具体实施方式

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。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。

还应当理解，在本发明说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本发明。如在本发明说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。

还应当进一步理解，在本发明说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。

在附图中示出了根据本发明公开实施例的各种结构示意图。这些图并非是按比例绘制的，其中为了清楚表达的目的，放大了某些细节，并且可能省略了某些细节。图中所示出的各种区域、层的形状及它们之间的相对大小、位置关系仅是示例性的，实际中可能由于制造公差或技术限制而有所偏差，并且本领域技术人员根据实际所需可以另外设计具有不同形状、大小、相对位置的区域/层。

本发明提供了一种基于故障信息获取的不平衡配电网负荷恢复方法，建立基于DG、调压器和变压器、ZIP负载和电容器组的三相不平衡配电系统的线性潮流模型，并综合考虑网络辐射拓扑约束、运行约束(含系统运行约束和元件运行约束)、负荷状态约束以及顺序约束等建立多时段配电系统负荷恢复模型，引入“母线块”的概念对网络拓扑进行简化，形成简化后的多时段配电系统负荷恢复模型，同时通过为配网负荷进行权重划分，以不同权重系数下的负荷恢复量最大为目标函数，较为全面的建立优化模型，更好的达到优先满足重要负荷供电的目标，然后通过调用CPLEX求解器进行优化模型的求解，得到综合考虑各种约束条件下的配电系统负荷恢复结果。为保证灾后配电系统中信息传输的效率和准确度，设置本地代理(Local agent，LA)和区域代理(Regional agent，RA)利用平均共识算法为制定灾后负荷恢复方案决策提供依据。

请参阅图1，本发明一种基于故障信息获取的不平衡配电网负荷恢复方法，包括以下步骤：

S1、基于配电系统中不同元件的特性，对三相不平衡配电系统中各个元件分别建立其线性模型，使其适用于具有DG、调压器、变压器、ZIP负载和电容器组的网络中；

S101、推导配电系统中的三相潮流模型，并通过简化得到线性三相潮流模型；

根据基尔霍夫电压定律，对于线路(i,j)∈B可以得到：

V_j＝V_i-z_ijI_ij (1)

其中，为母线i的三相电压；z_ij∈C^3×3是线路阻抗，并取决于单位阻抗矩阵以及线路l(i,j)的长度；为线路ij的三相电流，可通过如下公式计算得到：

其中，为母线i到母线j的三相视在功率。

将式(2)代入式(1)，并在公式两端分别乘以其共轭复数，可以得到：

其中，c_ij(S_ij,V_i,z_ij)为高阶项，当线损相比于系统潮流很小并且三相电压接近于平衡时可将其忽略，其中电压平衡可由如下公式保证：

需要注意的是，式(4)仅适用于三相母线，对于两相母线而言可近似认为其处于平衡状态。

将式(4)代入式(3)，并忽略式(3)中的高阶项c_ij，定义U＝[|V^a|²,|V^b|²,|V^c|²]^T，得到：

其中，且α由如下公式计算得到：

根据每一步中各母线的功率平衡约束，得到考虑各线路每一步通电状态下的线性潮流约束：

其中，为表示相别的二进制向量；为t步骤线路(i,j)流过的功率(从i流向j)；为t步骤DGg的输出功率；为t步骤l节点负荷的三相功率需求。另外，式(7)中采用大M方法确保了除调压器和变压器以外的线路只有在通电状态下才起到约束作用。式(8)保证了网络中各个节点有功功率和无功功率的平衡。

S102、推导配电系统中的调压器和变压器模型；

单相调压器可由理想变压器和漏抗组合的等效模型代表，一个三相调压器可建模为三个单相调压器的组合。变压器具有与调压器相同的模型，但具有固定的变比。在本发明中，所有调压器均假定为星形连接的B型调压器。

以i为一次侧，j为二次侧，三相调压器两端的电压幅值之间的关系可表示为：

其中，a∈R^3×1为每相的二次绕组与一次绕组的比值；同样，M是一个很大的数字，应该仔细选择。

设调压器的调节范围是从-16档到+16档，为了将电压从+10％调节到-10％，则每步应调节5/8％。将n^tap∈{-16,-15,...,+15,+16}表示为各相抽头的位置，其比值可通过如下公式计算：

