[0001] 本发明涉及供电配电技术领域，具体涉及一种配电网孤岛动态划分方法。

[0002] 分布式发电技术使得配电网能够实现更合理的能源利用，但也使得配电网的结构变得复杂。针对复杂的配电网结构，在配电网因故障等原因而与上级电网脱离时，通过对其划分孤岛以合理地控制孤岛内的负荷恢复供电。构成配电网的节点包括电源(如分布式电源)和用户负荷等，所划分出的每个孤岛包含一个或多个节点。

[0003] 相关技术中提出了一些孤岛划分策略，但大多是基于用户节点固定的负荷等数据进行规划，未考虑数据的时变特性。因此，相关技术中的孤岛划分策略难以实现供电恢复的最优目标。

[0016] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

[0017] 如图1所示，本发明实施例的配电网孤岛动态划分方法包括以下步骤：

[0018] S1，构建孤岛划分模型，孤岛划分模型包括目标函数和约束条件，其中，目标函数以配电网恢复供电的总负荷最大为目标，约束条件包括配电网的系统运行约束和考虑时序特性的分布式电源输出约束。

[0019] 在本发明的实施例中，目标函数为：

[0020]

[0021] 其中，N为配电网所有节点的集合；T为所有孤岛划分时段的集合；wi,t表示t时段节D点i处负荷的权重系数；Pi表示t时段节点i处负荷的有功功率需求；ri,t为决策变量，表示t时段节点i处负荷的恢复状态，ri,t为1表示此时节点i处负荷已恢复供电，ri,t为0表示此时节点i处负荷未恢复供电；Tint表示每个孤岛划分时段的时长。

[0022] 在本发明的一个实施例中，配电网的系统运行约束包括适用于配电网系统的Disflow潮流约束以及对配电网系统中节点电压和支路功率潮流的幅值约束。

[0023] 适用于配电网系统的Disflow潮流约束如下：

[0024]

[0025]

[0026]

[0027]

[0028]

[0029] 其中，E表示配电网所有支路的集合；u(j)表示节点j上游所有节点的集合，v(j)表示节点j下游所有节点的集合，且有u(j)∈N，v(j)∈N。Pij,t和Qij,t分别表示t时段流经支路ij的有功功率潮流和无功功率潮流； 和 分别表示t时段节点j处所连所有分布式能源资源(DER)输出的总有功功率和总无功功率； 表示t时段节点j处负荷的无功功率需求；Rij和Xij分别表示配电网支路ij的电阻和电抗； 表示t时段节点i处电压幅值的平方；表示t时段流经支路ij的电流幅值的平方；αij,t为决策变量，表示t时段支路ij的开关状态，αij,t为1表示t时段支路ij连通；反之则表示该支路断开。M表示一个很大的正数。

[0030] 考虑在供电恢复过程中系统的安全运行，为了确保恢复方案的可用性，对配电网系统中节点电压和支路功率潮流的幅值约束如下：

[0031]

[0032]

[0033]

[0034] 其中， 和 分别表示t时段节点i处电压幅值的下限和上限，本发明实施例中 和 可分别设为电压标幺值的0.95和1.05； 表示t时段流经支路ij的有功功率潮流的上限。 表示t时段流经支路ij的有功功率潮流的上限。

[0035] 在本发明的一个实施例中，考虑时序特性分布式电源输出约束包括可控分布式电源输出约束、不可控分布式电源输出约束和储能系统输出约束。

[0036] 分布式电源分为可控分布式电源和不可控分布式电源两种，节点处的分布式能源总输出功率可表示为：

[0037]

[0038]

[0039] 其中，SDER为配电网连接DER的节点集合， 表示t时段节点i处所连可控分布式电源输出有功功率， 表示t时段节点i处所连可控分布式电源输出无功功率； 表示t时段节点i处所连不可控分布式电源输出有功功率， 表示t时段节点i处所连不可控分布式电源输出无功功率； 和 分别表示t时段节点i处所连储能系统的放电功率和充电功率。

[0040] 在本发明的一个实施例中，可控分布式电源输出时序模型如下：

[0041]

[0042]

[0043]

[0044] 其中，Sd为配电网连接可控分布式电源的节点集合；PidDGmin和PidDGmax分别表示t时段节点i处所连可控分布式电源输出有功功率下限和上限； 和 分别表示t时段节点i处所连可控分布式电源输出无功功率下限和上限； 表示节点i处所连可控分布式电源输出有功功率的变化率的上限。可控分布式电源输出时序模型即作为可控分布式电源输出约束。

[0045] 在本发明的一个实施例中，不可控分布式电源输出时序模型如下：

[0046]

[0047]

[0048] 其中， 表示t时段节点i处所连不可控分布式电源输出有功功率的预测值，γi表示节点i处所连不可控分布式电源的最大功率因数角。

[0049] 式(15)、(16)分别为不可控分布式电源输出的有功功率和无功功率的上、下限约束，本发明实施例设置当前时刻的预测值作为不可控分布式电源输出有功功率的上限，式(16)还表示不可控分布式电源的功率输出需满足自身最大功率因数的约束。

[0050] 在本发明的一个实施例中，储能系统(ESS，Energy Storage System)输出时序模型如下：

[0051]

[0052]

[0053]

[0054]

