[发明专利]面向配电网可靠性和经济性提升的智能软开关规划方法

权利要求书

1.一种面向配电网可靠性和经济性提升的智能软开关规划方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)根据选定的配电系统，输入如下系统参数信息：线路参数、负荷水平、网络拓扑连接关系，系统运行电压水平和支路电流限制，智能软开关待选位置、单位配置容量及投资成本、贴现率、经济使用年限、运行维护系数、损耗系数，故障侧节点电压约束值，各支路历史年均故障次数、故障修复时长，分段开关动作时间、联络开关动作时间、智能软开关供电恢复时间，单位停电损失成本，年负荷水平变化曲线，系统基准电压和基准功率初值；

2)建立考虑配电网供电可靠性成本和运行经济性成本的智能软开关双层规划模型，其中上层规划以配电系统年综合成本最小为目标函数，包含智能软开关年投资和运行维护成本、配电网年供电可靠性成本和配电网年损耗成本，考虑智能软开关规划约束；下层包括配电网可靠性提升子问题和运行优化子问题，其中可靠性提升子问题以配电网年供电可靠性成本最小为目标函数，考虑网络拓扑约束、系统潮流约束、系统运行约束、智能软开关运行约束、多智能软开关协调约束以及支路故障率关联约束，运行优化子问题以配电网年损耗成本最小为目标函数，考虑网络拓扑约束、系统潮流约束、系统运行约束、智能软开关运行约束；

3)依据步骤1)中输入的参数，生成智能软开关规划场景，包括采用快速搜索和发现密度峰聚类方法生成配电网典型运行场景，采用考虑关联约束的配电网支路故障率生成方法生成支路故障场景；

4)依据步骤3)得到的智能软开关规划场景，采用智能算法与二阶锥规划相结合的混合算法求解智能软开关双层规划模型，上层规划采用模拟退火算法，下层采用二阶锥规划方法进行求解；

5)输出步骤4)的求解结果，包括智能软开关规划位置和容量配置方案，智能软开关年投资和运行维护成本、配电网年供电可靠性成本和配电网年损耗成本，以及系统可靠性指标。

2.根据权利要求1所述的面向配电网可靠性和经济性提升的智能软开关规划方法，其特征在于，步骤2)所述的以配电系统年综合成本最小为目标函数f表示为：

minf＝f_I+f_O+f_R+f_L

式中，f_I为智能软开关年投资成本，f_o为智能软开关年运行维护成本，f_R为配电网年供电可靠性成本，f_L为配电网年损耗成本，分别由下式表示：

(1)智能软开关年投资成本

式中，Ω_b为配电系统所有支路的集合；d为贴现率；y为智能软开关的经济使用年限；为安装在支路ij上智能软开关的容量，c^SOP为单位容量投资成本；

(2)智能软开关年运行维护成本

式中，η为年运行维护费用系数；

(3)配电网年供电可靠性成本

式中，Ω_n表示系统中所有节点的集合；c^R为单位停电损失成本；E^ENS为系统电量不足指标；λ_k为支路k年均故障次数；T_k,i为节点i上的负荷在支路k故障下的停电时间；为支路k故障下节点i上负荷消耗的有功功率；μ_k,i为支路k故障下采用智能软开关进行供电恢复后，节点i上负荷的供电恢复系数，μ_k,i∈{0,1}；为不采用智能软开关进行供电恢复节点i上负荷的供电恢复系数，t_l为通过修复故障支路进行供电恢复所需时间；t_sw为采用隔离开关切除故障支路进行供电恢复所需时间；t_op为采用智能软开关进行供电恢复所需时间；

(4)配电网年损耗成本

f_L＝365·c^P·E^LOSS

式中，c^P为单位电价；E^LOSS表示整个配电系统1天损耗的期望值，包括网络损耗和智能软开关损耗；N_h为场景个数，N_t单个场景中时间断面数，N_N为系统节点数；r_ij为支路ij的电阻值，为场景h下支路ij在t时刻电流幅值的平方；为场景h下接在节点i上SOP在t时刻的损耗；Γ_h表示场景h的概率。