需要注意的是，在本发明中假定抽头位置是固定的，但是也可将分接头的位置建模为决策变量整合到线性模型中。

S103、推导配电系统中的ZIP负载和电容器组模型；

假设所有负载均为电压相关负载，通常由恒阻抗(Z)，恒电流(I)和恒功率(P和Q)的复合模型建模。对于每相电压相关负载的需求(P_l+jQ_l)描述为：

其中，为额定电压下负荷l的需求；分别表示三类负荷在有功功率和无功功率上的百分比系数，应满足以下关系：

在考虑t步骤负荷l通电状态的同时，将U_l,t＝|V_l,t|²代入上式，可以得到由U_l,t和两个线性函数表示每一步中的单相负荷需求，如下所示：

考虑到当节点通电且在电压幅值约束下，U_l,t在很小的范围内变化，根据泰勒级数展开式，将非线性项可以在U_l,t＝1.0附近线性化：

将式(14)代入式(13)，可以得到：

非线性项可以通过引入变量y_l,t和两个额外的不等式约束进行线性化，那么步骤t中的三相星形负载描述为：

其中，每相的U^min和U^max分别设为0.95²和1.05²。另外，在本发明中每个负载在整个考虑的时间段内都使用相同的ZIP参数和标称电压。

此外，对于如图3所示的三角形连接的负载，可以通过假设式(4)仍然成立来推导其近似的星形连接模型。对于A相的近似负载，可以得到：

类似地，可以得出和并以矩阵形式表示近似的星形连接负荷：

需要注意的是，相同的ZIP参数适用于对于星形连接和三角形连接的单相和两相负载，可以用类似的方法建模，并将与缺失相相关的变量设为0。星形连接和三角形连接的电容器组可建模为可切换的恒阻抗负载。

综上所述，式(7)～(8)、式(9)和式(16)～(18)构成带有DG、调压器和变压器、ZIP负载和电容器组的三相不平衡系统的线性潮流。

S2、引入“母线块”的概念对网络拓扑进行简化，形成简化后的多时段配电系统负荷恢复模型，请参阅图2；并以不同权重系数下的负荷恢复量最大为目标，考虑网络辐射拓扑约束、运行约束(含系统运行约束和元件运行约束)、负荷状态约束以及顺序约束等建立多时段配电系统负荷恢复模型；

S201、对配电系统中的负荷进行分级并设定目标函数；

配电网负荷恢复的目标是要尽可能保证故障期间关键负荷恢复量达到最大。一般来说，负荷根据重要程度被分为不同等级，例如医院、政府等负荷应该比娱乐场所更重要，因此对于自然灾害停电后的负荷恢复，应给予这些重要的关键负荷更高的优先级，优先级越高代表节点负荷的权重越大。

目标函数为：

其中，L为连接负荷的母线的集合；T为恢复步骤的集合；φ为三相相别的集合；为l负荷的权重系数；为φ相的l负荷在t步骤的有功功率；Δt为相邻步长的时间间隔。

S202、设置各类约束条件；

首先是配电系统运行约束，包含系统运行约束和元件运行约束两大部分：

(1)系统运行约束

①变压器和线路容量约束

其中，和为最大允许的有功功率和无功功率；式(22)确保了如果该线路通电，则将其限制在允许范围内；反之，则将该线路任一相的功率限制为零。

②电压约束

其中，

③负荷最大步长约束

为了使每个孤岛运行的微网电压和频率快速恢复，应避免一次拾取较大量的负荷。对于每个DG，最大负荷阶跃(MLS)因子定义为DG额定容量的一部分。每个DG在每步中的负荷增量应小于最大允许负荷拾取量：