[0055] 其中，SE为配电网连接ESS的节点集合； 和 为决策变量，分别表示t时段节点i处所连ESS的充电状态和放电状态，若 为1，表示t时段节点i处所连ESS正在充电；反之表dischmax示未在充电；若 为1，表示t时段节点i处所连ESS正在放电；反之表示未在放电；Pichmax
和Pi 分别表示节点i处所连ESS的最大放电功率和最大充电功率；ki,0表示节点i处所连min max
ESS的荷电状态(SOC，State of Charge)的初始值，ki 和ki 分别表示节点i处所连ESS的SOC的下限和上限；Crated,i表示节点i处所连ESS的额定能量容量； 和 分别表示节点i处所连ESS的充电效率和放电效率。储能系统输出时序模型即作为储能系统输出约束。

[0056] 进一步地，本发明实施例的约束条件还可包括系统容量热备用约束和考虑孤岛数目动态优化的配电网辐射状拓扑约束。

[0057] 考虑到分布式能源的不确定性，为了保证一定水平的系统备用容量，配电网内可用分布式能源资源总容量应大于系统内的总负荷需求。系统容量热备用约束如下：

[0058]

[0059] 其中，μ为系统热备用率； 表示t时段节点i处所连所有分布式电源的输出上限。

[0060] 在孤岛划分的过程中，配电网均应保持辐射状拓扑结构。对于辐射状拓扑建模，满足辐射状拓扑约束的充分必要条件为需要同时满足连通性和节点‑边的数目关系。对于SCF(Single‑Commodity Flow constraints，单商品流约束)辐射状约束，本发明实施例对其进行改进从而提出一种改进的SCF辐射状约束：

[0061] ∑αij,t＝|N|‑∑Ark,t ij∈E,k∈SDER,t∈T                            (22)[0062]

[0063]

[0064]

[0065] |Fij,t|≤αij,tM ij∈E,t∈T                                        (26)[0066] 其中，|N|表示配电网的节点总数，Ark,t为t时段电源点k的孤岛主导电源节点状态决策变量，Ark,t为1表示当前时刻以该电源节点为主导电源节点的孤岛存在，Fij,t表示t时段流经支路ij的虚拟潮流；Dj表示非根节点j处的虚拟负荷需求，可以取为1。

[0067] 在式(22)～(26)中，针对SCF辐射状拓扑约束无法对孤岛数目进行优化，忽略孤岛融合情况的问题，本发明实施例对SCF约束进行了改进：定义了孤岛主导电源节点状态决策变量Ark,t，用于对t时刻电源节点k是否作为孤岛主导电源节点进行判断；在式(22)的改进节点‑边的数目关系约束中用Ark,t的和取代节点‑边的数目关系约束中作为定值的根节点数目，可以对每个时段的孤岛数目进行优化。为了保证拓扑的连通性，所有非孤岛主导电源的节点需满足虚拟潮流约束，本发明实施例采用一个取值较大的正数M构造了式(24)、(25)中适用于电源节点的虚拟潮流约束，若电源节点为孤岛主导电源节点，则不做约束。式(24)、(25)与式(23)中非电源节点的虚拟潮流约束以及式(26)一起构成本发明实施例的考虑孤岛数目动态优化的配电网辐射状拓扑约束，可适用于所有非孤岛主导电源的节点。

[0068] 此外，在本发明的一个实施例中，为了处理潮流约束中的非线性部分，即式(4)中的变量乘积项和变量平方项，可对其进行线性化。对于变量平方项，本发明实施例采用分段线近似方法进行处理， 的线性化过程如下：

[0069]

[0070]

[0071]

[0072]

[0073]

[0074] 其中， 表示有功功率潮流平方项 的近似项； 和 为线性化过程的辅助变量；a为分段近似序列数；A为分段近似的段数，本发明实施例中可取为10。

[0075] 同理，无功功率潮流平方项 的近似项 可通过类似的过程计算得到，此处不再赘述。对于电压电流平方变量的乘积项，由于本发明实施例中电压幅值平方变量的标幺2 2
值取值范围比较窄([0.95 ,1.05])，采用常数标称值对式(4)中的电压平方变量进行近似：

[0076]

[0077] 其中，Unsqr表示电压幅值平方项的标称值，本发明实施例中可取为常数1。

[0078] 综上，式(4)可替换为：

[0079]

[0080] S2，求解孤岛划分模型以实现配电网的孤岛动态划分。

[0081] 在本发明的一个实施例中，可通过Gurobi求解器求解孤岛划分模型。

[0082] 根据本发明实施例的配电网孤岛动态划分方法，所构建的孤岛划分模型的目标函数以配电网恢复供电的总负荷最大为目标，约束条件包括配电网的系统运行约束和考虑时序特性的分布式电源输出约束，由此，能够对孤岛划分方式进行实时的优化，增强了配电网系统的弹性，使得配电网具有更大的总恢复负荷电能、更高的可再生能源利用效率。

[0083] 在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

[0084] 在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必针对相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

[0085] 流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本发明的实施例所属技术领域的技术人员所理解。

[0086] 在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行系统、装置或设备(如基于计算机的系统、包括处理器的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统)使用，或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。就本说明书而言，“计算机可读介质”可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用的装置。计算机可读介质的更具体的示例(非穷尽性列表)包括以下：具有一个或多个布线的电连接部(电子装置)，便携式计算机盘盒(磁装置)，随机存取存储器(RAM)，只读存储器(ROM)，可擦除可编辑只读存储器(EPROM或闪速存储器)，光纤装置，以及便携式光盘只读存储器(CDROM)。另外，计算机可读介质甚至可以是可在其上打印所述程序的纸或其他合适的介质，因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得所述程序，然后将其存储在计算机存储器中。

[0087] 应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。

[0088] 本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。

[0089] 尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。