一種含分布式電源的配電網(wǎng)重構(gòu)和孤島劃分方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及分布式電源技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種含分布式電源的配電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)重構(gòu) 的模型和方法以及孤島劃分方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著能源日益緊缺，環(huán)境污染加重，國家對(duì)節(jié)能減排、提高供電效益提出了更高的 要求，這就需要電力企業(yè)做到降低電網(wǎng)損耗，提高能源的利用效率，然而配電網(wǎng)的損耗在電 力系統(tǒng)損耗中占主要地位，因此降低配電網(wǎng)運(yùn)行損耗成為提高能源利用效率的關(guān)鍵。另外， 隨著城市、農(nóng)村建設(shè)的加快，分布式電源的大量接入，配電系統(tǒng)規(guī)模的不斷擴(kuò)大以及負(fù)荷迅 速增長，這些因素給提高配電系統(tǒng)的運(yùn)行可靠性帶來了更多的挑戰(zhàn)。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0003] 本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，提供一種含分布式電源的配電 網(wǎng)重構(gòu)和孤島劃分方法。首先采集配電網(wǎng)系統(tǒng)實(shí)時(shí)的變電站出力、系統(tǒng)負(fù)荷、網(wǎng)架結(jié)構(gòu)（包 括普通開關(guān)狀態(tài)，聯(lián)絡(luò)開關(guān)狀態(tài)、系統(tǒng)中是否含聯(lián)絡(luò)節(jié)點(diǎn)）、分布式電源出力等情況，并將以 上數(shù)據(jù)導(dǎo)入含分布式電源的配電網(wǎng)重構(gòu)互補(bǔ)約束模型中，對(duì)配電網(wǎng)的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析研 宄，通過現(xiàn)代內(nèi)點(diǎn)法求解該模型，幫助電網(wǎng)運(yùn)行人員合理地調(diào)整網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，使得配電網(wǎng)時(shí)刻 處于最佳的運(yùn)行狀態(tài)，降低配電網(wǎng)運(yùn)行損耗。其次，依據(jù)配電網(wǎng)的負(fù)荷等級(jí)、負(fù)荷可控性、最 有可能出現(xiàn)故障的線路等情況，利用數(shù)學(xué)優(yōu)化技術(shù)，求解孤島劃分模型，依據(jù)該模型制定的 孤島方案，在大電網(wǎng)停電的前提下，重新構(gòu)建一個(gè)安全可靠的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，對(duì)部分重要負(fù)荷或 全部負(fù)荷持續(xù)供電，有效的提高了系統(tǒng)的供電可靠性。
[0004] 本發(fā)明的具體技術(shù)方案如下。
[0005] -種含分布式電源的配電網(wǎng)重構(gòu)和孤島劃分方法，其包括減少配電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)損耗和 提高配電系統(tǒng)可靠性的優(yōu)化模型，以及配合該優(yōu)化模型用于提高配電網(wǎng)可靠性的方法；具 體包括以下步驟：
[0006] 步驟1、讀取配電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)、實(shí)時(shí)負(fù)荷數(shù)據(jù)、以及分布式電源的出力情況；
[0007] 步驟2、數(shù)據(jù)的初始處理，計(jì)算相應(yīng)參數(shù)的標(biāo)么值并進(jìn)行編號(hào)；
[0008] 步驟3、將步驟2得到的數(shù)據(jù)導(dǎo)入含分布式電源的配電網(wǎng)重構(gòu)的非線性互補(bǔ)約束 模型中；
[0009] 步驟4、對(duì)配電網(wǎng)重構(gòu)的非線性互補(bǔ)約束模型進(jìn)行計(jì)算得到優(yōu)化后的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié) 構(gòu)；
[0010] 步驟5、通過可靠性分析得到最有可能出現(xiàn)故障的線路；
[0011] 步驟6、將步驟2得到的數(shù)據(jù)以及線路故障數(shù)據(jù)導(dǎo)入含分布式電源的孤島劃分模 型中；
[0012] 步驟7、對(duì)含分布式電源的孤島劃分模型進(jìn)行計(jì)算得到優(yōu)化后的孤島運(yùn)行方式。
[0013] 進(jìn)一步地，所述減少配電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)損耗和提高配電系統(tǒng)可靠性的優(yōu)化模型分別以配 電系統(tǒng)中網(wǎng)絡(luò)損耗最小和電力中斷時(shí)系統(tǒng)所能恢復(fù)的最大負(fù)荷量作為目標(biāo)函數(shù)，確定網(wǎng)絡(luò) 支路的開關(guān)狀態(tài)；其中，含分布式電源的配電網(wǎng)重構(gòu)的非線性互補(bǔ)約束模型為
