[0001] 本发明涉及领域，尤其涉及一种考虑配电网灾后多阶段恢复过程的自动开关配置方法、装置、设备及介质。

[0002] 目前，电力系统把握着国民经济命脉，是现代社会最重要的基础设施。然而，近年来自然灾害频发，造成许多严重的停电事件。随着人们对这类威胁的认识日益加深，电力系统是否能够适应不断变换的环境，并快速从中断中恢复，成为了学者们重点关注的问题之一。

[0003] 为提高配电系统的弹性，面向规划层面，优化配置自动开关一类的灵活性资源是常用的方式。通过自动开关的远程快速切换，实现配电网的故障隔离和负荷恢复，达到配电网弹性提升的目的。但是目前自动开关优化配置方法往往只考虑配电网灾后供电恢复的单个阶段，忽略退化和故障隔离阶段。但实际恢复过程实际上是一个多阶段的过程，不同阶段相互耦合，配电网的弹性在整个恢复过程中依赖于其系统功能。因此，为了提高配电网灾后快速恢复的能力，亟须提出一种考虑配电网灾后多阶段恢复过程的自动开关配置方法。

[0062] 为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

[0063] 除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同；本文中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请；本申请的说明书和权利要求书及上述附图说明中的术语“包括”和“具有”以及它们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。

[0064] 在本申请实施例的描述中，技术术语“第一”“第二”等仅用于区别不同对象，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量、特定顺序或主次关系。在本申请实施例的描述中，“多个”的含义是两个以上，除非另有明确具体的限定。

[0065] 在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。

[0066] 在本申请实施例的描述中，术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

[0067] 在本申请实施例的描述中，术语“多个”指的是两个以上(包括两个)，同理，“多组”指的是两组以上(包括两组)，“多片”指的是两片以上(包括两片)。

[0068] 在本申请实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，技术术语“安装”“相连”“连接”“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；也可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请实施例中的具体含义。

[0069] 参见图1，是本发明一实施例提供的一种考虑配电网灾后多阶段恢复过程的自动开关配置方法的流程示意图，包括：

[0070] S1、获取配电网基本数据、配电网的灾前线路联通状态以及故障数据；

[0071] 具体地，所述配电网基本数据包括线路阻抗、分布式电源位置及容量、节点负荷功率、节点电压幅值边界、自动开关投资、运营维护成本、自动开关预期寿命和贴现率以及单位负荷损失金额；

[0072] 所述配电网的灾前线路联通状态是指在灾害产生的故障发生之前，通过网络重构与分布式电源形成的孤岛所对应的线路联通状态；

[0073] 所述故障数据包括故障场景发生概率、故障线路名称、故障演变时间；

[0074] 需要说明的是，配电网的灾前线路联通状态包含若干线路联通状态cij，0，其中，cij,0表示线路(i,j)主动孤岛阶段的连通状态，若为1表示闭合，反之断开。

[0075] S2、根据所述配电网基本数据，构建自动开关数量约束；

[0076] 在一个优选的实施例中，所述自动开关数量约束，包括：

[0077]

[0078] 式中，NSwitch表示自动开关总数；m表示实际自动开关部署数量；E表示配电网线路集合； 表示线路(i,j)是否配置自动开关的二元变量，若为1则表示安装，反之未安装；κ＝1,2分别表示自动开关安装在线路(i,j)的i端和j端；

[0079] 具体地，为了确保后续输出的开关配置方案中的实际自动开关部署数量不会超过预期自动开关总数，需要构建自动开关数量约束，以确保输出的开关配置方案可行。

[0080] S3、根据所述配电网基本数据、所述灾前线路联通状态以及所述故障数据，构建配电网退化阶段子模型、配电网故障隔离阶段子模型以及配电网供电恢复阶段子模型；

[0081] 在一个优选的实施例中，所述根据所述配电网基本数据、所述灾前线路联通状态以及所述故障数据，构建配电网退化阶段子模型，包括：

[0082] 根据所述配电网基本数据、所述灾前线路联通状态以及所述故障数据，构建第一配电网运行约束；

[0083] 在一个优选的实施例中，所述第一配电网运行约束，包括：

[0084] 第一功率平衡约束：

[0085]

[0086] 第一线路断开约束：

[0087] cij,1＝(1‑fij.c)cij,0；

[0088] 第一DistFlow潮流方程约束：

[0089]

[0090] 第一线路容量约束：

[0091]

[0092] 第一电压限度约束：

[0093]

[0094] 第一分布式电源出力约束：

[0095]

