一种结合道路网与配电网的电力应急资源优化方法及系统与流程

1.本发明涉及电力应急资源优化技术领域，特别是涉及一种结合道路网与配电网的电力应急资源优化方法及系统。


背景技术：

2.随着高比例新能源以及高比例电力电子装置的接入，配电网的韧性及可靠性降低，更容易受到气候与自然灾害的影响，因此针对配电网故障的管理迫在眉睫。
3.近年来，应急电源车逐渐在配电网故障的应急抢修中发挥作用，并且随着配电网重构技术的成熟，两者共同作用实现了一种更高效的应急抢修方法，但是鲜有研究考虑故障恢复时配电网重构技术和应急电源车调派之间的耦合关系，即配电网重构技术能对应急电源车调派产生何种影响，以及二者受到成本制约后的最优方案是什么。因此，需要针对应急电源车调派和配电网重构进行联合优化，并综合考虑停电时间、应急电源车调派成本以及开关成本三者之间的相互影响。


技术实现要素：

4.本发明的目的是提供一种结合道路网与配电网的电力应急资源优化方法及系统，在实现电力故障快速恢复的基础上减少电力应急资源的浪费。
5.为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
6.一种结合道路网与配电网的电力应急资源优化方法，包括：
7.构建目标区域的停电故障管理框架；所述停电故障管理框架包括道路网信息和配电网信息；所述道路网信息包括各应急保障点的位置信息以及每个所述应急保障点配置的应急电源车的数量；所述配电网信息包括各节点的位置信息和各开关的位置信息；所述开关包括分段开关和联络开关；其中，每个所述节点处均配有应急电源车的接入点；
8.基于所述停电故障管理框架，构建包含停电时间和调派成本的应急电源车调派模型；所述停电时间为被调派应急电源车从应急保障点到故障节点的路程时间；所述调派成本至少包括所述被调派应急电源车的行驶成本和所述被调派应急电源车的发电成本；
9.基于所述停电故障管理框架，构建包含开关成本的配电网重构模型；
10.基于所述应急电源车调派模型和所述配电网重构模型，构建所述目标区域的联合优化模型；所述联合优化模型的目标函数为计算停电时间、应急电源车调派成本和开关状态变化对应的经济成本三者之和的函数；
11.获取目标区域的故障节点的位置信息；
12.根据所述故障节点的位置信息和所述联合优化模型，计算所述联合优化模型的目标函数的最小值，并基于所述最小值确定被选中的应急电源车的行驶路径；所述被选中的应急电源车用于为所述故障节点的供电。
13.可选的，所述基于所述停电故障管理框架，构建包含停电时间和调派成本的应急电源车调派模型，具体包括：
14.确定停电时间表达式；所述停电时间表达式为：
[0015][0016]
其中，t为停电时间；α
d，f
是一个二进制变量，表示应急保障点d是否响应故障节点f，若是则α
d，f
的值为1，若否则α
d，f
为0；l
d，f
为应急保障点d到故障节点f之间的距离；v是应急电源车的恒定车速；(
·
)-表示矩阵的转置，fi为第i个孤岛上所有应急电源车的接入点总数，i为所有孤岛的总数，d为所有应急保障点的总数；
[0017]
确定被调派应急电源车的行驶成本表达式；所述行驶成本表达式为：
[0018][0019]
其中，c1为被调派应急电源车的行驶成本，y
d，f
为从应急保障点d调派到故障节点f的应急电源车的数量；prif为每辆应急电源车每公里的行驶成本；
[0020]
确定被调派应急电源车的发电成本表达式；所述发电成本表达式为：
[0021][0022]
其中，c2为被调派应急电源车的发电成本，x
d，g，f
是二进制变量，表示应急保障点d处的应急电源车g是否响应故障节点f；若是则x
d，g，f
的值为1，若否则x
d，g，f
为0；e
d，g，f
为应急保障点d处的应急电源车g的出力；xd为应急保障点d处应急电源车的总数；
[0023]
根据所述行驶成本表达式和所述发电成本表达式，确定调派成本表达式；所述调派成本表达式为：
[0024]
c＝ξ1·
c1 ξ2·
c2ꢀꢀ
(4)；
[0025]
其中，c为调派成本，ξ1、ξ2分别为行驶成本和发电成本的权重系数；
[0026]
根据所述停电时间表达式和所述调派成本表达式，构建应急电源车调派模型；
[0027]
所述应急电源车调派模型的目标函数为：
[0028]
f1(α，y，x，e)＝γ1·
t γ2·cꢀꢀ
(5)；
[0029]
其中，f1(
·
