考虑电压偏差的配电网重构协调检修模型的制作方法

1.本发明涉及配电网优化调度领域，特别涉及考虑电压偏差的配电网重构协调检修模型。


背景技术：

2.配电网是电力系统的重要组成部分，配电网可以保障电力可靠提供给用户，对于国内正高速发展的诸多城市来说，我国的配电网的发展依然显得不足，为了应对电力负荷迅速增长，电力质量需求不断提高的情况，配电网的发展正面临着更多的挑战，提升配电网供电韧性，优化电网运行结构，提升系统韧性成为当下研究的方向，配电网重构是改善系统运行结构，提升网络韧性的方法之一，在检修计划的制定中，当检修的线路下线时将导致负荷停电，为了恢复因线路断线导致的非检修区域的断电，可以改变配电网中线路的开关状态对网络进行重构，改变电网运行结构，使失电负荷恢复，优化电网运行。
3.在检修中首先检修的线路不参与配电网重构，始终由非检修区域的网络变化形成新的拓扑，当线路不在检修时段时，配电网重构重新要加入考虑检修的线路，统一优化整个网络。因此，配电网检修计划对重构的影响就是线路状态的影响。检修计划依据陈本制定最经济性的检修时段，配电网在这个检修计划下判断线路是否需要重构，如果线路状态变化，则进行重构优化，如果线路状态不变化，则不需要重构优化以恢复负荷，系统韧性为目标制定最优的供电路径使配电网正常运行。配电网检修时由于配电网网络较为复杂，人工编制检修计划一般依据检修人员本身的经验去选择恢复非检修区域的负荷供电，这种恢复方法只是一个可行解，仅仅由检修人员判断的负荷恢复路径没有定性指标，往往不是最优的供电路径，当检修任务开始后，不仅正在检修的线路失电，对一些非检修的部分也会受到影响而失电。


技术实现要素：

4.针对现有技术在配电网检修时检修调度和重构成本较高的问题，本发明提供了考虑电压偏差的配电网重构协调检修模型，以最低检修费用、网损和电压偏移为目标函数构建的模型，能选择系统最佳的运行方式，有效减少系统检修调度和重构成本。
5.以下是本发明的技术方案。
6.考虑电压偏差的配电网重构协调检修模型，用于求出检修调度和网络拓扑的全局最优解，配电网重构协调检修模型通过以下步骤建立：s01：根据受不同时间段人力资源和负荷状态影响的检修成本，建立配电网线路检修优化调度的模型；s02：根据配电网的运行模式，分析配电网重构的拓扑、潮流、电压约束，建立以最低网损和电压偏移为目标函数的配电网重构模型；s03：根据线路连接状态变量和线路检修变量，建立配电网线路检修优化调度和配电网重构的耦合约束；
s04：以最低检修成本、网损和电压偏移为目标函数，建立考虑电压偏差的配电网重构协调检修模型。
7.作为优选，步骤s01包括：s11：分析检修成本和线路检修状态，建立配电网线路检修优化的目标函数：式中：h
l,t
是线路l在时刻t的检修成本，y
l,t
是线路l在时刻t的开闭状态。当线路正常工作闭合时y
l,t
＝1，当线路检修断开时y
l,t
＝0；s12：分析检修持续时间限制，并建立有关线路离网时间和所需总检修持续时间的约束：式中：md
l,l
是线路l所需的检修持续时间，nt是检修调度的横轴坐标；s13：分析检修持续时间阶段和允许检修时间窗口的关系，并建立由系统运算器给定的允许检修时间窗口的约束：式中：是系统运算器给定的允许检修时间窗口；s14：分析检修指示变量和线路状态关系，并根据指示变量二元特性，建立以下检修启停约束：修启停约束：修启停约束：修启停约束：式中：p
l,t
和q
l,t
分别为线路l在时刻t的检修开启和结束状态指示变量，当检修开始时p
l,t
＝1，否则为0，当检修结束时q
l,t
＝1，否则为0；s15：若检修持续时间比较长，分析最小检修时间和检修时间间隔，建立以下检修分部分约束：分部分约束：
式中：mt
lon
是最小检修持续时间，mt
loff
是检修时间间隔。
8.作为优选，步骤s02包括：s21：分析网络配电网重构的运行特性，并建立以最小化网络损耗和母线电压偏差为重构目标：式中：额定电压为vn；网络损耗为p
inj
电压偏差用电压幅值偏差的绝对值计算；s22：分析网络拓扑连接，引入拓扑关系变量，并建立配电网辐射状拓扑连接约束：s22：分析网络拓扑连接，引入拓扑关系变量，并建立配电网辐射状拓扑连接约束：s22：分析网络拓扑连接，引入拓扑关系变量，并建立配电网辐射状拓扑连接约束：s22：分析网络拓扑连接，引入拓扑关系变量，并建立配电网辐射状拓扑连接约束：式中：β