[0096] 式中，π(j)表示节点j的父节点；δ(j)表示节点j的子节点；Pij,1表示退化阶段节点j与其父节点i构成线路(i,j)的有功潮流；B为配电网节点集合；E为配电网线路集合；Qij,1表示退化阶段节点j与其父节点i构成线路(i,j)的无功潮流；Pjs,1表示退化阶段节点j与其子节点s构成线路(j,s)的有功潮流；Qjs,1表示退化阶段节点j与其子节点s构成线路(j,s)的无功潮流；PL,j表示节点j的有功负荷值；QL,j表示节点j的无功负荷值；PDG,j,1表示节点j退化阶段分布式电源的有功出力；QDG,j,1表示节点j退化阶段分布式电源的无功出力；PS,j,c,1表示线路(i,j)退化阶段的有功切负荷量；QS,j,c,1表示线路(i,j)退化阶段的无功切负荷量；二元变量nj,c,1表示节点j在退化阶段是否受到故障影响，当节点受到故障影响时取1，否则取0；cij,0表示线路(i,j)的灾前连通状态，若为1表示闭合，反之断开；cij,1表示线路(i,j)退化阶段的连通状态，若为1表示闭合，反之断开；二元变量fij,c指示线路(i,j)在故障场景c是否处于故障状态，若线路故障取1，否则取0；U0表示电压额定值；M表示一个较大的常数；rij表示线路(i,j)的电阻值；xij表示线路(i,j)的电抗值；Ui,1表示节点i退化阶段的电压值；Uj,1表示节点j退化阶段的电压值； 表示线路(i,j)的容量；B为配电网节点集合；
表示节点j的电压上限； 表示节点j的电压下限； 表示节点j的分布式电源有功出力上限； 表示节点j的分布式电源有功出力下限； 表示节点j的分布式电源无功出力上限； 表示节点j的分布式电源无功出力下限。

[0097] 根据所述配电网基本数据、所述灾前线路联通状态以及所述故障数据，构建第一故障区域确定约束；

[0098] 具体地，所述第一故障区域确定约束具体如下：

[0099]

[0100] 其中，M表示一个较大的常数；π(j)表示节点j的父节点；δ(j)表示节点j的子节点；二元变量fij,c指示线路(i,j)在故障场景c是否处于故障状态，若线路故障取1，否则取0；二元变量fjs,c指示线路(j,s)在故障场景c是否处于故障状态，若线路故障取1，否则取0；二元变量nj,c,1表示节点j在退化阶段是否受到故障影响，当节点受到故障影响时取1，否则取0；
yijκ,0表示线路(i,j)开关开始状态的二元常量，κ＝1,2分别表示线路(i,j)的两端，取1表示未配置开关或者开关闭合，否则表示配置开关且开关断开；yjsk,0表示线路(j,s)开关开始状态的二元常量，κ＝1,2分别表示线路(j,s)的两端，取1表示未配置开关或者开关闭合，否则表示配置开关且开关断开。

[0101] 根据所述第一配电网运行约束以及所述第一故障区域确定约束，构建配电网退化阶段子模型。

[0102] 在一个优选的实施例中，所述根据所述配电网基本数据、所述灾前线路联通状态以及所述故障数据，构建配电网故障隔离阶段子模型，包括：

[0103] 根据所述配电网基本数据、所述灾前线路联通状态以及所述故障数据，构建第一自动开关约束、第一线路状态约束、第二配电网运行约束以及第二故障区域确定约束；

[0104] 具体地，所述第一自动开关约束具体如下：

[0105]

[0106] 其中， 表示线路(i,j)是否配置自动开关的二元变量，κ＝1,2分别表示线路(i,j)的两端；yijκ,0表示线路(i,j)开关开始状态的二元常量，取1表示未配置开关或者开关闭合，否则表示配置开关且开关断开；yijκ,2表示线路(i,j)故障隔离阶段开关状态的二元变量；该约束表示仅当线路配置开关时允许配置侧的开关状态发生变化。

[0107] 具体地，所述第二故障区域确定约束具体如下：

[0108]

[0109] 其中，M表示一个较大的常数；π(j)表示节点j的父节点；δ(j)表示节点j的子节点；二元变量fij,c指示线路(i,j)在故障场景c是否处于故障状态，若线路故障取1，否则取0；二元变量fjs,c指示线路(j,s)在故障场景c是否处于故障状态，若线路故障取1，否则取0；二元变量nj,c,2表示节点j在退化阶段是否受到故障影响，当节点受到故障影响时取1，否则取0；
yijk,2表示线路(i,j)开关开始状态的二元常量，κ＝1,2分别表示线路(i,j)的两端，取1表示未配置开关或者开关闭合，否则表示配置开关且开关断开；yjsk,2表示线路(j,s)开关开始状态的二元常量，κ＝1,2分别表示线路(j,s)的两端，取1表示未配置开关或者开关闭合，否则表示配置开关且开关断开。