3.根据权利要求1所述的面向配电网可靠性和经济性提升的智能软开关规划方法，其特征在于，步骤2)所述的网络拓扑约束、系统潮流约束、系统运行约束、智能软开关运行约束、多智能软开关协调约束，以及智能软开关规划约束可表示为：

(5)网络拓扑约束

α_h,t,ij＝β_h,t,ij+β_h,t,ji,ij∈Ω_b

α_h,t,ij∈{0,1},ij∈Ω_b

β_h,t,ij∈{0,1},ij∈Ω_b

式中，Ω_b为配电系统所有支路的集合；Ω₀表示系统中源节点的集合；Ω_n表示系统中所有节点的集合；α_h,t,ij表示场景h下t时刻支路ij的开关状态，α_h,t,ij＝0表示支路ij处于断开状态，α_h,t,ij＝1表示支路ij处于闭合状态；β_h,t,ij表示场景h下t时刻节点i和节点j的关系，β_h,t,ij＝1表示节点i是节点j的父节点，β_h,t,ij＝0表示节点i不是节点j的父节点；β_h,t,ji表示场景h下t时刻节点j和节点i的关系，β_h,t,ji＝1表示节点j是节点i的父节点，β_h,t,ji＝0表示节点j不是节点i的父节点；

(6)系统潮流约束

式中，r_ji为支路ji的电阻值，x_ij为支路ij的电抗；r_ij为支路ij的电阻值，x_ji为支路ji的电抗；表示场景h下t时刻节点i的电压幅值的平方；为场景h下t时刻支路ij电流幅值的平方；为场景h下t时刻节点j电压幅值的平方；P_h,t,ij为场景h下t时刻支路上节点i流向节点j的有功功率，Q_h,t,ij为场景h下t时刻支路上节点i流向节点j的无功功率；P_h,t,ji为场景h下t时刻支路上节点j流向节点i的有功功率，Q_h,t,ji为场景h下t时刻支路上节点j流向节点i的无功功率；P_h,t,ik为场景h下t时刻支路上节点i流向节点k的有功功率，Q_h,t,ik为场景h下t时刻支路上节点i流向节点k的无功功率；P_h,t,i为场景h下t时刻节点i上注入的有功功率，为场景h下t时刻节点i上智能软开关注入的有功功率，为场景h下t时刻节点i上负荷消耗的有功功率；Q_h,t,i为场景h下t时刻节点i上注入的无功功率，为场景h下t时刻节点i上智能软开关注入的无功功率，为场景h下t时刻节点i上负荷消耗的无功功率；μ_h,t,i为场景h下t时刻采用智能软开关进行供电恢复后，节点i上负荷的供电恢复系数，μ_h,t,i∈{0,1}；

(7)系统运行约束

式中，U和分别为系统允许节点电压上下限，为系统最大允许支路电流值；

(8)智能软开关运行约束

式中，为场景h下t时刻节点j上智能软开关注入的有功功率；为场景h下t时刻接在节点i上智能软开关的损耗；为场景h下t时刻接在节点j上智能软开关的损耗；为接在节点i上智能软开关的损耗系数；为接在节点j上智能软开关的损耗系数；为场景h下t时刻节点j上智能软开关注入的无功功率；为安装在支路ij上智能软开关的容量；

(9)多智能软开关协调约束

式中，表示供电恢复过程中安装在支路l的智能软开关于节点i处换流器是否采用电压控制辅助变量，时表示该侧换流器处于电压支撑模式，时表示该侧换流器不处于电压支撑模式；U₀为智能软开关供电恢复策略中的故障侧电压约束值；U_i为节点i的电压幅值；Ω_SoP为智能软开关规划位置的集合；M为设定的常数；β_ij表示节点i和节点j的关系，β_ij＝1表示节点i是节点j的父节点，β_ij＝0表示节点i不是节点j的父节点；

(10)智能软开关规划约束

式中，s^module为智能软开关单位配置容量；m_ij为非负整数，表示安装在支路ij上智能软开关单位配置容量的数量。