其中，为DG g的额定容量。需要注意的是，每个DG的MLS因子应仔细估计。

在本发明中，DG、变压器、线路以及相关的继电保护装置可以承受由冷负荷拾取而引起的瞬态浪涌电流。

①初始条件约束

根据停电后从设备收集的信息，直接将值分配给相应的二进制决策变量来定义初始条件。需要注意的是，变电站母线和黑启动DG从第一步开始启动，且电压保持在1.0p.u；在第一步中，所有可切换线路都处于断开状态；故障元件(例如：线路、DG、负荷等)在整个恢复过程中均处于断电状态，即将其二进制决策变量始终置0，如下所示：

(2)DG运行约束

①DG电流不平衡约束

为了避免DG在三相不平衡运行条件下过热，应使其满足电流不平衡约束。电流不平衡因子(CUF)定义为基波的负序电流与正序电流的比值：

其中，当CUF超过10％～20％时，三相同步DG将跳闸；基于逆变器的DG最多可运行100％CUF。

将式(2)代入式(28)，并假设式(4)成立，得到：

其中，令并根据文献中的函数关系可得：

其中，

式(30)通过引入一系列二进制变量和连续变量来线性化，如附录所示。DG电流不平衡约束的线性形式描述为：

其中，CUF_g为DG g的最大允许CUF；G^3φ为三相DG的集合。式(33)确保了每个黑启动DG都能在三相不平衡条件下安全运行。G^3φ为三相DG的集合；以及为定义的0～1辅助变量，其推导过程如下所示：

其中，并定义辅助变量则和可以线性化为以下表达式：

其中，将上角标N用P替换即可得到和的线性化表达式。

②DG输出约束

其中，和为DG g发出的有功功率(无功功率)最小值和最大值。式(35)允许黑启动DG从零负荷启动；式(36)要求非黑启动DG发出的每相功率应相等。

③DG爬坡约束

其中，为DG g的最大爬坡率。

接下来是连通性约束：

连通性约束描述了DG、线路、负荷和母线等元件之间的物理连接，其具体形式如下所示：

①DG

式(38)保证了没有黑启动能力的可调度DG仅在连接到通电节点时才启动；式(39)保证了DG一旦启动，便无法在后续步骤中跳闸。需要注意的是，式(39)为可选约束，对于可以在启动之后跳闸的DG(例如：可再生能源)可以将其删除。

②线路

式(40)要求，如果为可切换线路通电，则两个末端节点必须通电；式(41)保证当一个末端节点通电时，不可切换的线路将立即通电；式(42)表示线路通电后不能跳闸。

③负荷

式(43)要求，仅当可切换负荷连接到通电节点时才能通电；式(44)保证了不可切换负荷在连接到通电节点时将立即通电；式(45)要求，已恢复负荷不能再次跳闸。

除此之外还要满足配电系统的拓扑约束和顺序约束：

定义拓扑和顺序约束以确保微网间互相隔离且均以树形拓扑运行，同时所有线路都按顺序通电。

①“母线块”概念

在配电网中，某些通过不可切换的线路直接互连的母线可以构成“母线块”。如图2所示，通过将母线分组为多个母线块，可以将网络简化成仅包含可交换线路的结构，其中每个母线块至少包含一条母线。需要注意的是，同一母线块内的所有母线和线路将同时通电，这由式(41)保证。对于简化网络，将K:＝{1,2,...,N_k},N_k≤N_n表示为一组母线块，并定义C:＝{(i,j):i∈K,j∈K,i≠j}作为母线块之间的可切换线路。为在步骤t时母线块k∈K的通电状态；为在步骤t时线路(i,j)∈C的通电状态。

②拓扑约束

拓扑约束能够确保每个微网都与其他微网隔离并在树形拓扑中运行。

对于母线块k中的每条母线i，可以得到：

式(46)确保了母线块k中每条母线的通电状态由母线块k的通电状态来表示。

式(47)要求，如果在步骤t-1处已接通可切换线路的两个末端母线模块，则为了避免形成环路，该线路不能闭合；式(48)确保，如果在步骤t-1处将母线块断电，则只能在步骤t处通过最多一根可切换线路将母线块断电。

③顺序约束

顺序约束确保可以生成可行的切换顺序，并可以通过以下约束来描述：

式(49)确保可以通过黑启动DG或变电站节点直接为母线供电，并结合式(46)可知，在同一母线块内的所有其他母线也将同时通电；式(50)确保仅通过已通电的可切换线路对母线进行通电；式(51)要求每条可切换线路仅在其末端母线块中的至少一个在上一个步骤通电时才能通电。

