[发明专利]一种智能配电网CPS拓扑构建方法及故障恢复方法

说明书

本发明公开了一种智能配电网CPS拓扑构建方法及故障恢复方法，通过图论和矩阵相关知识，对配电网CPS拓扑进行建模，在此基础上，通过分析信息系统与物理系统之间的相互影响和联系，将CPS恢复问题解耦，并以恢复净收益最大为目标，综合考虑恢复过程中的不确定因素，建立CPS故障协调恢复优化模型，提出CPS故障协调恢复优化策略。优点：本发明所采用的基于节点、连接边、依存边对配电网CPS建模方法，减少了建模维度，同时能充分反映配电网灵活的拓扑调整能力；实现经济指标下综合恢复收益的最大化，保障重要负荷优先恢复供电，降低配电网CPS故障的经济损失，同时降低恢复操作控制代价和风险，有效指导配电网CPS故障后的恢复。

技术领域

本发明涉及一种智能配电网CPS拓扑构建方法及故障恢复方法，属于智能配电网自愈控制技术领域。

背景技术

已有的配电网恢复控制方面的研究大多基于完好的信息系统支撑，围绕物理系统的电能恢复展开。对于没有DG接入的传统配电网恢复问题，既可以利用原系统内部的联络开关恢复失电负荷供电，也可以通过外电源联络开关利用其他馈线的备用容量为失电负荷转供；对于含DG的配电网，可先利用DG的孤岛效应进行孤岛划分，形成计划可控的孤岛为DG附近的重要负荷供电，再根据孤岛划分结果修改网络拓扑结构，并采用上述不含DG的配电网供电恢复方法对网络拓扑进行重构。

物理系统的恢复问题通常而言是一种多目标多约束多进程非线性优化问题。优化目标主要包括恢复的负荷多、恢复的负荷容量大、优先恢复重要负荷、恢复过程中物理系统运行产生的网损小、系统网络拓扑结构变化小等。恢复过程需要满足的约束条件主要包括电压电流约束、功率平衡约束、线路传输容量约束、频率稳定约束、网络拓扑约束等。采取的恢复算法主要包括传统数学优化方法和粒子群算法、蚁群算法、遗传算法、模拟退火算法等智能优化算法。

由于信息系统承载的业务量增长迅速，配电网运行对其依赖程度不断增强。随着电网能量流和信息流交互影响的愈加频繁，电力系统逐渐发展为信息物理融合系统(CPS)。因此，需要将配电网恢复问题从单一的物理系统恢复问题转化为CPS协调恢复问题重新进行研究，以求得到最优恢复方案。

为生成CPS恢复方案，首先需要对CPS进行拓扑分析与建模。目前CPS 建模方法主要基于复杂网络理论、数学理论、系统耦合特性、框架体系结构等。这些方法从分析CPS拓扑结构、信息系统与物理系统之间相互影响、作用机理、耦合特性等角度出发对CPS进行建模，便于对CPS恢复策略进行研究。例如，基于复杂网络理论的CPS建模方法将信息系统与物理系统分别抽象为由节点和边组成的有向或无向拓扑图，以反映各一次设备与二次设备内部及相互之间的连接关系，并通过邻接矩阵、关联矩阵、可达矩阵等不同形式的矩阵将这种拓扑连接关系转化为数据存储关系，结合基于图论的广度优先遍历搜索算法、深度优先遍历搜索算法、最短路径算法(如Dijkstra算法、Floyd算法)等路径搜索算法，对CPS的恢复路径进行搜索。

物理系统快速有效的故障定位、隔离和恢复均需要信息系统的支持。信息系统故障会对电网可观性和可控性带来影响，并进一步影响配电网运行可靠性；而物理系统故障会导致无法为信息系统供电，亦会造成通信数据量激增而引起通信网络拥塞，延长信息传输时间，影响调度中心决策。信息-物理系统间的影响可能是递归发生，并可导致连锁故障。配电网CPS的结构、设备冗余情况与电压等级密切相关，中、高电压级别配电网的信息系统配置水平一般较高，其信息-物理系统的协调恢复策略研究具有现实意义，但目前相关研究少有涉及。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服已有的配电网恢复控制方面的研究大多基于完好的信息系统支撑，围绕物理系统的电能恢复展开，而对于信息系统与物理系统均发生故障后的恢复问题研究相对有限的不足，提供一种智能配电网 CPS拓扑构建方法及故障恢复方法。

为解决上述技术问题，本发明提供一种智能配电网CPS拓扑构建方法；

获取智能配电网信息物理系统的物理节点及物理连接边、信息节点及其信息连接边；