本發(fā)明屬于智能配電網自愈控制領域，特別涉及含分布式電源配電網的風險評估和故障后最大收益恢復策略的搜索。

背景技術：

不考慮分布式發(fā)電(Distributed Generation，簡稱DG)接入的傳統(tǒng)配電網，恢復重構方案既可以利用原系統(tǒng)內部的聯(lián)絡開關對配電網進行供電，也可以通過外電源聯(lián)絡開關利用其他饋線的備用容量進行供電。含有DG接入的配電網，其故障恢復一般分為兩個階段：首先，利用DG的孤島效應對配電網進行DG的孤島劃分，形成計劃可控的孤島為DG附近的重要負荷供電，提高系統(tǒng)的供電可靠性；其次，結合前階段的孤島劃分，修改相應的網絡拓撲結構，利用傳統(tǒng)配電網的供電恢復算法對配電網進行恢復重構。

通常來說，主動配電網的恢復重構和孤島劃分問題都會被轉化為一種多目標優(yōu)化問題。該問題的優(yōu)化目標一般都包含以下幾點：首先，在供電電源功率許可的條件下，要使恢復區(qū)域內包含盡可能多的負荷，從而最大程度的恢復供電，提高配電系統(tǒng)的可靠性；其次，考慮配電網中不同的負荷對于供電可靠性的不同要求，在故障發(fā)生后，必須保證重要負荷的優(yōu)先供電；另外，為保證系統(tǒng)故障時獲得最大限度的持續(xù)供電，在恢復重構和孤島劃分時應考慮盡可能減少恢復方案運行的網損；最后，為確保配電網安全穩(wěn)定運行，恢復方案應盡可能保證原有網絡結構不變，使網絡結構的改變最小。在求解配電網故障恢復方案的過程中需要滿足的約束條件通常包括功率平衡約束、線路潮流約束和網絡拓撲約束。

目前，用于配電網優(yōu)化重構和孤島劃分的算法主要有數(shù)學優(yōu)化、啟發(fā)式和智能優(yōu)化算法。傳統(tǒng)的數(shù)學優(yōu)化算法將待求解的問題用數(shù)學形式表達成目標函數(shù)和約束條件來進行數(shù)學求解，該類算法能夠得到不依賴于配電網初始結構的全局最優(yōu)解。啟發(fā)式算法是以一定的規(guī)則指標來限定搜索的方向，以一定的準則評價可能解的搜索算法，它不僅能夠有效地減小搜索空間，提高恢復時間，而且其啟發(fā)式規(guī)則可以通用，較為容易實現(xiàn)。智能優(yōu)化算法也是解決最優(yōu)化問題的重要方法，包括粒子群算法、遺傳算法、蟻群算法等，這些算法可以很好地適用于主動配電網恢復重構和孤島劃分的最優(yōu)化問題求解。例如粒子群算法能夠從隨機解出發(fā)，通過適應度來評價解的品質，通過迭代尋找最優(yōu)解，通過追隨當前搜索到的最優(yōu)值來尋找全局最優(yōu)，這能夠很好地滿足求解主動配電網故障恢復問題的要求。

路徑搜索過程通常將配電網轉化為樹形結構的連通圖，因此，無論是利用啟發(fā)式算法、智能優(yōu)化算法，抑或是其他算法，都需要借助圖論理論來對故障恢復路徑進行求解。廣度優(yōu)先遍歷(BFS)和深度優(yōu)先遍歷(DFS)是主動配電網故障恢復中最常用的兩種遍歷算法，用以搜索配電網中的相關節(jié)點，或是劃定配電網中的特定區(qū)域。此外，基于圖論的最短路徑算法(如Dijkstra算法、Floyd算法)和最小生成樹算法(如Prim算法、Kruskal算法)在主動配電網故障恢復領域中也有較為廣泛的應用。

分布式電源的大規(guī)模接入對配電網的供電恢復研究提出了更高的要求。為滿足主動配電網供電質量的要求，配電網故障處理決策應是能滿足各種約束條件的使系統(tǒng)可靠性最高、經濟性最好的恢復策略集中的最優(yōu)解，而如何高效又合理地確定優(yōu)化模型和算法值得研究。

