最小化恢复时关键负荷平均电压偏差的期望值；
[0055]
s3：获取并将配电网拓扑和负荷信息载入该ccp优化模型中，计算得到配电网负荷恢复策略，用于配电网负荷恢复中。
[0056]
本实施例用em(t)来表示微电网m在t时刻所储存供电资源的总量，以它们可以转化得到的等效电能来描述。在将fr和soc转化为等效电能时，需要考虑相应dg与储能设备的转化效率。
[0057]
1、微电网的可持续运行时间
[0058]
在配电网停电时，微电网可以处于两种运行状态：离网状态和恢复状态。当微电网从配电网断开，只为其内部负荷供电时，称其处于离网状态(islanded mode)。若微电网与配电网馈线相连，并为馈线上的关键负荷供电时，称其运行于恢复状态(restoration mode)。在这两种状态中，都使用可调度dg和储能设备维持微电网内部的功率平衡。
[0059]
在极端自然灾害过程中及之后一段时间内，微电网内储存的供电资源总量通常是有限的，而且很难得到及时补充。在本实施例中，将微电网的可持续运行时间(continuous operating time,cot)定义为微电网在给定供电资源(fr和soc)的情况下，可以在指定运行方式保持内部负荷不间断供电的最大预期时间。在考虑可再生能源发电和负荷需求的不确定性时，由于可调度dg和储能设备的输出功率需要随之改变以维持微电网内部的功率平衡，导致供电资源的消耗速度也带有随机性。此时微电网的cot是一个随机变量，在计算时必须考虑其概率分布。
[0060]
微电网cot与蓄电池的放电剩余时间(discharge reserve time)在概念上十分类似，后者表示蓄电池能够为指定负载供电的最长时间。两者最大的不同是微电网cot考虑了可再生能源发电与负荷的不确定性，无法直接通过供电资源总量除以负荷功率得到。本实施例基于已经获取微电网cot的基础上进行的配电网恢复方法研究，cot与放电剩余时间的另一个不同就是cot考虑了微电网中各种类型的供电资源(如柴油和天然气)，而放电剩余时间仅考虑了蓄电池中储存的电能。
[0061]
2、微电网的恢复可用性
[0062]
当且仅当一个微电网能够在整个配电网停电时间(表示为to)中为内部重要负荷持续供电，且具有富余的供电资源与容量时，此微电网才可以参与到配电网负荷恢复中。假设此微电网正运行于离网状态，而且其内部非重要负荷已经在此之前全部切除。那么可以得到以下结论：如果微电网的cot≥to，它可以被用于配电网负荷恢复；否则，它不具有恢复可用性。
[0063]
对于一个具有恢复可用性的微电网，用其恢复配电网馈线上的一些关键负荷，设c表示其中的一个关键负荷。由于微电网中储存的供电资源有限，微电网能够为关键负荷c供
电的时间有一个上限，用表示。在之后，微电网转换到离网运行状态。设k表示微电网的一个内部负荷，而微电网中储存的剩余供电资源可以保证微电网在离网状态运行的时间长度为此时，微电网的cot等于为了防止微电网停电，必须满足另一方面，当配电网供电恢复之后，关键负荷不再需要微电网为其供电，所以总结起来就是，是满足以下约束的最大值：
[0064][0065][0066]
式中，为微电网为关键负荷c供电的时间上限值，为微电网中储存的剩余供电资源可以保证微电网在离网状态运行的时间长度，k为微电网的一个内部负荷，to为整个配电网停电时间。
[0067]
不等式(1)与(2)给出了有限供电资源对的上限约束。设当增加时，会减小由于微电网运行于恢复状态时的负荷总量大于离网状态，所以由此会减小。因此，若供电资源储备能够满足微电网在整个停电时间中都运行于恢复状态，由式(2)给出；否则，由式(1)给定。当考虑不确定性时，微电网的cot为随机变量。此时，由约束(1)给定的也为随机变量，难以直接在优化中考虑。为此，定义的百分位数：
[0068][0069]
式中，为的α百分位数，α为一个事先选定的概率等级，pr(
·
)为(
·
)中随机事件的发生概率，sup{
·
}为取{}中集合的上确界。通常将α选为一个较大的概率值，如α＝0.95。式(3)保证在95％的情况下大于类似于风险价值(value-at-risk)的定义，将用于在优化问题中代表随机变量的整体水平。值得指出的是，约束cot≥to仅能保证微电网内部的负荷需求在to内得到满足。在实际中，参与负荷恢复的微电网应当在to后保留一些供电资源，以提高内部负荷的可靠性。在这种情况下需要添加一个与相关的约束，其中em(t)在to结束时刻应当不小于一个事先给定的资源储备水平
[0070]
3、配电网负荷恢复优化模型的建立
[0071]
