极端天气下基于动态重构的配电网弹性提升方法及系统技术方案

本发明专利技术提供了一种极端天气下基于动态重构的配电网弹性提升方法及系统，通过模拟极端天气对配电网元件的荷载效应，计算导线和电杆所承受的冲击；根据结构可靠性理论得到导线与电杆的可靠度，推出极端天气过境时配电网线路的故障率；基于系统信息熵筛选典型故障场景，确定其故障线路及故障时刻；根据所述故障场景，随故障发展顺序在各故障时刻改变联络开关和分段开关的开合状态调整网络拓扑结构，以减小停电负荷量以及开关操作次数为目标，在所有重构策略中选择最优方案，进行动态重构，以提升配电网弹性。

Flexible lifting method and system of distribution network based on dynamic reconfiguration in extreme weather

【技术实现步骤摘要】
极端天气下基于动态重构的配电网弹性提升方法及系统
本专利技术属于配电网调控
，涉及一种极端天气下基于动态重构的配电网弹性提升方法及系统。
技术介绍
本部分的陈述仅仅是提供了与本专利技术相关的
技术介绍
信息，不必然构成在先技术。近年来，全球气候剧烈变化，极端天气灾害发生频繁，导致电力系统中发生大量的大规模停电事故，造成严重的经济损失和社会影响。配电网位于电力系统末端，是直接给用户供电的关键环节。配电网弹性是指其抵御极端天气灾害、减小故障损失并在扰动结束后尽快恢复到原有运行状态的能力。为了保证配电网在极端天气下最大限度地供应负荷，研究配电网弹性提升方法对维持社会和经济发展具有十分重要的意义。极端天气对配电网的扰动是一个动态演变的过程，在扰动作用下，配电网线路相继发生故障。同时，配电网中配置着一定数量的联络开关，在发生故障后可以通过网络重构调整供电结构。因此，可以随故障发展过程对配电网进行动态重构来增强其弹性。据专利技术人了解，目前，配电网弹性提升方法存在以下问题：(1)最常见的是通过架空线路电缆化和加固线路来提升配电网弹性，但此类方法造价较高，难以大规模应用到配电网中。(2)仅利用网络中的分布式电源来提高配电网的灾后供电能力，但分布式电源接入数量有限，难以保证故障时对所有失电区域提供供电支撑，忽略了调整网络拓扑结构对配电网弹性的提升作用。
技术实现思路
本专利技术为了解决上述问题，提出了一种极端天气下基于动态重构的配电网弹性提升方法及系统，本专利技术在极端天气扰动下配电网发生故障后，通过网络重构使失电区域与主网相连恢复供电或利用区域内的分布式电源维持孤岛运行，提高配电网的供电能力，提升配电网弹性。根据一些实施例，本专利技术采用如下技术方案：一种极端天气下基于动态重构的配电网弹性提升方法，包括以下步骤：(1)模拟极端天气对配电网元件的荷载效应，计算导线和电杆所承受的冲击；(2)根据结构可靠性理论得到导线与电杆的可靠度，推出极端天气过境时配电网线路的故障率；(3)基于系统信息熵筛选典型故障场景，确定其故障线路及故障时刻；(4)根据所述故障场景，随故障发展顺序在各故障时刻改变联络开关和分段开关的开合状态调整网络拓扑结构，以减小停电负荷量以及开关操作次数为目标，在所有重构策略中选择最优方案，进行动态重构。作为进一步的限定，还包括步骤(5)构建配电网弹性评估指标，量化动态重构对配电网的弹性提升效果，对动态重构过程进行修正。作为进一步的限定，所述步骤(1)中，利用Batts模型模拟极端天气过境时配电网线路上的风速与风向，计算极端天气冲击下电杆的杆根弯矩和导线的截面应力。作为进一步的限定，所述步骤(2)中，根据结构可靠性理论，当元件自身强度小于其承受的荷载效应时，元件发生故障；已知导线的抗拉强度和电杆的抗弯强度服从正态分布，结合强度概率密度函数可得导线和电杆的元件故障率。作为进一步的限定，所述步骤(2)中，基于线路串联模型，结合导线与电杆的故障率计算配电线路的故障率。作为进一步的限定，所述步骤(3)中，根据配电网所有线路的实时故障率计算单一故障场景下配电网的系统信息熵，基于熵值分布范围筛选典型故障场景。作为进一步的限定，所述步骤(4)中，通过改变配电线路故障时刻联络开关及分段开关的开合状态调整配电网拓扑结构，利用网络重构对失电区域进行供电；每一个故障时刻对应包含所有开关状态的多种决策，所有故障时刻的重构决策综合形成配电网的动态重构方案，最终以减小停电负荷量及开关操作次数为目标选择最优方案。作为进一步的限定，所述步骤(4)中，通过开关使失电区域与主网相连恢复供电以及通过分布式电源对孤岛进行供电时，根据负荷的重要程度建立负荷削减模型，模拟扰动过程中的负荷变化情况。作为进一步的限定，所述步骤(5)中，采用供电量缺失程度作为配电网弹性评估指标，验证动态重构对配电网弹性的提升效果。一种极端天气下基于动态重构的配电网弹性提升系统，包括：模拟模块，被配置为模拟极端天气对配电网元件的荷载效应，计算导线和电杆所承受的冲击；故障率计算模块，被配置为根据结构可靠性理论得到导线与电杆的可靠度，推出极端天气过境时配电网线路的故障率；场景确定模块，被配置为基于系统信息熵筛选典型故障场景，确定其故障线路及故障时刻；动态重构模块，被配置为模拟极端天气扰动下配电网的动态重构过程，根据所述故障场景，随故障发展顺序在各故障时刻改变联络开关和分段开关的开合状态调整网络拓扑结构，以减小停电负荷量以及开关操作次数为目标，在所有重构策略中选择最优方案。一种计算机可读存储介质，其中存储有多条指令，所述指令适于由终端设备的处理器加载并执行所述的一种极端天气下基于动态重构的配电网弹性提升方法的步骤。一种终端设备，包括处理器和计算机可读存储介质，处理器用于实现各指令；计算机可读存储介质用于存储多条指令，所述指令适于由处理器加载并执行所述的一种极端天气下基于动态重构的配电网弹性提升方法的步骤。与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：本专利技术考虑了极端天气对配电网扰动的动态演变过程，能够较好的应对配电网线路的相继故障，及时恢复供电，提升配电网弹性。本专利技术既考虑了分布式电源对失电区域的供电支撑作用，也计及了基于开关开合的网络动态重构以恢复供电的过程，能够最大限度地减少极端扰动下配电网故障后的失负荷量，提升配电网弹性。附图说明构成本专利技术的一部分的说明书附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。图1本专利技术提供的方案流程图；图2本专利技术提供的极端天气扰动下配电网的负荷水平变化过程示意图；图3本专利技术提供的IEEE33节点系统接线图；图4本专利技术提供的有无动态重构过程的配电网负荷曲线图；具体实施方式：下面结合附图与实施例对本专利技术作进一步说明。应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本专利技术提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本专利技术所属
的普通技术人员通常理解的相同含义。需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本专利技术的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。如图1所示，基于动态重构的配电网弹性提升方法，包括以下步骤：(1)以台风作为极端天气的代表，利用Batts模型模拟台风过境时配电网各点的风速与风向，计算导线的截面应力与电杆的杆根弯矩。(2)结合元件强度的概率分布与受力情况计算其故障率，将线路等效为元件的串联模型，求出配电网线路的故障率。(3)根据配电网所有线路的实时故障率计算单一故障场景本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种极端天气下基于动态重构的配电网弹性提升方法，其特征是：包括以下步骤：/n(1)模拟极端天气对配电网元件的荷载效应，计算导线和电杆所承受的冲击；/n(2)根据结构可靠性理论得到导线与电杆的可靠度，推出极端天气过境时配电网线路的故障率；/n(3)基于系统信息熵筛选典型故障场景，确定其故障线路及故障时刻；/n(4)根据所述故障场景，随故障发展顺序在各故障时刻改变联络开关和分段开关的开合状态调整网络拓扑结构，以减小停电负荷量以及开关操作次数为目标，在所有重构策略中选择最优方案，进行动态重构。/n