[0110] 具体地，所述第一线路状态约束具体如下：

[0111]

[0112] 其中，ε表示一个较小的常数；cij,2表示线路(i,j)故障隔离阶段的连通状态，若为1表示闭合，反之断开；

[0113] 需要说明的是，如果线路两侧未配置开关或开关闭合，则这条线路是连通的；反之，如果线路两侧至少有一个断开的开关，则线路是断开的。

[0114] 具体地，所述第二配电网运行约束具体如下：

[0115] 第二功率平衡约束：

[0116]

[0117] 第二线路断开约束：

[0118] cij,2＝(1‑fij,c)cij,1；

[0119] 第二DistFlow潮流方程约束：

[0120]

[0121] 第二线路容量约束：

[0122]

[0123] 第二电压限度约束：

[0124]

[0125] 第二分布式电源出力约束：

[0126]

[0127] 式中，π(j)表示节点j的父节点；δ(j)表示节点j的子节点；Pij,2表示隔离阶段节点j与其父节点i构成线路(i,j)的有功潮流；B为配电网节点集合；E为配电网线路集合；Qij,2表示隔离阶段节点j与其父节点i构成线路(i,j)的无功潮流；Pjs,2表示隔离阶段节点j与其子节点s构成线路(j,s)的有功潮流；Qjs,2表示隔离阶段节点j与其子节点s构成线路(j,s)的无功潮流；PL,j表示节点j的有功负荷值；QL,j表示节点j的无功负荷值；PDG,j,2表示节点j隔离阶段分布式电源的有功出力；QDG,j,2表示节点j隔离阶段分布式电源的无功出力；PS,j,c,2表示线路(i,j)隔离阶段的有功切负荷量；QS,j,c,2表示线路(i,j)隔离阶段的无功切负荷量；二元变量nj,c,2表示节点j在隔离阶段是否受到故障影响，当节点受到故障影响时取1，否则取0；cij,1表示线路(i,j)在退化阶段的连通状态，若为1表示闭合，反之断开；cij,2表示线路(i,j)隔离阶段的连通状态，若为1表示闭合，反之断开；二元变量fij,c指示线路(i,j)在故障场景c是否处于故障状态，若线路故障取1，否则取0；U0表示电压额定值；M表示一个较大的常数；rij表示线路(i,j)的电阻值；xij表示线路(i,j)的电抗值；Ui,2表示节点i隔离阶段的电压值；Uj,2表示节点j隔离阶段的电压值； 表示线路(i,j)的容量；B为配电网节点集合； 表示节点j的电压上限； 表示节点j的电压下限； 表示节点j的分布式电源有功出力上限； 表示节点j的分布式电源有功出力下限； 表示节点j的分布式电源无功出力上限； 表示节点j的分布式电源无功出力下限。

[0128] 根据所述第一自动开关约束、所述第一线路状态约束、所述第二配电网运行约束以及所述第二故障区域确定约束，构建配电网故障隔离阶段子模型；

[0129] 具体地，根据上述第一自动开关约束、第一线路状态约束、第二配电网运行约束以及第二故障区域确定约束，构建配电网故障隔离阶段子模型。

[0130] 在一个优选的实施例中，所述根据所述配电网基本数据、所述灾前线路联通状态以及所述故障数据，构建配电网供电恢复阶段子模型，包括：

[0131] 根据所述配电网基本数据、所述灾前线路联通状态以及所述故障数据，构建连通约束、拓扑约束、第二自动开关约束、第二线路状态约束以及第三配电网运行约束；

[0132] 具体地，所述连通约束具体如下：

[0133] 具体地，所述拓扑约束包括辐射状子图数量约束和连通约束，具体如下所示：

[0134] 辐射状子图数量约束：

[0135]

[0136] 其中，Nnode表示配电网节点总数；cij,3表示线路(i,j)供电恢复阶段的连通状态；γj,3表示供电恢复阶段，网路重构后的潜在源节点，由此阶段与节点j相连的线路(i,j)连通状态cij,3和线路(j,s)连通状态cjs,3决定；

[0137] 需要说明的是，辐射状子图数量约束表示闭合线路数量等于节点数量Nnode减去1(即为连接至变电站子图数{Sub})以及另外两种子图数γj,3(分布式电源供电的微电网和未供电的负荷孤岛)。