ccp由charnes和cooper提出，其已被用于处理配电网重构(reconfiguration)问题中的不确定性。本节建立了配电网负荷恢复问题的ccp模型：首先，提出了研究中的假设条件；随后描述了具体的优化目标和问题；最后，介绍了将机会约束转化为确定性约束的方法。
[0072]
在本实施例中系统功能函数f(t)被选定为在t时刻为关键负荷供给的考虑重要性权重的功率，t∈[tr,tr to]。
[0073][0074]
式中，c为由微电网恢复的关键负荷所组成的集合；c为c中的一个任意负荷，即c∈c；wc是负荷c的权重，它代表负荷的重要程度；pc(t)是负荷c在t时刻的有功功率。对于t∈
[tr,tr to]，pc(t)等于其中为关键负荷c的额定有功功率；对于pc(t)等于0。
[0075]
将负荷恢复问题的首要目标选定为最大化关键负荷供给的带有重要性权重的电能，即：
[0076][0077]
式中，c为由微电网恢复的关键负荷所组成的集合；c为c中的一个任意负荷，即c∈c；wc是负荷c的权重，它代表负荷的重要程度；为关键负荷c的额定有功功率，为的百分位数；
[0078]
选定优化模型的次要目标为最小化恢复时关键负荷平均电压偏差的期望值，即：
[0079]
所述ccp优化模型的次要目标的计算表达式为：
[0080][0081]
式中，为关键负荷c的平均电压，为关键负荷c的额定电压。
[0082]
对于参与负荷恢复的微电网，其所恢复的关键负荷以及内部负荷的运行时间约束如下：
[0083][0084]
式中，m为参与负荷恢复的微电网所组成的集合，m为m中的任意微电网，cm是c的子集，表示微电网m所恢复的关键负荷所组成的集合，km为微电网m的内部负荷所组成的集合，k是km中的任意负荷。
[0085]
为了提升微电网内部负荷的可靠，参与负荷恢复的微电网在tr to时刻保留有供电资源，即：
[0086][0087]
式中，是微电网m的最低资源储备。的值可以根据微电网所有者的需要设定，其决定了供电资源约束的保守性。如果所有者希望微电网内部负荷具有较高的可靠性，那么可以将设定为一个较大的值；否则，可以将其设定为一个较小的值。若说明微电网不需要保留资源储备。
[0088]
在恢复过程中的任意时刻，必须满足三相不平衡潮流方程，以保证有功和无功功率的平衡。潮流中各个变量，如母线电压、线路电流和dg输出功率都应当在给定的范围内：
[0089][0090]
式中，b为配电网中母线组成的集合，l为配电网中线路组成的集合，d为配电网中dg组成的集合，u1,u2,u均为b中的任意母线，l为l中的任意线路，d为d中的任意dg，a,b,c分别代表a、b、c三相，p1,p2为三相中的任意相，v
u,t
、和分别为母线u在t时刻的电压幅值及其下限和上限约束；(
·
)
*
为取共轭运算，为u1的p1相与u2的p2相之间的导纳，i
l,t
、分别为线路l在t时刻的电流及其上限值，p
d,t
、q
d,t
和分别为dgd在t时刻的有功功率、无功功率和视在功率的上限值，β1、β2和β3为事先给定的概率水平。
[0091]
配电网在运行时需要保持辐射状结构，即恢复中不能出现电磁环网。此外，每个关键负荷不能同时被1个以上的微电网恢复。由于to是由dso估计得到的配电网停电时间，所以to与实际的配电网停电时间可能并不完全相同。本实施例所提出的关键负荷恢复策略仅在to为准确值时是配电网的最优恢复策略。如果实际系统的停电时间大于预计时间，微电网可能由于供电资源耗尽而停电。在这种情况下，供电资源约束有助于减小微电网完全停电的风险。如果实际系统的停电时间小于所估计的to，那么本实施例所提方法得到的关键负荷恢复策略可能具有一定的保守性。
[0092]
本实施例还提供一种基于ccp优化模型的配电网负荷恢复装置，其特征在于，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，处理器调用所述计算机程序执行如上所述的基于ccp优化模型的配电网负荷恢复方法的步骤。
[0093]
本实施例还提供一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上储存有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行如上所述的基于ccp优化模型的配电网负荷恢复方法。
[0094]
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思做出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。