[发明专利]一种基于可靠性约束的馈线自动化设备最优改造方法

权利要求书

1.一种基于可靠性约束的馈线自动化设备改造方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)定义器件安装状态和支路故障后故障隔离、负荷转供和故障恢复动作原则，如下所示：

1-1)每条馈线首端安装断路器，每条馈线被分段开关分成馈线段，每条馈线最多存在一个联络开关，自动动作的断路器和开关感知两端接口的电流、电压进而做出动作响应，非自动动作的断路器和开关由人工操作；

1-2)在支路故障发生后，首先该支路所在馈线首端的自动动作或人工动作的断路器动作打开，开断故障电流，断路器下游节点断电，该支路所在馈线上所有自动动作开关打开；如果该断路器是自动动作的断路器，则进入步骤1-3)；如果该断路器是人工动作的断路器，则进入步骤1-7)；

1-3)在故障上游自动动作阶段，自动动作的断路器重合闸；

1-4)如果重合闸未触发断路器再次跳闸，该断路器下游第一个自动动作开关感应到单侧正常电压后闭合；如果重合闸触发断路器再次跳闸，则转到步骤1-7)；

1-5)从断路器下游第一个自动动作开关闭合后，其它自动动作开关依次感应到单侧正常电压后闭合，直至刚闭合的自动动作开关闭合后引发二次故障跳闸，则该刚闭合的自动动作开关的上游断路器跳闸，本条馈线上自动动作开关再次全部打开，该刚闭合的自动动作开关打开并锁定为打开状态；

1-6)自动动作的断路器再次重合闸，重复步骤1-4)至1-5)，直至故障上游非锁定状态的开关全部重新闭合，进入故障下游自动动作阶段；

1-7)在故障下游自动动作阶段，如果故障下游存在自动动作的联络开关，则在故障发生后的设定延迟时间后闭合该自动动作的联络开关；

1-8)如果闭合自动动作的联络开关未触发联络开关跳闸，该自动动作的联络开关上游第一个自动动作开关感应到单侧正常电压后闭合；如果闭合自动动作的联络开关触发跳闸，则转到步骤1-11)；

1-9)从自动动作的联络开关上游第一个自动动作开关闭合后，其它自动动作开关依次感应到单侧正常电压后闭合，直至刚闭合的自动动作开关闭合后引发自动动作的联络开关跳闸，本条馈线上故障下游的自动动作开关再次全部打开，该刚闭合的自动动作开关打开并锁定为打开状态；

1-10)再次闭合自动动作的联络开关，重复步骤1-8)至1-9)，直至故障下游非锁定状态的自动动作开关全部重新闭合，进入故障后人工操作阶段；

1-11)在故障后人工操作阶段，人工操作断路器和开关，隔离故障并恢复受影响负荷故障；最后，修复故障支路，修复后通过动作开关和断路器恢复原供电网络结构；

2)构建基于混合整数线性规划的配电网可靠性评估优化模型，该模型由目标函数和约束条件构成；具体步骤如下：

2-1)确定模型的目标函数，如式(1)所示：

其中，c^Total为最小化配电网综合投资成本，为设备ij升级改造成本，Ω为所有设备构成的集合，所述设备包括断路器和开关；为设备ij改造后的自动状态0-1变量，为自动设备，为非自动设备；为设备ij改造前的自动状态0-1变量，为自动设备，为非自动设备；

2-2)确定模型的约束条件，具体如下：

2-2-1)可靠性约束，如式(2)-(7)所示：

SAIDI≤ε^SAIDI (6)

EENS≤ε^EENS (7)

其中，CID_i为支路i的年均停电时间，NC_i为支路i的用户数，SAIDI为系统的年均停电时间，Υ_f为馈线f上所有支路构成的集合；λ_s为支路s的年故障率，为支路i在支路s故障场景时的停电时间；EENS为期望失负荷能量，H为所有负荷水平的集合，Δ_h为负荷水平h的年持续小时数，μ_h≤1为负荷水平h的峰值负荷比，L_i表示i节点的峰值负荷，Ψ为配电网中所有节点构成的集合；

为i支路年均停电时间上限，ε^SAIDI为系统年均停电时间上限，ε^EENS为系统期望能量不满足的上限；

2-2-2)停电时间约束，如式(8)-(12)所示：

如果支路i是支路j位于根节点方向的上游支路,

如果支路i是支路j位于根节点方向的上游支路,

如果支路i是支路j位于联络开关方向的上游支路,如果支路i是支路j位于联络开关方向的上游支路,

其中，M是一个正数，代表在支路s发生故障时支路i在断路器和开关自动动作之后是否恢复供电的0-1变量，恢复供电，未恢复供电；表示支路j是否位于支路s到根节点的通路上的0-1变量，表示位于，表示不位于；表示支路j是否位于支路s到联络开关的通路上的0-1变量，表示位于，表示不位于；表示支路j根节点方向上游的第一个设备的首次自动重合时间变量，表示支路j根节点方向上游的第一个设备的首次自动重合时间设定值，表示支路j根节点方向上游的第一个设备的二次自动重合时间变量，表示支路j根节点方向上游的第一个设备的二次自动重合时间设定值，表示支路j联络开关方向上游的第一个设备的首次自动重合时间变量，表示支路j联络开关方向上游的第一个设备的首次自动重合时间设定值，表示支路j联络开关方向上游的第一个设备的二次自动重合时间变量，表示支路j联络开关方向上游的第一个设备的二次自动重合时间设定值；为支路s故障情况下断路器和开关的人工操作时间，为s支路故障情况下的故障修复时间；

2-2-3)故障后网络重构约束，如式(13)-(17)所示：

其中，表示设备ij在支路s故障情况下自动动作后的状态的0-1变量，为闭合，为打开；为在s支路故障情况i支路的有功负荷，为在s支路故障情况支路j通过设备ij流向支路i的有功功率，为设备ij通过的最大有功功率；

2-2-4)设备状态约束，如式(18)-(20)所示：

其中，Ω_SW为开关的集合，Ω_CB为断路器的集合，Ω为所有设备的集合；

3)对步骤2)建立的模型求解，得到的最优解即为断路器和开关的自动化改造状态的优化结果，CID_i、SAIDI、EENS的最优解为对应改造方案的可靠性指标优化结果。