一种基于SDN的配电网信息物理协同恢复方法及系统与流程

一种基于sdn的配电网信息物理协同恢复方法及系统
技术领域
1.本发明属于配电系统恢复力提升技术领域，具体涉及一种基于sdn的配电网信息物理协同恢复方法及系统。


背景技术：

2.电力系统是现代社会与经济运行的动力之源，其配电网系统的安全运行面临着日益增长的多重威胁。一方面，近年来洪水、高温、冰灾、飓风等极端天气灾害频发，给配电网系统的正常运行带来了极大挑战。另一方面，信息技术在智能电网的广泛应用使配电网极易受到信息层面故障影响。在通信网络故障情况时会降低配电网主站对一次设备的感知与控制能力，并可能引发物理层的连锁性故障。研究表明，极端事件中信息物理耦合故障会加速故障演变，扩大停电范围，增加电力系统的恢复难度。为提高配电网对上述信息
–
物理事件的弹性，减少极端事件给配电网及其用户带来的影响与损失，需制定配电网在信息
–
物理耦合故障下的协同恢复策略。
3.配电网弹性的核心在于灾害发生后迅速利用各类资源恢复用户电力供应。通过控制远动开关改变配电网拓扑结构，动态形成由分布式电源(distributed generation,dg)与储能设备供电的微电网，使电力供应有效适应极端灾害后负荷恢复的复杂故障场景，是电力恢复的重要手段之一。但既往配电网灾后微网重构的研究，往往忽视信息网络受损情况，认为远动开关的远程控制不受灾害影响，不符合配电网的实际受灾情形。由于空间上的耦合性，配电网的信息网络和物理网络在遭受灾害时往往同时受损。如2013年登陆我国广东沿海地区的台风“天兔”，不仅引发汕尾地区多条配电线路断线故障，而且破坏了大量电力通信光缆。而配电网主站对远动开关的控制高度依赖于通过通信网络对保护测量装置(保测装置)下发控制命令。当主站与某一保测装置通信中断时，即失去相关配电网拓扑结构的控制能力，因而影响负荷的恢复速度。因此，通信恢复是信息
–
物理耦合故障中配电网负荷快速恢复的前提。在配电网通信恢复方面，相关研究已提出大量恢复方案，但这些方案仅以信息网络恢复为目标，并未根据通信恢复对负荷恢复的作用进行决策。在通信网络资源受限时，现有方案难以恢复所有保测装置与主站间的通信链路，使得负荷的恢复性控制受到通信网络的恢复状态制约。此时，恢复哪部分通信节点，应当根据通信节点对负荷恢复作用进行优化决策。
4.解决上述问题需将信息
–
物理相互依赖特征纳入恢复决策过程。这种综合决策能力要求通信网络应灵活可靠并可集中控制，以配合负荷恢复时的拓扑控制。而软件定义网络(software defined networking,sdn)在该方面具有明显的技术优势。sdn技术将控制平面与数据平面相分离，打破了传统交换机中控制与转发功能的强耦合关系，使网络交换机变为简单的数据转发设备，并通过集中式控制器实时发出流表控制交换机间的路由路径，使通信链路灵活可控。现有基于sdn技术的配电网通信恢复研究未将配电网负荷恢复过程中的信息
–
物理耦合特性纳入考虑，难以帮助负荷实现最优恢复。


技术实现要素：

5.本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种基于sdn的配电网信息物理协同恢复方法及系统，用于解决配电网电力网络与通信网络在受灾时同时受损时的信息物理协同恢复的技术问题。
6.本发明采用以下技术方案：
7.一种基于sdn的配电网信息物理协同恢复方法，包括以下步骤：
8.s1、利用sdn技术获取配电网全局信息和测控装置运行状态数据，确定线路、母线和通信设备的受损情况；
9.s2、根据步骤s1得到的线路、母线信息，考虑通信设备状态对配电网拓扑控制的约束条件，以最大负荷价值为目标，建立灾后配电网的信息—物理耦合综合优化模型，使用启发式算法对灾后配电网的信息—物理耦合综合优化模型进行求解，得到信息物理耦合的恢复策略；
10.s3、根据步骤s2得到的信息物理耦合的恢复策略，通过sdn技术对配电网通信网络进行恢复；
11.s4、根据步骤s2得到的信息物理耦合的恢复策略，控制配电网进行拓扑重构形成多个微网以恢复负荷。
12.具体的，步骤s2中，灾后配电网的信息—物理耦合综合优化模型的约束条件包括节点数据流通约束、通信链路数据流通约束、通信网络的延时约束、配电网拓扑约束、配电网运行约束和通信恢复与配电网拓扑控制约束。
13.进一步的，节点数据流通约束为：
[0014][0015]
mi＝h
cn,t,i
[0016]
mi≤s
cn,i
[0017][0018]
l
cn,i
≤l
cn,i,max
[0019]
其中，d
cl,z,x
＝1与d
cl,z,y
＝-1分别表示链路z＝(x,y)上数据由节点x流入链路z、由链路z流入节点y；c
cn,x
和c
cl,z
为通信节点x与通信链路z所消耗带宽；nc为由主站控制中心、负责数据汇聚的网络交换机、集中转发数据的数据集中器和母线处安装的保测装置组成的通信节点集合；s
cl,z
为灾后通信链路z的工作状态；f
cn,i
为与通信节点i连接的链路集合；mi为保测装置的通信状态；l
cn,i
和l
cn,i,max
为通信节点i已使用数据带宽及其带宽上限；o
x
为保测装置x与主站通信所需通信带宽；h
cn,x,i
用于表示来自保测装置i的通信数据是否通过通信节点x，1表示流入该节点，-1表示流出该节点，0表示未流经该节点。
[0020]
进一步的，通信链路数据流通约束为：
[0021]scl,k
·
(-m)≤c
cl,k
≤s
cl,k
·m[0022][0023]
l
cl,z
≤l
cl,z,max
[0024]
其中，m为极大值，s
cn,x
为灾后通信节点x的工作状态，l
cl,z
和l
cl,z,max
为通信链路z已被使用数据带宽及其带宽上限。
[0025]
进一步的，通信网络的延时约束为：
[0026]
[e
cn,x,i-(h
cn,x,i
·dcl,k
)-0.5
·
(h
cn,x,i
+1)
·dcn,i
+(1-|h
cl,x,k
|)
·
(-m)]
[0027]
≤[e
cn,x,j-0.5
·
1-h
cl,x,k
)
·
dcn,j
]
[0028]
≤[e
cn,x,i-(h
cn,x,i
·dcl,k
)-0.5
·
(h
cn,x,i
+1)
·dcn,i
+(1
[0029]-|h
cl,x,k
|)
·
m]
[0030]ecn,i,i
≤e
cn,i,max
[0031]
其中，e
cn,x,i
为保测装置x在通信节点i处与主站的端到端延时；d
cl,k
为链路k的数据传输延时；d
cn,i
为节点i的数据转发延时。
[0032]
进一步的，配电网拓扑约束为：
[0033]slp,k
≤s
l,k
[0034]
t
l,k
≤s
l,k
[0035]-m
·
t
l,k
≤f
l,k
≤m
·
t
