面向有源配電網(wǎng)的孤島內(nèi)啟發(fā)式負(fù)荷削減模型的構(gòu)建方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種電力系統(tǒng)可靠性運(yùn)行的負(fù)荷削減模型。特別是涉及一種用于確定 配電網(wǎng)孤島運(yùn)行時電力供應(yīng)不足情況下的負(fù)荷削減策略的面向有源配電網(wǎng)的孤島內(nèi)啟發(fā) 式負(fù)荷削減模型的構(gòu)建方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年來，隨著我國資源環(huán)境問題的日趨嚴(yán)重，以資源節(jié)約環(huán)境友好為特點的分布 式電源得到了大力的發(fā)展，越來越多的接入了現(xiàn)有的配電網(wǎng)之中。分布式電源的引入提升 了傳統(tǒng)配電網(wǎng)的靈活性、經(jīng)濟(jì)性與環(huán)保性，但也將改變傳統(tǒng)配電網(wǎng)的故障運(yùn)行方式與可靠 性評估方法，需要考慮分布式電源并網(wǎng)孤島等運(yùn)行狀態(tài)，為電力系統(tǒng)的可靠運(yùn)行評估帶來 了新的挑戰(zhàn)。
[0003] 現(xiàn)有的分布式電源除了典型的風(fēng)機(jī)，光伏等小容量可再生能源發(fā)電設(shè)備外，還搭 配以蓄電池為代表的儲能裝置，以彌補(bǔ)可再生能源出力波動性的不足。蓄電池通過采用不 同的充放電策略，儲存分布式電源和負(fù)荷的過剩功率并在出力不足時釋放，維持系統(tǒng)在不 同狀態(tài)下的平穩(wěn)運(yùn)行。
[0004] 當(dāng)有源配電網(wǎng)某一元件發(fā)生故障時，為了充分利用分布式電源運(yùn)行靈活的特點提 升電網(wǎng)可靠性，可在故障發(fā)生后將本地的負(fù)荷同故障系統(tǒng)電氣隔離，并利用本地分布式電 源單獨為負(fù)荷供電，此時的本地電力系統(tǒng)處于孤島運(yùn)行狀態(tài)。當(dāng)分布式電源供應(yīng)充足時，孤 島運(yùn)行可以保證本地負(fù)荷不受系統(tǒng)故障的影響而停電，待系統(tǒng)故障修復(fù)后，可將分布式電 源與本地負(fù)荷組成的小電力系統(tǒng)重新并入電網(wǎng)。
[0005] 孤島內(nèi)的停電情況取決于內(nèi)部的電力平衡，當(dāng)分布式電源總出力大于總負(fù)荷時， 孤島內(nèi)的負(fù)荷點將不會失電；而若分布式電源出力不足時，需要進(jìn)行負(fù)荷削減，以平衡電力 供需，保證部分負(fù)荷的正常運(yùn)行。
[0006] 由于孤島內(nèi)分布式電源的出力與負(fù)荷實時變化，且蓄電池在每一時刻對外提供的 最大功率決定于負(fù)荷削減的結(jié)果，因此負(fù)荷削減問題無法通過解析法求取。而枚舉法又需 要較長的時間與計算內(nèi)存。因此，構(gòu)建一種面向有源配電網(wǎng)的新型負(fù)荷削減模型，以顯著提 高運(yùn)算速度，具有良好的應(yīng)用價值。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，提供一種具有運(yùn)算速度快，占用內(nèi)存小的面向有 源配電網(wǎng)的孤島內(nèi)啟發(fā)式負(fù)荷削減模型的構(gòu)建方法。
[0008] 本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：一種面向有源配電網(wǎng)的孤島內(nèi)啟發(fā)式負(fù)荷削減模型 的構(gòu)建方法，包括如下步驟：
[0009] 1)構(gòu)建孤島運(yùn)行時元件模型，包括風(fēng)機(jī)出力模型、光伏出力模型、負(fù)荷模型和蓄電 池模型；
[0010] 2)構(gòu)建負(fù)荷削減模型；
[0011] 3)求解孤島內(nèi)負(fù)荷削減模型。
[0012] 步驟1)所述的風(fēng)機(jī)出力模型的構(gòu)建，包括：
[0013] (1)采用時間序列的ARMA模型模擬產(chǎn)生風(fēng)速的時序數(shù)據(jù)：
[0014] Vt=μt+〇tyt (l)
[0015] yt=φiyt 彳傘仏 2+…Φα…(})nytη+αt-atiθ「at2Θ2-…atsΘs...-atηΘm (2)
[0016] 式中，Vt為實時風(fēng)速；μt為評估區(qū)域內(nèi)歷史風(fēng)速數(shù)據(jù)的平均值，σt為歷史風(fēng)速分 布的標(biāo)準(zhǔn)差，yt為時間序列，Φ1為自回歸系數(shù)，1 = 1，"·η;Θs為滑動平均系數(shù)，s = 1，… m;at為白噪聲系數(shù)，服從均值為〇、方差為 <的獨立正態(tài)分布；
[0017] (2)建立風(fēng)機(jī)出力模型
