本發(fā)明涉及一種有源配電網(wǎng)孤島運行方法。特別是涉及一種考慮源儲荷運行特性的有源配電網(wǎng)孤島運行方法。
背景技術(shù)：
：智能配電系統(tǒng)自愈控制是智能電網(wǎng)體系的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。有源配電網(wǎng)孤島運行作為電網(wǎng)故障處理的一種應(yīng)急運行方式，可明顯提升系統(tǒng)供電的可靠性和安全性。配電網(wǎng)直接與用戶相連，其孤島運行的目標(biāo)是在配電網(wǎng)故障安全隔離后，失電區(qū)域中的重要負(fù)荷保障優(yōu)先恢復(fù)，并盡可能恢復(fù)其他非重要負(fù)荷，從而實現(xiàn)恢復(fù)供電收益最大。其中，采用分布式電源(distributedgenerator，dg)實現(xiàn)配電系統(tǒng)孤島運行是自愈控制的核心技術(shù)。隨著配電系統(tǒng)中分布式電源的滲透率越來越高，在配電系統(tǒng)故障情況下，可以形成以可控分布式電源為主電源的電力孤島，從而恢復(fù)部分重要負(fù)荷，將極大地提高配電系統(tǒng)的供電可靠性。同時，儲能系統(tǒng)(energystoragesystem，ess)通過其在時間上對能量的轉(zhuǎn)移，可以有效地降低由于分布式電源出力間歇性和隨機性所帶來的影響，并參與配電系統(tǒng)潮流調(diào)節(jié)和優(yōu)化，提高配電系統(tǒng)運行的經(jīng)濟性和可靠性。在配電系統(tǒng)故障情況下，通過與分布式電源的協(xié)調(diào)配合，將全面改善配電系統(tǒng)負(fù)荷恢復(fù)水平。目前，已有的有源配電網(wǎng)孤島運行策略并沒有考慮儲能系統(tǒng)在孤島劃分問題中的影響，從而導(dǎo)致配電系統(tǒng)負(fù)荷恢復(fù)水平較低。因此，急需一種考慮源儲荷運行特性的有源配電網(wǎng)孤島運行策略，用以解決有源配電網(wǎng)孤島劃分問題，全面提高配電系統(tǒng)供電可靠性。其主要特點在于，同時考慮分布式電源出力、儲能系統(tǒng)和負(fù)荷的時序運行特性，最大限度地保證有源配電網(wǎng)內(nèi)重要負(fù)荷的持續(xù)穩(wěn)定運行。根據(jù)配電網(wǎng)發(fā)生故障的時刻不同，以及故障持續(xù)時間不同，得到不同的孤島劃分策略，以保證系統(tǒng)恢復(fù)負(fù)荷最大。技術(shù)實現(xiàn)要素：本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，提供一種能夠綜合考慮多種安全運行約束，保證系統(tǒng)恢復(fù)負(fù)荷量最大的考慮源儲荷運行特性的有源配電網(wǎng)孤島運行方法。本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：一種考慮源儲荷運行特性的有源配電網(wǎng)孤島運行方法，包括如下步驟：1)根據(jù)選定的配電系統(tǒng)，輸入線路參數(shù)、負(fù)荷水平、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)溥B接關(guān)系，系統(tǒng)運行電壓水平和支路電流限制，可控和不可控分布式電源接入位置、容量和最大功率因數(shù)角，儲能系統(tǒng)接入位置、容量及損耗系數(shù)，負(fù)荷和不可控分布式電源運行曲線，系統(tǒng)故障時刻和持續(xù)時間，基準(zhǔn)電壓和基準(zhǔn)功率等初值；2)依據(jù)步驟1)提供的配電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及參數(shù)，建立考慮源儲荷運行特性的有源配電網(wǎng)孤島運行問題的數(shù)學(xué)模型，包括：設(shè)定一段時間內(nèi)配電系統(tǒng)恢復(fù)有功負(fù)荷最大為目標(biāo)函數(shù)，分別考慮儲能系統(tǒng)運行約束、孤島主電源唯一性約束、系統(tǒng)潮流約束、運行電壓約束、支路電流約束、不可控分布式電源運行約束和可控分布式電源運行約束；3)將步驟2)得到的數(shù)學(xué)模型采用原對偶內(nèi)點法進(jìn)行求解，得到目標(biāo)函數(shù)值、各節(jié)點電壓幅值、各節(jié)點恢復(fù)負(fù)荷系數(shù)、分布式電源的運行策略、分段開關(guān)開斷狀態(tài)、儲能系統(tǒng)的充放電功率值、儲能系統(tǒng)的荷電狀態(tài)；4)輸出步驟3)的求解結(jié)果。