本發(fā)明屬于孤島微電網潮流計算領域，具體涉及一種針對采用下垂控制策略的孤島微電網潮流計算的新方法。

背景技術：

采用分散下垂控制策略的孤島微電網，系統(tǒng)中沒有平衡節(jié)點，多個下垂控制的分布式電源共同支撐系統(tǒng)的運行，參與系統(tǒng)的頻率調節(jié)，實現(xiàn)系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。傳統(tǒng)的配電網潮流計算中，存在進行系統(tǒng)功率支撐的平衡節(jié)點，且系統(tǒng)頻率是已知量，因此傳統(tǒng)配電網的潮流計算方法不再適應。而現(xiàn)有孤島微電網潮流計算方法大多設計復雜，計算量大，收斂速度慢。

奔德斯分解的本質在于將難以直接求解問題的變量分解成兩部分，當某一部分變量暫時固定時，剩余變量問題的求解變得容易，同時兩部分變量之間通過信息互通與互相約束，保證了解的正確性。

技術實現(xiàn)要素：

借鑒奔德斯分解的思想，本發(fā)明將孤島微電網潮流計算分解成容易求解的傳統(tǒng)潮流計算子問題和線性的下垂更新子問題，通過兩個子問題的交替迭代，完成對原問題的求解，以解決上述現(xiàn)有技術的求解復雜、實現(xiàn)難度大的問題。

本發(fā)明所公開的類奔德斯分解的孤島微電網潮流計算方法，包括以下步驟：

步驟(1)：將孤島微電網潮流計算分解成通過傳統(tǒng)潮流計算子問題和下垂節(jié)點更新子問題；

步驟(2)：對下垂節(jié)點進行等效，在下垂節(jié)點中任意選取某一節(jié)點作為平衡節(jié)點，其余下垂節(jié)點作為PV節(jié)點；

步驟(3)：系統(tǒng)初始化，給定初始系統(tǒng)角頻率、初始各節(jié)點電壓幅值、相角，初始PV節(jié)點注入有功功率，初始迭代次數(shù)為1；

步驟(4)：基于系統(tǒng)角頻率，更新負荷，更新線路阻抗參數(shù)；

步驟(5)：通過傳統(tǒng)潮流計算子問題，求解作為平衡節(jié)點的下垂節(jié)點的有功功率和無功功率；作為PV節(jié)點的下垂節(jié)點無功功率及電壓相角；

步驟(6)：通過系統(tǒng)前后兩次迭代狀態(tài)變量之差來判斷算法是否收斂：若收斂，停止迭代并獲得最終的潮流解；若不收斂，則轉到步驟(7)；

步驟(7)：通過下垂節(jié)點更新子問題，修正作為平衡節(jié)點的下垂節(jié)點的有功功率，求解平衡節(jié)點電壓幅值；求解作為PV節(jié)點的下垂節(jié)點的有功功率和電壓幅值，修正系統(tǒng)角頻率；初始迭代次數(shù)加1，回到步驟(4)繼續(xù)迭代。

進一步的，在步驟(7)中，作為平衡節(jié)點的下垂節(jié)點的有功注入功率修正公式為：

式中：P_DGj為作為平衡節(jié)點的下垂節(jié)點有功功率值，m_pj為作為平衡節(jié)點的下垂節(jié)點的有功下垂系數(shù)；P_DGi表示第i個下垂節(jié)點的有功功率值，m_pi表示第i個下垂節(jié)點的有功下垂系數(shù)，k為下垂DG個數(shù)；

作為平衡節(jié)點的下垂節(jié)點的電壓幅值求解公式為：

V_j＝V_j0-n_qjQ_DGj，

式中:V_j、V_j0分別作為平衡節(jié)點的下垂節(jié)點逆變器端口的實際電壓幅值和逆變器空載時的電壓幅值，n_qj為其無功下垂系數(shù)，Q_DGj分別為作為平衡節(jié)點的下垂節(jié)點逆變器端口實際輸出的無功功率；

作為平衡節(jié)點的逆變器輸出角頻率公式修正公式為：

ω_j＝ω_j0-m_pjP_DGj，

式中:ω_j、ω_j0分別為作為平衡節(jié)點的下垂節(jié)點逆變器實際輸出角頻率和逆變器空載角頻率；ω_j即為系統(tǒng)實測角頻率；

作為PV節(jié)點的下垂節(jié)點，其有功功率求解公式為：

P_DGi＝(ω_i0-ω_j)/m_pi，

式中:P_DGi為作為PV節(jié)點的下垂節(jié)點i逆變器端口實際輸出有功功率，m_pi表示作為PV節(jié)點的下垂節(jié)點i的有功下垂系數(shù),ω_i0表示作為PV節(jié)點的下垂節(jié)點i的逆變器空載角頻率；