對于配電網故障恢復研究，目前的確定性方法和概率方法大多基于純技術的觀點，不考慮措施和后果的經濟代價，無法為決策提供經濟性的量化支持。而在電網運營的競爭市場環(huán)境下，技術決策準則是經濟利益，純技術觀點的本質局限性將越來越嚴重。

技術實現(xiàn)要素：

為了解決現(xiàn)有技術問題，本發(fā)明的目的是為克服已有配電網恢復策略僅基于純技術觀點、不考慮措施和后果的經濟代價的不足，綜合了配電網恢復的技術因素與負荷恢復控制代價的經濟因素，提出一種基于配電網恢復操作風險及恢復供電收益的配電網故障恢復策略優(yōu)化方法。本方法綜合考慮恢復操作的風險及恢復操作后過渡電網的風險、恢復負荷收益和恢復控制代價，將它們統(tǒng)一折算于貨幣量綱，結合配電網故障恢復的實際操作流程建立恢復策略的優(yōu)化模型，并用啟發(fā)式優(yōu)化算法進行配電網故障恢復最優(yōu)策略的求解，實現(xiàn)配網故障后技術與經濟的一體化恢復決策。

本發(fā)明具體方案如下。

為保證電網的安全穩(wěn)定，考慮配電網故障恢復的實際操作，基于風險評估的配電網故障恢復策略優(yōu)化方法，包括若干個子過程，所述子過程包括電源、可恢復負荷和恢復路徑操作。

基于風險評估的配電網故障恢復的優(yōu)化模型為：

G為配電網故障恢復整體方案的收益，G_m為第m個子過程的綜合恢復收益，M為配電網故障恢復方案的子過程集合，m為配電網故障恢復方案的子過程序號，I_m為第m個子過程的負荷恢復收益，C_m第m個子過程的控制代價，R_m為第m個子過程存在的風險，R_tr為恢復操作后過渡電網的風險。

第m個子過程的負荷恢復收益I_m的計算公式為：

其中，L_m為第m個子過程恢復供電的負荷集合；i為負荷集合L_m中負荷的序號；λ_m,i為第m個子過程恢復的第i個負荷單位時間內單位負荷的停電損失；P_m,i為第m個子過程中第i個負荷恢復供電的容量；t_m,i為第m個子過程中第i個負荷提前恢復供電的時間；

A_m,i為第m個子過程中第i個負荷恢復的樂觀估計時間，B_m,i為第m個子過程中第i個負荷恢復的悲觀估計時間，H_m,i為第m個子過程中第i個負荷恢復的最可能估計時間。

第m個子過程的恢復控制代價C_m定義為：

S_m為第m個子過程中供電電源的集合，s為第m個子過程中投入供電電源的序號，D_m,s為第m個子過程中投入第s個電源產生的費用；K_m為第m個子過程的動作開關集合，k為第m個子過程中的動作開關的序號；E_m,k為第m個子過程中第k個開關的操作折損費用；F_m,k為第m個子過程中第k個開關的操作管理費用。

第m個子過程存在的風險R_m定義為：

其中，

N_m為第m個子過程恢復路徑上各元件的集合，a_m,n為N_m中第n個元件發(fā)生故障的概率；l_m,n為N_m中第n個元件故障所造成的恢復收益損失；J_n為N_m中第n個元件故障導致無法恢復的負荷集合，λ_m,n,j,P_m,n,j和t_m,n,j分別為N_m中第n個元件故障導致無法恢復的第j個負荷單位時間內單位負荷的停電損失、負荷容量和提前恢復供電時間。

恢復操作后過渡電網的風險R_tr為：

其中，

式中，N_tr為恢復操作后過渡電網各元件的集合，為N_tr中第n_tr個元件發(fā)生故障的概率；為N_tr中第n_tr個元件故障所造成的恢復收益損失；為N_tr中第n_tr個元件故障導致無法恢復的負荷集合，和分別為N_tr中第n_tr個元件故障導致無法恢復的第j_tr個負荷單位時間內單位負荷的停電損失、負荷容量和提前恢復供電時間。

