[0037] 下面将结合本发明实施例中附图，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。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以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。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的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。
[0038] 如图1所示，为分布式电源恢复配网供电系统的示意图，系统中包括主网、配电网、供水网和分布式电源。飓风、地震等极端灾害在使主网与配电网断开时，也可能会使得配电网内部出现内部故障。当故障发生导致配电网大停电时，利用光伏、风力等分布式电源为配电网中的失电负荷快速恢复供电，是提升配电网韧性、降低停电损失的有效手段。本发明中，关键基础设施互联考虑了电‑水耦合作为关键基础设施互联代表，并以水泵为耦合元件，配电网中的负荷按其断电成本、社会影响等可以分为一、二、三级负荷，可以分别赋以权重系数为100、10、0.2，其中耦合负荷为一级负荷。
[0039] 请参阅图2，本实施例中提供的分布式电源选址定容优化系统，包括故障场景生成装置、选址定容方案生成装置、验证分析装置和选址定容方案输出装置，故障场景生成装置的数据输出端与选址定容方案生成装置相连接，选址定容方案生成装置的数据输出端与验证分析装置相连接，验证分析装置的数据输出端与选址定容方案输出装置相连接。
[0040] 故障场景生成装置用于模拟配电网中的随机内部故障，生成多个不同故障类型的故障场景，并将生成的故障场景输出给选址定容方案生成装置。
[0041] 选址定容方案生成装置主要用于根据设置的目标函数及约束条件，构建混合整数二阶锥规划模型，并分别得出各个故障场景下的选址定容方案，并将得出的选址定容方案输出给验证分析装置。也就是说，针对于每一个故障场景，都会对应生成一个选址定容方案。本实施例中，所述约束条件包括分布式电源约束条件、供水网约束条件和配电网约束条件。
[0042] 验证分析装置用于对选址定容方案生成装置输出的各个选址定容方案就那些验证分析，验证通过后再输出给选址定容方案输出装置。
[0043] 选址定容方案输出装置用于接收用户输入的选择项，并根据该选择项从多个选址定容方案中筛选出对应的一个选址定容方案。也就是说，由于选址定容方案生成装置会生成多个选址定容方案，因此，用户可以根据实际情况进行选择，更能满足用户的不同需求。即本发明一个系统可以针对多种场景提出选址定容方案，无需设计多个系统，因此可以提高选址定容方案输出的效率。
[0044] 下面将更具体地对系统中各个装置进行更细致的阐述。
[0045] （一）故障场景生成装置
[0046] 故障场景生成装置利用蒙特卡洛模拟配电网中的随机内部故障，并设置场景数为S，S为正整数，且S＞1，根据模拟概率是否大于设定阈值（例如0.5）生成不同故障场景。
[0047] 由于蒙特卡洛法是现有技术，本方案对于故障场景的生成方法没有创新设计，故此处对于故障场景的生成方法不做过多阐述。
[0048] （二）选址定容方案生成装置
[0049] 选址定容方案生成装置主要是利用MATLAB根据设置的目标函数及约束条件，构建混合整数二阶锥规划模型，并分别在各个故障场景下调用Gurobi求解器进行求解，得到各个故障场景下对应的选址定容方案。
[0050] 选址定容指的是分布式电源的安装位置（位于配电网的哪个节点）和容量（每台分布式电源的有功容量、无功容量是多少），模型中的位置是通过设置了逻辑变量0/1来表示，0表示不安装，1表示安装，容量就是求解得到的有功容量、无功容量，这些都是作为变量在目标函数和约束条件里给出。
[0051] 所述的目标函数为下表中公式：
[0052] (1)；
[0053] (2)；
[0054] 式中，Nn为系统节点集合；βj为0或1的变量，表示分布式电源安装情况，若某点布置分布式电源，则βj为1，反之为0；PDG,j、QDG,j分别表示系统所接分布式电源的实际总有功出力、无功出力。