作為PV節(jié)點的下垂節(jié)點，其電壓幅值求解公式為：

V_i＝V_i0-n_qiQ_DGi，

式中:V_i、V_i0分別為作為PV節(jié)點的下垂節(jié)點i的逆變器輸出的電壓幅值和逆變器空載時的電壓幅值，n_qi為作為PV節(jié)點的下垂節(jié)點i無功下垂系數(shù)，Q_DGi為作為PV節(jié)點的下垂節(jié)點i的逆變器端口實際輸出的無功功率。

進一步的，在步驟(3)中系統(tǒng)初始化時，初始PV節(jié)點注入有功功率設定為額定功率。

進一步的，在步驟(4)中負荷求取公式為：

P_Lk＝P_ok|V_k|^α(1+K_pf(f-f₀))，

Q_Lk＝Q_ok|V_k|^β(1+K_qf(f-f₀))，

式中：P_Lk、Q_Lk為任意k節(jié)點負荷的實際有功、無功功率；P_ok、Q_ok為節(jié)點k設定頻率值下的有功、無功功率，α、β分別為反映電壓變化對節(jié)點有功及無功功率影響的指數(shù)系數(shù)，K_pf、K_qf分別為反映系統(tǒng)頻率變化對節(jié)點功率影響的增益系數(shù)，f和f。分別為實測頻率和額定頻率；

線路阻抗參數(shù)求解公式如下所示：

r_k＝r₀，

x_k＝x₀*(ω_k/ω₀)，

b_k＝b₀*(ω_k/ω₀)，

式中：ω₀為額定系統(tǒng)角頻率，r₀、x₀、b₀分別為額定系統(tǒng)角頻率下的系統(tǒng)電阻、電抗、電納，ω_k為實測系統(tǒng)角頻率，r_k、x_k、b_k分別為實測系統(tǒng)角頻率下的系統(tǒng)電阻、電抗、電納。

進一步的，在步驟(5)中，傳統(tǒng)潮流計算子問題采用牛拉法求解。

進一步的，在步驟(6)中，當前后兩次迭代系統(tǒng)狀態(tài)變量之差小于誤差限時，則潮流計算收斂；大于等于誤差限時，不收斂；系統(tǒng)狀態(tài)量為各節(jié)點的電壓幅值V和電壓相角θ。

本發(fā)明適用于采用分散下垂控制策略的孤島微電網潮流計算，與現(xiàn)有技術相比，具有以下優(yōu)點：

(1)該方法借鑒奔德斯分解的思想，將一個復雜難解的孤島微電網潮流計算問題，進行了合理分解，變成了一個傳統(tǒng)的潮流計算子問題和一個線性的下垂節(jié)點更新子問題，降低了原問題的求解難度，實現(xiàn)了原問題的高效、快速求解。

(2)傳統(tǒng)的潮流計算子問題，可應用現(xiàn)有的成熟計算方法以及計算軟件，可擴展性高；下垂節(jié)點更新子問題，是一個線性問題，實現(xiàn)簡單，求解速度快；相對與現(xiàn)有計算方法，運算量和編程難度都大大降低，總體計算速率也大有提升。

附圖說明

圖1為類奔德斯分解的示意圖

圖2為下垂控制節(jié)點等效圖

圖3為下垂特性曲線圖

圖4為類奔德斯分解的潮流算法流程圖

具體實施方案

下面結合附圖1至圖4所示，公開一種具體實施方式作更進一步的說明。該實施例公開的類奔德斯分解的孤島微電網潮流計算方法，包括以下步驟：

步驟(1)：將孤島微電網潮流計算分解成一個通過傳統(tǒng)潮流計算子問題①和一個下垂節(jié)點更新子問題②。

借鑒奔德斯分解的思想，將孤島微電網潮流計算分解成了容易求解的傳統(tǒng)潮流計算子問題和線性的下垂更新子問題兩部分；當某一部分變量暫時固定時，剩余變量問題的求解變得容易，同時兩部分變量之間通過信息互通與互相約束，保證了解的正確性。

采用分散下垂控制策略的孤島微電網潮流計算中，系統(tǒng)頻率是未知量，且無節(jié)點類型與下垂節(jié)點對應，因此不能使用傳統(tǒng)的潮流計算方法求解。但若系統(tǒng)角頻率已知，且各下垂節(jié)點的下垂參數(shù)、電壓幅值等已知，則可以使用傳統(tǒng)潮流計算方法求解；同理，若各下垂節(jié)點的有功功率、無功功率已知，則根據下垂特性可求解系統(tǒng)角頻率以及各下垂節(jié)點的電壓幅值。