)为应急电源车调派模型的目标函数，γ1、γ2分别为停电时间和调派成本的权重系数；α，y，x，e分别为α
d，f
、y
d，f
、x
d，g，f
、e
d，g，f
的集合；
[0030]
所述应急电源车调派模型的约束条件为：
[0031][0032][0033]
0≤e
d，g，f
≤e
d，g_max
ꢀꢀ
(8)；
[0034][0035]
其中，e
d，g_max
为应急保障点d处的应急电源车g的发电容量上限；p
i，j
为节点j所需的负荷，j为电气孤岛中的节点的总数，xd表示应急保障点d的应急电源车的数量。
[0036]
可选的，所述配电网重构模型的目标函数为：
[0037]
f2(k)＝cs·
∑
m，n∈n
δk
mn
ꢀꢀ
(10)；
[0038]
其中，f2(
·
)为配电网重构模型的目标函数，cs为每次开关动作对应的经济成本；δk
mn
为二进制变量，表示支路m-n上的开关是否动作，若对应开关动作则δk
mn
为1，否则为
0；m和n分别表示配电网中的节点，n为配电网中的节点总数，k为δk
mn
的集合；
[0039]
所述配电网重构模型的约束条件为：
[0040]
{pb，um}＝h(pm，qm，rb，xb)
ꢀꢀ
(11)；
[0041]
p
b_min
≤pb≤p
b_max
ꢀꢀ
(12)；
[0042]um_min
≤um≤u
m_max
ꢀꢀ
(13)；
[0043][0044]
β
mn
β
nm
＝k
mn
ꢀꢀ
(15)；
[0045][0046][0047][0048][0049]
其中，h(
·
)为计算配电网线路潮流的方程式，pm，qm为节点m的有功功率和无功功率，rb，xb分别为支路b的电阻和电抗；pb为支路b的传输功率，p
b_min
和p
b_max
分别为支路传输功率的上下限；um为节点m处的电压值，u
m_min
和u
m_max
分别为节点电压的上下限；和分别表示考虑开关动作前后支路m-n上开关的状态；公式(18)描述了和之间的关系，逻辑运算由公式(19)定义；mi为电气孤岛i中的节点总数；零一变量β
mn
表示节点n和节点m之间的关系，若节点n为节点m的父节点则β
mn
为1，若节点m为节点n的父节点则β
mn
为0；β
nm
表示若节点m是节点n的父节点则βnm等于1，若节点n为节点m的父节点则βnm等于0；n
sub
为变压器所在节点的集合。
[0050]
可选的，所述联合优化模型的目标函数为：
[0051]
f(α，y，x，e，k)＝μ1·
f1 μ2·
f2ꢀꢀ
(20)；
[0052]
其中，f(
·
)为联合优化模型的目标函数；系数μ1、μ2分别为应急电源车调派模型的目标函数f1和配电网重构模型的目标函数f2的权重系数。
[0053]
一种结合道路网与配电网的电力应急资源优化系统，包括：
[0054]
停电故障管理框架构建模块，用于构建目标区域的停电故障管理框架；所述停电故障管理框架包括道路网信息和配电网信息；所述道路网信息包括各应急保障点的位置信息以及每个所述应急保障点配置的应急电源车的数量；所述配电网信息包括各节点的位置信息和各开关的位置信息；所述开关包括分段开关和联络开关；其中，每个所述节点处均配有应急电源车的接入点；
[0055]
应急电源车调派模型构建模块，用于基于所述停电故障管理框架，构建包含停电时间和调派成本的应急电源车调派模型；所述停电时间为被调派应急电源车从应急保障点到故障节点的路程时间；所述调派成本至少包括所述被调派应急电源车的行驶成本和所述被调派应急电源车的发电成本；
[0056]
配电网重构模型构建模块，用于基于所述停电故障管理框架，构建包含开关成本的配电网重构模型；
[0057]
联合优化模型构建模块，用于基于所述应急电源车调派模型和所述配电网重构模型，构建所述目标区域的联合优化模型；所述联合优化模型的目标函数为计算停电时间、应急电源车调派成本和开关状态变化对应的经济成本三者之和的函数；
[0058]
位置信息获取模块，用于获取目标区域的故障节点的位置信息；
[0059]
被选中的应急电源车的行驶路径计算模块，用于根据所述故障节点的位置信息和所述联合优化模型，计算所述联合优化模型的目标函数的最小值，并基于所述最小值确定被选中的应急电源车的行驶路径；所述被选中的应急电源车用于为所述故障节点的供电。
[0060]
可选的，所述应急电源车调派模型构建模块，具体包括：
[0061]
第一确定单元，用于确定停电时间表达式；所述停电时间表达式为：