在形成配電網故障恢復策略的過程中，滿足以下約束條件：

約束條件1，第m個子過程的容量約束條件：第m個子過程的操作應保證投入的電源容量不小于恢復供電負荷的容量；

式(9)中，P_m,s為第m個子過程中第s個可供電電源的容量，P_m,i為第m個子過程中第i個待恢復負荷的容量；

約束條件2，第m個子過程的潮流約束條件：第m個子過程的操作應保證恢復供電區(qū)域電壓、電流不越限；

式(10)中，u_min、u_max分別為第a個節(jié)點的電壓上下限；u_m,a為第m個子過程中第a個節(jié)點的電壓值；i_min、i_max分別為第a個節(jié)點的電流上下限；i_m,a為第m個子過程中第a個節(jié)點的電流值；

約束條件3，第m個子過程的收益約束：第m個子過程的收益大于門限值；

G_m≥G_min (11)

式(11)中，G_m為第m個子過程的綜合恢復收益，G_min為恢復方案的收益下限。

約束條件4，配電網輻射運行約束；

t∈T (12)

式(12)中，t為整體恢復方案的網絡拓撲結構；T為網絡輻射狀拓撲結構的集合。

基于風險評估的配電網故障恢復策略優(yōu)化方法，具體包括以下步驟：

(1)電源初始化：分析配電網拓撲結構，對電源參數(shù)進行初始化，其具體內容如下：

步驟101：等同考慮包括黑啟動分布式電源BDG(Black Distributed Generation)和備用聯(lián)絡線路在內的所有備用電源，對備用聯(lián)絡線路進行DG等值，將停電區(qū)域對應的所有可供電電源進行初始化，生成初始可恢復電源集合{s₁,s₂,...,s_q,...,s_nq}。

(2)電網故障初步恢復：考慮配電網故障恢復的實際操作，求取從電源出發(fā)的所有子過程，具體包括以下步驟：

步驟201：在可恢復電源集合中選擇任意一個電源s_q(q＝{1,2,…,n_q})，窮舉停電負荷集合的所有子集，選取負荷容量與電源s_q容量滿足約束條件1的所有停電負荷子集，生成若干個“電源-負荷”對；

步驟202：針對電源s_q的各個“電源-負荷”對，利用Dijkstra算法搜索該電源到“電源-負荷”對中相應負荷的最短路徑，查找路徑上所有的設備，生成電源s_q的恢復方案集合其中是對應的電源s_s恢復方案集合的子集，所述恢復方案集合中的元素包含了電源s_q的第m_q個方案路徑上的所有設備；

步驟203：選擇電源s_q恢復方案集合中的任意方案，判斷所述方案是否滿足約束條件2，對恢復方案集合中的所有方案重復此操作。對滿足約束條件的恢復方案計算其目標函數(shù)值基于貪心策略選取恢復方案集合中收益最大的方案作為電源s_q的備選恢復方案，將其目標函數(shù)值記作

步驟204：選擇可供電電源集合中未被遍歷的電源，重復步驟201-203，求出各個電源單獨投入時的最大收益方案。基于貪心策略選取其中收益最大的電源備選恢復方案，作為最終恢復方案的子過程；

步驟205：刪除停電區(qū)域內已恢復供電的負荷，更新系統(tǒng)拓撲結構，將步驟5中得到的子過程中的供電電源容量更新為投入后的容量，生成新的停電負荷區(qū)域及對應的可供電電源集合，重復步驟201-204，直至無法生成新的恢復子過程；

(3)協(xié)調恢復：:從負荷出發(fā)進一步求取恢復子過程，通過以下步驟以擴大恢復負荷量：

步驟301：選擇停電區(qū)域內任意一個待恢復負荷L_l，窮舉停電區(qū)域對應的可供電電源集合的所有子集，選取電源容量與負荷L_l容量滿足約束條件1的所有供電電源子集，生成多個“負荷-電源”對；其中l(wèi)＝{1,2，…，n_l}；

