一种区域能源互联网多阶段配电网故障恢复方法及系统技术方案

本发明专利技术提供一种区域能源互联网中多阶段配电网故障恢复方法及系统，包括：当配电网发生故障时，按顺序逐步执行各故障恢复阶段的故障恢复策略，对各综合能源系统或配电网各节点负荷进行调整，直到所述配电网中各节点恢复供电；本发明专利技术建立的分阶段的故障恢复策略及恢复流程，可以实现配电网在不同故障影响程度下有效、快速的故障恢复；同时本发明专利技术充分利用区域级能源互联网中多种能源耦合、互补互济、多能替代等特性实现对配电网故障恢复过程的支撑作用，有效的提高了配电网故障恢复能力及可靠性水平；本发明专利技术还综合考虑了负荷重要程度、各种设备约束，并充分利用区域能源互联网中的多能资源，降低了故障情况下由于供能中断造成的损失及故障恢复成本。损失及故障恢复成本。损失及故障恢复成本。

【技术实现步骤摘要】
一种区域能源互联网多阶段配电网故障恢复方法及系统


[0001]本专利技术涉及能源互联网领域，具体涉及一种区域能源互联网多阶段配电网故障恢复方法及系统。

技术介绍

[0002]能源互联网是以电力系统为核心，打破供电、供气、供冷、供热等各种能源供应系统单独规划、单独设计和独立运行的既有模式，在规划、设计、建设和运行的过程中，对各类能源的分配、转化、存储、消费等环节进行有机协调与优化，充分利用可再生能源的新型区域能源供应系统。基于不同的应用场景与规模，能源互联网可分为用户级、区域级以及跨区级。其中区域级能源互联网是以配电、配气、区域供热、局部供冷等多种供能系统耦合互联形成的区域社会综合供能网络。以配电网为核心的区域级能源互联网典型结构如图1所示，为负荷群提供能源服务的综合能源系统(integrated energy system，IES)通过配电网互联，形成区域级能源互联网。
[0003]区域能源互联网中的每座IES向相应的负荷群提供电/气/热/冷供能服务，其内部供能设备种类众多，按功能可以分为能量生产设备(如上级电网、光伏/风机等清洁能源发电、CHP机组等)、能量转换设备(如热泵、P2G装置、热转冷设备、电制冷/热机等)、能量存储设备(如储电、储热、储冷、储气装置)。IES内部典型结构如图2所示。
[0004]综合能源系统的电能供给来自多方，包括电网、CHP机组和可再生能源发电等，因此综合能源系统与配电网之间的功率传输不再是电网向负荷的单向流动，而存在着双向交互的可能。随着越来越多的综合能源系统接入配电网，配电网的运行、控制、故障恢复等策略都发生了变化。
[0005]目前配电网故障恢复研究主要集中于主动配电网中接入了大量的分布式电源后的故障恢复问题，在故障发生后，这些位于非故障失电区域内的负荷侧的分布式电源可以向失电的负荷单独进行供电，使得失电负荷的供电恢复不仅仅只依赖于主网对其进行供电恢复。目前大多数的故障恢复重构方法可以大致分为两个方面。第一个方面：充分的利用分布式电源可以形成孤岛的能力，通过一定的方法对分布式电源进行孤岛划分，当计及非故障失电区内负荷的重要性时，形成孤岛的过程中要优先保证失电区内重要负荷节点的供电恢复，以此来使得主动配电网系统的供电可靠性得到提高；第二个方面：充分利用主网的恢复能力，通过开关组合优化尽可能的恢复失电负荷，在此基础上，利用分布式能源形成孤岛的能力对无法恢复的失电负荷进行供电恢复。
[0006]以配电网为核心的区域能源互联网中，配电网既接有传统的用电负荷，也接有综合能源系统。目前针对区域能源互联网方面的研究主要集中在规划、运行控制方面，故障恢复和供能可靠性方面的研究尚处于起步阶段，其中针对能源互联网的故障恢复方面的研究主要是输能网络多能耦合支援问题和IES内部元件故障时的供能恢复问题，在配电网故障恢复方面尚无研究成果。