由于下垂節(jié)點既滿足傳統(tǒng)潮流計算公式又兼具下垂特性，可以將潮流計算的待求量分成兩類，即為將原始難以直接求解的問題分解成一個傳統(tǒng)潮流計算問題和一個下垂更新子問題。求解某個子問題時，另一個子問題的待求量暫時固定，同時在下垂節(jié)點處完成兩部分變量之間的信息交互，保證解的正確性。

步驟(2)：對下垂節(jié)點進行合理等效，在下垂節(jié)點中任意選取某一節(jié)點作為平衡節(jié)點，其余下垂節(jié)點作為PV節(jié)點。

傳統(tǒng)潮流計算中一般僅定義PQ節(jié)點、PV節(jié)點以及平衡節(jié)點，而以上三種節(jié)點均無法完全反應下垂節(jié)點的特性。因此迭代開始之前，針對傳統(tǒng)潮流計算子問題，對下垂節(jié)點進行合理等效。

該步驟中，下垂節(jié)點在傳統(tǒng)潮流計算子問題中的等效，結合圖1，將下垂節(jié)點有功功率P_k、無功功率Q_k、電壓幅值V_k、電壓相角θ_k這四個變量分為兩組，分別在上述兩個子問題中進行求解。且共有三種分組方式：

(i)將P_k、Q_k分為一組，在子問題①中求解，將V_k、θ_k分為一組，在子問題②中求解，此時下垂控制的DG等效為平衡節(jié)點；

(ii)將V_k、θ_k分為一組，在子問題①中求解，將P_k、Q_k分為一組，在子問題②中求解，則此時下垂控制的DG等效為PQ節(jié)點；

(iii)將Q_k、θ_k分為一組，在子問題①中求解，將P_k、V_k分為一組，在子問題②中求解，則此時下垂控制的DG等效為PV節(jié)點。

在求解子問題①時，可將下垂控制的DG等效為PQ、PV、平衡節(jié)點這三種節(jié)點類型，但考慮到在進行潮流計算時PQ節(jié)點的Jacobian矩陣階數(shù)要高于PV節(jié)點，較高階的Jacobian矩陣將影響潮流計算的收斂性和計算速度，故將下垂節(jié)點等效為PQ節(jié)點會影響本算法的收斂性和收斂速度。

因此，任意選取一個下垂節(jié)點等效為平衡節(jié)點，其有功功率P_k、無功功率Q_k在牛拉法潮流計算子問題中求解；由于平衡節(jié)點通過傳統(tǒng)潮流計算子問題求解的有功功率不是其真值，故，有功功率P_k還需要在下垂節(jié)點更新子問題中修正；電壓幅值在下垂節(jié)點更新子問題中求解。關于系統(tǒng)角頻率，一律用修正)

其余下垂節(jié)點等效為PV節(jié)點，其無功功率Q_k及電壓相角θ_k在傳統(tǒng)潮流計算子問題中求解，其有功功率及電壓幅值在下垂節(jié)點更新子問題中求解。

步驟(3)：系統(tǒng)初始化，給定初始系統(tǒng)角頻率0.996pu＜ω₀＜1.004pu，初始各節(jié)點電壓幅值0.94pu＜U₀＜1.06pu、相角，初始PV節(jié)點注入有功功率，一般取額定功率，給定誤差限ε，ε＝10^-4，令初始迭代次數(shù)n＝1。

步驟(4)：基于系統(tǒng)實測角頻率，更新負荷，更新線路阻抗參數(shù)。

負荷與系統(tǒng)頻率直接相關，其求取公式如下所示：

P_Lk＝P_ok|V_k|^α(1+K_pf(f-f₀)) (1)

Q_Lk＝Q_ok|V_k|^β(1+K_qf(f-f₀)) (2)

式中：P_Lk、Q_Lk為任意k節(jié)點負荷的實際有功、無功功率；P_ok、Q_ok為節(jié)點k設定頻率值下的有功、無功功率，α、β分別為反映電壓變化對節(jié)點有功及無功功率影響的指數(shù)系數(shù)，K_pf、K_qf分別為反映系統(tǒng)頻率變化對節(jié)點功率影響的增益系數(shù)，f和f。分別為實測頻率和額定頻率。

線路阻抗參數(shù)同樣與系統(tǒng)的角頻率相關，求取線路參數(shù)時需考慮系統(tǒng)角頻率的影響。

基于系統(tǒng)額定角頻率以及實測角頻率，線路阻抗參數(shù)求解公式如下所示：

r_k＝r₀ (3)

x_k＝x₀*(ω_k/ω₀) (4)

b_k＝b₀*(ω_k/ω₀) (5)