步驟302：針對負荷L_l的各個“負荷-電源”對，利用Dijkstra算法搜索該負荷到“負荷-電源”對中相應電源的最短路徑，查找路徑上所有的設備，生成負荷L_l的恢復方案集合其中是對應的負荷L_l恢復方案集合的子集，所述集合中的元素包含負荷L_l的第m_l個恢復方案路徑上的所有設備；

步驟303：選擇負荷L_l恢復方案集合中的任意方案，判斷該方案是否滿足電約束條件2，對恢復方案集合中的所有方案重復此操作；對滿足約束條件2的恢復方案計算其目標函數(shù)值基于貪心策略選取恢復方案集合中收益最大的方案作為負荷L_l的備選恢復方案，將其目標函數(shù)值記作

步驟304：選擇停電區(qū)域內其它所有未被遍歷的停電負荷，重復步驟301-303，求出各個負荷單獨恢復的最大收益方案；基于貪心策略選取其中收益最大的負荷備選恢復方案，并作為最終恢復方案的子過程；

步驟305：刪除停電區(qū)域內已恢復供電的負荷及方案供電電源，更新系統(tǒng)拓撲；重復步驟301-304，直至無法生成新的恢復方案，并輸出最終恢復方案。

本發(fā)明的有益效果包括：

考慮到設備運行和操作執(zhí)行的不確定性，建立相應模型反映系統(tǒng)恢復過程中的不確定因素，并引入風險的概念，對故障恢復策略進行評估；考慮到待恢復負荷重要等級不同，用單位時間內單位容量下負荷的停電損失來反映負荷的重要程度，用經濟指標度量負荷的重要等級，進一步評估負荷失電損失和恢復收益，從而將恢復過程中的風險、收益和代價統(tǒng)一于貨幣量綱，建立綜合經濟與技術的一體化恢復決策；綜合考慮備用聯(lián)絡線路和BDG這兩類電源的特點，通過備用聯(lián)絡線路的DG等值來對配電網故障恢復問題進行簡化。最終優(yōu)化得到的配電網故障恢復策略可以快速、有效地對停電負荷進行恢復指導，保證了重要負荷優(yōu)先供電，降低了配電網故障停電損失、恢復控制成本和運行風險，能夠顯著提高配電網的可靠性和經濟性。

附圖說明

圖1為基于風險評估的配電網故障恢復策略優(yōu)化方法的流程圖。

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施例對本發(fā)明作進一步詳細描述。

以下結合附圖對本發(fā)明的優(yōu)選實施例進行說明，應當理解，此處所描述的實施例僅用于說明和解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

為保證電網的安全穩(wěn)定，考慮配電網故障恢復的實際操作，本發(fā)明中配電網故障恢復的整體方案由多個包含了可供電電源、相應可恢復負荷和恢復路徑操作的子過程組成。基于風險評估的配電網恢復方法的優(yōu)化模型如下：

式(1)中，G為配電網故障恢復整體方案的收益，G_m為第m個子過程的綜合恢復收益，M為配電網故障恢復方案的子過程集合，m為配電網故障恢復方案的子過程序號，I_m為第m個子過程的負荷恢復收益，C_m第m個子過程的控制代價，R_m為第m個子過程存在的風險，R_tr為故障恢復整體方案形成的過渡電網風險。

各子過程的負荷恢復收益I_m、控制代價C_m及恢復過程風險R_m如下：

(1)第m個子過程的負荷恢復收益I_m：

本實施例通過單位負荷在單位時間內的停電損失來反映各失電負荷的重要程度，結合恢復的負荷量與負荷提前恢復供電時間，將三者的乘積作為第m個子過程的負荷恢復收益。負荷恢復收益I_m的表達式如下：

式(3)中，L_m為第m個子過程恢復供電的負荷集合；i為負荷集合L_m中負荷的序號；λ_m,i為第m個子過程恢復的第i個負荷單位時間內單位負荷的停電損失；P_m,i為第m個子過程中第i個負荷恢復供電的容量；t_m,i為第m個子過程中第i個負荷提前恢復供電的時間，定義如下：