【技术特征摘要】
20191213 CN 20191128171621.一种极端天气下基于动态重构的配电网弹性提升方法，其特征是：包括以下步骤：
(1)模拟极端天气对配电网元件的荷载效应，计算导线和电杆所承受的冲击；
(2)根据结构可靠性理论得到导线与电杆的可靠度，推出极端天气过境时配电网线路的故障率；
(3)基于系统信息熵筛选典型故障场景，确定其故障线路及故障时刻；
(4)根据所述故障场景，随故障发展顺序在各故障时刻改变联络开关和分段开关的开合状态调整网络拓扑结构，以减小停电负荷量以及开关操作次数为目标，在所有重构策略中选择最优方案，进行动态重构。


2.如权利要求1所述的一种极端天气下基于动态重构的配电网弹性提升方法，其特征是：还包括步骤(5)构建配电网弹性评估指标，量化动态重构对配电网的弹性提升效果，对动态重构过程进行修正。


3.如权利要求1所述的一种极端天气下基于动态重构的配电网弹性提升方法，其特征是：所述步骤(1)中，利用Batts模型模拟极端天气过境时配电网线路上的风速与风向，计算极端天气冲击下电杆的杆根弯矩和导线的截面应力。


4.如权利要求1所述的一种极端天气下基于动态重构的配电网弹性提升方法，其特征是：所述步骤(2)中，根据结构可靠性理论，当元件自身强度小于其承受的荷载效应时，元件发生故障；已知导线的抗拉强度和电杆的抗弯强度服从正态分布，结合强度概率密度函数可得导线和电杆的元件故障率；
或，所述步骤(2)中，基于线路串联模型，结合导线与电杆的故障率计算配电线路的故障率。


5.如权利要求1所述的一种极端天气下基于动态重构的配电网弹性提升方法，其特征是：所述步骤(3)中，根据配电网所有线路的实时故障率计算单一故障场景下配电网的系统信息熵，基于熵值分布范围筛选典型故障场景。


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【专利技术属性】
技术研发人员：张文，邱吉福，杨天佑，李志泰，陈明，安树怀，魏振，时翔，史蕾玚，孙振海，徐建春，张婷婷，杜雅昕，
申请(专利权)人：山东大学，国网山东省电力公司青岛供电公司，国家电网有限公司，
类型：发明
国别省市：山东;37