l,k
[0036]-m
·
(1-t
l,k
)+f
n,j
≤f
n,i
≤m
·
(1-t
l,k
)+f
n,j
[0037][0038][0039][0040]
其中，s
lp,k
表示电力线路k在配电网恢复前的分合状态；s
l,k
表示母线i与线路k的工作状态；t
l,k
为主站对线路k分合的决策变量；f
l,k
为流经线路k的单商品流；f
n,i
为母线节点i的单位商品需求；fi为节点i相连的线路集合；f
g,r
为电源向配电网注入的单商品流；常数d
k,i
＝1与d
k,j
＝-1表示功率在电力线路k＝(i,j)上由节点i流入线路k、由线路k流入节点j，n为母线节点集合；g为电源节点集合；l为电力线路集合。
[0041]
进一步的，配电网运行约束为：
[0042]
p
l,k
≤p
l,k,max
[0043]ql,k
≤q
l,k,max
[0044]-m
·
t
l,k
≤p
l,k
≤m
·
t
l,k
[0045]-m
·
t
l,k
≤q
l,k
≤m
·
t
l,k
[0046]
[0047][0048][0049][0050]vi
＝v
ref
,i∈g
[0051]
0.9
·vref
≤vi≤1.1
·vref
[0052][0053]bload,i
≤f
n,i
[0054]
其中，vi为节点i电压，v
ref
为配电网参考电压；p
l,k
、q
l,k
为流经线路k有功与无功功率；p
l,max
、q
l,max
为配电网线路k有功、无功功率上限；d
k,i
＝1表示功率在电力线路k＝i上由节点i流入线路k，rk、xk为线路k的电阻与电抗；f
n,i
为母线节点i的单位商品需求；fi为节点i相连的线路集合；b
load,i
为母线节点i与其负荷间均装设的负荷开关状态，1表示闭合，0表示断开；p
load,i
与q
load,i
为母线节点i的有功、无功负荷大小。
[0055]
进一步的，通信恢复与配电网拓扑控制约束为：
[0056]
[s
lp,k-(mi+mj)]≤t
l,k
≤[s
lp,k
+0.5
·
(mi+mj)]
[0057]
其中，s
lp,k
为电力线路k在配电网恢复前的分合状态。
[0058]
具体的，步骤s2中，灾后配电网的信息—物理耦合综合优化模型的目标函数为：
[0059][0060]
其中，wi为母线节点i负荷权重；w
load
为配电网负荷恢复总价值，p
load,i
为母线节点i的有功负荷大小，b
load,i
为母线节点i与其负荷间均装设的负荷开关状态。
[0061]
第二方面，本发明实施例提供了一种基于sdn的配电网信息物理协同恢复系统，包括：
[0062]
数据模块，利用sdn技术获取配电网全局信息和测控装置运行状态数据，确定线路、母线和通信设备的受损情况；
[0063]
耦合模块，根据数据模块得到的线路、母线信息，以最大负荷价值为目标，建立灾后配电网的信息—物理耦合综合优化模型，使用启发式算法对灾后配电网的信息—物理耦合综合优化模型进行求解，得到信息物理耦合的恢复策略；
[0064]
通信恢复模块，根据耦合模块得到的信息物理耦合的恢复策略，通过sdn技术对配电网通信网络进行恢复；
[0065]
负荷恢复模块，根据耦合模块得到的信息物理耦合的恢复策略，控制配电网进行拓扑重构形成多个微网以恢复负荷。
[0066]
与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：
[0067]
一种基于sdn的配电网信息物理协同恢复方法，考虑配电网受灾时通信网络和物理元件由于空间上的耦合性从而同时受损的情况，通过恢复测控装置的通信链路，从而恢复主站对远动开关的控制能力；再通过控制远动开关的分合，将配电网形成以多个分布式电源为中心的配电网来恢复负荷供应；配电网信息物理协同恢复方法可以应用于配电网灾后通信路径的恢复和负荷恢复，为抢修部门提供参考建议。
[0068]
进一步的，基于节点数据流通约束、通信链路数据流通约束、通信网络的延时约束建立基于sdn技术的配电网通信网络恢复模型，实现配电网通信网络灾后恢复；基于配电网拓扑约束、配电网运行约束建立配电网负荷恢复模型，实现配电网灾后负荷的快速恢复；进一步通过通信恢复与配电网拓扑控制约束将配电网通信网络恢复模型与配电网负荷恢复模型耦合起来建立配电网信息物理协同恢复模型，进而求解配电网信息物理协同恢复方案。
[0069]
进一步的，通过设定节点与链路的流通向量变量，建立节点数据流通约束，从而将数据在节点及其相连链路中的流通关系具体化。
[0070]
进一步的，建立通信链路数据流通约束，将链路流通数据与链路带宽建立线性关系，实现通信链路带宽资源的灵活分配。
[0071]
进一步的，使用节点与链路的延时约束对保测设备数据的具体传递延时进行判断，从而保障通信恢复方案的有效性。
[0072]
进一步的，通过建立配电网拓扑约束，控制微电网形成辐射状拓扑结构。
[0073]
进一步的，通过建立配电网运行约束，对配电网节点与支路的电压进行了限制，从而保障电力传输的有效性。
[0074]
进一步的，创新性提出通信恢复与配电网拓扑控制约束，将线路状态、通信设备状态和通信资源限制相关联实现了信息
–
物理恢复的协同规划。
[0075]
进一步的，结合负荷大小、负荷权重系数建立了信息物理协同恢复模型的目标函数，从而使所求取的协同恢复方案在发电机容量有限时，在尽可能恢复最大负荷的前提下，优先恢复更重要等级负荷。
[0076]
可以理解的是，上述第二方面的有益效果可以参见上述第一方面中的相关描述，在此不再赘述。
[0077]
综上所述，本发明通过通信网络与物理元件的相互依赖性，使用sdn技术的路由灵活性为配电网通信网络在有限的通信资源下按照负荷恢复需求恢复中断的通信链路，进而恢复对远动开关的控制能力，从而控制配电网拓扑形成多个以分布式电源为中心的微电网，实现更有效的负荷恢复。
[0078]
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
[0079]
图1为负荷恢复中线路分合和通信状态的耦合关系图，其中，(a)为线路闭合过程最低通信要求，(b)为线路跳闸过程最低通信要求；
[0080]
图2为配电网负荷恢复中的微网形成启发式方法流程图；
[0081]
图3为环状通信网络的恢复性链路说明图，其中，(a)为传统配电网通信网络架构，(b)为基于sdn的环状配电网通信架构；
[0082]
图4为ieee 33节点灾后负荷恢复算例图；
[0083]
图5为ieee 33节点通信网络结构与故障情况图；
[0084]
图6为ieee33节点算例的四种算法的负荷恢复结构图，其中，(a)为olra算法的负荷恢复结果，(b)sclra为算法的负荷恢复结果，(c)为iclra算法的负荷恢复结果，(d)为hiclra算法的负荷恢复结果；