[0062][0063]
其中，t为停电时间；α
d，f
是一个二进制变量，表示应急保障点d是否响应故障节点f，若是则α
d，f
的值为1，若否则α
d，f
为0；l
d，f
为应急保障点d到故障节点f之间的距离；v是应急电源车的恒定车速；(
·
)-表示矩阵的转置，fi为第i个孤岛上所有应急电源车的接入点总数，i为所有孤岛的总数，d为所有应急保障点的总数；
[0064]
第二确定单元，用于确定被调派应急电源车的行驶成本表达式；所述行驶成本表达式为：
[0065][0066]
其中，c1为被调派应急电源车的行驶成本，y
d，f
为从应急保障点d调派到故障节点f的应急电源车的数量；prif为每辆应急电源车每公里的行驶成本；
[0067]
第三确定单元，用于确定被调派应急电源车的发电成本表达式；所述发电成本表达式为：
[0068][0069]
其中，c2为被调派应急电源车的发电成本，x
d，g，f
是二进制变量，表示应急保障点d处的应急电源车g是否响应故障节点f；若是则x
d，g，f
的值为1，若否则x
d，g，f
为0；e
d，g，f
为应急保障点d处的应急电源车g的出力；xd为应急保障点d处应急电源车的总数；
[0070]
第四确定单元，用于根据所述行驶成本表达式和所述发电成本表达式，确定调派成本表达式；所述调派成本表达式为：
[0071]
c＝ξ1·
c1 ξ2·
c2ꢀꢀ
(4)；
[0072]
其中，c为调派成本，ξ1、ξ2分别为行驶成本和发电成本的权重系数；
[0073]
第五确定单元，用于根据所述停电时间表达式和所述调派成本表达式，构建应急电源车调派模型；
[0074]
所述应急电源车调派模型的目标函数为：
[0075]
f1(α，y，x，e)＝γ1·
t γ2·cꢀꢀ
(5)；
[0076]
其中，f1(
·
)为应急电源车调派模型的目标函数，γ1、γ2分别为停电时间和调派成本的权重系数；α，y，x，e分别为α
d，f
、y
d，f
、x
d，g，f
、e
d，g，f
的集合；
[0077]
所述应急电源车调派模型的约束条件为：
[0078][0079][0080]
0≤e
d，g，f
≤e
d，g_max
ꢀꢀ
(8)；
[0081][0082]
其中，e
d，g_max
为应急保障点d处的应急电源车g的发电容量上限；p
i，j
为节点j所需的负荷，j为电气孤岛中的节点的总数，xd表示应急保障点d的应急电源车的数量。
[0083]
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
[0084]
本发明提出一种结合道路网与配电网的电力应急资源优化方法及系统，并基于应急电源车的合理调派和配电网重构技术快速恢复故障节点的电力供应。本发明综合考虑道路网与配电网，以最小化停电时间，应急电源车调派成本，以及开关成本为目标，优化应急电源车调派方案与配电网重构方案，通过协同优化综合考虑三个目标之间的耦合关系，实现故障配电网的快速恢复。
附图说明
[0085]
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0086]
图1为本发明一种结合道路网与配电网的电力应急资源优化方法的流程示意图；
[0087]
图2为本发明停电故障管理框架的结构示意图；
[0088]
图3为本发明一种结合道路网与配电网的电力应急资源优化系统的结构示意图。
具体实施方式
[0089]
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。
[0090]
优化调派应急电源车与配电网重构技术是两种有效的故障应对方法，通过应急电源车的快速接入以及改变配电网的原有拓扑结构来缩短故障点的停电时间，减少故障对配电网正常运行的影响。鉴于此，本发明一种结合道路网与配电网的电力应急资源优化方法及系统，以最小的电力应急资源实现电力故障的快速恢复。
[0091]
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
[0092]
传统的应急保障方案分别研究了移动电源调派与配电网重构技术，以及两者分阶段运用对配电网故障后恢复的影响。针对故障配电网的恢复问题，提出了移动电源的两阶段优化方法，两阶段分别最小化所有故障场景以及单个故障场景下的失负荷量；基于网络重构、发电机组再调度等方法提出针对配电网故障的应急响应措施，以最小化失负荷量为