[0014]
[0015] 含分布式電源的孤島劃分模型為
[0016]
[0017]式中，為系統(tǒng)中所有支路的集合；i為支路編號(hào)；ri為支路i的電阻；Ii為流過 支路i的電流；dvli、dv2i、d v3i、dv4i、dv5i分別表示一級(jí)負(fù)荷、二級(jí)不可控負(fù)荷、二級(jí)可控負(fù)荷、 三級(jí)不可控負(fù)荷以及三級(jí)可控負(fù)荷的有功負(fù)載；n、m、r、p、q分別表示系統(tǒng)中這五種不同負(fù) 荷的數(shù)量；k v2i為0、1變量，0表示該節(jié)點(diǎn)的二級(jí)不可控負(fù)荷不接入孤島，1表示該節(jié)點(diǎn)的二 級(jí)不可控負(fù)荷接入孤島，二級(jí)負(fù)荷的供電系統(tǒng)；w v3i的取值可在〇到1之間變化，表示該二級(jí) 負(fù)荷節(jié)點(diǎn)為可控節(jié)點(diǎn)，負(fù)荷接入量可控；lv4i為〇、1變量；z v5i的取值可在〇到1之間變化， 表示該三級(jí)負(fù)荷節(jié)點(diǎn)為可控節(jié)點(diǎn)，負(fù)荷接入量可控；a :和a 2分別為二級(jí)不可控負(fù)荷和二 級(jí)可控負(fù)荷的優(yōu)先供給權(quán)值。
[0018] 進(jìn)一步地，所述減少配電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)損耗和提高配電系統(tǒng)可靠性的優(yōu)化模型以配電網(wǎng) 輻射狀約束、線路開關(guān)開合約束、計(jì)及負(fù)荷優(yōu)先級(jí)約束、可控性/不可控性約束以及功率平 衡約束為約束條件，所述配電網(wǎng)輻射狀、功率平衡約束條件和線路開關(guān)開合約束條件包括 如下，
[0019；
[0020；
[0021] S^Sj-l) = 0 (5)
[0022] e ^ S^Sj-l) ^ e (6)
[0023] 式中，Si為支路的開關(guān)狀態(tài)變量，0表示開斷，1表示閉合；N為系統(tǒng)的節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)；N s 為系統(tǒng)的變電站節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù);Mb為系統(tǒng)中所有節(jié)點(diǎn)集合;Mbs為變電站出力節(jié)點(diǎn)的集合；k為節(jié) 點(diǎn)的編號(hào)；u為變電站節(jié)點(diǎn)的編號(hào)；g u為變電站節(jié)點(diǎn)u的總電流；dk為負(fù)荷節(jié)點(diǎn)k的負(fù)載電 流；松弛參數(shù)e將模型轉(zhuǎn)化成常規(guī)非線性規(guī)劃問題；式⑶為系統(tǒng)支路數(shù)約束；式⑷為 節(jié)點(diǎn)功率平衡約束條件，式（5)為開關(guān)開斷的互補(bǔ)約束條件；式（6)為松弛后的開關(guān)開斷的 互補(bǔ)約束條件。
[0024] 進(jìn)一步地，依據(jù)約束條件采用現(xiàn)代內(nèi)點(diǎn)算法對(duì)所述目標(biāo)函數(shù)求解以獲得最優(yōu)的配 電網(wǎng)拓?fù)浞桨傅牟襟E，具體包括：
[0025] (1)引入松弛變量，以將不等式約束化為等式約束；
[0026] (2)形成拉格朗日函數(shù)；
[0027] (3)計(jì)算KKT 一階最優(yōu)性條件；
[0028] (4)求解牛頓法計(jì)算修正方程，得到新的修正量并代入公式得到新的近似解。
[0029] 原理分析：含分布式電源的配電網(wǎng)重構(gòu)是根據(jù)實(shí)時(shí)的變電站出力、系統(tǒng)負(fù)荷、網(wǎng)架 結(jié)構(gòu)、分布式電源出力等情況，重新組合配電系統(tǒng)開關(guān)的狀態(tài)，使其在新的輻射狀結(jié)構(gòu)下運(yùn) 行，為了加快重構(gòu)模型的求解速度，引入互補(bǔ)約束條件，使得該模型能夠利用高效的現(xiàn)代內(nèi) 點(diǎn)法求解，在保證得到最佳的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的前提下，縮短了計(jì)算時(shí)間，保證配電網(wǎng)高效經(jīng)濟(jì)的 運(yùn)行。配電網(wǎng)孤島劃分是配電網(wǎng)在接入分布式電源后一種新的運(yùn)行方式，在這種運(yùn)行方式 下，由分布式電源獨(dú)立地向系統(tǒng)的部分重要負(fù)荷或全部負(fù)荷持續(xù)供電，以往對(duì)此類模型大 多采用搜索的方法求解，得到的結(jié)果還需進(jìn)一步校驗(yàn)和修正，如檢驗(yàn)功率平衡是否得到滿 足、檢驗(yàn)孤島中有無線路過載、剔除孤島中的某些支路等。因此不同的處理方法可能會(huì)形成 不同的解，某些結(jié)果只能稱為可行解甚至是不可行解，得到的孤島不一定是唯一最優(yōu)的，本 發(fā)明采用數(shù)學(xué)優(yōu)化技術(shù)求解，得到的結(jié)果無需修正，可直接應(yīng)用于孤島方案的實(shí)施。
[0030] 與現(xiàn)有技術(shù)方案相比，本發(fā)明的有益效果是：