[0085]
图7为ieee 123节点灾后负荷恢复算例图；
[0086]
图8为ieee 123节点通信网络结构与故障情况图；
[0087]
图9为ieee 123节点算例的四种算法的负荷恢复结构图，其中，(a)为olra算法的负荷恢复结果，(b)sclra为算法的负荷恢复结果，(c)为iclra算法的负荷恢复结果，(d)为hiclra算法的负荷恢复结果。
具体实施方式
[0088]
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。
[0089]
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。
[0090]
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。
[0091]
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，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，本发明中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
[0092]
应当理解，尽管在本发明实施例中可能采用术语第一、第二、第三等来描述预设范围等，但这些预设范围不应限于这些术语。这些术语仅用来将预设范围彼此区分开。例如，在不脱离本发明实施例范围的情况下，第一预设范围也可以被称为第二预设范围，类似地，第二预设范围也可以被称为第一预设范围。
[0093]
取决于语境，如在此所使用的词语“如果”可以被解释成为“在
……
时”或“当
……
时”或“响应于确定”或“响应于检测”。类似地，取决于语境，短语“如果确定”或“如果检测(陈述的条件或事件)”可以被解释成为“当确定时”或“响应于确定”或“当检测(陈述的条件或事件)时”或“响应于检测(陈述的条件或事件)”。
[0094]
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。
[0095]
本发明提供了一种基于sdn的配电网信息物理协同恢复方法，通过综合考虑信息与物理的约束情况，给出了配电网极端事件下的有效应对策略；考虑物理架构的恢复需求与通信网络资源的限制条件以充分发挥分布式电源对配电网的负荷恢复效果；将线路状态、通信设备状态和通信资源限制条件相关联，建立通信与配电网控制的耦合约束，实现信息
–
物理恢复的协同规划。通过使用启发式的恢复性算法，提升了配电网恢复速度。
[0096]
本发明一种基于sdn的配电网信息物理协同恢复方法，包括以下步骤：
[0097]
s1、主站通过利用sdn技术逐个尝试与测控装置恢复通信获取配电网全局信息和测控装置运行状态数据，并确定线路、母线和通信设备的受损情况；
[0098]
采用基于sdn技术的配电网环形网络通信结构，使得配电网主站能够实时控制通信网络的路由路径，使通信网络具有恢复功能。不同于传统网络的树状结构，环状网络将交换机环接，增加了通信链路的可选择性。其对传统通信网络的改造范围极小，只涉及交换机间环状链路的增加。环状网络在控制和管理方面具有较好的适应性和可扩展性，有助于实现高效灵活的通信信息传输，并在故障条件下仍能保持较高的数据吞吐量。sdn技术被广泛应用于智能电网变电站自动化监控系统、电动汽车能量管理系统、电力系统云和物联网系统，为智能电网提供安全防护、数据隔离和故障恢复功能。sdn网络控制器具有逻辑集中控制能力，能够获取信息的全局视图，动态配置下属交换机和路由器流表，识别、处理故障链路与错误数据包，从而适应不断变化的网络业务需求。上述功能使得sdn网络极其适用于信息物理耦合恢复中的通信需求。当通信链路或转发设备出现故障时，基于sdn技术和环形通信架构的通信网络可以选择替代链路恢复通信，使得路由的可恢复性大大增加。对于存在备用恢复路径的通信网络结构，通信恢复即为在主站和保测装置间重新建立通信链路，可视为保测装置节点与主站节点之间的单源拓扑路径问题，并应基于保测装置节点的负荷恢复价值与消耗的通信资源进行优化决策。
[0099]
s2、根据步骤s1中得到的配电网母线与线路信息、远动开关的开合状态、通信网络的结构与带宽、延时约束，以及配电网通信与远动开关控制的相互依赖约束，以最大负荷价值为目标，建立灾后配电网的信息—物理耦合综合优化模型，对综合优化模型进行求解得出信息物理耦合的恢复策略；
[0100]
将信息物理协同恢复决策建模为混合整数线性规划(mixed-integer linear programming,milp)模型。将上述通信恢复与物理恢复耦合建立为协同恢复决策的milp模型，从而使灾后配电网负荷恢复在通信资源受限的情况下通过适当通信恢复达到最佳效果。
[0101]
节点数据流通约束如下：
[0102]
式(1)与(2)为转发节点数据约束，即对于任意转发节点i，其流入、流出的通信数据向量之和应为0，且流经该转发节点的数据向量c
cn,i
应为其流入、流出数据向量绝对值的一半。
[0103]
[0104][0105]
式(3)与(4)为保测装置节点的通信状态约束，即一台保测装置的通信是否正常取决于主站能否接收到该装置发送的数据，而故障的保测装置节点无法与主站进行数据交互。
[0106]
mi＝h
cn,t,i
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)
[0107]
mi≤s
cn,i
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(4)
[0108]
式(5)与(6)为通信节点带宽约束，即通信节点已使用带宽，等于流经该节点通信数据消耗带宽之和，且不可超过该节点的带宽上限。
[0109]
l
cn,i
＝∑
x∈nox
·hcn,x,i
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(5)
[0110]
l
cn,i
≤l
cn,i,max
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(6)
[0111]
其中，定义常数d
cl,k,i
＝1与d
cl,k,j
＝-1分别表示数据在链路k＝(i,j)上由节点i流入链路k、由链路k流入节点j；f
nc,i
为与通信节点i连接的链路集合；mi为保测装置的通信状态；l
cn,i
和l
cn,i,max
为通信节点i已使用数据带宽及其带宽上限；o
x
为保测装置x与主站通信所需通信带宽。
[0112]
通信链路数据流通约束如下：
[0113]
式(7)为通信链路状态的限制条件，即仅允许正常工作的链路进行数据流通。