技术实现思路

[0007]为了解决现有技术存在的问题，本专利技术提供一种区域能源互联网多阶段配电网故障恢复方法，所述区域能源互联网包括配电网和通过所述配电网互联的多个综合能源系统，所述配电网故障恢复方法包括：
[0008]当所述配电网发生故障时，按预先制定的多个故障恢复阶段的顺序逐步执行所述阶段对应的故障恢复策略，对各综合能源系统或配电网各节点负荷进行调整，直到所述配电网中各节点恢复供电；
[0009]其中，所述故障恢复阶段按执行顺序依次包括：开关操作阶段；调度可调资源阶段和强制停供阶段。
[0010]优选的，所述按预先制定的多个故障恢复阶段的顺序逐步执行所述阶段对应的故障恢复策略，直到所述配电网中各节点恢复供电，包括：
[0011]S1、基于所述开关操作阶段对应的故障恢复策略，对所述配电网进行重构；
[0012]S2、基于重构后的配电网，判断所述配电网中各节点是否恢复供电，当恢复供电时，执行S5；否则执行S3；
[0013]S3、基于重构后的配电网计算功率缺额，并基于所述功率缺额执行调度可调资源阶段对应的故障恢复策略，然后采用所述开关操作阶段对应的策略对所述配电网进行重构；
[0014]S4、基于重构后的配电网，判断所述配电网中各节点是否恢复供电，当恢复供电时，执行S5，否则，基于重构后的配电网计算功率缺额，并基于所述功率缺额执行强制停供阶段对应的故障恢复策略；
[0015]S5、完成故障恢复策略的执行。
[0016]优选的，所述综合能源系统包含如下运行状态：
[0017]调整综合能源系统内部负荷运行状态的第一运行状态；
[0018]当综合能源系统内部负荷调整至低限时的第一极限运行状态；
[0019]在第一极限运行状态的基础上将综合能源系统内部一部分可中断负荷停供的第二运行状态；以及将综合能源系统内部全部可中断负荷停供的第二极限运行状态；
[0020]在第二极限运行状态的基础上将综合能源系统内部一部分一般负荷停供的第二运行状态；以及将综合能源系统内部全部一般负荷停供的第三极限运动状态；
[0021]在第三极限运行状态的基础上将综合能源系统内部一部分较重要负荷停供的第四运行状态，以及将综合能源系统内部全部较重要负荷停供的第四极限运行状态；
[0022]其中，综合能源系统内部负荷包括：可中断负荷、一般负荷和较重要负荷。
[0023]优选的，所述开关操作阶段对应的故障恢复策略包括：
[0024]将各综合能源系统的运行状态与所述配电网中各节点，带入预先制定的网络重构模型，利用蚁群算法进行计算，确定所述配电网中各开关的状态；
[0025]所述网络重构模型以总失电负荷加权值最小、与主网失去连接的综合能源系统数量最少、网络损耗最小、开关操作次数最少为优化目标，调整配电网中各开关状态。
[0026]优选的，所述网络重构模型的构建包括如下过程：
[0027]基于总失电负荷加权值最小、与主网失去连接的综合能源系统数量最少、网络损耗最小、开关操作次数最少为优化目标制定多目标函数；
[0028]将多目标函数进行归一化处理；
[0029]对归一化后的多目标函数进行加权计算，并以加权计算后的最小值为目标构建单目标函数，并构建约束条件；
[0030]其中所述约束条件包括：节点电压约束、支路电流约束、功率平衡约束、配电网辐射运行约束和孤岛内功率约束。
[0031]优选的，所述调度可调资源阶段对应的故障恢复策略包括：
[0032]计算综合能源系统在第一极限运行状态时各联络线功率的削减量，并判断所有联络线功率的削减量之和是否大于等于设定倍数的功率缺额；当大于等于时，基于各综合能源系统之间联络线功率削减量第一分配策略对相应综合能源系统的运行参数进行调整，并修正联络线运行功率，然后结束执行；否则执行下一步；