目标减小配电网故障产生的影响；通过移动电源接入与配电网重构技术相结合，分阶段优化移动电源布设点与配电网拓扑结构，运用列和约束生成算法最大化恢复供应的负荷量。
[0093]
而本发明考虑了应急电源车调派与配电网重构技术，构建道路网与配电网相结合的停电故障管理框架，确定考虑停电时间、调派成本以及开关成本，实现停电故障后应急电源车调派与配电网拓扑的最优化；提出应急电源车调派模型，为实现故障发生后应急电源车快速接入且对应调派成本最小提供可靠方法；提出配电网重构模型，最小化开关成本，即开关状态变化对应的经济成本；提出考虑综合考虑停电时间、应急电源车调派成本以及重构开关成本的应急电源车调派和配电网重构联合优化模型，最小化经济成本的同时确保故障点处快速恢复电力供应。
[0094]
实施例一
[0095]
本实施例提供了一种结合道路网与配电网的电力应急资源优化方法。本实施例综合考虑道路网与配电网，通过调派应急电源车，并结合配电网重构技术恢复对故障点的电力供应。其中，调派应急电源车时以最小化停电时间以及最小化调派成本为目标，配电网重构过程中以最小化开关成本为目标。分别针对上述三个目标构建数学模型，通过协同优化综合考虑三个目标之间的耦合关系，实现电力故障的快速恢复。
[0096]
步骤101：构建目标区域的停电故障管理框架；所述停电故障管理框架包括道路网信息和配电网信息；所述道路网信息包括各应急保障点的位置信息以及每个所述应急保障点配置的应急电源车的数量；所述配电网信息包括各节点的位置信息和各开关的位置信息；所述开关包括分段开关和联络开关；其中，每个所述节点处均配有应急电源车的接入点。
[0097]
本步骤提出结合道路网与配电网的电力应急资源优化方法的总体框架，即停电故障管理框架，通过配电网重构技术和应急电源车接入技术来快速恢复故障节点的电力供应。
[0098]
其中，停电故障管理框架如图2所示，配电网中包含分段开关和联络开关，当配电网处于正常运行状态时，联络开关处于断开状态且分段开关处于闭合状态。道路网包含各应急保障点的位置信息，每个应急保障点配备多辆应急电源车。配电网中的每个节点处均配有应急电源车的接入点，应急电源车可以通过道路网到达接入点。因此，在故障发生时可以通过接入应急电源车使故障节点恢复供电。
[0099]
在正常运行情况下，配电网呈辐射状运行。在电力故障发生时，故障发生点(即故障节点)及与其相连的其他节点均会失电并形成孤岛，而其余不受影响的网络部分仍然呈辐射状运行。此时，可以通过接入应急电源车使孤岛内的故障节点恢复供电，而其余节点任由配电网供电。如图2所示，由于支路14-15处发生故障，节点15、节点16失电，而节点12、节点13、节点14仍保持与配电网相连。
[0100]
配电网重构技术可以通过闭合联络开关使孤岛恢复供电，例如：当支路17-18处发生故障时，可以通过闭合支路18-19上的联络开关来维持节点18的供电。然而，有些孤岛却只能通过接入应急电源车来恢复供电，如：由节点20和节点11分别构成的孤岛。此外，应急电源车不一定在故障节点处接入，可以在孤岛内的任意一点接入。不同配电网结构下的孤岛结构也不同，因此应急电源车的接入点还受到配电网重构技术的影响。以图2中支路10-11发生故障为例，根据传统方法将由应急保障点4处的应急电源车到达节点11为其供电。但
在停电故障管理框架下，可以通过闭合支路11-20上的联络开关并调派应急保障点4处的应急电源车到节点20以恢复孤岛供电。
[0101]
应急电源车的接入点不同会导致其从应急保障点到接入点的路程不同，从而使得停电时间和应急电源车的调派成本受到影响，由此可见应急电源车的接入点是停电时间和调派成本的影响因素；此外，通过配电网重构技术改变网络结构，需要配电网计算一定的开关成本。综上所述，电力事故发生后的应急管理可由配电网和道路网的协同优化来实现，即获得最优结构，应急电源车的接入点、行驶路线及出力，并获得最短停电时间和最小经济成本。
[0102]
步骤102：基于所述停电故障管理框架，构建包含停电时间和调派成本的应急电源车调派模型；所述停电时间为被调派应急电源车从应急保障点到故障节点的路程时间；所述调派成本至少包括所述被调派应急电源车的行驶成本和所述被调派应急电源车的发电成本。
[0103]