[0114]scl,k
·
(-m)≤c
cl,k
≤s
cl,k
·mꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(7)
[0115]
式(8)和(9)为通信链路的带宽约束，即通信链路已使用带宽等于流经该链路通信数据消耗的带宽之和，且不可超过其数据带宽上限。
[0116][0117]
l
cl,z
≤l
cl,z,pax
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(9)
[0118]
其中，m为极大值；s
nc,i
和s
lc,k
为灾后通信节点i与通信链路k的工作状态，1表示工作正常，0表示故障损坏；l
cl,k
和l
cl,k,max
为通信链路k已被使用数据带宽及其带宽上限。
[0119]
通信网络的延时约束如下：
[0120]
式(10)表示保测装置通信数据延时约束，若保测装置x的通信数据从通信节点i通过链路k＝(i,j)传输到节点j，那么节点j处数据x与主站的端到端延时，应为节点i处数据x与主站的端到端延时、节点j的数据转发延时与链路k的数据传输延时之和。
[0121]
[e
cn,x,i-(h
cn,x,i
·dcl,k
)-0.5
·
(h
cn,x,i
+1)
·dcn,i
+(1-|h
cl,x,k
|)
·
(-m)]≤
[0122]
[e
cn,x,j-0.5
·
(1-h
cl,x,k
)
·dcn,j
]≤[e
cn,x,i-(h
cn,x,i
·dcl,k
)-0.5
·
(h
cn,x,i
+1)
·dcn,i
+
[0123]
(1-|h
cl,x,k
|)
·
m]
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(10)
[0124]
式(11)为保测装置的延时上限约束，即定义主站为数据发送端、保测装置为接收端，模型在保测装置处判断接收数据延时是否符合iec61850的通信规范限制。
[0125]ecn,i,i
≤e
cn,i,max
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(11)
[0126]
其中，e
cn,x,i
为保测装置x在通信节点i处与主站的端到端延时；d
cl,k
为链路k的数据传输延时；d
cn,i
为节点i的数据转发延时。
[0127]
配电网拓扑约束如下：
[0128]
式(12)与(13)为线路保护约束，即故障线路与母线会被保测装置切除以保护配电
网；
[0129]slp,k
≤s
l,k
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(12)
[0130]
t
l,k
≤s
l,k
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(13)
[0131]
式(14)与(15)为线路商品流通约束，即仅闭合线路允许商品流通，且闭合线路两端节点状态相同；
[0132]-m
·
t
l,k
≤f
l,k
≤m
·
t
l,k
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(14)
[0133]-m
·
(1-t
l,k
)+f
n,j
≤f
n,i
≤m
·
(1-t
l,k
)+f
n,j
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(15)
[0134]
式(16)与(17)为节点商品流平衡约束，即流出节点商品流之和恒为0；
[0135][0136][0137]
式(18)为辐射状拓扑约束，以防止形成环状结构并确保单个微电网只存在一个分布式电源。
[0138]
∑
i∈nfn,i-∑
r∈gfg,r
＝∑
k∈l
t
l,k
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(18)
[0139]
其中，s
lp,k
表示电力线路k在配电网恢复前的分合状态，1代表闭合，0代表断路。s
n,i
与s
l,k
表示母线i与线路k的工作状态，1表示工作正常，0表示故障状态。t
l,k
为主站对线路k分合的决策变量，0表示分开，1表示闭合；f
l,k
为流经线路k的单商品流；f
n,i
为母线节点i的单位商品需求，0表示未满足，1表示满足；fi为节点i相连的线路集合；f
g,r
为电源向配电网注入的单商品流。
[0140]
配电网运行约束如下：
[0141]
式(19)与(20)为线路功率上限约束；
[0142]
p
l,k
≤p
l,k,max
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(19)
[0143]ql,k
≤q
l,k,max
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(20)
[0144]
式(21)与(22)为线路功率流通约束；
[0145]-m
·
t
l,k
≤p
l,k
≤m
·
t
l,k
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(21)
[0146]-m
·
t
l,k
≤q
l,k
≤m
·
t
l,k
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(22)式(23)、(24)、(25)、(26)为节点功率平衡约束；
[0147][0148][0149][0150][0151]
式(27)、(28)、(29)为节点电压约束；
[0152]vi
＝v
ref ,i∈g
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(27)
[0153]
0.9
·vref
≤vi≤1.1
·vref
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(28)
[0154]
[0155]
式(30)为负荷接入约束，即只有接入电网的母线节点可选择是否接入其所连接负荷。配电网负荷恢复的控制过程中，一条线路可能处于断开或闭合的初始状态，而不同状态对通信恢复的需求不同。
[0156]bload,i
≤f
n,i
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(30)
[0157]
其中，vi为节点i电压；v
ref
为配电网参考电压；p
l,k
、q
l,k
为流经线路k有功与无功功率；p
l,max
、q
l,max
