[发明专利]一种基于可靠性约束的配电网自动化系统综合规划方法

权利要求书

1.一种基于可靠性约束的配电网自动化系统综合规划方法，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)断路器和刀闸安装在支路的两端，馈线控制终端单元安装在断路器和刀闸上用于接收控制中心指令控制该断路器和刀闸的开关状态，假设正常运行状态下断路器闭合；

1-2)在支路故障发生后，首先支路上游最靠近故障支路的断路器动作打开，开断故障电流，断路器下游节点断电；在自动动作阶段，装有馈线终端控制单元的所有配电网中的刀闸进行打开或闭合动作，进行故障自动隔离，隔离故障支路；同时，通过装有馈线终端控制单元的所有刀闸和装有馈线终端控制单元的所有断路器动作进行网络重构以恢复断电节点负荷；在人工动作阶段，人工操作所有刀闸和断路器，进一步恢复断电节点负荷；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为配电网综合投资成本，c^CB为单个断路器投资成本，为支路ij上靠近节点i断路器的安装状态的0-1变量，表示安装，表示未安装；为支路ij上靠近节点j断路器的安装状态的0-1变量，表示安装，表示未安装；c^SW为单个刀闸投资成本，为支路ij上靠近节点i刀闸的安装状态的0-1变量，表示安装，表示未安装；为支路ij上靠近节点j刀闸的安装状态的0-1变量，表示安装，表示未安装；c^FTU为单个馈线终端控制单元投资成本，为支路ij上靠近节点i馈线终端控制单元的安装状态的0-1变量，表示安装，表示未安装；为支路ij上靠近节点j馈线终端控制单元的安装状态的0-1变量，表示安装，表示未安装；c^CCS为控制中心投资成本，x^CCS为控制中心的建设状态的0-1变量，x^CCS＝1表示建设，x^CCS＝0表示未建设；

2-2)确定模型的约束条件，具体如下：

2-2-1)配电网功率平衡约束，如式(2)和(3)所示：

其中，上标xy表示在支路xy发生故障下的场景；sc∈{A,M}中，sc代表所处阶段，A代表自动动作阶段，M代表人工动作阶段；表示在支路xy发生故障时节点i的负荷，表示在支路xy发生故障时支路ij上由节点j流向节点i的功率，Ψ_i表示与节点i直接相连的支路集合，Ψ^LN表示负荷节点集合，Υ表示所有支路的集合，代表所有支路故障场景；

2-2-2)支路功率约束，如式(4)-(6)所示：

其中，M为正数，表示在支路xy发生故障时支路ij上靠近节点i开关的状态的0-1变量，表示开关闭合，表示开关打开；表示在支路xy发生故障时支路ij上靠近节点j开关的状态的0-1变量，表示开关闭合，表示开关打开；表示支路ij额定传输容量；

2-2-3)变压器功率约束，如式(7)-(8)所示：

其中，为在支路xy发生故障时变压器f的功率，为在支路xy发生故障时连接变压器的支路tr^f由变压器节点流向下游节点的功率，Ψ^F表示所有变压器节点的集合；

2-2-4)断路器动作约束，如式(9)-(16)所示：

其中，为在支路xy发生故障时在断路器动作阶段支路ij的故障波及标志的0-1变量，表示支路xy发生故障时支路ij受故障波及而处于断电状态，表示支路xy发生故障时支路ij处于正常运行状态；为在支路xy发生故障时在断路器动作阶段节点i的故障波及标志的0-1变量，F_i^xy,B＝0表示支路xy发生故障时节点i受故障波及而处于断电状态，F_i^xy,B＝1表示支路xy发生故障时节点i处于正常运行状态；上标B代表断路器动作阶段；n^BR为配电网的支路数；

为在正常运行状态下支路ij上靠近节点i开关的状态的0-1变量，表示开关闭合，表示开关打开；为在正常运行状态下支路ij上靠近节点j开关的状态的0-1变量，表示开关闭合，表示开关打开；上标NO代表正常运行状态；

为在支路xy发生故障时支路ij上靠近节点i断路器的状态的0-1变量，表示断路器闭合，表示断路器打开；为在支路xy发生故障时支路ij上靠近节点j断路器的状态的0-1变量，表示断路器闭合，表示断路器打开；

为在支路xy发生故障时节点i的故障影响标志的0-1变量，表示支路xy发生故障时节点i受故障影响，表示支路xy发生故障时节点i不受故障影响；

2-2-5)开关动作约束，如式(17)-(25)所示：

其中，为在支路xy发生故障后在自动动作阶段sc＝A或人工动作阶段sc＝M支路ij的维修影响标志的0-1变量，表示支路xy发生故障后支路ij受故障支路维修影响而处于断电状态，表示支路xy发生故障后支路ij不受故障支路维修影响而处于正常运行状态；F_i^xy,sc为在支路xy发生故障后在自动动作阶段sc＝A或人工动作阶段sc＝M节点i的维修影响标志的0-1变量，F_i^xy,sc＝0表示支路xy发生故障后节点i受故障支路维修影响而处于断电状态，F_i^xy,sc＝1表示支路xy发生故障后节点i不受故障支路维修影响而处于正常运行状态；

在支路xy发生故障后在自动动作阶段sc＝A或人工动作阶段sc＝M节点i的供电标志的0-1变量，表示支路xy发生故障后且开关动作后节点i正常供电，表示支路xy发生故障后且开关动作后节点i处于断电状态；

2-2-6)可靠性约束，如式(26)-(36)所示：

SAIFI≤ε^SAIFI (34)

SAIDI≤ε^SAIDI (35)

EENS≤ε^EENS (36)

其中CID_i表示i节点的用户中断持续时间，λ_xy表示支路xy的年故障率，表示支路xy的故障自动动作中断时间，表示支路xy的故障人工动作中断时间，表示支路xy的故障修复中断时间，CIF_i表示i节点的用户中断频率，NC_i为给定的i节点的用户数量，SAIFI为系统年平均中断持续时间指数，ASAI为系统平均供电指数，EENS为期望失负荷能量，B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；

为i节电年均停电频率上限，为i节电年均停电时间上限，ε^SAIFI为系统年均停电频率上限，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；

2-2-7)设备投资约束，如式(37)-(51)所示：

3)对步骤2)建立的模型求解，得到的最优解为断路器的规划安装状态的优化结果，的最优解为刀闸的规划安装状态的优化结果，的最优解为馈线终端控制单元的规划安装状态的优化结果，x^CCS的最优解为控制中心的规划安装状态的优化结果，得到CID_i、CIF_i、SAIDI、SAIFI、ASAI、EENS的最优解为规划方案的可靠性指标的优化结果。