一种基于韧性提升的配电网二阶段鲁棒故障恢复方法技术

一种基于韧性提升的配电网二阶段鲁棒故障恢复方法，属配电网故障恢复领域。包括结合配电网故障恢复过程中重要负荷恢复时间以及由于分布式电源的出力波动性可能导致的切负荷时间，构建配电网韧性评估方法；引入椭球不确定集来充分考虑分布式电源出力的随机性、波动性等特性；以韧性指标最优为目标函数，完成对二阶段鲁棒优化模型的建立，采用基于极限场景的改进C&CG算法完成对故障恢复模型的求解。其针对极端灾害对配电网的影响，注重从配电网故障后负荷恢复角度出发，充分考虑分布式电源出力随机性、波动性的特征，最大程度的满足对关键负荷的供电，能够保证极端灾害影响下配电网的韧性。可广泛用于配电网的运行管理和故障应急处理领域。应急处理领域。应急处理领域。

【技术实现步骤摘要】
一种基于韧性提升的配电网二阶段鲁棒故障恢复方法


[0001]本专利技术属于配电网故障恢复领域，尤其涉及一种基于韧性提升的配电网二阶段鲁棒故障恢复方法。

技术介绍

[0002]近年来，随着台风等极端灾害的频发，对电力系统造成极大的破坏，同时由于配电网直接与一二级负荷相连，因此保证其在极端灾害下的稳定运行具有重要意义。另外，随着分布式电源装机容量的增加，考虑到其出力波动性、随机性的特性，将会加剧极端灾害的破坏力。
[0003]在此背景下，韧性被引入进来用以表达在极端灾害影响下的配电网能够最小化负荷损失、在极端天气影响期间尽可能保证重要负荷供电的能力。
[0004]因此，如何提升配电网韧性是保证配电网在极端天气下安全稳定运行的关键。
[0005]申请公布日为2021.11.26，申请公布号为CN 113705964 A的专利技术专利申请，公开了一种配电网韧性恢复灾前预案制定方法及装置，包括：建立配电网韧性恢复合约模型；根据预设的灾害信息建立配电网故障场景集合的拓扑重构模型，拓扑重构模型用于表征灾后配电网韧性恢复重构后的拓扑结构；确定置信参数，置信参数用于表征配电网风险偏好；在拓扑重构模型的拓扑下，根据置信参数及预设的灾害信息对合约模型进行优化处理，得到配电网韧性恢复灾前预案结果。在配电网韧性恢复中合理利用公共交通资源，以提高其韧性恢复能力；并通过制定合理的合约模型并求解得到灾前预案结果，为配电网韧性提升的整体决策提供了依据。该技术方案侧重于灾前预案制定和配电网韧性恢复，对分布式电源出力的随机性、波动性考虑较少，没有涉及到分布式电源出力的随机性问题。
[0006]申请公布日为2022.09.30，申请公布号为CN 115130378 A的专利技术专利申请，公开了一种台风灾害下基于蒙特卡洛算法的配电网韧性评估方法，包括如下步骤：S1：根据台风灾害下风速呈涡流状分布的规律，以最大风速半径为边界，建立台风风场模型；S2：根据配电网元件受台风灾害下的力学效应，建立基于力学载荷效应理论的配电网元件故障概率模型；S3：通过故障概率模型获得故障概率数据，运用蒙特卡洛方法模拟，确定配电网元件随机故障场景；S4：以台风灾害下总负荷与运行负荷差值积分作为配电网韧性评估指标，计算获得韧性评估指标值；本专利技术提出的方法只需考虑配电网元件对配电网负荷点的影响，能有效解决系统中元件过多带来的计算量问题，适用于大规模配电网韧性评估计算，对于配电网韧性评估全面性和可操作性好。该技术方案侧重于台风灾害下的配电网元件故障概率评估，同样没有涉及到如何在充分考虑分布式电源出力随机性的基础上，实现一种基于韧性提升的配电网故障恢复的问题。