为配电网线路有功、无功功率上限；定义常数d
k,i
＝1与d
k,j
＝-1表示功率在电力线路k＝(i,j)上由节点i流入线路k、由线路k流入节点j；rk、xk为线路k的电阻与电抗。
[0158]
通信恢复与配电网拓扑控制约束如下：
[0159]
[s
lp,k-(mi+mj)]≤t
l,k
≤[s
lp,k
+0.5
·
(mi+pj)]
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(31)
[0160]
首先，若欲断开一个原本闭合的线路k＝(i,j)，其两端母线节点保测装置至少有一台需受主站控制；
[0161]
其次，若欲闭合一条原本断开的线路，其两端保测装置都应与主站通信正常。换句话说，两端节点都失去控制时线路的状态保持不变，两个端节点都受到控制才可使断开线路闭合，图1说明了上述情况。根据线路初始状态和两端通信节点的通信状态，可以将电力线路的分合控制范围归纳为表1所示的6种情形，并将其总结为式(31)。
[0162]
表1负荷恢复中线路分合和通信状态的耦合关系
[0163][0164]
综合优化模型的目标函数如下：
[0165]wload
＝∑
i∈nbload,i
·
p
load,i
·
wiꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(32)
[0166]
其中，wi为母线节点i负荷权重；w
load
为配电网负荷恢复总价值。根据负荷类型设定了不同负荷权重系数；此模型目标是恢复最大负荷价值。
[0167]
采用启发式算法以对上述模型快速求解，并将其与三种其他恢复算法进行了比较，验证了其综合性能。此外，由于配电网的结构复杂、元件多样，且通信网络数据路由选择问题涉及设备量大，若运用数学求解器求取上述决策模型的全局最优解，其计算耗时长，响应速度慢。该算法易于部署，能够在耗时较短的前提下得出模型负荷恢复的近似最优方案，从而保证恢复决策的实时性。基于sdn技术和环形通信网络提出了启发式配电网灾后恢复算法，通过综合考虑信息与物理的约束情况，给出了配电网极端事件下的有效应对策略。考
虑了物理架构的恢复需求与通信网络资源的限制条件以充分发挥分布式电源对配电网的负荷恢复效果。将线路状态、通信设备状态和通信资源限制条件相关联，建立了通信与配电网控制的耦合约束，实现了信息
–
物理恢复的协同规划。通过使用启发式的恢复性算法，提升了配电网恢复方案的求解速度。
[0168]
s3、根据步骤s2中获得的耦合恢复策略，对通过sdn技术配电网通信网络进行恢复。
[0169]
s4、根据步骤s2中获得的耦合恢复策略，控制配电网进行拓扑重构形成多个微网以恢复负荷。
[0170]
请参阅图2，展示了信息物理协同恢复启发式算法具体流程，该算法的核心思想是根据分布式电源和配电网的结构状态，考虑通信资源限制、配电网运行约束与耦合恢复控制约束，在当前配电网结构可恢复的母线节点中，寻找负荷价值(负荷量与负荷系数乘积)最大节点将其接入微电网，通过循环判断直至无节点可接入微电网以保证生成结构的最大化。其算法步骤如下：
[0171]
1)物理和通信情况分类：将当母线节点与线路分为故障、断开与闭合三类集合；将通信节点与通信链路分为故障和正常两类集合。
[0172]
2)通信资源计算：根据配电网通信网络架构，得出网络链路与节点带宽资源与传输、转发延时。
[0173]
3)负荷恢复节点寻找：基于当前配电网结构情况寻找负荷恢复母线节点。判断是否存在一端母线节点失电、另一端接入微电网的断开线路，若存在，则继续下一步判断是否能恢复负荷；若不存在，则停止寻找进入步骤8。
[0174]
4)通信恢复链路判断：基于通信网络架构判断上述线路两端保测装置节点能否利用通信资源恢复通信，若能则进行下一步；若不能则跳过该节点，返回步骤3寻找其他节点。
[0175]
5)恢复方案记录：若步骤4可行，则将其恢复的母线节点及其所需通信资源录入数据库，并在后续延伸判断过程中设定该节点恢复通信所需的路径与带宽均已使用，进行下一步寻找此点的延伸节点。
[0176]
6)节点延伸判断：判断延伸节点数量n为多少。若n＝3(延伸节点数量设定值)，则停止寻找，将方案记录为数据库备选选项，返回步骤3；若n《3，则进行下一步继续寻找延伸节点。
[0177]
7)判断是否存在与已恢复节点经一条断开线路相连的其他失电节点。若不存在，则返回步骤3；若存在，则进入步骤4对该点进行恢复判断。
[0178]
8)根据数据库所有恢复方案选择出性价比最高的一个方案，将其恢复的母线节点、通信节点、链路与带宽损耗记录到恢复方案中，设定其消耗资源已使用且节点负荷已恢复，清除数据库并再次回到步骤3进行下一轮恢复链路寻找。若数据库记录中找不到最佳恢复方案，则寻找恢复过程结束，输出完整恢复方案。
[0179]
对恢复过程中部分步骤的备注如下：
[0180]
a.由于环状通信网络中，通信恢复链路过程存在图2中向左、向右、跨越交换机进行传输等多种路径。因此步骤4每次进行通信恢复策略时会随机生成一个0～1的常数β。根据其取值范围决定通信恢复路径的优先尝试方向。例如，0≤β《0.5首先尝试故障设备对应交换机左侧交换机恢复链路；0.5≤β≤1.0首先尝试右侧交换机恢复链路。由此避免某侧链
路带宽因固定计算方法而较早耗尽，以致后续设备无剩余带宽恢复通信。
[0181]
b.使用节点延伸方案是为了解决如图5案例中较高负荷价值节点处于较低负荷价值节点后端的情况。图中恢复母线节点2能恢复较大负荷，但其恢复前提是前端节点3恢复电力供应。因节点3的负荷为0，若进行单个母线节点恢复价值判断时，在资源受限的情况下会因其恢复价值小而不被选择，从而限制了节点2负荷恢复选择性，最终难以实现配电网负荷恢复的价值最大化。
[0182]
本发明再一个实施例中，提供一种基于sdn的配电网信息物理协同恢复系统，该系统能够用于实现上述基于sdn的配电网信息物理协同恢复方法，具体的，该基于sdn的配电网信息物理协同恢复系统包括数据模块、耦合模块、通信恢复模块以及负荷恢复模块。
[0183]
其中，数据模块，利用sdn技术获取配电网全局信息和测控装置运行状态数据，确定线路、母线和通信设备的受损情况；
[0184]
耦合模块，根据数据模块得到的线路、母线信息，考虑通信设备状态对配电网拓扑控制的约束条件，以最大负荷价值为目标，建立灾后配电网的信息—物理耦合综合优化模型，使用启发式算法对灾后配电网的信息—物理耦合综合优化模型进行求解，得到信息物理耦合的恢复策略；
[0185]
通信恢复模块，根据耦合模块得到的信息物理耦合的恢复策略，通过sdn技术对配电网通信网络进行恢复；
[0186]
负荷恢复模块，根据耦合模块得到的信息物理耦合的恢复策略，控制配电网进行拓扑重构形成多个微网以恢复负荷。
[0187]
