一種基於電氣耦合度的多微網系統孤島劃分方法
2024-03-07 00:35:15 1
一種基於電氣耦合度的多微網系統孤島劃分方法
【專利摘要】一種基於電氣耦合度的多微網系統孤島劃分方法，屬於發電、變電或配電技術控制領域。應用該方法，對多微網系統進行合理的孤島劃分，在多微網系統進行初步劃分時，為使得劃分後的各孤島能夠滿足一定的功率平衡約束條件和電氣參數上下限約束條件，對孤島中不能穩定運行的孤島進行切負荷策略或切分布式電源策略處理，以穩定所有孤島的運行狀態，以此來保證整個微網或是多微網系統的穩定運行，實現多微網系統的合理孤島劃分。該孤島劃分方法基於電氣耦合度，使得該方法具有明確的物理意義，有較高的操作指導型，且對於原始數據的數量要求較少；同時使用該方法進行孤島運行劃分的微網在孤網運行時能夠穩定運行。
【專利說明】-種基於電氣輔合度的多微網系統孤島劃分方法
【技術領域】
[0001] 本發明設及一種多微網系統孤島劃分方法，屬於發電、變電或配電技術控制領域。
【背景技術】
[0002] 分布式電源（即Distributed Generation,簡稱DG)指為滿足終端用戶的特殊要 求，接在用戶側附近的小型發電系統。它們的規模一般不大，通常為幾十千瓦至幾十兆瓦， 所用的能源包括天然氣（含煤層氣，沼氣）、太陽能、生物智能、氨能、風能、小水電等清潔能 源或可再生能源，而儲能裝置主要為蓄電池等。為了提高能源利用率，同時降低成本，往往 採用冷、熱、電等各種能源一起供應的系統成為分布式電源系統，而包括分布式能源在內的 電力系統稱為分布式能源電力系統。
[0003] 迄今為止，分布式電源技術的潛力尚未得到充分發揮，究其原因，主要有W下幾 點：
[0004] (1)分布式電源自身的特性決定了一些電源的出力將隨外部條件的變化而變化， 表現出間歇性和隨機性等特點，使得該些電源僅依靠自身的調節能力難W滿足負荷的功率 平衡，且不可調度，需要其他電源或儲能裝置的配合W提供支持和備用。
[000引 似分布式電源的併網運行改變了系統中的潮流分布，對配電網而言，由於分布式 電源的接入導致系統中具有雙向潮流，給電壓調節、保護協調與能量優化帶來了新問題。
[0006] (3)多數分布式電源需要通過電力電子接口併入電網，大量電力電子設備和電容、 電感的引入，易影響周邊用戶的供電質量，外界產生幹擾可能導致頻率和電壓的不同步，從 而拖跨整個系統。
[0007] (4)為數眾多、形式各異、不可調度的分布式電源將給依靠傳統集中式電源調度方 式進行管理的系統運行人員帶來更大的困難，缺乏有效的管理將導致分布式電源運行時的 "隨意性"，給系統的安全性和穩定性造成隱患。
[000引為使分布式發電得到充分利用，一些學者提出了微型電網（MicroGrid，簡稱微 網）的概念。微網是指由分布式電源、儲能裝置、能量變換裝置、相關負荷和監控、保護裝置 匯集而成的小型發配電系統，是一個能夠實現自我控制、保護和管理的自治系統，既可W與 大電網併網運行，也可W孤立運行。現有研究和實踐已表明，將分布式電源供能系統W微網 的形式接入大電網併網運行，與大電網互為支撐，是發揮分布式發電供能系統效能的最有 效方式。而在微網中分布式電源往往是有不同容量等級的，W便在網內形成供電階梯。
[0009] 近年來，關於多微網孤島劃分研究已經取得了一定成果。當多微網的孤島劃分選 擇重點考慮保持微網內部功率平衡W及重要負荷的供電，則被劃分為優化問題，傳統解決 方式是W等值有效最大負荷為目標函數，建立配電網孤島劃分的模型。另外考慮到設備產 權及調度範圍等的問題，多微網的劃分經常基於區域微網或其子網種類的不同，例如根據 單元微網、區域微網、系統微網等的微電網在配電網中的自然拓撲屬性進行簡單分類，W便 調度及控制保護策略的實施。
【發明內容】
[0010] 本發明要解決的技術問題是，針對現有技術不足，提出一種基於電氣禪合度的多 微網系統孤島劃分方法。該方法從拓撲的連通特性出發，對多微網的孤島運行提供劃分策 略，不同於現有簡單劃分。該方法更具有實際的物理意義，同時還具有計算簡單、步驟清晰、 可操作性高，對原始數據要求數量偏少等特點。
[0011] 該方法具體執行如下步驟：
[0012] 1)依據所述多微網系統的節點阻抗矩陣，運用疊加原理進行計算得到所述網絡拓 撲結構中任意二個節點i與節點j之間的電氣距離Zii。。。；
[0013] 2)通過下式運算出所述節點i的電氣禪合連接度
[0014]
【權利要求】
