一种考虑光伏与线路开关状态不确定的配电网优化方法

技术特征：
1.一种考虑光伏与线路开关状态不确定的配电网优化方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1、建立光伏出力不确定性模型，以实际光伏出力曲线为基础，通过数学拟合的方式确定最佳拟合曲线，通过服从不同分布的光伏出力误差表征光伏出力的随机性；步骤2、建立线路开关状态不确定性模型，通过实际信息物理系统与节点系统的对应关系，建立不同场景下线路开关状态不确定数学关系；步骤3、建立多目标双层规划模型；考虑光伏功率的不确定性，通过拟合的方式确定光伏功率的集合；考虑多种情况下的线路开关状态的不确定性，使用由熵对场景进行筛选；将最大的出力成本和最大的线路故障成本作为最坏的情况，通过模拟来自调度中心的命令最小化维护成本；步骤4、结合lhs方法对模型进行求解；将模型扩展为最小化-最大化-最大化三层规划模型进行求解，使用lhs方法来确定不确定性预算不同时线路的状态。2.根据权利要求1所述考虑光伏与线路开关状态不确定的配电网优化方法，其特征在于：步骤1的实现包括：步骤1.1、根据光伏发电原理，获得光伏出力与光照强度的关系：步骤1.1、根据光伏发电原理，获得光伏出力与光照强度的关系：代表光伏出力，p
ipv
代表额定光伏出力，l代表光照强度，l
i
代表额定光照强度，l
max
代表最大光照强度；步骤1.2、通过数学拟合的方式获得光伏出力和时间的关系：p
pv
＝at2 bt c
ꢀꢀꢀꢀ
(2)p
pv
代表拟合光伏出力，当光照强度确定时，通过公式(1)计算的与p
pv
相同，a、b、c分别代表拟合系数，t代表时间；通过公式(2)确定拟合系数，建立光照强度和时间的关系；步骤1.3、建立光伏出力误差误动模型：步骤1.3、建立光伏出力误差误动模型：步骤1.3、建立光伏出力误差误动模型：步骤1.3、建立光伏出力误差误动模型：代表t 1时刻光伏误差出力浮动的最大值，p
tpv,f
代表t 1时刻、t时刻根据公式(2)获得的光伏拟合出力，代表t 1时刻光伏误差出力，代表t 1时刻光伏误差实际出力，f
y
代表分布函数，当y＝1时，代表高斯分布，当y＝2时，代表拉普拉斯分布，当y＝3时，代表柯西分布；建立光伏出力误差与光伏拟合出力的关系，使用不同分布的光伏误差出力表现光伏出力随机性；力随机性；代表本发明提出的t时刻光伏出力。
3.根据权利要求1所述考虑光伏与线路开关状态不确定的配电网优化方法，其特征在于：步骤2的实现包括：步骤2.1、建立实际信息物理系统节点系统的简化模型；将配电网络视为节点系统，包括节点、发电机和线路开关；线路开关的状态信息由信息通道和物理通道控制，通过线路开关的操作，控制输电线路；配电网视为信息物理系统cps，包括物理系统和网络系统；物理系统包括断路器、隔离开关、互连开关、输电线路、负载、发电机和储能装置，实现电力数据的收集和传输；网络系统包括应用平台、控制平台、软件和通信系统，通信系统包括光纤、微波、以太网、路由和载波；节点系统和信息物理系统cps通过信息通道和物理通道建立联系：信息物理系统cps中的互连开关和输电线路构成节点系统中物理通道的主体，信息物理系统cps中的软件和通信系统构成节点系统中信息通道的主体；信息物理系统cps中的负载简化为节点系统中的节点；负载收集来自电力用户的电压和电流信息；软件用于传输数字信息；信息物理系统cps中的发电机简化为光伏发电机和系统发电机；信息物理系统cps中的光纤和微波、以太网和线路通信简化节点系统中网络通道和物理通道，硬件设备用于收集和传输数据，通信设备用于接收和执行命令；信息物理系统cps中的断路器、隔离开关、互连开关并入节点系统中的线路开关，信息物理系统cps中的应用平台和控制平台简化为节点系统中的调度中心；步骤2.2、建立物理设备失效模型；p
phy
代表物理设备失效的概率，w
e1
代表输电线路进行异常操作时的权重，p
eb
代表断路器进行异常操作时的概率，p
ec
代表互联开关进行异常操作时的概率，p
es
代表隔离开关发生异常操作的概率，w
e2
代表物理组件发生异常操作的权重，p
ea
代表物理组件执行异常操作时的概率，p
er
代表物理组件执行操作失败时的概率；步骤2.3、建立通信传输失效模型；p
link
＝pl1*pl2*
…
*pl
n
ꢀꢀꢀꢀ
(8)pl
ink
代表通信传输失效的概率，p
link
＝0表示通信传输失败已经发生，p
link
＝1表示通信传输失败没有发生；p