[0033]将各综合能源系统调整在第一极限运行状态下运行，更新功率缺额；计算所有电网节点可中断负荷资源之和；判断所有电网节点可中断负荷资源之和是否大于等于设定倍数的功率缺额，当大于等于时，基于本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种区域能源互联网中多阶段配电网故障恢复方法，其特征在于，所述区域能源互联网包括配电网和通过所述配电网互联的多个综合能源系统，所述配电网故障恢复方法包括：当所述配电网发生故障时，按预先制定的多个故障恢复阶段的顺序逐步执行所述阶段对应的故障恢复策略，对各综合能源系统或配电网各节点负荷进行调整，直到所述配电网中各节点恢复供电；其中，所述故障恢复阶段按执行顺序依次包括：开关操作阶段；调度可调资源阶段和强制停供阶段。2.如权利要求1所述的配电网故障恢复方法，其特征在于，所述按预先制定的多个故障恢复阶段的顺序逐步执行所述阶段对应的故障恢复策略，直到所述配电网中各节点恢复供电，包括：S1、基于所述开关操作阶段对应的故障恢复策略，对所述配电网进行重构；S2、基于重构后的配电网，判断所述配电网中各节点是否恢复供电，当恢复供电时，执行S5；否则执行S3；S3、基于重构后的配电网计算功率缺额，并基于所述功率缺额执行调度可调资源阶段对应的故障恢复策略，然后采用所述开关操作阶段对应的策略对所述配电网进行重构；S4、基于重构后的配电网，判断所述配电网中各节点是否恢复供电，当恢复供电时，执行S5，否则，基于重构后的配电网计算功率缺额，并基于所述功率缺额执行强制停供阶段对应的故障恢复策略；S5、完成故障恢复策略的执行。3.如权利要求2所述的配电网故障恢复方法，其特征在于，所述综合能源系统包含如下运行状态：调整综合能源系统内部负荷运行状态的第一运行状态；当综合能源系统内部负荷调整至低限时的第一极限运行状态；在第一极限运行状态的基础上将综合能源系统内部一部分可中断负荷停供的第二运行状态；以及将综合能源系统内部全部可中断负荷停供的第二极限运行状态；在第二极限运行状态的基础上将综合能源系统内部一部分一般负荷停供的第二运行状态；以及将综合能源系统内部全部一般负荷停供的第三极限运动状态；在第三极限运行状态的基础上将综合能源系统内部一部分较重要负荷停供的第四运行状态，以及将综合能源系统内部全部较重要负荷停供的第四极限运行状态；其中，综合能源系统内部负荷包括：可中断负荷、一般负荷和较重要负荷。4.如权利要求3所述的配电网故障恢复方法，其特征在于，所述开关操作阶段对应的故障恢复策略包括：将各综合能源系统的运行状态与所述配电网中各节点，带入预先制定的网络重构模型，利用蚁群算法进行计算，确定所述配电网中各开关的状态；所述网络重构模型以总失电负荷加权值最小、与主网失去连接的综合能源系统数量最少、网络损耗最小、开关操作次数最少为优化目标，调整配电网中各开关状态。5.如权利要求4所述的配电网故障恢复方法，其特征在于，所述网络重构模型的构建包括如下过程：
基于总失电负荷加权值最小、与主网失去连接的综合能源系统数量最少、网络损耗最小、开关操作次数最少为优化目标制定多目标函数；将多目标函数进行归一化处理；对归一化后的多目标函数进行加权计算，并以加权计算后的最小值为目标构建单目标函数，并构建约束条件；其中所述约束条件包括：节点电压约束、支路电流约束、功率平衡约束、配电网辐射运行约束和孤岛内功率约束。6.如权利要求3所述的配电网故障恢复方法，其特征在于，所述调度可调资源阶段对应的故障恢复策略包括：计算综合能源系统在第一极限运行状态时各联络线功率的削减量，并判断所有联络线功率的削减量之和是否大于等于设定倍数的功率缺额；当大于等于时，基于各综合能源系统之间联络线功率削减量第一分配策略对相应综合能源系统的运行参数进行调整，并修正联络线运行功率，然后结束执行；否则执行下一步；将各综合能源系统调整在第一极限运行状态下运行，更新功率缺额；计算所有电网节点可中断负荷资源之和；判断所有电网节点可中断负荷资源之和是否大于等于设定倍数的功率缺额，当大于等于时，基于电网节点可中断负荷功率削减量分配策略操作相应的电网节点可中断负荷，并修正各电网节点可中断负荷的功率，然后结束调整；否则执行下一步；将各综合能源系统调整在第一极限运行状态下运行，使用全部电网节点可中断负荷资源，更新功率缺额；计算各综合能源系统在第一极限状态与第二极限状态时联络线功率相邻极限差值，并判断所有综合能源系统相邻极限差值之和是否大于等于设定倍数的功率缺额；当大于等于时，基于各综合能源系统之间联络线功率削减量第二分配策对相应的综合能源系统运行参数进行调整，并修正联络线运行功率，然后结束执行；否则进入下一步；将各综合能源系统调整在第二极限运行状态下运行，使用全部电网节点可中断负荷资源，修正联络线运行功率及电网节点可中断负荷值。