步驟2)所述的儲能系統(tǒng)運行約束表示為式中，分別為t時段接在節(jié)點i接入儲能系統(tǒng)的充放電功率，其中放電功率為正，充電功率為負(fù)；為t時段接在節(jié)點i上儲能系統(tǒng)的無功功率；為節(jié)點i上儲能的容量；為節(jié)點i上儲能系統(tǒng)的無功功率上限；為t時段初始時刻節(jié)點i上儲能系統(tǒng)的荷電狀態(tài)；為t+δt時段初始時刻節(jié)點i上儲能系統(tǒng)的荷電狀態(tài)；δt為仿真步長；為t時段節(jié)點i上儲能系統(tǒng)的損耗；為節(jié)點i上儲能系統(tǒng)的損耗系數(shù)；分別為節(jié)點i上儲能系統(tǒng)荷電狀態(tài)的上下限。本發(fā)明的一種考慮源儲荷運行特性的有源配電網(wǎng)孤島運行方法，立足于解決有源配電網(wǎng)中的孤島劃分問題，充分考慮分布式電源出力、儲能系統(tǒng)和負(fù)荷時序性，以及故障發(fā)生時刻和故障持續(xù)時間對有源配電網(wǎng)孤島劃分問題的影響，建立一種考慮源儲荷運行特性的有源配電網(wǎng)孤島劃分模型，其數(shù)學(xué)本質(zhì)是非線性規(guī)劃問題，采用原對偶內(nèi)點法進(jìn)行求解，得到有源配電網(wǎng)孤島劃分策略。本發(fā)明能夠提高配電系統(tǒng)負(fù)荷恢復(fù)水平。附圖說明圖1是本發(fā)明一種考慮源儲荷運行特性的有源配電網(wǎng)孤島運行方法的流程圖；圖2是改進(jìn)的ieee33節(jié)點算例結(jié)構(gòu)圖；圖3是在0時系統(tǒng)發(fā)生故障，故障時間4小時的孤島劃分結(jié)果的示意圖；圖4是在8時系統(tǒng)發(fā)生故障，故障時間4小時的孤島劃分結(jié)果的示意圖；圖5是負(fù)荷特性曲線；圖6是光伏出力曲線；圖7是0-4時儲能系統(tǒng)荷電狀態(tài)時序圖；圖8是8-12時儲能系統(tǒng)荷電狀態(tài)時序圖。具體實施方式下面結(jié)合實施例和附圖對本發(fā)明的一種考慮源儲荷運行特性的有源配電網(wǎng)孤島運行方法做出詳細(xì)說明。如圖1所示，本發(fā)明的一種考慮源儲荷運行特性的有源配電網(wǎng)孤島運行方法，包括如下步驟：1)根據(jù)選定的配電系統(tǒng)，輸入線路參數(shù)、負(fù)荷水平、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)溥B接關(guān)系，系統(tǒng)運行電壓水平和支路電流限制，可控和不可控分布式電源接入位置、容量和最大功率因數(shù)角，儲能系統(tǒng)接入位置、容量及損耗系數(shù)，負(fù)荷和不可控分布式電源運行曲線，系統(tǒng)故障時刻和持續(xù)時間，基準(zhǔn)電壓和基準(zhǔn)功率等初值；2)依據(jù)步驟1)提供的配電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及參數(shù)，建立考慮源儲荷運行特性的有源配電網(wǎng)孤島運行問題的數(shù)學(xué)模型，包括：設(shè)定一段時間內(nèi)配電系統(tǒng)恢復(fù)有功負(fù)荷最大為目標(biāo)函數(shù)，分別考慮儲能系統(tǒng)運行約束、孤島主電源唯一性約束、系統(tǒng)潮流約束、運行電壓約束、支路電流約束、不可控分布式電源運行約束和可控分布式電源運行約束；其中，(1)所述的配電系統(tǒng)恢復(fù)有功負(fù)荷最大為目標(biāo)函數(shù)可表示為式中，nt為系統(tǒng)孤島運行的時間；tf為系統(tǒng)發(fā)生故障的時刻；nn為示系統(tǒng)中的節(jié)點數(shù)；為t時段節(jié)點i上的有功負(fù)荷；λi為節(jié)點i上負(fù)荷的恢復(fù)系數(shù)，λi∈{0,1}為0-1變量，λi＝1表示節(jié)點i上負(fù)荷恢復(fù)，λi＝0表示節(jié)點i上負(fù)荷未恢復(fù)。(2)所述的儲能系統(tǒng)運行約束表示為式中，分別為t時段接在節(jié)點i接入儲能系統(tǒng)的充放電功率，其中放電功率為正，充電功率為負(fù)；為t時段接在節(jié)點i上儲能系統(tǒng)的無功功率；為節(jié)點i上儲能的容量；為節(jié)點i上儲能系統(tǒng)的無功功率上限；為t時段初始時刻節(jié)點i上儲能系統(tǒng)的荷電狀態(tài)；為t+δt時段初始時刻節(jié)點i上儲能系統(tǒng)的荷電狀態(tài)；δt為仿真步長；為t時段節(jié)點i上儲能系統(tǒng)的損耗；為節(jié)點i上儲能系統(tǒng)的損耗系數(shù)；分別為節(jié)點i上儲能系統(tǒng)荷電狀態(tài)的上下限。