li
表示信息组件的状态，p
li
＝0表示信息链路没有连接，p
li
＝1表示信息链路已连接；n表示信息链路的数量；步骤2.4、建立调度控制失效模型；p
control
＝p
bite
p
delay
ꢀꢀꢀꢀ
(9)p
control
表示调度控制失效的概率，p
bite
表示信息链路中出现错位的，p
delay
表示信息链路中延迟执行的概率；状态信息故障下，p
bite
、p
delay
在所有信息链中均为1；线路开关状态不确定性的概率(p
r
)为：p
r
＝w
p1
p
phy
w
p2
p
link
w
p3
p
control
ꢀꢀꢀꢀ
(10)w
p1
、w
p2
、w
p3
是p
phy
、p
link
、p
control
的标准化权重，不同组合下的w
p1
、w
p2
、w
p3
、p
phy
、p
link
、p
control
，p
r
不同，构成多种场景下p
r
分布。4.根据权利要求1所述考虑光伏与线路开关状态不确定的配电网优化方法，其特征在
于：步骤3的实现包括：步骤3.1、建立目标函数：f＝minc
cons
{maxc
aloss
}
ꢀꢀꢀꢀ
(11)c
aloss
＝c
pvp
c
pfom
ꢀꢀꢀꢀ
(13)(13)c
cons
代表所有运维成本，c
aloss
代表所有损失成本，代表t时刻单个线路运维成本，η
ij,t
代表t时刻单个线路运维状态，η
ij,t
＝1代表需要运维，η
ij,t
＝0代表不需要运维，c
pvp
代表所有光伏出力成本，c
pfom
代表所有线路失效成本，c
pv,t
代表t时刻单位光伏出力成本，代表光伏出力，c
omij,t
代表t时刻单位线路失效成本，代表t时刻实际线路状态，代表实际线路状态是闭合，代表实际线路状态是断开，i代表节点索引，ij代表支路索引，t代表时间索引，ω
l
代表支路集合，ω
dg
代表发电机集合；步骤3.2、采用是线性化的distflow方程描述支路的复杂功率流，节点潮流约束为：步骤3.2、采用是线性化的distflow方程描述支路的复杂功率流，节点潮流约束为：步骤3.2、采用是线性化的distflow方程描述支路的复杂功率流，节点潮流约束为：步骤3.2、采用是线性化的distflow方程描述支路的复杂功率流，节点潮流约束为：步骤3.2、采用是线性化的distflow方程描述支路的复杂功率流，节点潮流约束为：代表s场景t时刻节点i到节点j的有功功率，代表s场景t时刻节点j的有功需求，代表s场景t时刻节点j的有功切负荷，代表s场景t时刻节点j注入的发电机有功功率，代表s场景t时刻节点j注入的光伏发电机有功功率，代表s场景t时刻节点i到节点j的无功功率，代表s场景t时刻节点j的无功需求，代表s场景t时刻节点j的无功切负荷，代表s场景t时刻节点j注入的发电机无功功率，r
ij,t
代表t时刻支路ij的电阻，x
ij,t
代表t时刻支路ij的电抗，代表t时刻节点i的电压幅值，m1代表大m数法的系数，i、j代表节点索引，ij代表支路索引，t代表时间索引，s代表场景索引；步骤3.3、光伏出力不确定约束为：步骤3.3、光伏出力不确定约束为：步骤3.3、光伏出力不确定约束为：
代表s场景t时刻节点j注入的光伏发电机有功功率，代表s场景t时刻节点j注入的拟合光伏发电机有功功率，代表s场景t时刻节点j注入的光伏发电机有功误差功率，代表s场景t时刻节点j注入的拟合光伏发电机有功功率1，代表s场景t时刻节点j注入的光伏发电机有功误差功率1，j代表节点索引，t代表时间索引，s代表场景索引；式(20)-式(22)表示光伏出力和时间之间的关系，式(21)假设t时刻的第j个光伏发电机的出力通过拟合得到，式(22)假设第j个光伏发电机的光伏出力误差通过分布函数得到；步骤3.4、线路开关状态不确定约束为：步骤3.4、线路开关状态不确定约束为：步骤3.4、线路开关状态不确定约束为：代表s场景t时刻支路ij的状态，代表因线路开关状态不确定导致线路闭合，代表因线路开关状态不确定导致线路断开，代表s场景t时刻支路ij上线路开关不确定的概率，代表s1场景t时刻支路ij上线路开关不确定的概率，w代表不确定预算，ij代表支路索引，t代表时间索引，s代表场景索引；式(23)和式(24)表示调度中心设定的不确定性预算和线路开关状态不确定性概率之间的关系；式(23)基于香农的信息理论，w是由调度中心决定的不确定性预算；式(24)提供状态不确定性的集合，代表多场景下线路开关状态不确定性的概率；步骤3.5、线路状态约束；步骤3.5、线路状态约束；步骤3.5、线路状态约束；步骤3.5、线路状态约束；步骤3.5、线路状态约束；步骤3.5、线路状态约束；步骤3.5、线路状态约束；步骤3.5、线路状态约束；步骤3.5、线路状态约束；代表s场景t时刻支路ij收到调度中心的指令，代表支路ij收到调度中心的指令是闭合，代表支路ij收到调度中心的指令是断开，代表s场景t时刻支路ij因线路开关状态不确定下的状态，代表支路ij因线路开关状态不确定导致闭合，代表支路ij因线路开关状态不确定导致断开，代表s场景t时刻支路ij实际的线路状态，