在道路网中，为求得应急电源车的最优接入点、行驶路线、投入数目及出力大小建立了应急电源车调派模型，该应急电源车调派模型的目标函数中包含停电时间和调派成本。当应急电源车接入后能够恢复孤岛的供电，因此节点的停电时间即为被调派应急电源车从应急保障点到故障节点的路程时间。而调派成本则主要包括被调派应急电源车的行驶成本和发电成本。
[0104]
(1)停电时间
[0105]
应急电源车被提前分配到不同的应急保障点，并在故障发生后由对应的应急保障点被调派到接入点。故障节点的停电时间，即应急电源车的路程时间，是由速度、从应急保障点到故障节点的行驶距离所决定的。设距离矩阵为l
d，f
，用于描述各应急保障点到各故障节点的距离，停电时间可由下式描述：
[0106][0107]
其中，t为停电时间；α
d，f
是一个二进制变量，表示应急保障点d是否响应故障节点f，若是则α
d，f
的值为1，若否则α
d，f
为0；l
d，f
为应急保障点d到故障节点f之间的距离；v是应急电源车的恒定车速；(
·
)-表示矩阵的转置，fi为第i个孤岛上所有应急电源车的接入点总数，i为所有孤岛的总数，d为所有应急保障点的总数。
[0108]
(2)调派成本
[0109]
调派成本则主要包括被调派应急电源车的行驶成本和发电成本。由于应急电源车可通过不同路径从应急保障点到孤岛上的不同接入点，此过程的行驶路程不同。设定每辆应急电源车每公里的行驶成本为prif，该成本由电源车燃料成本所决定。综上所述，应急电源车的行驶成本由各应急电源车的行驶距离、每公里行驶成本和调派的应急电源车数量所共同决定。被调派应急电源车的行驶成本可由下式描述：
[0110][0111]
其中，c1为被调派应急电源车的行驶成本，y
d，f
为从应急保障点d调派到故障节点f的应急电源车的数量。
[0112]
而应急电源车的发电成本则由其出力和燃料价格所共同决定。在本实施例中认为物料价格是不变的，用prie来表示。因此，被调派应急电源车的发电成本可由下式描述：
[0113][0114]
其中，c2为被调派应急电源车的发电成本，x
d，g，f
是二进制变量，表示应急保障点d处的应急电源车g是否响应故障节点f；若是则x
d，g，f
的值为1，若否则x
d，g，f
为0；e
d，g，f
为应急保障点d处的应急电源车g的出力；xd为应急保障点d处应急电源车的总数。
[0115]
由应急电源车的行驶成本和发电成本可得到其总的调派成本，如下式所示：
[0116]
c＝ξ1·
c1 ξ2·
c2ꢀꢀ
(4)；
[0117]
其中，c为总调派成本，ξ1、ξ2分别为行驶成本和发电成本的权重系数。
[0118]
结合上述停电时间和调派成本，应急电源车调派模型中的目标函数可表示如下：
[0119]
f1(α，y，x，e)＝γ1·
t γ2·cꢀꢀ
(5)；
[0120]
其中，f1(
·
)为应急电源车调派模型中的目标函数，γ1、γ2分别为停电时间和调派成本的权重系数，通过调节系数的大小可以改变两目标的重要程度。α，y，x，e分别为α
d，f
、y
d，f
、x
d，g，f
、e
d，g，f
的集合。
[0121]
此外，在应急电源车调派过程中，需要满足一些约束条件。约束(6)表示一个电气孤岛至少由一个应急保障点来提供电力供应保障。约束(7)表示每个应急保障点所调派的应急电源车总数必须小于应急保障点所配备的应急电源车的总数。约束(8)表示应急电源车的出力不能超过其容量上限。约束(9)确保电气孤岛中的每个节点的电负荷能够被应急电源车所满足，同时确保电力的供需平衡。
[0122][0123][0124]
0≤e
d，g，f
≤e
d，g_max
ꢀꢀ
(8)；
[0125][0126]
其中，e
d，g_max
为应急保障点d处的应急电源车g的发电容量上限；p
i，j
为节点j所需的负荷，j为电气孤岛中的节点的总数，xd表示应急保障点d的应急电源车的数量。需要注意的是，只有当节点j属于电气孤岛i时，节点j的负荷值p
i，j
是大于0的，否则其值为0。根据接入点和电气孤岛间的关系可得到fi∈j。
[0127]
该应急电源车调派模型在道路网与电力网的基础上，提供了应急电源车的调派策略，该策略受到配电网结构的影响。
[0128]
步骤103：基于所述停电故障管理框架，构建包含开关成本的配电网重构模型。
[0129]
故障后初始的配电网就被分为一个辐射状运行的系统和多个电气孤岛。通过配电网重构技术改变了开关的状态，使得配电网和电气孤岛的结构被改变，进而导致应急电源车的接入点发生变化。配电网中的每个开关都有对应的使用寿命，改变其状态会使其使用寿命减少。在此配电网重构模型中，开关使用寿命减少可用对应的经济成本来衡量，因此本配电网重构模型对应的目标函数可表达如下：