此外，使用可选约束确保在另一组负荷之前恢复一组负荷(例如，关键负荷)：

其中，cl表示特定的关键负荷，nl表示特定的非关键负荷。式(52)可用于两个或更多必须按给定顺序恢复的负荷。

但实际情况下，虽然可以通过式(52)优先恢复关键负荷，但可能会由此生成低质量的解决方案。例如，如果由于有限的操作而无法恢复关键负荷，将会进一步阻止所有非关键负荷的恢复。

由上述各类约束条件结合步骤S201提出的目标函数得到考虑三相不平衡的多时段配网负荷恢复模型。

至此就已成功地形成了考虑三相不平衡的多时段配网负荷恢复模型，为后续模型的求解打下基础。

S3、设计分布式全局信息获取方案，保障灾后配电系统通信效率和准确度。

包括设置本地代理(Local agent，LA)和区域代理(Regional agent，RA)建立通讯链路，利用平均共识算法进行全局信息的迭代求解，具体按照以下步骤实施：

S301、设置本地代理LA和区域代理RA的初值和均值；

其中，p_m、q_m、c_m、s_m为有功、无功、线路开关状态以及负荷开关状态，其中包含节点及线路的相参数及时间参数，p_m ⁰和q_m ⁰分别为有功和无功向量的初值，p_i和q_i为i节点处负荷的有功和无功值，M为本地代理LA的个数，N_m为负荷开关集合；c_m ⁰和s_m ⁰分别为线路和节点开关状态向量的初值，N_m和L_m分别为负荷和线路开关集合，N_C和L_C分别为负荷和线路开关闭合状态集合，N_O和L_O分别为负荷和线路开关打开状态集合。

其中，和分别为有功和无功向量的均值；和分别为线路和节点开关状态向量的均值。

S302、运用平均共识算法进行全局信息的迭代求解：

其中，x_m ^k代表第k步p_m、q_m、c_m、s_m向量的值R_m为LA的相邻代理集合，ε_mr代表步长。通过合理设置迭代步长，x_m ^k将收敛到初始化的平均值，即所有的本地代理(Local agent，LA)和区域代理(Regional agent，RA)将得到实际的有功和无功功率需求、线路开关状态和负荷开关状态的全局参数。

通过设置本地代理(Local agent，LA)和区域代理(Regional agent，RA)建立通讯链路，增强灾后配电系统信息传输能力。

本发明再一个实施例中，提供一种基于故障信息获取的不平衡配电网负荷恢复系统，该系统能够用于实现上述基于故障信息获取的不平衡配电网负荷恢复方法，具体的，该基于故障信息获取的不平衡配电网负荷恢复系统包括建模模块简化模块以及恢复模块。

其中，建模模块，基于配电系统中不同元件的特性，建立包含线性三相潮流模型，调压器和变压器模型以及ZIP负载和电容器组模型的线性三相不平衡配电系统潮流模型；

简化模块，引入母线块对建模模块建立的线性三相不平衡配电系统潮流模型的网络拓扑进行简化，形成简化后的多时段配电系统负荷恢复模型；对配电系统中的负荷进行分级并设定目标函数，并以不同权重系数下的负荷恢复量最大为目标，将约束条件结合目标函数得到考虑三相不平衡的多时段配网负荷恢复模型；

恢复模块，采用商业求解器对简化模块建立的多时段配电系统负荷恢复模型进行优化求解，设计分布式全局信息获取方案用于不平衡配电网负荷恢复。

本发明再一个实施例中，提供了一种终端设备，该终端设备包括处理器以及存储器，所述存储器用于存储计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，所述处理器用于执行所述计算机存储介质存储的程序指令。处理器可能是中央处理单元(Central ProcessingUnit，CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor、DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现成可编程门阵列(Field-Programmable GateArray，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等，其是终端的计算核心以及控制核心，其适于实现一条或一条以上指令，具体适于加载并执行一条或一条以上指令从而实现相应方法流程或相应功能；本发明实施例所述的处理器可以用于基于故障信息获取的不平衡配电网负荷恢复方法的操作，包括：