代表支路ij实际状态是闭合，代表支路ij实际状态是断开，代表s场景t时刻支路ij的维修状态，代表支路ij需要维修，代表支路ij不需要维修，代表s场景t时刻的辅助变量，ij代表支路索引，t代表时间索引，s代表场景索引；步骤、3.6电压和功率约束；步骤、3.6电压和功率约束；步骤、3.6电压和功率约束；步骤、3.6电压和功率约束；步骤、3.6电压和功率约束；步骤、3.6电压和功率约束；步骤、3.6电压和功率约束；步骤、3.6电压和功率约束；代表s场景t时刻支路ij实际的状态，代表支路ij实际状态是闭合，代表支路ij实际状态是断开，代表支路ij最大的有功功率，p
ij,t
代表t时刻支路ij的有功功率，代表支路ij最大的无功功率，q
ij,t
代表t时刻支路ij的无功功率，代表发电机最小的有功功率，代表s场景t时刻发电机在节点j注入的有功功率，代表发电机最大的有功功率，代表发电机最小的无功功率，代表s场景t时刻发电机在节点j注入的无功功率，代表发电机最大的无功功率，代表节点j的最小电压幅值，代表s场景t时刻节点j的电压幅值，代表节点j的最大电压幅值，代表t时刻节点j的有功切负荷，代表t时刻节点j最大的有功切负荷，代表t时刻节点j的无功切负荷，代表t时刻节点j最大的无功切负荷，i代表节点索引，ij代表支路索引，t代表时间索引，s代表场景索引；步骤3.7、孤岛约束；步骤3.7、孤岛约束；步骤3.7、孤岛约束；步骤3.7、孤岛约束；代表s场景t时刻包含虚拟支路的线路状态，代表支路ij闭合，代表支路ij断开，n
b
代表节点系统节点的数量，代表s场景t时刻包含虚拟支路的潮流，代表该支路与发电机、光伏、故障线路端点有负载需求，代表该支路与发电机、光伏、故障线路端点没有负载需求，m2代表大m数法的系数，ω
l_vir
代表虚拟支路集合，ω
l
代表支路集合，ij代表支路索引，t代表时间索引，s代表场景索引；
约束条件(40)-(42)保证当线路开关状态不确定时配电网辐射状拓扑结构；约束条件(40)保证支路数量和节点数量是符合配电网的连通性，约束条件(41)假定包括虚构支路线路有1个单位负载需求；约束条件(42)限制支路ij的虚构功率流。5.根据权利要求1所述考虑光伏与线路开关状态不确定的配电网优化方法，其特征在于：步骤4的实现包括：将光伏出力成本的变量作为第一层的变量求解，获得最大光伏出力成本，将线路故障成本的变量作为第二层的变量求解，获得来最大线路故障成本，将线路维护成本的变量作为第三层的变量求解，获得最小线路维护成本；步骤4.1、设定时间下限和上限，对第一层的变量求解，得到最大光伏出力成本，更新时间下限和上限，得到光伏功率的下限和上限；步骤4.2设置不确定性预算和线路开关状态的数量，对第二层的变量求解，用lhs方法获得最大线路故障成本，并以最优值更新光伏功率的下限和上限；步骤4.3基于优化的光伏功率和线路开关状态，对第三层的变量求解，获得最小线路运维成本。

技术总结
本发明涉及配电网优化技术，具体涉及一种考虑光伏与线路开关状态不确定的配电网优化方法，首先考虑了光伏出力的不确定性，建立一个多时段的光伏出力模型；接着分析配电网中线路开关状态的不确定性，并根据香农的信息理论，建立多场景下的线路开关状态不确定性模型；在配电网重新配置后，使用拉丁超立方采样方法来确定不确定性预算不同时线路开关状态；最后考虑到最坏情况下光伏出力和线路开关状态的不确定性，提出了控制模型，以最小的维护成本提高配电网的稳定性。该方法定性抽象光伏出力不确定性和线路开关状态的特点，通过调度策略为配电网提供实用的技术支持。减少了由光伏出力和线路开关状态的不确定性造成的影响。伏出力和线路开关状态的不确定性造成的影响。伏出力和线路开关状态的不确定性造成的影响。


技术研发人员：龚立 田猛 王先培 王少飞 郑涵
受保护的技术使用者：武汉大学
技术研发日：2022.07.25
技术公布日：2022/10/25