[0130]
f2(k)＝cs·
∑
mn∈n
δk
mn
ꢀꢀ
(10)；
[0131]
其中，f2(
·
)为配电网重构模型的目标函数，cs为每次开关动作对应的经济成本；δk
mn
为二进制变量，表示支路m-n上的开关是否动作，若对应开关动作则δk
mn
为1，否则为0；m和n分别表示配电网中的节点，n为配电网中的节点总数，k为δk
mn
的集合。
[0132]
在重构过程中，每个电气孤岛和放射状系统内均需满足潮流约束、功率平衡约束和放射状结构约束。约束(11-13)表示潮流约束，约束(11)为潮流计算表达式，约束(12)和(13)分别确保在正常运行状态下支路潮流和节点电压均在上下限范围内。约束(14-17)为放射状网络约束，约束(14)确保系统为树状结构，约束(15)确保每次两节点中只有一个节点可作为父节点，约束(16)确保每个节点最多只能有一个父节点，约束(17)限制连接至变压器的支路的起始母线节点不能够作为其余任意节点的父节点。
[0133]
{pb，um}＝h(pm，qm，rb，xb)
ꢀꢀ
(11)；
[0134]
p
b_min
≤pb≤p
b_max
ꢀꢀ
(12)；
[0135]um_min
≤um≤u
m_max
ꢀꢀ
(13)；
[0136][0137]
β
mn
β
nm
＝k
mn
ꢀꢀ
(15)；
[0138][0139][0140][0141][0142]
其中，h(
·
)为计算配电网线路潮流的方程式，pm，qm为节点m的有功功率和无功功率，rb，xb分别为支路b的电阻和电抗；pb为支路b的传输功率，p
b_min
和p
b_max
分别为支路传输功率的上下限；um为节点m处的电压值，u
m_min
和u
m_max
分别为节点电压的上下限；和分别表示考虑开关动作前后支路m-n上开关的状态；公式(18)描述了和之间的关系，逻辑运算由公式(19)定义；mi为电气孤岛i中的节点总数；零一变量β
mn
表示节点n和节点m之间的关系，若节点n为节点m的父节点则β
mn
为1，若节点m为节点n的父节点则β
mn
为0；β
nm
表示若节点m是节点n的父节点则βnm等于1，若节点n为节点m的父节点则βnm等于0；k
mn
表示支路mn之间开关的开闭状态；n
sub
为变压器所在节点的集合。
[0143]
步骤104：基于所述应急电源车调派模型和所述配电网重构模型，构建所述目标区域的联合优化模型；所述联合优化模型的目标函数为计算停电时间、应急电源车调派成本和开关状态变化对应的经济成本三者之和的函数数。
[0144]
应急电源车调派和配电网的结构存在交互影响。因此，综合考虑道路网和配电网的优化，提出联合优化模型的目标函数如下式所示：
[0145]
f(α，y，x，e，k)＝μ1·
f1 μ2·
f2ꢀꢀ
(20)；
[0146]
其中，f(
·
)为联合优化模型的目标函数；系数μ1、μ2分别为应急电源车调派模型的目标函数f1和配电网重构模型的目标函数f2的权重系数。
[0147]
配电网重构是根据应急电源车的调派结果，通过改变配电网的开关状态，改变配电网的结构。
[0148]
在联合优化模型中应急电源车调派模型的优化目标与配电网重构模型的优化目标之间既在关联又是相互冲突的。配电网重构技术的运用使得电气孤岛结构发生变化，应
急电源车的接入点也因此而改变、应急电源车的行驶路程会减短。在此场景下，停电时间和应急电源车的调派成本均会减小，但开关状态变化对应的经济成本将会增大。然而，随着接入点的改变，应急电源车的行驶路程也可能变长。此外，电气孤岛的结构决定了失负荷量的大小，从而对所需调派的电源车数量产生影响。对配电网重构模型而言，由于应急电源车接入使得故障节点出负荷得到满足，开关状态变化对应的经济成本将得以减小。综上所述，最优停电管理策略安排将由应急电源车调派和配电网重构联合优化所得到。
[0149]
步骤105：获取目标区域的故障节点的位置信息。
[0150]
步骤106：根据所述故障节点的位置信息和所述联合优化模型，计算所述联合优化模型的目标函数的最小值，并基于所述最小值确定被选中的应急电源车的行驶路径；所述被选中的应急电源车用于为所述故障节点的供电。
[0151]
与现有技术相比，本实施例提供的技术方案具有以下优点：
[0152]