[0019] 式中，Pw為風(fēng)機(jī)的實時出力，A、B、C為出力曲線非線性部分的擬合函數(shù)的系數(shù)，Vt 為第t個小時的實時風(fēng)速數(shù)據(jù)，V"、VJPV。。分別為風(fēng)機(jī)的切入風(fēng)速、額定風(fēng)速和切出風(fēng)速， 匕為風(fēng)機(jī)的額定輸出功率。
[0020] 步驟1)所述的光伏出力模型為：
[0022] 式中，Pb為光伏的實時出力，單位kW;Psn為光伏的額定功率，表示在標(biāo)準(zhǔn)測試條件 下單位光強(qiáng)所能產(chǎn)生的功率；Gstd為額定光照強(qiáng)度，單位為kW/m2;R。為某一特定強(qiáng)度的光 強(qiáng)，在該光強(qiáng)下光伏出力與光強(qiáng)的關(guān)系開始由非線性變?yōu)榫€性；Gbt為第t個小時的實時光 強(qiáng)，單位kW/m2,Gbt的實時序列通過對歷史光強(qiáng)的概率分布統(tǒng)計的抽樣得到。
[0023] 步驟1)所述的負(fù)荷模型是通過負(fù)荷的典型年-周曲線、周-日曲線和日-小時曲 線形成實時的負(fù)荷數(shù)據(jù)獲得：
[0024] Lt=LpXPwXPdXP h(t) (5)
[0025] 式中，Lp為年負(fù)荷峰值，Pw為與第t個小時對應(yīng)的年-周負(fù)荷曲線中的值，Pd為與 第t個小時對應(yīng)的周-日負(fù)荷曲線中的值，Ph(t)為與第t個小時對應(yīng)的日-小時負(fù)荷曲線 中的值。
[0026] 步驟1)所述的蓄電池模型是采用鉛酸蓄電池的兩池模型，即蓄電池被分為兩個 相互串聯(lián)的池子，其中第一池內(nèi)為可用能量，表示能夠被立即轉(zhuǎn)化為電能的能量；第二池內(nèi) 為約束能量，表示受到池內(nèi)化學(xué)反應(yīng)速度約束而無法立刻轉(zhuǎn)化為電能或由電能轉(zhuǎn)化為化學(xué) 能的能量；
[0027] 蓄電池放電模型表示為：
[0028] Ρ"=min(Pdkbn，Pnisoc)nd (6)
[0029] 式中，P&表示蓄電池對外的最大持續(xù)放電功率，Pdkbni代表蓄電池的兩池模型所描 述的蓄電池放電特性約束，ρ_。。代表最小容量約束，即蓄電池的最低荷電狀態(tài)，nd為放電 效率，Pdkbn^BPnus。。的計算公式如下：
[0031] Ρηπ·=USoCst-SocJ/At(8)
[0032] 其中Q為放電前蓄電池的總剩余容量，QiS放電前第一池的剩余容量，Soc_為蓄 電池的最低荷電狀態(tài)約束，S〇CstS充電前蓄電池的荷電狀態(tài)，At為任一時間段，Q_為兩 個池子的總?cè)萘浚葱铍姵氐念~定容量（kWh) ;c為第一容量與總?cè)萘康谋戎?，代表兩個池 子的容量比率；k為常數(shù)（1/h)，用以表征能量在兩池之間的轉(zhuǎn)化速率。
[0033] 蓄電池充電模型表示為：
[0034] Pcnax =max(Pckbn, -Pncr, -Pncc, -Pnasoc) /nc (9)
[0035] 式中，蓄電池對外的最大可接受持續(xù)充電功率，P。_代表兩池模型所描述的 蓄電池充電特性約束，代表蓄電池的最大充電率約束，代表蓄電池的最大允許充電 電流約束，P_。。代表最大容量約束，即蓄電池的最高荷電狀態(tài)，η。為充電效率。各約束的 計算方法如下：
[0037] Pncr= (1-eαΔ?) (Qnax-Q)/At(11)
[0038] P咖=I_V_/l〇〇〇 (12)
[0039] Ρη^=Q(S〇cnax-Socst) /Δt(13)
[0040] 其中，Imax為蓄電池的最大允許充電電流，V_為蓄電池額定工作電壓，Socmax為最 高荷電狀態(tài)約束。
[0041] 步驟2)所述的構(gòu)建負(fù)荷削減模型，首先設(shè)定進(jìn)行負(fù)荷削減的條件：孤島運(yùn)行時島 內(nèi)所有蓄電池組能夠釋放的最大功率與所有分布式電源的出力之大于等于該時刻島內(nèi)的 總負(fù)荷，數(shù)學(xué)表達(dá)式如下：
[0043] 式中，?為第j個分布式電源在t時刻的實時出力，風(fēng)機(jī)通過風(fēng)機(jī)出力模型 計算，光伏可通過光伏出力模型計算，ND(；為分布式電源的總數(shù)；Zj為第k個負(fù)荷點的實時 負(fù)荷，通過負(fù)荷模型計算，隊為負(fù)荷點的總數(shù)；為t時刻第i個蓄電池組在時間間 隔At內(nèi)能夠?qū)ν馓峁┑淖畲蠊β?，通過蓄電池模型計算，Nb為孤島內(nèi)蓄電池組的總個數(shù)， Sjt)為孤島內(nèi)的有功損耗，tst為孤島形成時刻，tOTd為孤島運(yùn)行結(jié)束時刻，時間間隔At取 1小時，X(k)為第k個負(fù)荷點的削減狀態(tài)。
[0044] 如果不滿足式負(fù)荷削減的條件的約束，就需要削減一部分負(fù)荷點的負(fù)荷，以確保 孤島內(nèi)的電力平