专利名称：含分布式电源的配电系统孤岛形成方法
技术领域：
本发明涉及智能配网、新能源，具体讲涉及含分布式电源的配电系统孤岛形成方法。
背景技术：
分布式发电(Distributed Generation,DG)的引入给配电网的运行及用户的供电 可靠性带来了显著影响。分布式发电并网之后，在故障及危急情况下，可采取系统解裂的措 施，进行孤岛运行，从而减少失电范围及停电时间，提高系统的供电可靠性。分布式发电技 术方兴未艾，寻找一项实用的快速解决含分布式发电配电系统最优孤岛划分问题的新技术 成为了相关学者的研究热点。文[1]提出了利用DG和负荷的状态实现自适应孤岛运行的 整体思路。文[2]通过对以DG为中心的功率圆的遍历确定满足功率平衡且恢复等值有效 负荷最大的孤岛方案。但是，当DG较多时，以不同DG为中心的功率圆可能相交，对于相交 区负荷的不同处理将得到不同的孤岛方案。文[3]将以不同DG为中心划分的相邻孤岛进 行融合，解决了功率圆相交的问题；但在孤岛划分过程中没有计及电压和设备载流量等约 束条件。文[4]提出了基于树模型的深度优先搜索孤岛划分算法，树模型的根节点为故障 点。并利用初始孤岛形成后的检验处理电压和设备载流量约束。从算法流程来看，文[3、4] 的孤岛搜索过程都默认负荷为不可控负荷。文[5]提出了计及负荷可控性和负荷优先等级 的基于启发式思路的孤岛划分算法，并通过检验和调节避免电压和设备载流量越限。但该 算法只能形成一个孤岛，孤岛的规模较大，网损较重。
发明内容
为克服现有技术的不足，提供一种含分布式电源的配电系统孤岛形成方法，本发 明采取的技术方案是，首先利用包含多个树背包问题Tree Knapsack Problem，缩写为TKP 的孤岛建立和孤岛合并过程得到初始孤岛划分方案；然后对初始孤岛进行相应的分析和调 整，而得到最终的孤岛方案；所述得到初始孤岛划分方案是采用分支定界算法求解TKP，其 过程为首先求解TKP的关键项Critical-item，然后利用拉格朗日松弛方法在多项式时间 内，即计算时间复杂性为0(n2)，η表示节点总数，找到TKP的上界。所述含分布式电源的配电系统孤岛形成方法，进一步细化为(1)初始最优孤岛的构建①形成故障隔离之后的故障下游配电系统树模型选择其中具有最大平均输出功 率的DG作为根节点，其余DG作为分支节点，DG节点的权值和需求都设为零，将树中权值为 零的节点与其父节点合并，得到简化等效树模型；②利用3. 3节所述分支定界算法计算对应简化等效树的TKP从而得到一个最优孤 岛，该TKP以根节点DG的输出功率为需求约束限值；③如果②步得到的孤岛的节点数大于1，则将此孤岛收缩为一个新的DG节点，其 平均输出功率为此孤岛中的DG功率输出总量减去其中的负荷总量；否则，将根节点DG进行标记；④如果现状树中所有DG均被标记；转到⑤步；否则，将现状树中在树模型简化过 程中合并的节点还原，从现状树中未被标记的DG集合中选择具有最大输出功率的DG节点 作为根节点形成新树模型，其余未被标记DG作为分支节点，DG节点的权值和需求都设为 零，将树中权值为零的节点与其父节点合并，得到简化等效树模型，并返回到②步；⑤孤岛合并在多个孤岛建立之后，如果某个负荷L与若干DG，由孤岛等效而成， 直接相连，说明该负荷的功率PL大于与之相连任一 DG的平均输出功率，假设与负荷L相连 的所有DG的平均输出功率之和为PS，在如下两种情况下，进行孤岛合并负荷L为可控负荷；负荷L为不可控负荷，PL彡PS ；孤岛合并即将负荷L和与之直接相连的DG节点合并成一个新的DG节点，即两 个或多个孤岛合并成一个孤岛，从而实现对负荷L的部分，L为可控负荷，且PL > PS或全 部-包括PL彡PS供电；如果合并后得到的DG节点功率大于零，转向④步；否则孤岛构建过程结束，转(2)
止
少；(2)如果初始孤岛方案中某些孤岛的剩余功率不为零，将其周围具有最高优先级 的可控负荷点的部分负荷添加到初始孤岛方案中；否则转(3)步；(3)把初始方案中各独立孤岛内的最大DG设置为各自的松弛节点，其它DG节点设 置为PV节点，进行初始孤岛的潮流计算，若潮流计算结果中各孤岛中松弛节点DG的出力大 于其最大出力，则适当切除优先级低的部分可控负荷，直到使松弛节点DG的出力小等于其 最大出力，如果孤岛中的某些节点电压越限，某些线路出现过载，则调节孤岛内DG电压、无 功补偿装置、以及切除部分过载线路下游端的部分优先级低的可控负荷，直到使系统能够 安全运行为止，DG为分布式发电Distributed Generation缩写。本发明具备如下技术效果本发明所建立的模型计及了负荷的优先级、可控性/不可控性，以及功率平衡、电 压、设备载流量约束，符合实际工程要求；计算时间复杂度相对较低。与现有基于启发式方法的孤岛划分策略相比，本发明 恢复重要负荷比重和恢复负荷总量都具有显著优势。
图1含分布式发电的美国PG&E的69节点配电系统。图2包含Gl的现状树。图3包含Gl和G2的现状树。图4包含Gl、G2、G4的现状树。图5含多DG的配电系统最优初始孤岛划分方案。图6利用文献[3]方法得到的孤岛划分方案。图7利用文献[5]方法得到的孤岛划分方案。