式中：ω₀為額定系統(tǒng)角頻率，r₀、x₀、b₀分別為額定系統(tǒng)角頻率下的系統(tǒng)電阻、電抗、電納，ω_k為實測系統(tǒng)角頻率，r_k、x_k、b_k分別為實測系統(tǒng)角頻率下的系統(tǒng)電阻、電抗、電納。

步驟(5)：通過傳統(tǒng)潮流計算子問題，求解作為平衡節(jié)點的下垂節(jié)點的有功功率和無功功率；作為PV節(jié)點的下垂節(jié)點無功功率及電壓相角。

其中，傳統(tǒng)潮流計算子問題可采用牛拉(Newton-Raphson)法求解。，牛拉法是最經典的的潮流算法之一，具有收斂速度快、收斂可靠性高，迭代次數(shù)受網絡規(guī)模影響小等優(yōu)點。

步驟(6)：通過系統(tǒng)前后兩次迭代狀態(tài)變量之差來判斷算法是否收斂：若收斂，停止迭代并獲得最終的潮流解；若不收斂，則轉到步驟(7)；

在傳統(tǒng)潮流計算子問題和下垂節(jié)點更新子問題的交替迭代中，通過系統(tǒng)前后兩次迭代狀態(tài)變量之差來判斷算法是否收斂。

關于收斂性的判斷，定義前后兩次迭代后所得系統(tǒng)狀態(tài)量之差為Δx＝||xⁿ-x^n-1||，x定義為各節(jié)點的電壓幅值V和電壓相角θ，當Δx小于誤差限ε時，則該潮流計算收斂。進行標幺值計算時，本實施例取ε＝10^-4。

步驟(7)：通過下垂節(jié)點更新子問題，修正作為平衡節(jié)點的下垂節(jié)點的有功功率，求解平衡節(jié)點電壓幅值；求解作為PV節(jié)點的下垂節(jié)點的有功功率和電壓幅值，修正系統(tǒng)角頻率；n＝n+1，回到步驟(4)。

對于該步驟，下垂節(jié)點更新子問題，下垂更新過程如下：

作為平衡節(jié)點的下垂節(jié)點的有功注入功率修正公式如下所示：

式中：P_DGj為作為平衡節(jié)點的下垂節(jié)點有功功率值，m_pj為作為平衡節(jié)點的下垂節(jié)點的有功下垂系數(shù)；P_DGi表示第i個下垂節(jié)點的有功功率值，m_pi表示第i個下垂節(jié)點的有功下垂系數(shù)，k為下垂DG個數(shù)。

結合圖3中的Q-V下垂控制特性，可知作為平衡節(jié)點的下垂節(jié)點的電壓幅值求解公式如下所示：

V_j＝V_j0-n_qjQ_DGj (7)

式中:V_j、V_j0分別作為平衡節(jié)點的下垂節(jié)點逆變器端口的實際電壓幅值和逆變器空載時的電壓幅值，n_qj為其無功下垂系數(shù)，Q_DGj分別為逆變器端口實際輸出的無功功率。

結合圖3中的P-f下垂控制特性，作為平衡節(jié)點的逆變器輸出角頻率公式修正公式如下所示：

ω_j＝ω_j0-m_pjP_DGj (8)

式中:ω_j、ω_j0分別為作為平衡節(jié)點的下垂節(jié)點逆變器實際輸出角頻率和逆變器空載角頻率。

由于系統(tǒng)角頻率是全局量，采用分散下垂控制策略的孤島微電網穩(wěn)態(tài)運行時，下垂節(jié)點的逆變器角頻率等于系統(tǒng)角頻率。因此，ω_j即為系統(tǒng)實測角頻率。

作為PV節(jié)點的下垂節(jié)點，其有功功率求解公式如下所示：

P_DGi＝(ω_i0-ω_j)/m_pi (9)

式中:P_DGi為作為PV節(jié)點的下垂節(jié)點i逆變器端口實際輸出有功功率，m_pi表示作為PV節(jié)點的下垂節(jié)點i的有功下垂系數(shù),ω_i0表示作為PV節(jié)點的下垂節(jié)點i的逆變器空載角頻率。

作為PV節(jié)點的下垂節(jié)點，其電壓幅值求解公式如下所示：

V_i＝V_i0-n_qiQ_DGi (10)

式中:V_i、V_i0分別為作為PV節(jié)點的下垂節(jié)點i的逆變器輸出的電壓幅值和逆變器空載時的電壓幅值，n_qi為作為PV節(jié)點的下垂節(jié)點i無功下垂系數(shù)，Q_DGi為作為PV節(jié)點的下垂節(jié)點i的逆變器端口實際輸出的無功功率。

以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對于本領域的技術人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內。