7.如权利要求6所述的配电网故障恢复方法，其特征在于，所述联络线功率削减量第一分配策略包括：基于第一综合能源系统功率调节量分配模型，按综合能源系统所在位置逐步计算所述综合能源系统工作在第一运行状态下的功率调节量，直到所述功率调节量大于等于设定倍数的功率缺额；所述电网节点可中断负荷功率削减量分配策略包括：基于电网节点可中断负荷功率消减分配模型按节点所在位置逐步计算各位置处电网节点可中断负荷资源；直到所述电网节点可中断负荷资源大于等于设定倍数的功率缺额；所述联络线功率削减量第二分配策略包括：基于第二综合能源系统功率调节量分配模型，按综合能源系统所在位置逐步计算所述综合能源系统工作在第二运行状态下的功率调节量，直到所述功率调节量大于等于设定倍数的功率缺额。8.如权利要求7所述的配电网故障恢复方法，其特征在于，所述第一综合能源系统功率调节量分配模型基于各综合能源系统在第一运行状态下的加权功率实际调节量之和最小为目标，并以综合能源系统调节量和功率平衡为约束条件进行构建；所述基于各综合能源系统加权功率实际调节量之和最小为目标包括：以各综合能源系统在第一运行状态时联络线功率的实际调节量、以所述综合能源系统所在位置为权重进行
加权求和确定。9.如权利要求8所述的配电网故障恢复方法，其特征在于，综合能源系统调节量约束条件如下式：式中，ΔP
i1
为第i座综合能源系统在第一运行状态下时联络线功率的实际调节量，为第i座综合能源系统在第一极限运行状态下的调节量；功率平衡为约束条件如下式：式中，i为综合能源系统编号，n为综合能源系统数目，P
q1
为执行开关操作阶段对应的故障恢复策略后对所述配电网进行重构后的功率缺额。10.如权利要求7所述的配电网故障恢复方法，其特征在于，所述电网节点可中断负荷功率消减分配模型基于各电网节点可中断负荷加权值之和最小为目标，并以参与功率削减的电网节点可中断负荷功率削减量为约束条件进行构建；所述基于各电网节点可中断负荷加权值之和最小为目标包括：以各电网节点可中断负荷的负荷值结合所述节点所在位置为权重进行加权求和确定。11.如权利要求10所述的配电网故障恢复方法，其特征在于，所述以参与功率削减的节点的负荷功率削减量为约束条件包括如下计算式：式中：m
z
为电网节点可中断负荷数目；为电网节点e的可中断负荷值；e为电网节点编号；P
q1
为执行开关操作阶段对应的故障恢复策略后对所述配电网进行重构后的功率缺额；i为综合能源系统编号；n为综合能源系统数目；为第i个综合能源系统在第一极限运行状态时联络线功率的削减量；I为任意一个参与功率削减的电网节点可中断负荷的负荷值，且12.如权利要求7所述的配电网故障恢复方法，其特征在于，所述第二综合能源系统功率调节量分配模型基于各综合能源系统在第二运行状态下的加权功率实际调节量之和最小为目标，并以综合能源系统调节量和功率平衡为约束条件进行构建；所述基于各综合能源系统加权功率实际调节量之和最小为目标包括：以各综合能源系统在第二运行状态时联络线功率的实际调节量、以所述综合能源系统所在位置为权重进行加权求和确定。13.如权利要求12所述的配电网故障恢复方法，其特征在于，综合能源系统调节量约束条件如下式：式中，为第i座综合能源系统在第一极限运行状态下的调节量，ΔP
i2
为第i座综合能源系统在第二运行状态下的实际调节量，为第i座综合能源系统在第二极限运行状

【专利技术属性】
技术研发人员：刘伟，崔艳妍，韦涛，赵洪磊，谷毅，张翼，陈海，孟晓丽，张伟，王帆，王雅丽，张甲雷，孟斌，刘思革，盛万兴，赵明欣，闫涛，孙洲，梁昊，陈振华，刘苑红，惠慧，刘姝嫔，王昕萌，李鹏丽，
申请(专利权)人：国家电网有限公司国网河北省电力有限公司雄安新区供电公司国网河北省电力有限公司，
类型：发明
国别省市：