基于配电系统中不同元件的特性，建立包含线性三相潮流模型，调压器和变压器模型以及ZIP负载和电容器组模型的线性三相不平衡配电系统潮流模型；引入母线块对建立的线性三相不平衡配电系统潮流模型的网络拓扑进行简化，形成简化后的多时段配电系统负荷恢复模型；对配电系统中的负荷进行分级并设定目标函数，并以不同权重系数下的负荷恢复量最大为目标，将约束条件结合目标函数得到考虑三相不平衡的多时段配网负荷恢复模型；采用商业求解器对建立的多时段配电系统负荷恢复模型进行优化求解，设计分布式全局信息获取方案用于不平衡配电网负荷恢复。

本发明再一个实施例中，本发明还提供了一种存储介质，具体为计算机可读存储介质(Memory)，所述计算机可读存储介质是终端设备中的记忆设备，用于存放程序和数据。可以理解的是，此处的计算机可读存储介质既可以包括终端设备中的内置存储介质，当然也可以包括终端设备所支持的扩展存储介质。计算机可读存储介质提供存储空间，该存储空间存储了终端的操作系统。并且，在该存储空间中还存放了适于被处理器加载并执行的一条或一条以上的指令，这些指令可以是一个或一个以上的计算机程序(包括程序代码)。需要说明的是，此处的计算机可读存储介质可以是高速RAM存储器，也可以是非不稳定的存储器(non-volatile memory)，例如至少一个磁盘存储器。

可由处理器加载并执行计算机可读存储介质中存放的一条或一条以上指令，以实现上述实施例中有关基于故障信息获取的不平衡配电网负荷恢复方法的相应步骤；计算机可读存储介质中的一条或一条以上指令由处理器加载并执行如下步骤：

基于配电系统中不同元件的特性，建立包含线性三相潮流模型，调压器和变压器模型以及ZIP负载和电容器组模型的线性三相不平衡配电系统潮流模型；引入母线块对建立的线性三相不平衡配电系统潮流模型的网络拓扑进行简化，形成简化后的多时段配电系统负荷恢复模型；对配电系统中的负荷进行分级并设定目标函数，并以不同权重系数下的负荷恢复量最大为目标，将约束条件结合目标函数得到考虑三相不平衡的多时段配网负荷恢复模型；采用商业求解器对建立的多时段配电系统负荷恢复模型进行优化求解，设计分布式全局信息获取方案用于不平衡配电网负荷恢复。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中的描述和所示的本发明实施例的组件可以通过各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。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，都属于本发明保护的范围。

本发明具体实施方式采用的IEEE123节点系统中，参见附图4。包含123个节点122条支路，分布式电源、调压器和变压器等重要元件的装设位置在图中标出，其中包含7个分布式电源、3个调压器、1个变压器以及85个负荷和4个电容器，同时将恢复的步数设定为7步。采用本发明后，可以通过建模和求解，得到配电系统网络结构以及负荷恢复的次序，如下表所示，其中负荷由字母“L”后跟下标和母线编号命名，电容器由字母“C”后跟下标和母线编号命名：

其中，每个独立的微网用{}^NO.表示，“NO.”为所形成的微网编号。

由此可见，采用本发明后，可以有效地得到多时段下配电网灾后的恢复次序，优先保证了重要负荷的供电，能够使得配电系统在灾后恢复过程中取得较好的效果。

综上所述，本发明一种基于故障信息获取的不平衡配电网负荷恢复方法，提出了一种三相不平衡配电系统的线性潮流模型，可适用于具有分布式电源、调压器、变压器、ZIP负载的网络中，通过对每类元件分别建模，得到三相不平衡系统下的线性模型；建立不平衡配电系统负荷恢复模型；设计了一种仅通过局部通信实现全局信息获取的分布式多智能体协调方案，可以保证极端灾害后的弹性通信需求，保证在故障期间尽可能多地对配电系统内的重要负荷持续供电。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。