(3)所述的孤島主電源唯一性約束表示為αij＝βij+βji,ij∈ωb(7)αij∈{0,1}(10)0≤ij≤1,0≤βji≤1(11)式中，ωb表示所有裝有分段開關(guān)的支路的集合；ns表示系統(tǒng)的源節(jié)點；αij表示支路ij上開關(guān)的開斷狀態(tài)，αij＝1表示開關(guān)閉合，αij＝0表示開關(guān)斷開；βij表示節(jié)點i和節(jié)點j的關(guān)系，βij＝1表示節(jié)點j是節(jié)點i的父節(jié)點，βij＝0表示節(jié)點j不是節(jié)點i的父節(jié)點。通過孤島主電源唯一性約束可以對可控分布式電源的運行策略進(jìn)行選擇，當(dāng)節(jié)點i上的可控分布式電源滿足式時，該分布式電源選取pq控制方式；當(dāng)節(jié)點i上的可控分布式電源滿足式時，該分布式電源選取v/f控制方式。(4)所述的潮流約束表示為-mαij≤pt,ij≤mαij(19)-mαij≤qt,ij≤mαij(20)式中，iij,為t時段節(jié)點i流向節(jié)點j的電流幅值；ui,t為t時段節(jié)點i的電壓幅值；rij為支路ij的電阻，xij為支路ij的電抗；pt,ij、qt,ij分別為t時段支路ij上流過的有功功率和無功功率；pt,i、qt,i分別為t時段節(jié)點i上注入的有功功率和無功功率之和；分別為t時段節(jié)點i上負(fù)荷的有功功率和無功功率；分別為t時段節(jié)點i上可控與不可控分布式電源注入的有功功率和無功功率；參數(shù)m表示一個極大的常量，通常取9999。(5)所述的運行電壓約束表示為式中，和分別為節(jié)點i的電壓上下限。(6)所述的支路電流約束表示為式中，為支路ij的電流上限。(7)所述的不可控分布式電源運行約束表示為式中，為t時段節(jié)點i所接不可控分布式電源的有功出力的上限；表示節(jié)點i所接不可控分布式電源的容量；為節(jié)點i上分布式電源的運行的最大功率因數(shù)角。(8)所述的可控分布式電源運行約束表示為式中，表示節(jié)點i所接可控分布式電源的容量。3)將步驟2)得到的數(shù)學(xué)模型采用原對偶內(nèi)點法進(jìn)行求解，得到目標(biāo)函數(shù)值、各節(jié)點電壓幅值、各節(jié)點恢復(fù)負(fù)荷系數(shù)、分布式電源的運行策略、分段開關(guān)開斷狀態(tài)、儲能系統(tǒng)的充放電功率值、儲能系統(tǒng)的荷電狀態(tài)；4)輸出步驟3)的求解結(jié)果。下面給出具體實例：對于本發(fā)明的實例，首先輸入ieee33節(jié)點系統(tǒng)中線路元件的阻抗值，負(fù)荷元件的有功功率、無功功率，負(fù)荷運行曲線，分布式電源參數(shù)，儲能系統(tǒng)參數(shù)，分布式電源運行曲線，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)溥B接關(guān)系，算例結(jié)構(gòu)如圖2所示，詳細(xì)參數(shù)見表1-4、圖5-6；設(shè)置支路1-2之間于0和8時分別發(fā)生永久性三相故障，故障時間持續(xù)4小時；設(shè)定系統(tǒng)的基準(zhǔn)電壓為12.66kv、基準(zhǔn)功率為1mva。執(zhí)行優(yōu)化計算的計算機硬件環(huán)境為intel(r)core(tm)i5-3470cpu，主頻為3.20ghz，內(nèi)存為4gb；軟件環(huán)境為windows7操作系統(tǒng)。本發(fā)明的一種考慮源儲荷運行特性的有源配電網(wǎng)孤島運行方法，采用內(nèi)點法進(jìn)行求解，得到孤島運行策略?？紤]了分布式電源出力、儲能系統(tǒng)和負(fù)荷的時序性，最大限度地保證系統(tǒng)內(nèi)重要負(fù)荷的持續(xù)穩(wěn)定運行。根據(jù)配電網(wǎng)發(fā)生故障的時刻不同，以及故障持續(xù)時間不同，得到不同的孤島劃分策略，以保證系統(tǒng)恢復(fù)負(fù)荷最大。以系統(tǒng)發(fā)生故障時刻分別為0時和8時，系統(tǒng)孤島運行時間均為4小時，孤島結(jié)果如圖3-4所示，其中實心節(jié)點表示負(fù)荷恢復(fù)，空心節(jié)點表示負(fù)荷未恢復(fù)；負(fù)荷恢復(fù)情況和可控分布式電源運行策略如表5-6所示；儲能系統(tǒng)荷電狀態(tài)如圖7-8所示。表1ieee33節(jié)點算例負(fù)荷接入位置及功率表2ieee33節(jié)點算例線路參數(shù)表3分布式電源配置情況表4儲能系統(tǒng)配置情況表5負(fù)荷恢復(fù)情況表6可控分布式電源的運行策略節(jié)點132023300時v/f控制v/f控制v/f控制pq控制8時pq控制v/f控制v/f控制pq控制當(dāng)前第1頁12