[0055] 为了在实现基础恢复目标（至少恢复一、二级电力负荷及耦合负荷）的前提下，使配置分布式电源的经济成本最小化，目标函数如式（1）~（2）所示，f1、f2分别表示分布式电源的数量、容量。
[0056] 本方案中，不仅仅是考虑经济问题，而是同时考虑了供电的可靠性和安装的经济性，所设置的方向为最小化分布式电源的安装数量+容量，但在约束条件中包含了使恢复负荷最大化，也就是希望保证在满足供电要求的情况下，安装的分布式电源数量和容量能最小，因此具有更高的可靠性，更加符合实际需求。
[0057] 所述约束条件包括分布式电源约束条件、供水网约束条件和配电网约束条件。其中，分布式电源约束条件如下表中所示：
[0058] (3)；
[0059] (4)；
[0060] (5)；
[0061] (6)；
[0062] 式中，PDG, min、QDG, min 分别表示分布式电源总有功容量、总无功容量的最低限制，PDG, j、QDG, j 分别表示节点j的分布式电源总有功容量、总无功容量；Wj为配电网中节点j所接负荷的权重系数；Xj为0或1的变量，表示负荷恢复状态，若负荷被恢复，则Xj为1，反之为0；γ表示一级负荷(包括耦合负荷)与二级负荷的权重之和。
[0063] 式（3）（5）分别表示分布式电源的数量、实际有功容量、实际无功容量的约束；式~（6）表示分布式电源至少应恢复一级、二级电力负荷及耦合负荷。这些约束条件表明，当配电网与主网分离造成负荷失电时，存在满足条件的分布式电源恢复失电情况。优势在于：能够尽可能满足恢复失电负荷的同时，使得安装分布式电源的数量和容量最小化，在满足目标的同时尽可能节约成本。
[0064] 其中，供水网约束条件包括运行约束条件和水泵约束条件。所述运行约束条件为：
[0065] （7）；
[0066] （8）；
[0067] （9）；
[0068] （10）；
[0069] （11）；
[0070] （12）；
[0071] 式中，i、j分别表示供水网中任意节点；Nw为节点集合；Ew为支路集合；Qij、qi分别为管段ij的水流量及节点i的需水量；Qij,min为管段ij的水流量最小值，Qij,max为管段ij的水流量最大值；Hi、hi分别为节点i的压力水头及海拔高度，Hi,min为节点i的压力水头最小值，Hj、hj分别为节点j的压力水头及海拔高度；Δhij为支路ij的水头损失；fij为支路水头损失公式系数；cij为管段摩擦系数；lij、dij、sij分别为管段的长度、直径及横截面积；g为流体重力系数。
[0072] 式（7）表示供水网络的节点流量平衡；式（8）表示相邻节点的水头变化。式（9）为Darcy‑Weisbach公式表示的管道水头损失；式（10）表示公式中的系数；式（11）～（12）分别表示各管段流量和各节点压力水头的限制。
[0073] 普通供电恢复只考虑电力负荷，而本方案同时考虑了水负荷，也就是将电‑水耦合的关系考虑在内，上述约束条件为供水网的各项约束，可以保障供水网正常稳定运行。也就是说，通过上述各项约束条件，在保障供电的基础上也能够保障供水系统稳定运行。
[0074] 水泵约束条件为：
[0075] （13）；
[0076] （14）；
[0077] 式中，pp表示水泵有功功率；Δhp为水泵水头损失；Qp为水泵流量；Δt表示设定的一段时间，ρ为流体密度；ηp为水泵泵机效率； p为水泵转速相对于其额定转速的标幺值；hp、rp、np均为水泵参数，水泵参数由水泵厂家提供。
[0078] 式（13）表示水泵在某段时间（△t）内消耗的有功功率；式（14）表示水泵的水头损失。水泵的消耗功率是连接配电网和供水网的关键枢纽。
[0079] 水泵作为供水网中的重要组成部分，同时也是配电网中的功率元件，所以水泵是满足电‑水耦合的有效实现途径，本方案中，在考虑约束条件时将水泵满足的条件考虑在内，因此可以可靠保障水泵稳定正常运行，继而保障供水系统可靠运行。
[0080] 配电网约束条件包括潮流约束条件和安全约束条件。所述潮流约束条件为：
[0081] （15）；
[0082] （16）；
[0083] （17）；
[0084] （18）；