式中，A_m,i為第m個子過程中第i個負荷恢復的樂觀估計時間、B_m,i為第m個子過程中第i個負荷恢復的悲觀估計時間、H_m,i為第m個子過程中第i個負荷恢復的最可能估計時間。

(2)第m個子過程的恢復控制代價C_m：

無論是可供電電源的實際投入，還是恢復路徑上的開關操作，都會產生一定的控制代價，不同子方案的組合會產生不同的總控制代價，因此，本發(fā)明將恢復控制代價作為恢復策略優(yōu)化目標的一部分。第m個子過程的控制代價定義為：

式(4)中，S_m為第m個子過程中供電電源的集合，s為第m個子過程中投入供電電源的序號，D_m,s為第m個子過程中投入第s個電源產生的費用；K_m為第m個子過程的動作開關集合，k為第m個子過程中的動作開關的序號；E_m,k為第m個子過程中第k個開關的操作折損費用；F_m,k為第m個子過程中第k個開關的操作管理費用。

(3)第m個子過程存在的風險R_m：

考慮到在進行實際恢復操作時，恢復路徑上各元件的故障可能導致負荷的恢復失效，從而無法達到恢復策略預期的恢復收益，故引入第m個子過程存在的風險R_m對配電網恢復的不確定性進行評估。本發(fā)明中第m個子過程存在的風險R_m定義為：

式中，N_m為第m個子過程恢復路徑上各元件的集合，a_m,n為N_m中第n個元件發(fā)生故障的概率；l_m,n為N_m中第n個元件故障所造成的恢復收益損失；J_n為N_m中第n個元件故障導致無法恢復的負荷集合，λ_m,n,j,P_m,n,j,t_m,n,j分別為N_m中第n個元件故障導致無法恢復的第j個負荷單位時間內單位負荷的停電損失、負荷容量及提前恢復供電時間。

(4)恢復操作后過渡電網的風險R_tr：

式中，N_tr為恢復操作后過渡電網各元件的集合，為N_tr中第n_tr個元件發(fā)生故障的概率；為N_tr中第n_tr個元件故障所造成的恢復收益損失；為N_tr中第n_tr個元件故障導致無法恢復的負荷集合，分別為N_tr中第n_tr個元件故障導致無法恢復的第j_tr個負荷單位時間內單位負荷的停電損失、負荷容量及提前恢復供電時間。

在形成配電網恢復策略的過程中，需要滿足以下約束條件：

約束條件1：第m個子過程的容量約束條件。第m個子過程的操作應保證投入的電源容量不小于恢復供電負荷的容量：

式(9)中，P_m,s為第m個子過程中第s個可供電電源的容量，P_m,i為第m個子過程中第i個待恢復負荷的容量。

約束條件2：第m個子過程的潮流約束條件。第m個子過程的操作應保證恢復供電區(qū)域電壓、電流不越限：

式(10)中，u_min、u_max分別為第a個節(jié)點的電壓上下限；u_m,a為第m個子過程中第a個節(jié)點的電壓值；i_min、i_max分別為第a個節(jié)點的電流上下限；i_m,a為第m個子過程中第a個節(jié)點的電流值。

約束條件3：第m個子過程的收益約束。第m個子過程的收益應大于門限值。

G_m≥G_min (11)

式(11)中，G_m為第m個子過程的綜合恢復收益，G_min為恢復方案的收益下限。

約束條件4：配電網輻射運行約束。

t∈T (12)

式(12)中，t為整體恢復方案的網絡拓撲結構；T為網絡輻射狀拓撲結構的集合。

如圖1所示本發(fā)明的基于風險評估的配電網故障恢復策略優(yōu)化方法具體包括以下步驟：

(1)電源初始化階段。該階段分析配電網拓撲結構，對電源參數(shù)進行初始化，其具體內容如下：

步驟1：等同考慮包括黑啟動分布式電源BDG(Black Distributed Generation)和備用聯(lián)絡線路在內的所有備用電源，對備用聯(lián)絡線路進行DG等值，將停電區(qū)域對應的所有可供電電源進行初始化，生成初始可恢復電源集合