[0138] 连通约束：

[0139]

[0140] 其中，Wj为源节点输出；Fij,3为供电恢复阶段的虚拟潮流。具体地，所述第二自动开关约束具体如下：

[0141]

[0142] 其中，yijκ,3表示线路(i,j)供电恢复阶段开关状态的二元变量。具体地，所述第三配电网运行约束具体如下：

[0143] 第三功率平衡约束：

[0144]

[0145] 第三线路断开约束：

[0146] cij,3＝(1‑fij,c)cij,2；

[0147] 第三DistFlow潮流方程约束：

[0148]

[0149] 第三线路容量约束：

[0150]

[0151] 第三电压限度约束：

[0152]

[0153] 第三分布式电源出力约束：

[0154]

[0155] 式中，π(j)表示节点j的父节点；δ(j)表示节点j的子节点；Pij,3表示供电恢复阶段节点j与其父节点i构成线路(i,j)的有功潮流；B为配电网节点集合；E为配电网线路集合；Qij,3表示供电恢复阶段节点j与其父节点i构成线路(i,j)的无功潮流；Pjs,3表示供电恢复阶段节点j与其子节点s构成线路(j,s)的有功潮流；Qjs,3表示供电恢复阶段节点j与其子节点s构成线路(j,s)的无功潮流；PL,j表示节点j的有功负荷值；QL,j表示节点j的无功负荷值；
PDG,j,3表示节点j供电恢复阶段分布式电源的有功出力；QDG,j,3表示节点j供电恢复阶段分布式电源的无功出力；PS,j,c,3表示线路(i,j)供电恢复阶段的有功切负荷量；QS,j,c,3表示线路(i,j)供电恢复阶段的无功切负荷量；二元变量nj,c,3表示节点j在供电恢复阶段是否受到故障影响，当节点受到故障影响时取1，否则取0；cij,2表示线路(i,j)供电恢复阶段的连通状态，若为1表示闭合，反之断开；cij,3表示线路(i,j)在供电恢复阶段的连通状态，若为1表示闭合，反之断开；二元变量fij,c指示线路(i,j)在故障场景c是否处于故障状态，若线路故障取1，否则取0；U0表示电压额定值；M表示一个较大的常数；rij表示线路(i,j)的电阻值；xij表示线路(i,j)的电抗值；Ui,3表示节点i供电恢复阶段的电压值；Uj,3表示节点j供电恢复阶段的电压值； 表示线路(i,j)的容量；B为配电网节点集合； 表示节点j的电压上限；
表示节点j的电压下限； 表示节点j的分布式电源有功出力上限； 表示节点j的分布式电源有功出力下限； 表示节点j的分布式电源无功出力上限； 表示节点j的分布式电源无功出力下限。

[0156] 具体地，所述第二线路状态约束具体如下：

[0157]

[0158] 其中，ε表示一个较小的常数；

[0159] 根据所述连通约束、拓扑约束、第二自动开关约束、第二线路状态约束以及第三配电网运行约束，构建配电网供电恢复阶段子模型。

[0160] S4、根据所述配电网退化阶段子模型、所述配电网故障隔离阶段子模型以及所述配电网供电恢复阶段子模型，构建目标优化模型；

[0161] 在一个优选的实施例中，所述目标优化模型，包括：

[0162] min CCoD+CVoLL；

[0163]

[0164] 式中，CCoD表示自动开关年度部署总成本；CVoLL表示配电网年度损失负荷总成本；m表示实际自动开关部署数量； 表示自动开关投资成本；r0表示贴现率；τ表示自动开关的om预期寿命；l 表示已部署的自动开关一年内运营维护的总成本； 表示损失负荷的单位成本； 模拟投资的配电网一年内的故障时间；pc表示每个故障场景发生的概率；C表示故障场景集合；ωj表示节点负荷的权重，B表示节点集合；PS,j,c,stage|stage＝1,2,3表示场景c在退化阶段(stage＝1)、故障隔离阶段(stage＝2)和供电恢复阶段(stage＝3)中节点的有功负荷损失；Tf表示发生故障的时间点、Tir表示隔离故障的时间点、Trr表示供电恢复的时间点、Tim表示修复故障的时间点。

[0165] S5、在所述自动开关数量约束下，以自动开关年度部署总成本以及配电网年度损失负荷总成本最小为目标，对所述目标优化模型进行求解，输出得到配电网的自动开关部署方案；其中，所述自动开关部署方案包括待部署自动开关的数量以及每一待部署自动开关的待部署位置；