(1)本实施例通过建立停电故障管理框架，确定在停电管理方案中考虑停电时间、应急电源车的调派成本和配电网重构技术的开关成本。通过配电网重构技术改变配电网中开关的状态，并在故障后及时接入应急电源车，共同确保故障点处能够快速恢复电力供应。
[0153]
(2)本实施例通过提出应急电源车调派模型为实现故障发生后应急电源车的最快接入、所花费的调派成本最小提供可靠方法。停电时间由行驶距离、行驶速度所决定，调派成本由行驶成本和发电成本所决定。通过合理调派应急电源车并优化其各自出力，确保在调派成本最小的同时缩短故障点的停电时间。
[0154]
(3)本实施例通过构建配电网重构模型最小化开关状态变化对应的经济成本，故障发生后通过改变配电网中各开关的状态，使故障点通过其他路径恢复供电。而改变开关的状态会使其使用寿命减短，使用寿命的减少量可用对应的经济成本来衡量。通过制定合理配电网重构方案能够实现在开关成本较小的情况下快速恢复故障点的电力供应。
[0155]
(4)本实施例通过建立应急电源车调派配电网重构联合优化模型，综合考虑停电时间、应急电源车调派成本和重构开关成本，在满足电源车数量、出力和支路潮流等约束的情况下，得到应急电源车调派和配电网重构策略的最优方案，在最小化经济成本的同时确保故障点处快速恢复电力供应。
[0156]
实施例二
[0157]
本实施例提供了一种结合道路网与配电网的电力应急资源优化系统，如图3所示，该系统包括：
[0158]
停电故障管理框架构建模块301，用于构建目标区域的停电故障管理框架；所述停电故障管理框架包括道路网信息和配电网信息；所述道路网信息包括各应急保障点的位置信息以及每个所述应急保障点配置的应急电源车的数量；所述配电网信息包括各节点的位置信息和各开关的位置信息；所述开关包括分段开关和联络开关；其中，每个所述节点处均配有应急电源车的接入点。
[0159]
应急电源车调派模型构建模块302，用于基于所述停电故障管理框架，构建包含停电时间和调派成本的应急电源车调派模型；所述停电时间为被调派应急电源车从应急保障点到故障节点的路程时间；所述调派成本至少包括所述被调派应急电源车的行驶成本和所述被调派应急电源车的发电成本。
[0160]
配电网重构模型构建模块303，用于基于所述停电故障管理框架，构建包含开关成
本的配电网重构模型。
[0161]
联合优化模型构建模块304，用于基于所述应急电源车调派模型和所述配电网重构模型，构建所述目标区域的联合优化模型；所述联合优化模型的目标函数为计算停电时间、应急电源车调派成本和开关状态变化对应的经济成本三者之和的函数。
[0162]
位置信息获取模块305，用于获取目标区域的故障节点的位置信息。
[0163]
被选中的应急电源车的行驶路径计算模块306，用于根据所述故障节点的位置信息和所述联合优化模型，计算所述联合优化模型的目标函数的最小值，并基于所述最小值确定被选中的应急电源车的行驶路径；所述被选中的应急电源车用于为所述故障节点的供电。
[0164]
其中，所述应急电源车调派模型构建模块302，具体包括：
[0165]
第一确定单元，用于确定停电时间表达式；所述停电时间表达式为：
[0166][0167]
其中，t为停电时间；α
d，f
是一个二进制变量，表示应急保障点d是否响应故障节点f，若是则α
d，f
的值为1，若否则α
d，f
为0；l
d，f
为应急保障点d到故障节点f之间的距离；v是应急电源车的恒定车速；(
·
)-表示矩阵的转置，fi为第i个孤岛上所有应急电源车的接入点总数，i为所有孤岛的总数，d为所有应急保障点的总数。
[0168]
第二确定单元，用于确定被调派应急电源车的行驶成本表达式；所述行驶成本表达式为：
[0169][0170]
其中，c1为被调派应急电源车的行驶成本，y
d，f
为从应急保障点d调派到故障节点f的应急电源车的数量；prif为每辆应急电源车每公里的行驶成本。
[0171]
第三确定单元，用于确定被调派应急电源车的发电成本表达式；所述发电成本表达式为：
[0172][0173]
其中，c2为被调派应急电源车的发电成本，x
d，g，f
是二进制变量，表示应急保障点d处的应急电源车g是否响应故障节点f；若是则x
d，g，f
的值为1，若否则x
d，g，f
为0；e
d，g，f
为应急保障点d处的应急电源车g的出力；xd为应急保障点d处应急电源车的总数。
[0174]
第四确定单元，用于根据所述行驶成本表达式和所述发电成本表达式，确定调派成本表达式；所述调派成本表达式为：