mn
表示若节点n是节点m的父节点，则β
mn
＝1，反之为0；β
nm
表示若节点m是节点n的父节点，则β
nm
＝1，反之为0；变电站节点是根节点；除根节点外，所有其他节点只有一个父节点；n是所有配电总线的集合；ns是变电站总线的集合；s23：分析配电网节点功率平衡条件，建立节点功率平衡约束：s23：分析配电网节点功率平衡条件，建立节点功率平衡约束：式中：pdm和qdm分别是节点m的有功负荷和无功负荷；p
mn
和q
mn
是线路m-n的有功功率和无功功率；ensm为有功减载；qrm是无功减载比率；s24：分析线路的潮流，建立线路m-n上的有功功率和无功功率潮流约束：n上的有功功率和无功功率潮流约束：式中：b
l
和g
l
分别为线路l的电导和电纳，为线路l的并联对地电导；辅助变量表示线路l的电压；r
l
和t
l
分别是线路l的辅助变量；s25：分析辅助变量与节点电压的关系，建立辅助电压变量约束：s25：分析辅助变量与节点电压的关系，建立辅助电压变量约束：s25：分析辅助变量与节点电压的关系，建立辅助电压变量约束：
式中：表示线路l的电压，α
l
表示线路重构时线路l的连接状态；当线路l连接时，α
l
＝1，当线路l断开时，α
l
＝0，s26：分析并建立辅助变量和电压限制间的约束：s26：分析并建立辅助变量和电压限制间的约束：s26：分析并建立辅助变量和电压限制间的约束：s26：分析并建立辅助变量和电压限制间的约束：式中：v
n,max
和v
m,max
分别代表节点m和n的电压最大值；s27：分析并建立辅助变量的电流幅值约束：式中：a
l
,b
l
,c
l
,d
l
为辅助变量的电流幅值约束系数，i
l,max
为线路l的最大电流。
9.作为优选，步骤s03包括：析线路状态变量和检修变量之间的关系，并考虑线路检修启停状态与配电网拓扑重构的关系，建立配电网线路检修优化调度和配电网重构的耦合约束：重构的关系，建立配电网线路检修优化调度和配电网重构的耦合约束：重构的关系，建立配电网线路检修优化调度和配电网重构的耦合约束：式中：y
l,t
是线路l在时刻t的开闭状态；p
l,t
和q
l,t
分别为线路l在时刻t的检修开启和结束状态指示变量；α
l,t
表示线路重构时线路l在时刻t的连接状态；耦合约束限制了线路若在检修，则线路连接状态必定断开；同时耦合约束也保证网络只在线路检修开始或者结束时重构。
10.作为优选，步骤s04包括：s41：建立考虑电压偏差的配电网重构协调检修模型，其模型优化目标如下：s42：模型约束条件如下：检修约束：检修约束：检修约束：检修约束：
重构约束：重构约束：重构约束：重构约束：重构约束：重构约束：重构约束：重构约束：重构约束：重构约束：重构约束：重构约束：重构约束：重构约束：重构约束：重构约束：耦合约束：耦合约束：耦合约束：
11.本发明实质性效果包括：(1)从电力系统实际运行的角度出发，分析了配电网系统在考虑了线路检修优化调度和配电网重构的运行状态；(2)以最低检修费用、网损和电压偏移为目标函数，构建了考虑电压偏差的配电网重构协调检修模型；(3)本发明所提方法能选择系统最佳的运行方式，有效减少系统检修调度和重构成本，为配电网检修和重构问题提供了有力的分析方法。
附图说明
12.图1为本发明实施例的方法流程示意图；图2为本发明实施例所采用的ieee 33节点系统示意图；图3为本发明实施例所计算的检修前的重构配电网模型；图4为本发明实施例所计算的检修中的重构配电网模型；图5为本发明实施例所计算的检修后的重构配电网模型；图6为本发明实施例所计算得有/无所提出模型的节点电压偏移；图7为本发明实施例所计算得有/无所提出模型的网损。
具体实施方式
13.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合实施例，对本技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。
14.应当理解，在本发明的各种实施例中，各过程的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本发明实施例的实施过程构成任何限定。