[0085] 式中，i、j、k分别表示配电网系统中任意节点；Nn为节点集合；Ee为支路集合；Sjk、Sij为线路传输功率；zij、zjk为线路阻抗；lij、ljk为线路传输电流的平方；Sj为节点j的注入功率；Sj,Dg为节点j所接分布式电源出力；Sj,load为节点j所接负荷功率；Sj,p为节点j所接水泵功率；αjk为0或1的变量，表示支路状态，当支路连通时该值取1，反之取0；M为设定的一很大的正整数，例如9999；vj、vk分别表示节点j、k电压的平方。
[0086] 式（15）表示潮流约束；式（16）表明当节点j只接负荷时，Sj为负荷功率的相反数；当节点j同时接有分布式电源与负荷时，Sj为分布式电源出力与负荷功率之差；其中，当节点j同时接有水泵时，Sj为分布式电源出力与负荷、水泵功率之差；公式（17）是欧姆定律和功率定义式的变形，当支路被恢复时满足该约束，否则不满足。
[0087] 潮流约束条件就是保证配电网能正常稳定运行，这是对配电网进行建模的必须步骤。本方案中，在传统潮流约束的基础上，对功率变形式进行了松弛化，大大提高了求解效率。也就是说，相比于现有技术，本方案可以大大地提高分布式电源选址定容的处理效率。
[0088] 式（18）为线路功率式变形所得，该约束为非线性等式，即非凸约束，运用松弛方法将其改为凸约束，可求得全局最优解，如式（19）所示。
[0089] （19）；
[0090] 安全约束的条件为：
[0091] （20）；
[0092] （21）；
[0093] 式中，Vj为节点电压；Vj,max、Vj,min分别表示节点电压的上限、下限；Ijk为线路传输电流；Ijk,max、Ijk,min分别表示线路传输电流的上限、下限。
[0094] 式（20）（21）分别表示节点电压、线路电流幅值约束，保证系统在安全状态下运~行，避免发生越限情况。
[0095] 在MATLAB软件中输入上述目标函数和各个约束条件，得到对应的规划模型。由于有部分决策变量限制为0或1的整数，因此规划模型为混合整数模型；且在配电网潮流约束中，将线路功率式进行了松弛化，因此规划模型最终为混合整数二阶锥规划模型。得到混合整数二阶锥规划模型后，再调用MATLAB中的Gurobi求解器进行求解，即可得到各个故障场景下选址定容方案。
[0096] （三）验证分析装置
[0097] 验证分析装置主要是对选址定容方案生成装置所生成的各个选址定容方案进行负荷恢复结果的验证与分析，目的在于验证选址定容方案的科学性、合理性。验证时，根据分布式电源的约束条件之一，即分布式电源至少应恢复一级、二级电力负荷及耦合负荷，因此，当观察到最后结果中的加权负荷恢复数≥一二级电力负荷+耦合负荷的加权负荷恢复数，即认为该结果满足要求，通过验证。
[0098] 因为在生成各个选址定容方案时，已经融入了目标函数和约束条件，所以一般而言验证都会通过的，因此验证分析装置也可以不需要，即验证分析装置作为可选部件，在本实施例中需要，在其他实施方案中也可以不需要。因此，在图2中，验证分析装置用虚线框进行区分表示。假设真的验证不通过，则需要对由目标函数和约束条件构成的模型进行调整，然后再次进行验证。
[0099] （四）选址定容方案输出装置
[0100] 选址定容方案输出装置主要是根据用户输入的选择项，从输出结果中选出符合实际需求的方案。如根据供电可靠性、建设经济性及故障严重性等，从输出结果中选出符合当前实际需求的规划方案。例如，若规划重点在于供电可靠性，则可选择所有结果中分布式电源总配置容量最小的方案；规划重点在于建设经济性，可选择所有结果中分布式电源总配置数量最小的方案；规划重点在于考虑故障严重性，可选择配电网内部随机故障最多的场景下生成的方案。当然地，除了规划重点作为选择项以外，也可以同时考虑故障场景，当然本实施例中对此不做限定。
[0101] 系统中各个装置执行的处理也可以参考图3，图3中的一个步骤代表一个装置的处理。
[0102] 本发明系统，通过故障场景生成装置、选址定容方案生成装置和选址定容方案输出装置相互配合，不仅使得输出的规划方案满足恢复供电的需求，而且还满足供水需求，即更加符合实际应用需求，更加优化。
[0103] 以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。