1. 一種基於電氣耦合度的多微網系統孤島劃分方法，其特徵在於執行如下步驟： 1) 依據所述多微網系統的節點阻抗矩陣，運用疊加原理進行計算得到所述網絡拓撲結 構中任意二個節點i與節點j之間的電氣距離Zij^qu; 2) 通過下式運算出所述節點i的電氣親合連接度Deu; ?= i乒j，N為所述網絡拓撲中的節點總數； 3) 在所述節點i中選擇用於表示所述多微網系統中容量等級為最高級的分布式電源 的節點作為第一節點，按所述第一節點的電氣耦合連接度由小到大的順序從所述第一節點 中選擇數目X個第一節點作為源節點； 所述數目X為所述網絡拓撲結構中所需劃分出孤島的數量； 所述節點i中未被選擇為源節點的其餘節點作為非源節點； 4) 根據選擇的所述源節點和非源節點對所述多微網系統依據拓撲連通性原則進行孤 島初步設置，所述孤島有且僅有一個源節點； 5) 按照功率平衡約束條件、電壓上下限約束條件和分布式電源出力上下限約束條件三 個條件對所述源節點的執行策略選擇如下， 5-1)當所述源節點中分布式電源的有功出力大於所述源節點中分布式電源的額定值 時，則所述孤島以所述源節點為中心執行切除負荷策略； 5-2)當所述源節點中分布式電源的有功出力小於O時，則所述孤島以所述源節點為中 心執行切除分布式電源策略； 依照步驟5)對各孤島進行操作，完成所述多微網系統孤島劃分。
2. 如權利要求1所述的基於電氣耦合度的多微網系統孤島劃分方法，其特徵在於，在 步驟5)中的所述功率平衡約束條件、所述電壓上下限約束條件和所述分布式電源出力上 下限約束條件分別為： 功率平衡約束條件如下，
其中， Pei為所述節點i中分布式電源的有功出力，Qei為所述節點i的中分布式電源的無功 功率； Pu為所述節點i中負載有功功率，Q?為所述節點i的負載無功功率； Θu為所述節點i與所述節點j之間的電壓相角差； m是與所述節點i相連的支路數量； 電壓上下限約束條件和分布式電源出力上下限約束條件如下，
其中， Ui為所述節點i處實際電壓幅值，Ui,N為所述節點i中分布式電源的額定電壓幅值，Pei, 述節點i中分布式電源的額定有功出力，Qei,_為所述節點i中的分布式電源的最大 無功出力。
3.如權利要求1中的基於電氣耦合度的多微網系統孤島劃分方法，其特徵在於，在步 驟5)中： 所述切除負荷策略執行步驟如下： 5-1-1)在步驟4)的孤島中，以所述源節點為中心，計算出所述孤島中的邊界點到所述 源節點的電氣距離； 所述邊界點是指在所述孤島中m= 1的所述非源節點； 5-1-2)從所述邊界點中選取與所述源節點間電氣距離最大的點作為第一負荷點，切除 所述第一負荷點中的最小負荷； 5-1-3)在所述孤島切除負荷後， 所述源節點中分布式電源是否滿足功率平衡約束條件，若滿足則不再切除所述第一負 荷點中的負荷； 若所述源節點中分布式電源不滿足所述功率平衡約束條件，則對切除過負荷的所述第 一負荷點繼續做切除最小負荷的處理直至將所述第一負荷點中負荷完全切除； 在步驟5-1-3)中，若所述孤島將所述第一負荷點中負荷完全切除後，所述源節點中 分布式電源仍然不能滿足所述功率平衡約束條件，則對當前狀態下的孤島再次進行切負荷 策略，直至達到所述源節點中分布式電源能夠滿足所述功率平衡約束條件，即完成所述多 微網系統孤島劃分； 所述切除分布式電源策略執行步驟如下： 5-2-1)選取步驟4)的孤島中的次有源節點，所述次有源節點是指所述孤島中除源節 點外的內含分布式電源的節點； 5-2-2)根據所述次有源節點中分布式電源的可變成本大小按照從大到小的順序為所 述次有源節點進行排序； 在步驟5-2-2)中的排序過程中，若存在有可變成本相同的次有源節點，則比較各次有 源節點與所述源節點間的電氣距離，並根據比較結果將所述電氣距離小的次有源節點排列 於所述電氣距離大的次有源節點之前； 5-2-3)根據步驟5-2-2)中得到次有源節點的順序序列，從首向尾逐一切除所述次有 源節點中的分布式電源，直至所述源節點不再從多微網系統吸收能量為止，即所述有源節 點中分布式電源的有功出力大於或等於〇時，此時調整最後一個被切除的次有源節點的分 布式電源的出力，使得所述有源節點中分布式電源的有功出力與無功出力均為〇,即得完成 所述多微網系統孤島劃分。
【文檔編號】H02J3/00GK104466948SQ201410643085
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年11月13日 優先權日:2014年11月13日
【發明者】韋磊, 趙新建, 雷正新, 韓蓓, 李國傑 申請人:國家電網公司, 江蘇省電力公司, 江蘇省電力公司南京供電公司, 上海交通大學