[0175]
c＝ξ1·
c1 ξ2·
c2ꢀꢀ
(4)；
[0176]
其中，c为调派成本，ξ1、ξ2分别为行驶成本和发电成本的权重系数。
[0177]
第五确定单元，用于根据所述停电时间表达式和所述调派成本表达式，构建应急电源车调派模型。
[0178]
所述应急电源车调派模型的目标函数为：
[0179]
f1(α，y，x，e)＝γ1·
t γ2·cꢀꢀ
(5)；
[0180]
其中，f1(
·
)为应急电源车调派模型的目标函数，γ1、γ2分别为停电时间和调派成本的权重系数；α，y，x，e分别为α
d，f
、y
d，f
、x
d，g，f
、e
d，g，f
的集合。
[0181]
所述应急电源车调派模型的约束条件为：
[0182][0183][0184]
0≤e
d，g，f
≤e
d，g_max
ꢀꢀ
(8)；
[0185][0186]
其中，e
d，g_max
为应急保障点d处的应急电源车g的发电容量上限；p
i，j
为节点j所需的负荷，j为电气孤岛中的节点的总数，xd表示应急保障点d的应急电源车的数量。
[0187]
所述配电网重构模型的目标函数为：
[0188]
f2(k)＝cs·
∑
m，n∈n
δk
mn
ꢀꢀ
(10)；
[0189]
其中，f2(
·
)为配电网重构模型的目标函数，cs为每次开关动作对应的经济成本；δk
mn
为二进制变量，表示支路m-n上的开关是否动作，若对应开关动作则δk
mn
为1，否则为0；m和n分别表示配电网中的节点，n为配电网中的节点总数，k为δk
mn
的集合。
[0190]
所述配电网重构模型的约束条件为：
[0191]
{pb，um}＝h(pm，qm，rb，xb)
ꢀꢀ
(11)；
[0192]
p
b_min
≤pb≤p
b_max
ꢀꢀ
(12)；
[0193]um_min
≤um≤u
m_max
ꢀꢀ
(13)；
[0194][0195]
β
mn
β
nm
＝k
mn
ꢀꢀ
(15)；
[0196][0197][0198][0199][0200]
其中，h(
·
)为计算配电网线路潮流的方程式，pm，qm为节点m的有功功率和无功功率，rb，xb分别为支路b的电阻和电抗；pb为支路b的传输功率，p
b_min
和p
b_max
分别为支路传输功率的上下限；um为节点m处的电压值，u
m_min
和u
m_max
分别为节点电压的上下限；和分别表示考虑开关动作前后支路m-n上开关的状态；公式(18)描述了和之间的关系，逻辑运算由公式(19)定义；mi为电气孤岛i中的节点总数；零一变量β
mn
表示节点n和节点m之间的关系，若节点n为节点m的父节点则β
mn
为1，若节点m为节点n的父节点则β
mn
为0；β
nm
表示若节点m是节点n的父节点则βnm等于1，若节点n为节点m的父节点则βnm等于0；n
sub
为变压器所在节点的集合。
[0201]
所述联合优化模型的目标函数为：
[0202]
f(α，y，x，e，k)＝μ1·
f1 μ2·
f2ꢀꢀ
(20)；
[0203]
其中，f(
·
)为联合优化模型的目标函数；系数μ1、μ2分别为应急电源车调派模型的
目标函数f1和配电网重构模型的目标函数f2的权重系数。
[0204]
通过采用本发明所述的结合道路网与配电网的电力应急资源优化方法及系统，可将该方法应用于现有的配电网中。基于配电网的实际拓扑结构以及周边道路的路网结构，通过提前规划配置应急保障点，针对配电网故障，在应急保障点中分别对应急电源车进行调配、对配电网结构进行优化调整，以最小化停电时间、应急电源车调派成本以及开关成本为目标。其中应急电源车作为维修配电网故障的关键因素，已存在于现有配电网中；此外，配电网重构技术目前也已广泛应用于配电网的故障恢复中。本发明通过构建联合优化模型实现两者就停电时间、应急电源车调派成本以及开关成本的最优调度。提高配电网中故障的恢复效率，在最小化应急电源车调派成本的同时，减少故障点的停电时间与配电网重构所产生的开关成本。在实际执行时，需要得到配电网的拓扑结构及各节点的负荷信息、应急保障点与各故障点的地理距离，即可通过优化实现最优调度。
[0205]
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
[0206]
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。