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 processing unit，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 gate array，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sdn的配电网信息物理协同恢复方法的操作，包括：
[0188]
利用sdn技术获取配电网全局信息和测控装置运行状态数据，确定线路、母线和通信设备的受损情况；根据线路、母线信息，考虑通信设备状态对配电网拓扑控制的约束条件，以最大负荷价值为目标，建立灾后配电网的信息—物理耦合综合优化模型，使用启发式算法对灾后配电网的信息—物理耦合综合优化模型进行求解，得到信息物理耦合的恢复策略；根据信息物理耦合的恢复策略，通过sdn技术对配电网通信网络进行恢复；根据信息物理耦合的恢复策略，控制配电网进行拓扑重构形成多个微网以恢复负荷。
[0189]
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。
[0190]
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sdn的配电网信息物理协同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：
[0191]
利用sdn技术获取配电网全局信息和测控装置运行状态数据，确定线路、母线和通信设备的受损情况；根据线路、母线信息，考虑通信设备状态对配电网拓扑控制的约束条件，以最大负荷价值为目标，建立灾后配电网的信息—物理耦合综合优化模型，使用启发式算法对灾后配电网的信息—物理耦合综合优化模型进行求解，得到信息物理耦合的恢复策略；根据信息物理耦合的恢复策略，通过sdn技术对配电网通信网络进行恢复；根据信息物理耦合的恢复策略，控制配电网进行拓扑重构形成多个微网以恢复负荷。
[0192]
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。
[0193]
本发明考虑通信网络与物理元件的相互依赖性，使用sdn技术的路由灵活性为配电网通信网络在有限的通信资源下按照负荷恢复需求恢复中断的通信链路，进而恢复对远动开关的控制能力，从而控制配电网拓扑形成多个以分布式电源为中心的微电网，实现更有效的负荷恢复。此外，由于配电网的结构复杂、元件多样，且通信网络数据路由选择问题涉及设备量大，若运用数学求解器求取上述决策模型的全局最优解，其计算耗时长，响应速度慢。因此本发明提出使用一个启发式计算方法计算上述模型；本发明方法易于部署，能够在耗时较短的前提下得出模型负荷恢复的近似最优方案，从而保证恢复决策的实时性。
[0194]
请参阅图3，给出了基于sdn的配电网通信网络恢复的示意图，配电通信网络交换机使用环形链路连接，配备有sdn控制器，从而能够实时控制数据的路由路径，在通信网络故障时，由控制器向交换机下发路由表控制路由实现网络的可恢复性。
[0195]
为了验证本发明方法的有效性，本发明基于ieee 33节点馈线系统和ieee 123节点馈线系统两个案例对方法进行了测试。此外，本发明根据负荷类型设定了不同负荷权重系数，负荷根据其类别在灾害恢复时的价值不同。
[0196]
为了体现本发明的优点，该案例使用本发明方法与三种其他方法进行比较。
[0197]
1.仅负荷恢复算法(only load recovery algorithm，olra)：
[0198]
在不恢复通信网络的情况下进行负荷恢复以求最大目标函数。
[0199]
2.通信与负荷分开恢复算法(separated communication and load recovery algorithm sclra)：
[0200]
将通信恢复和负荷恢复分开考虑。首先以最大数量通信节点为目标进行通信恢
复；随后在此基础上进行负荷恢复以求最大目标函数。
[0201]
3.通信恢复和负荷恢复耦合算法(integrated communication and load recovery algorithm，iclra)：
[0202]
通信恢复和物理恢复基于上述耦合约束条件通过求解器求取目标函数全局最优解。
[0203]
4.通信物理协同恢复启发式算法(heuristic integrated communication and load recovery algorithm，hiclra)：
[0204]
基于上述信息物理协同的启发式算法计算流程进行负荷恢复，求解最大目标函数。
[0205]
算法4即为本发明提出的启发式方法；综合比较上述四种算法的负荷恢复结果、计算耗时性能，从而验证了本发明所提出算法的计算性能。
[0206]
实施例1
[0207]
33节点模型主供电源在节点1处，系统在节点15、22、23和33分别装设有分布式电源，线路2-3、2-19、5-6、8-9、11-12、16-17、17-18、19-20和母线6、11、17、19因受灾而故障，请参阅图4。另有测控装置17、19和数据集中器3与交换机1与数据集中器1之间链路因灾害而故障，请参阅图5。分布式电源的容量、通信网络的带宽、延时条件均可从图4与5获得，其负荷权重系数如表2所示。
[0208]
表2ieee 33节点负荷权重系数
[0209][0210]
实施例2
[0211]
123节点模型主供电源在节点150处，系统在节点1954、251、350、451、610分别装设有分布式电源，线路8-9、8-13、18-19、13-34、52-53、52-152、57-58、58-59、64-65、65-66、113-114和母线9、13、37、46、52、57、58、59、64、65、113、114、152、因受灾而故障，请参阅图7。另有测控装置9、13、33和数据集中器1与主站、交换机5与数据集中器2、交换机7与数据集中器3之间链路因灾害而故障，请参阅图8。分布式电源的容量、通信网络的带宽、延时条件均从图7与图8获得，其负荷权重系数如表3所示。
[0212]
表3ieee 123节点负荷权重系数
[0213][0214]
实施例2对案例1节点数量进行了复杂化，体现了算法的可扩展性。通过两个案例的计算结果对比，可以得到先进应急通信技术在配电网恢复过程中的恢复力提升作用。
[0215]
具体执行步骤如下：
[0216]
对于实施例1与实施例2，输入系统原始数据，求解如下优化问题：
[0217][0218]