[0166] 具体地，在所述自动开关年度部署总成本以及配电网年度损失负荷总成本最小为目标的情况下，对目标优化模型进行求解，从而得到待部署自动开关的总数量以及每一待部署自动开关对应的待部署位置。

[0167] S6、按照所述自动开关部署方案中每一待部署自动开关的待部署位置，在相应的位置部署自动开关。

[0168] 具体地，按照所述自动开关部署方案中每一待部署自动开关的待部署位置，在相应的位置部署自动开关；

[0169] 参见图2，为了更好的说明本申请，图2显示了配电网在根据本申请的考虑配电网灾后多阶段恢复过程的自动开关配置方法进行配电网自动开关的部署后，所形成的弹性电力系统的系统性能远高于传统的电力系统。

[0170] 参阅图3，是本申请某一实施例提供的考虑配电网灾后多阶段恢复过程的自动开关配置装置，包括：数据获取模块、自动开关数量约束构建模块、多阶段子模型构建模块、目标优化模型构建模块、方案输出模块以及部署模块；

[0171] 所述数据获取模块，用于获取配电网基本数据、配电网的灾前线路联通状态以及故障数据；

[0172] 所述自动开关数量约束构建模块，用于根据所述配电网基本数据，构建自动开关数量约束；

[0173] 所述多阶段子模型构建模块，用于根据所述配电网基本数据、所述灾前线路联通状态以及所述故障数据，构建配电网退化阶段子模型、配电网故障隔离阶段子模型以及配电网供电恢复阶段子模型；

[0174] 所述目标优化模型构建模块，用于根据所述配电网退化阶段子模型、所述配电网故障隔离阶段子模型以及所述配电网供电恢复阶段子模型，构建目标优化模型；

[0175] 所述方案输出模块，用于在所述自动开关数量约束下，以自动开关年度部署总成本以及配电网年度损失负荷总成本最小为目标，对所述目标优化模型进行求解，输出得到配电网的自动开关部署方案；其中，所述自动开关部署方案包括待部署自动开关的数量以及每一待部署自动开关的待部署位置；

[0176] 所述部署模块，用于按照所述自动开关部署方案中每一待部署自动开关的待部署位置，在相应的位置部署自动开关。

[0177] 请参阅图4，本申请某一实施例还提供一种终端设备，包括：

[0178] 一个或多个处理器；

[0179] 存储器，与所述处理器耦接，用于存储一个或多个程序；

[0180] 当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现如上所述的考虑配电网灾后多阶段恢复过程的自动开关配置方法。

[0181] 处理器用于控制该终端设备的整体操作，以完成上述的考虑配电网灾后多阶段恢复过程的自动开关配置方法的全部或部分步骤。存储器用于存储各种类型的数据以支持在该终端设备的操作，这些数据例如可以包括用于在该终端设备上操作的任何应用程序或方法的指令，以及应用程序相关的数据。该存储器可以由任何类型的易失性或非易失性存储设备或者它们的组合实现，例如静态随机存取存储器(Static Random Access Memory，简称SRAM)，电可擦除可编程只读存储器(Electrically Erasable Programmable Read‑Only Memory，简称EEPROM)，可擦除可编程只读存储器(Erasable Programmable Read‑Only Memory，简称EPROM)，可编程只读存储器(Programmable Read‑Only Memory，简称PROM)，只读存储器(Read‑Only Memory，简称ROM)，磁存储器，快闪存储器，磁盘或光盘。

[0182] 在一示例性实施例中，终端设备可以被一个或多个应用专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，简称ASIC)、数字信号处理器(Digital Signal Processor，简称DSP)、数字信号处理设备(Digital Signal Processing Device,简称DSPD)、可编程逻辑器件(Programmable Logic Device，简称PLD)、现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array，简称FPGA)、控制器、微控制器、微处理器或其他电子元件实现，用于执行如上述任一项实施例所述的考虑配电网灾后多阶段恢复过程的自动开关配置方法，并达到如上述方法一致的技术效果。

[0183] 在另一示例性实施例中，还提供一种包括计算机程序的计算机可读存储介质，该计算机程序被处理器执行时实现如上述任一项实施例所述的考虑配电网灾后多阶段恢复过程的自动开关配置方法的步骤。例如，该计算机可读存储介质可以为上述包括计算机程序的存储器，上述计算机程序可由终端设备的处理器执行以完成如上述任一项实施例所述的考虑配电网灾后多阶段恢复过程的自动开关配置方法，并达到如上述方法一致的技术效果。

[0184] 以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。