(2)初步恢復階段。該階段考慮配電網故障恢復的實際操作，求取從電源出發(fā)的所有子過程，這一階段中本發(fā)明采取以下步驟：

步驟2：在可恢復電源集合中選擇任意一個電源s_q(q＝{1,2,…,n_q})，窮舉停電負荷集合的所有子集，選取負荷容量與電源s_q容量滿足約束條件1的所有停電負荷子集，生成多個“電源-負荷”對。

步驟3：針對電源s_q的各個“電源-負荷”對，利用Dijkstra算法搜索該電源到“電源-負荷”對中相應負荷的最短路徑，查找路徑上所有的設備，生成電源s_q的恢復方案集合其中是對應的電源s_s恢復方案集合的子集，該集合中的元素包含了電源s_q的第m_q個方案路徑上的所有設備。

步驟4：選擇電源s_q恢復方案集合中的任意方案，判斷該方案是否滿足約束條件2，對恢復方案集合中的所有方案重復此操作。對滿足約束條件的恢復方案計算其目標函數(shù)值基于貪心策略選取恢復方案集合中收益最大的方案作為電源s_q的備選恢復方案，將其目標函數(shù)值記作

步驟5：選擇可供電電源集合中未被遍歷的電源，重復步驟2-4，求出各個電源單獨投入時的最大收益方案?；谪澬牟呗赃x取其中收益最大的電源備選恢復方案，將其作為最終恢復方案的子過程；

步驟6：刪除停電區(qū)域內已恢復供電的負荷，更新系統(tǒng)拓撲結構。將步驟5中得到的子過程中的供電電源容量更新為投入后的容量，生成新的停電負荷區(qū)域及對應的可供電電源集合，重復步驟2-5，直至無法生成新的恢復子過程。

(3)協(xié)調恢復階段。為確保大容量負荷的可靠恢復，充分協(xié)調利用供電電源容量，本發(fā)明在初步恢復階段的基礎上從負荷出發(fā)進一步求取恢復子過程，采取以下步驟以擴大恢復負荷量。

步驟7：選擇停電區(qū)域內任意一個待恢復負荷L_l(l＝{1,2，…，n_l})，窮舉停電區(qū)域對應的可供電電源集合的所有子集，選取電源容量與負荷L_l容量滿足約束條件1的所有供電電源子集，生成多個“負荷-電源”對。

步驟8：針對負荷L_l的各個“負荷-電源”對，利用Dijkstra算法搜索該負荷到“負荷-電源”對中相應電源的最短路徑，查找路徑上所有的設備，生成負荷L_l的恢復方案集合其中是對應的負荷L_l恢復方案集合的子集，該集合中的元素包含了負荷L_l的第m_l個恢復方案路徑上的所有設備。

步驟9：選擇負荷L_l恢復方案集合中的任意方案，判斷該方案是否滿足電約束條件2，對恢復方案集合中的所有方案重復此操作。對滿足約束條件的恢復方案計算其目標函數(shù)值基于貪心策略選取恢復方案集合中收益最大的方案作為負荷L_l的備選恢復方案，將其目標函數(shù)值記作

步驟10：選擇停電區(qū)域內其它所有未被遍歷的停電負荷，重復步驟7-9，求出各個負荷單獨恢復的最大收益方案?；谪澬牟呗赃x取其中收益最大的負荷備選恢復方案，將其作為最終恢復方案的子過程；

步驟11：刪除停電區(qū)域內已恢復供電的負荷及方案供電電源，更新系統(tǒng)拓撲。重復步驟7-10，直至無法生成新的恢復方案，并輸出最終恢復方案。

本領域內的技術人員可以對本發(fā)明進行改動或變型的設計但不脫離本發(fā)明的思想和范圍。因此，如果本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權利要求及其等同的技術范圍之內，則本發(fā)明也意圖包含這些改動和變型在內。