实施例1使用了上述四种算法对其进行计算，其负荷恢复结果如表4与图5所示，将olra和sclra算法结果进行比较，发现sclra算法负荷恢复显著提升，说明通信恢复可以有效提升负荷恢复效果。但因sclra算法在通信恢复时未考虑通信恢复节点对负荷的恢复作用，故其恢复效果不如iclra与hiclra算法。iclra算法作为全局最优算法，能得出最优耦合恢复方案，但是其算法涉及变量数量大，计算时耗时较久。而hiclra算法能以极快的速度计算出近似最优恢复方案，从而在灾害发生后快速提供应对决策。总而言之，信息物理协同恢复的启发式算法综合性能最佳。
[0219]
表4ieee 33节点案例四种算法负荷恢复结果和计算耗时
[0220][0221]
实施例2也使用了上述四种算法对其进行计算，其负荷恢复结果如表5与图9所示。与其他算法相比，使用求解器求解的iclra算法负荷恢复结果最佳，但其计算耗时长。而启发式算法hiclra在极短时间内得出近似最优的恢复方案，使得配电网在受灾后快速做出响应，从而提升了配电网对灾害的抵抗与适应能力。
[0222]
表5ieee 123节点案例四种算法负荷恢复结果和计算耗时
[0223][0224]
综上所述，本发明一种基于sdn的配电网信息物理协同恢复方法及系统具有以下特点：
[0225]
1、灾害下利用sdn技术提升配电网态势感知能力的优化决策技术，实现了在部分网络设备受损或失电导致通信设备链路不可用情况下最大化恢复配电网的状态感知能力，保障了灾后信息获取和指令传达的可靠性。
[0226]
2、配电网恢复过程中考虑了配电自动化通信网络恢复和负荷恢复操作的信息物理耦合特性，借助基于sdn技术的环形网络保障了恢复过程中的信息可靠传输和指令的传达，使得自动化终端设备依靠分布式电源快速恢复负荷供电，有效提升配电网恢复力。
[0227]
3、模型中引入启发式计算方法，从而在极快时间计算出配电网的近似全局最优的恢复方案，从而快速应对灾害，提升配电网的弹性。
[0228]
4、可变时间步长法的配电网恢复优化模型减少了固定步长法配电网恢复模型的时间维度计算复杂度，提高了计算性能。
[0229]
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，仅以上述各功能单元、模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能单元、模块完成，即将所述装置的内部结构划分成不同的功能单元或模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。实施例中的各功能单元、模块可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中，上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。另外，各功能单元、模块的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本技术的保护范围。上述系统中单元、模块的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
[0230]
在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述或记载的部分，可以参见其它实施例的相关描述。
[0231]
本领域普通技术人员可以意识到，结合本发明中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
[0232]
在本发明所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的装置/终端和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置/终端实施例仅仅是示意性的，例如，所述模块或单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通讯连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通讯连接，可以是电性，机械或其它的形式。
[0233]
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显
示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
[0234]
另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
[0235]
所述集成的模块/单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明实现上述实施例方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个方法实施例的步骤。其中，所述计算机程序包括计算机程序代码，所述计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。所述计算机可读介质可以包括：能够携带所述计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、u盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(read-only memory，rom)、随机存取存储器(random access memory，ram)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等，需要说明的是，所述计算机可读介质包含的内容可以根据司法管辖区内立法和专利实践的要求进行适当的增减，例如在某些司法管辖区，根据立法和专利实践，计算机可读介质不包括是电载波信号和电信信号。
[0236]
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。

技术特征：
1.一种基于sdn的配电网信息物理协同恢复方法，其特征在于，包括以下步骤：s1、利用sdn技术获取配电网全局信息和测控装置运行状态数据，确定线路、母线和通信设备的受损情况；s2、根据步骤s1得到的线路、母线信息，考虑通信设备状态对配电网拓扑控制的约束条件，以最大负荷价值为目标，建立灾后配电网的信息-物理耦合综合优化模型，使用启发式算法对灾后配电网的信息-物理耦合综合优化模型进行求解，得到信息物理耦合的恢复策略；s3、根据步骤s2得到的信息物理耦合的恢复策略，通过sdn技术对配电网通信网络进行恢复；s4、根据步骤s2得到的信息物理耦合的恢复策略，控制配电网进行拓扑重构形成多个微网以恢复负荷。2.根据权利要求1所述的基于sdn的配电网信息物理协同恢复方法，其特征在于，步骤s2中，灾后配电网的信息-物理耦合综合优化模型的约束条件包括节点数据流通约束、通信链路数据流通约束、通信网络的延时约束、配电网拓扑约束、配电网运行约束和通信恢复与配电网拓扑控制约束。3.根据权利要求2所述的基于sdn的配电网信息物理协同恢复方法，其特征在于，节点数据流通约束为：m