[0031] 含分布式電源的配電網(wǎng)重構(gòu)是根據(jù)實(shí)時(shí)的變電站出力、系統(tǒng)負(fù)荷、網(wǎng)架結(jié)構(gòu)、分布 式電源出力等情況，通過求解重構(gòu)模型，重新組合配電系統(tǒng)開關(guān)的狀態(tài)，為了加快求解速 度，引入非線性互補(bǔ)約束條件，構(gòu)造了含分布式電源的配電網(wǎng)重構(gòu)的非線性互補(bǔ)約束模型， 使得該模型能夠利用高效的現(xiàn)代內(nèi)點(diǎn)法求解，在保證得到最佳的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的前提下，縮短 了計(jì)算時(shí)間，保證配電網(wǎng)高效經(jīng)濟(jì)的運(yùn)行。另外為提高配電網(wǎng)運(yùn)行的可靠性，建立了配電網(wǎng) 孤島劃分模型，與傳統(tǒng)使用搜索方法得到的孤島方案相比，本發(fā)明所建立的模型可直接采 用數(shù)學(xué)優(yōu)化技術(shù)求解，得到的結(jié)果不需要像搜索方法那樣再進(jìn)行修正和校驗(yàn)，即得到的結(jié) 果就是最佳的孤島運(yùn)行方案。
【附圖說明】
[0032] 圖1為本發(fā)明所述的模型建立和求解實(shí)現(xiàn)過程示意圖。
[0033] 圖2為實(shí)例中含分布式電源的87節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)示意圖。
[0034] 圖3為實(shí)例中含分布式電源的69節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)示意圖。
[0035] 圖4為實(shí)例中配電系統(tǒng)孤島劃分方案示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0036] 以下結(jié)合附圖和實(shí)例對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施作進(jìn)一步說明，但本發(fā)明的實(shí)施和保護(hù) 不限于此，以下若有未特別詳細(xì)說明之處，均是本領(lǐng)域技術(shù)人員可參照現(xiàn)有技術(shù)實(shí)現(xiàn)的。[0037] 首先采集某一配電系統(tǒng)的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)、實(shí)時(shí)負(fù)荷數(shù)據(jù)以及分布式電源的出力數(shù) 據(jù)等，將該類數(shù)據(jù)導(dǎo)入含分布式電源的配電網(wǎng)重構(gòu)互補(bǔ)約束模型中求解，分析結(jié)果，得到該 系統(tǒng)狀態(tài)下最佳的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)。其次，通過可靠性計(jì)算得到最有可能出現(xiàn)故障的線路，將負(fù)荷 等級(jí)、負(fù)荷可控性、最有可能出現(xiàn)故障的線路等情況導(dǎo)入配電網(wǎng)孤島劃分模型求解，得到系 統(tǒng)發(fā)生故障后的孤島劃分供電方案，在大電網(wǎng)停電的前提下，重新構(gòu)建一個(gè)安全可靠的網(wǎng) 架結(jié)構(gòu)。
[0038] 本發(fā)明的工作原理及過程如下：
[0039] (1)收集配電系統(tǒng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)、實(shí)時(shí)負(fù)荷數(shù)據(jù)以及該配電系統(tǒng)內(nèi)分布式電源出 力數(shù)據(jù)等；
[0040] (2)將網(wǎng)架結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)、負(fù)荷數(shù)據(jù)、分布式電源出力數(shù)據(jù)導(dǎo)入含分布式電源的配電網(wǎng) 重構(gòu)互補(bǔ)約束模型中；
[0041] (3)通過利用高效的內(nèi)點(diǎn)法快速求解得到以降低網(wǎng)損為目標(biāo)的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，該網(wǎng)架 結(jié)構(gòu)能夠滿足系統(tǒng)安全運(yùn)行的要求，這樣既能降低網(wǎng)絡(luò)損耗，又能保證系統(tǒng)安全可靠的運(yùn) 行。；
[0042] (4)通過可靠性計(jì)算找出當(dāng)前配電系統(tǒng)內(nèi)最有可能出現(xiàn)故障線路；
[0043] (5)將步驟（1)采集得到的數(shù)據(jù)以及故障線路、負(fù)荷等級(jí)、負(fù)荷可控性/不可控性 等數(shù)據(jù)導(dǎo)入配電網(wǎng)孤島劃分模型中；
[0044] (6)利用數(shù)學(xué)優(yōu)化技術(shù)求解該模型，得到不需要進(jìn)行檢驗(yàn)和校正孤島劃分方案，當(dāng) 該線路發(fā)生故障時(shí)，能夠依據(jù)事先確定的方案對(duì)部分重要負(fù)荷或全部負(fù)荷持續(xù)供電，能有 效提高系統(tǒng)的供電可靠性。
[0045] 實(shí)施例1
[0046] 一種含分布式電源的配電網(wǎng)重構(gòu)和孤島劃分方法，按圖1所示流程圖實(shí)現(xiàn)，包括 如下步驟：