技术实现思路

[0007]本专利技术所要解决的技术问题是提供一种基于韧性提升的配电网二阶段鲁棒故障恢复方法。其注重从配电网故障后负荷恢复角度出发，着手提升配电网韧性，最大程度的满
足对关键负荷的供电，能够充分考虑分布式电源出力随机性、波动性的特征，与传统的故障恢复方法相比，由于鲁棒优化模型考虑到最坏情况，能够保证极端灾害影响下配电网的韧性。
[0008]本专利技术的技术方案是：提供一种基于韧性提升的配电网二阶段鲁棒故障恢复方法，其特征是包括下列步骤：
[0009]步骤1：结合配电网故障恢复过程中重要负荷恢复时间以及由于分布式电源的出力波动性可能导致的切负荷时间，构建配电网韧性评估方法；
[0010]步骤2：为有效分析分布式电源出力的不确定等问题，引入椭球不确定集来充分考虑分布式电源出力包括随机性、波动性在内的特性；
[0011]步骤3：以韧性指标最优为目标函数，完成对二阶段鲁棒优化模型的建立，采用基于极限场景的改进C&CG算法完成对故障恢复模型的求解。
[0012]具体的，所述的配电网二阶段鲁棒故障恢复方法，针对极端灾害对配电网的影响，注重从配电网故障后负荷恢复角度出发，充分考虑分布式电源出力随机性、波动性的特征，采用基于极限场景的改进C&CG算法完成对建立的二阶段故障恢复鲁棒模型的求解，最大程度的满足对关键负荷的供电，能够保证极端灾害影响下配电网的韧性。
[0013]进一步的，在步骤1中，通过给出配电网故障恢复过程中重要负荷恢复时间以及由于分布式电源的出力波动性可能导致的切负荷时间具体表达公式，从而完成对配电网韧性的评估；
[0014]其中，重要负荷恢复时间T1以及切负荷时间T2具体表达公式分别为：
[0015][0016][0017]式中，L为所有负荷集合，T为所有时段集合，T\{1}为除第一时段外的时段集合，ω
i
为各等级负荷权重系数，表示负荷i在t时段是否被恢复，T
int
为整个恢复过程的各等分时段间隔，c
i
为各等级负荷的切负荷惩罚系数，γ
i,t
表征负荷i在t时段是否被切除，分别表示γ
i,t
的取值为1。
[0018]具体的，在步骤2中，为有效分析分布式电源出力的不确定等问题，引入椭球不确定集来充分考虑分布式电源出力的随机性、波动性特性；
[0019]数据驱动椭球不确定集合的构建方法如下：
[0020]1)：根据历史数据构建分布式电源历史出力矩阵ω：
[0021]假设区域内共有N
p
个光伏电站，设所收集到的历史数据的天数为N
s
；ω的表达式可写为：
[0022][0023]2)：基于数据驱动的高维椭球集合构建：
[0024]基于MVEE数据驱动算法，构建一个高维的椭球来包裹所有的历史场景：
[0025][0026]式中：ρ为常数，代表N
p
·
T维的单位球体的体积；Q为椭球的对称轴相对坐标轴的偏离方向：
[0027]上式采用lift
‑
and
‑
project算法进行求解，最终得到高维椭球的表达式为：
[0028][0029]式中所描述的N
p
·
T维椭球不确定集合共有2N
p
·
T个顶点；
[0030]3)：求解模型,得到椭球集合的顶点坐标：
[0031]首先,对Q进行正交化分解：Q＝P
T
DP＝P
‑1DP,记P为变换矩阵；为得到高维椭球对应的顶点，将该椭球旋转平移，使其对称轴与坐标轴重合，该旋转变化方程为：
[0032]ω
′
＝P
×
(ω
‑
c)
[0033][0034][0035]式中:ω
′
为旋转后顶点的坐标值；E
′
(
·
)为旋转后得到的高维椭球表达式；ω
e
′
,1
,
…
,ω
e
′
,N
e
；为旋转后的高维椭球顶点坐标；N
e
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于韧性提升的配电网二阶段鲁棒故障恢复方法，其特征是包括下列步骤：步骤1：结合配电网故障恢复过程中重要负荷恢复时间以及由于分布式电源的出力波动性可能导致的切负荷时间，构建配电网韧性评估方法；步骤2：为有效分析分布式电源出力的不确定等问题，引入椭球不确定集来充分考虑分布式电源出力包括随机性、波动性在内的特性；步骤3：以韧性指标最优为目标函数，完成对二阶段鲁棒优化模型的建立，采用基于极限场景的改进C&CG算法完成对故障恢复模型的求解。2.按照权利要求1所述的基于韧性提升的配电网二阶段鲁棒故障恢复方法，其特征是所述的配电网二阶段鲁棒故障恢复方法，针对极端灾害对配电网的影响，注重从配电网故障后负荷恢复角度出发，充分考虑分布式电源出力随机性、波动性的特征，采用基于极限场景的改进C&CG算法完成对建立的二阶段故障恢复鲁棒模型的求解，最大程度的满足对关键负荷的供电，能够保证极端灾害影响下配电网的韧性。3.按照权利要求1所述的基于韧性提升的配电网二阶段鲁棒故障恢复方法，其特征是在步骤1中，通过给出配电网故障恢复过程中重要负荷恢复时间以及由于分布式电源的出力波动性可能导致的切负荷时间具体表达公式，从而完成对配电网韧性的评估；其中，重要负荷恢复时间T1以及切负荷时间T2具体表达公式分别为：具体表达公式分别为：式中，L为所有负荷集合，T为所有时段集合，T\{1}为除第一时段外的时段集合，ω
i
为各等级负荷权重系数，表示负荷i在t时段是否被恢复，T
int
为整个恢复过程的各等分时段间隔，c
i
为各等级负荷的切负荷惩罚系数，γ
i,t
表征负荷i在t时段是否被切除，分别表示γ
i,t
的取值为1。4.按照权利要求1所述的基于韧性提升的配电网二阶段鲁棒故障恢复方法，其特征是在步骤2中，为有效分析分布式电源出力的不确定等问题，引入椭球不确定集来充分考虑分布式电源出力的随机性、波动性特性；数据驱动椭球不确定集合的构建方法如下：1)：根据历史数据构建分布式电源历史出力矩阵ω：假设区域内共有N
p
个光伏电站，设所收集到的历史数据的天数为N
s
；ω的表达式可写为：2)：基于数据驱动的高维椭球集合构建：基于MVEE数据驱动算法，构建一个高维的椭球来包裹所有的历史场景：
式中：ρ为常数，代表N
p
·
T维的单位球体的体积；Q为椭球的对称轴相对坐标轴的偏离方向：上式采用lift
‑
and
‑
project算法进行求解，最终得到高维椭球的表达式为：式中所描述的N
p
·
T维椭球不确定集合共有2N
p
·
T个顶点；3)：求解模型,得到椭球集合的顶点坐标：首先,对Q进行正交化分解：Q＝P
T
DP＝P
‑1DP,记P为变换矩阵；为得到高维椭球对应的顶点，将该椭球旋转平移，使其对称轴与坐标轴重合，该旋转变化方程为：ω
′
＝P
×
(ω
‑
c)c)式中:ω
′
为旋转后顶点的坐标值；E
′
(
·
)为旋转后得到的高维椭球表达式；ω
e
′
,1
,
…
...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖金星，徐冰雁，叶影，陈云峰，刘杨名，陈龙，汤衡，沈杰士，郭磊，翟万利，曹春，李勇汇，张宇威，谢黎龙，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：