i
＝h
cn，t，i
m
i
≤s
cn，i
l
cn，i
≤l
cn，i，max
其中，d
cl，z，x
＝1与d
cl，z，y
＝-1分别表示链路z＝(x，y)上数据由节点x流入链路z、由链路z流入节点y；c
cn，x
和c
cl，z
为通信节点x与通信链路z所消耗带宽；n
c
为由主站控制中心、负责数据汇聚的网络交换机、集中转发数据的数据集中器和母线处安装的保测装置组成的通信节点集合；s
cl，z
为灾后通信链路z的工作状态；f
cn,i
为与通信节点i连接的链路集合；m
i
为保测装置的通信状态；l
cn，i
和l
cn，i，max
为通信节点i已使用数据带宽及其带宽上限；o
x
为保测装置x与主站通信所需通信带宽；h
cn，x，i
用于表示来自保测装置i的通信数据是否通过通信节点x，1表示流入该节点，-1表示流出该节点，0表示未流经该节点。4.根据权利要求2所述的基于sdn的配电网信息物理协同恢复方法，其特征在于，通信链路数据流通约束为：s
cl，k
·
(-m)≤c
cl，k
≤s
cl，k
·
ml
cl，z
≤l
cl，z，max
其中，m为极大值，s
cn，x
为灾后通信节点x的工作状态，l
cl，z
和l
cl，z，max
为通信链路z已被使用数据带宽及其带宽上限。5.根据权利要求2所述的基于sdn的配电网信息物理协同恢复方法，其特征在于，通信网络的延时约束为：[e
cn，x，i-(h
cn，x，i
·
d
cl，k
)-0.5
·
(h
cn，x，i
+1)
·
d
cn，i
+(1-|h
cl，x，k
|)
·
(-m)]≤[e
cn，x，j-0.5
·
(1-h
cl，x，k
)
·
d
cn，j
]≤[e
cn，x，i-(h
cn，x，i
·
d
cl，k
)-0.5
·
(h
cn，x，i
+1)
·
d
cn，i
+(1-|h
cl，x，k
|)
·
m]e
cn，i，i
≤e
cn，i，max
其中，e
cn，x，i
为保测装置x在通信节点i处与主站的端到端延时；d
cl，k
为链路k的数据传输延时；d
cn，i
为节点i的数据转发延时。6.根据权利要求2所述的基于sdn的配电网信息物理协同恢复方法，其特征在于，配电网拓扑约束为：s
lp，k
≤s
l，k
t
l，k
≤s
l，k-m
·
t
l，k
≤f
l，k
≤m
·
t
l，k-m
·
(1-t
l，k
)+f
n，j
≤f
n，i
≤m
·
(1-t
l，k
)+f
n，jn，jn，j
其中，s
lp，k
表示电力线路k在配电网恢复前的分合状态；s
l，k
表示母线i与线路k的工作状态；t
l，k
为主站对线路k分合的决策变量；f
l，k
为流经线路k的单商品流；f
n，i
为母线节点i的单位商品需求；f
i
为节点i相连的线路集合；f
g，r
为电源向配电网注入的单商品流；常数d
k，i
＝1与d
k，j
＝-1表示功率在电力线路k＝(i，j)上由节点i流入线路k、由线路k流入节点j，n为母线节点集合；g为电源节点集合；l为电力线路集合。7.根据权利要求2所述的基于sdn的配电网信息物理协同恢复方法，其特征在于，配电网运行约束为：p
l，k
≤p
l，k，max
q
l，k
≤q
l，k，max-m
·
t
l，k
≤p
l，k
≤m
·
t
l，k-m
·
t
l，k
≤q
l，k
≤m
·
t
l，kl，k
v
i
＝v
ref
，i∈g0.9
·vref
≤v
i
≤1.1
·vrefref
b
load，i
≤f
n，i
其中，v
i
为节点i电压，v
ref
为配电网参考电压；p
l，k
、q
l，k
为流经线路k有功与无功功率；p
l，max
、q
l，max
为配电网线路k有功、无功功率上限；d
k，i
＝1表示功率在电力线路k＝i上由节点i流入线路k，r
k
、x
k
为线路k的电阻与电抗；f
n，i
为母线节点i的单位商品需求；f
i
为节点i相连的线路集合；b
load，i
为母线节点i与其负荷间均装设的负荷开关状态，1表示闭合，0表示断开；p
load，i
与q
load，i
为母线节点i的有功、无功负荷大小。8.根据权利要求2所述的基于sdn的配电网信息物理协同恢复方法，其特征在于，通信恢复与配电网拓扑控制约束为：[s
lp，k-(m
i
+m
j
)]≤t
l，k
≤[s
lp，k
+0.5
·
(m
i
+m
j
)]其中，s
lp，k
为电力线路k在配电网恢复前的分合状态。9.根据权利要求1所述的基于sdn的配电网信息物理协同恢复方法，其特征在于，步骤s2中，灾后配电网的信息-物理耦合综合优化模型的目标函数为：其中，w
i
为母线节点i负荷权重；w
load
为配电网负荷恢复总价值，p
load,i
为母线节点i的有功负荷大小，b
load，i
为母线节点i与其负荷间均装设的负荷开关状态。10.一种基于sdn的配电网信息物理协同恢复系统，其特征在于，包括：数据模块，利用sdn技术获取配电网全局信息和测控装置运行状态数据，确定线路、母线和通信设备的受损情况；耦合模块，根据数据模块得到的线路、母线信息，以最大负荷价值为目标，建立灾后配电网的信息-物理耦合综合优化模型，使用启发式算法对灾后配电网的信息-物理耦合综合优化模型进行求解，得到信息物理耦合的恢复策略；通信恢复模块，根据耦合模块得到的信息物理耦合的恢复策略，通过sdn技术对配电网通信网络进行恢复；负荷恢复模块，根据耦合模块得到的信息物理耦合的恢复策略，控制配电网进行拓扑重构形成多个微网以恢复负荷。

技术总结
本发明公开了一种基于SDN的配电网信息物理协同恢复方法及系统，利用SDN技术获取配电网全局信息和测控装置运行状态数据，确定线路、母线和通信设备的受损情况；根据线路、母线信息，以最大负荷价值为目标，建立灾后配电网的信息—物理耦合综合优化模型，使用启发式算法对灾后配电网的信息—物理耦合综合优化模型进行求解，得到信息物理耦合的恢复策略；根据信息物理耦合的恢复策略，通过SDN技术对配电网通信网络进行恢复；根据信息物理耦合的恢复策略，控制配电网进行拓扑重构形成多个微网以恢复负荷。能够应用于配电网灾后通信路径的恢复和负荷恢复，为抢修部门提供参考建议。为抢修部门提供参考建议。为抢修部门提供参考建议。


技术研发人员：陈晨 钟剑 别朝红 马洲俊 夏炳森 唐元春 冷正龙 李翠
受保护的技术使用者：国家电网有限公司 国网江苏省电力有限公司南京供电分公司 国网福建省电力有限公司经济技术研究院
技术研发日：2023.05.18
技术公布日：2023/8/23