15.应当理解，在本发明中，“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
16.下面以具体的实施例对本发明的技术方案进行详细说明。实施例可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例不再赘述。
17.实施例：本实施例提供了考虑电压偏差的配电网重构协调检修模型，用于求出检修调度和网络拓扑的全局最优解，本实施例的配电网重构协调检修模型通过如图1所示的以下步骤建立：步骤1：根据受不同时间段人力资源和负荷状态影响的检修成本，建立配电网线路检修优化调度的模型，主要实施步骤如下所述：(1)分析检修成本和线路检修状态，建立配电网线路检修优化的目标函数：式中：h
l,t
是线路l在时刻t的检修成本，y
l,t
是线路l在时刻t的开闭状态。当线路正
常工作闭合时y
l,t
＝1，当线路检修断开时y
l,t
＝0.(2)分析检修持续时间限制，并建立有关线路离网时间和所需总检修持续时间的约束：式中：md
l,l
是线路l所需的检修持续时间，nt是检修调度的横轴坐标。
18.(3)分析检修持续时间阶段和允许检修时间窗口的关系，并建立由系统运算器给定的允许检修时间窗口的约束：式中：是系统运算器给定的允许检修时间窗口。
19.(4)分析检修指示变量和线路状态关系，并根据指示变量二元特性，建立以下检修启停约束：启停约束：启停约束：启停约束：式中：p
l,t
和q
l,t
分别为线路l在时刻t的检修开启和结束状态指示变量。当检修开始时p
l,t
＝1，否则为0。当检修结束时q
l,t
＝1，否则为0。
20.(5)若检修持续时间比较长，分析最小检修时间和检修时间间隔，建立以下检修分部分约束：部分约束：式中：mt
lon
是最小检修持续时间，mt
loff
是检修时间间隔。
21.步骤2：根据配电网的运行模式，分析配电网重构的拓扑、潮流、电压等约束，建立以最低网损和电压偏移为目标函数的配电网重构模型，主要实施步骤如下所述：(1)分析网络配电网重构的运行特性，并建立以最小化网络损耗和母线电压偏差为重构目标：式中：额定电压为vn。网络损耗为p
inj
电压偏差用电压幅值偏差的绝对值
计算。
22.(2)分析网络拓扑连接，引入拓扑关系变量，并建立配电网辐射状拓扑连接约束：(2)分析网络拓扑连接，引入拓扑关系变量，并建立配电网辐射状拓扑连接约束：(2)分析网络拓扑连接，引入拓扑关系变量，并建立配电网辐射状拓扑连接约束：(2)分析网络拓扑连接，引入拓扑关系变量，并建立配电网辐射状拓扑连接约束：式中：β
mn
表示若节点n是节点m的父节点，则β
mn
＝1，反之为0。β
nm
表示若节点m是节点n的父节点，则β
nm
＝1，反之为0。变电站节点是根节点。除根节点外，所有其他节点只有一个父节点。n是所有配电总线的集合。ns是变电站总线的集合。
23.(3)分析配电网节点功率平衡条件，建立节点功率平衡约束：(3)分析配电网节点功率平衡条件，建立节点功率平衡约束：式中：pdm和qdm分别是节点m的有功负荷和无功负荷。p
mn
和q
mn
是线路m-n的有功功率和无功功率。ensm为有功减载。qrm是无功减载比率。
24.(4)分析线路的潮流，建立线路m-n上的有功功率和无功功率潮流约束：n上的有功功率和无功功率潮流约束：式中：b
l
和g
l
分别为线路l的电导和电纳，为线路l的并联对地电导。辅助变量表示线路l的电压。r
l
和t
l
分别是线路l的辅助变量。
25.(5)分析辅助变量与节点电压的关系，建立辅助电压变量约束：(5)分析辅助变量与节点电压的关系，建立辅助电压变量约束：(5)分析辅助变量与节点电压的关系，建立辅助电压变量约束：式中：表示线路l的电压，α
l
表示线路重构时线路l的连接状态。当线路l连接时，α
l
＝1，当线路l断开时，α
l
＝0，(6)分析并建立辅助变量和电压限制间的约束：(6)分析并建立辅助变量和电压限制间的约束：
式中：v
n,max
和v
m,max
分别代表节点m和n的电压最大值。
26.(7)分析并建立辅助变量的电流幅值约束：式中：a
l
,b
l
,c
l
,d
l
为辅助变量的电流幅值约束系数，i
l,max
为线路l的最大电流。
27.步骤3：根据线路连接状态变量和线路检修变量，建立配电网线路检修优化调度和配电网重构的耦合约束，具体实现步骤如下所述：(1)分析线路状态变量和检修变量之间的关系，并考虑线路检修启停状态与配电网拓扑重构的关系，建立配电网线路检修优化调度和配电网重构的耦合约束：网拓扑重构的关系，建立配电网线路检修优化调度和配电网重构的耦合约束：网拓扑重构的关系，建立配电网线路检修优化调度和配电网重构的耦合约束：式中：y
l,t
是线路l在时刻t的开闭状态。p
l,t
和q
l,t
分别为线路l在时刻t的检修开启和结束状态指示变量。α
l,t
表示线路重构时线路l在时刻t的连接状态。耦合约束限制了线路若在检修，则线路连接状态必定断开。同时，耦合约束也保证了网络只在线路检修开始或者结束时重构。
28.步骤4：以最低检修成本、网损和电压偏移为目标函数，建立考虑电压偏差的配电网重构协调检修模型，具体实现步骤如下所述：(1)考虑配电网线路检修优化调度和配电网重构，建立以最低检修费用、网损和电压偏移为目标函数，建立考虑电压偏差的配电网重构协调检修模型。其模型优化目标如下：(2)模型约束条件如下：检修约束：检修约束：检修约束：检修约束：检修约束：检修约束：
重构约束：重构约束：重构约束：重构约束：重构约束：重构约束：重构约束：重构约束：重构约束：重构约束：重构约束：重构约束：重构约束：重构约束：重构约束：重构约束：耦合约束：耦合约束：耦合约束：(3)假设在如图2所示的ieee 33节点系统图中，7号线计划进行检修。检修窗口在第二天，即24小时。本实施例给出了检修调度和网络拓扑的全局最优解。检修持续时间设置为6小时。在本实施例获得的优化结果中，7号线的最佳检修时间经计算得出在11-16点。图3、图4、图5分别给出了本实施例所计算的检修前、中、后的重构配电网模型。
29.(4)图6为按照本实施例所提出的考虑电压偏差的配电网重构协调检修模型，与不
考虑配电网重构的检修调度模型下，不同时间下的电压偏移。由图可知，采用考虑配电网重构的检修调度模型可以使得电压偏移减少约13.3％。图7为按照本发明所提出的考虑电压偏差的配电网重构协调检修模型，与不考虑配电网重构的检修调度模型下，不同时间下的网损。在0-10点和22-24点时间区间内，考虑和不考虑配电网重构的检修调度模型对网损的影响差别较小。在10-22点时间区间内，采用考虑配电网重构的检修调度模型可以使得网损减少约16.7％。
30.通过以上实施方式的描述，所属领域的技术人员可以了解到，为描述的方便和简洁，仅以上述各功能模块的划分进行举例说明，实际应用中可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能模块完成，即将具体装置的内部结构划分成不同的功能模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。
31.集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个可读取存储介质中。基于这样的理解，本技术实施例的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一个设备(可以是单片机，芯片等)或处理器(processor)执行本技术各个实施例方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(read only memory，rom)、随机存取存储器(random access memory，ram)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
32.以上内容，仅为本技术的具体实施方式，但本技术的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本技术揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本技术的保护范围之内。因此，本技术的保护范围应以权利要求的保护范围为准。