具体实施例方式最优的孤岛划分策略可以最大限度地发挥分布式电源的优势，使重要负荷在故障 期间优先得到供电恢复，同时使恢复供电的负荷总量最大。但是，随着系统规模的增大，最 优孤岛划分问题的求解面临“维数灾”问题，最优孤岛的获得将变的十分困难。因此，本发 明的目的是寻找一种实用的近似算法来快速确定最优孤岛划分方案。本发明采用两阶段策略处理含分布式发电的孤岛划分问题首先利用包含多个树 背包问题(Tree Knapsack Problem,TKP)的孤岛建立和孤岛合并过程得到初始孤岛划分方 案；然后对初始孤岛进行相应的分析和调整，而得到最终的孤岛方案。本发明采用分支定界 算法求解ΤΚΡ，其过程为首先求解TKP的关键项(Critical-item)，然后利用拉格朗日松弛 方法在多项式时间(0(n2))内找到TKP的上界，在此基础上给出了基于分支定界策略的求 解TKP的具体过程。本技术方法的流程如下(1)初始最优孤岛的构建①形成故障隔离之后的故障下游配电系统树模型。选择其中具有最大平均输出功 率的DG作为根节点，其余DG作为分支节点。DG节点的权值和需求都设为零。将树中权值 为零的节点与其父节点合并，得到简化等效树模型。②利用3. 3节所述分支定界算法计算对应简化等效树的TKP从而得到一个最优孤 岛。该TKP以根节点DG的输出功率为需求约束限值。③如果②步得到的孤岛的节点数大于1，则将此孤岛收缩为一个新的DG节点，其 平均输出功率为此孤岛中的DG功率输出总量减去其中的负荷总量；否则，将根节点DG进行 标记；④如果现状树中所有DG均被标记；转到⑤步；否则，将现状树中在树模型简化过 程中合并的节点还原，从现状树中未被标记的DG集合中选择具有最大输出功率的DG节点 作为根节点形成新树模型，其余未被标记DG作为分支节点。DG节点的权值和需求都设为 零。将树中权值为零的节点与其父节点合并，得到简化等效树模型，并返回到②步。⑤孤岛合并在多个孤岛建立之后，如果某个负荷L与若干DG(由孤岛等效而成) 直接相连，说明该负荷的功率PL大于与之相连任一 DG的平均输出功率。假设与负荷L相 连的所有DG的平均输出功率之和为PS，在如下两种情况下，进行孤岛合并负荷L为可控负荷；负荷L为不可控负荷，PL彡PS。孤岛合并即将负荷L和与之直接相连的DG节点合并成一个新的DG节点，即两个 (或多个)孤岛合并成一个孤岛，从而实现对负荷L的部分(L为可控负荷，且PL > PS)或 全部(PL彡PS)供电。如果合并后得到的DG节点功率大于零，转向④步；否则孤岛构建过程结束，转(2)步。(2)如果初始孤岛方案中某些孤岛的剩余功率不为零(此处可以改进，如果剩余 功率与孤岛内电源的比例大于某个设定值，否则剩余功率很小也执行此步操作，无意义)， 将其周围具有最高优先级的可控负荷点的部分负荷添加到初始孤岛方案中；否则转(3)步。(3)把初始方案中各独立孤岛内的最大DG设置为各自的松弛节点，其它DG节点 设置为PV节点，进行初始孤岛的潮流计算。若潮流计算结果中各孤岛中松弛节点DG的出力大于其最大出力，则适当切除优先级低的部分可控负荷，直到使松弛节点DG的出力小等 于其最大出力。如果孤岛中的某些节点电压越限，某些线路出现过载，则调节孤岛内DG电 压、无功补偿装置、以及切除部分过载线路下游端的部分优先级低的可控负荷，直到使系统 能够安全运行为止。此方案即为最终的孤岛划分方案。图1含分布式发电的美国PG&E的69节点配电系统。节点36、5、19、52为DG接入节点，这四个DG的平均输出功率分别为50kW、250kW、 400kW、1300kW。故障下游系统中各节点所连负荷的优先级和可控类型分别如表1和表2所 示。一、二、三类负荷的单位权重分别取为100、10、1。表1负荷优先级
权利要求
一种含分布式电源的配电系统孤岛形成方法，其特征是，首先利用包含多个树背包问题Tree Knapsack Problem，缩写为TKP的孤岛建立和孤岛合并过程得到初始孤岛划分方案；然后对初始孤岛进行相应的分析和调整，而得到最终的孤岛方案；所述得到初始孤岛划分方案是采用分支定界算法求解TKP，其过程为首先求解TKP的关键项Critical item，然后利用拉格朗日松弛方法在多项式时间内，即计算时间复杂性为O(n2)，n表示节点总数，找到TKP的上界。
2.根据权利要求1所述的一种含分布式电源的配电系统孤岛形成方法，其特征是，所 述含分布式电源的配电系统孤岛形成方法，进一步细化为(1)初始最优孤岛的构建①形成故障隔离之后的故障下游配电系统树模型选择其中具有最大平均输出功率的 DG作为根节点，其余DG作为分支节点，DG节点的权值和需求都设为零，将树中权值为零的 节点与其父节点合并，得到简化等效树模型；②利用3.3节所述分支定界算法计算对应简化等效树的TKP从而得到一个最优孤岛， 该TKP以根节点DG的输出功率为需求约束限值；③如果②步得到的孤岛的节点数大于1，则将此孤岛收缩为一个新的DG节点，其平均 输出功率为此孤岛中的DG功率输出总量减去其中的负荷总量；否则，将根节点DG进行标 记；④如果现状树中所有DG均被标记；转到⑤步；否则，将现状树中在树模型简化过程中 合并的节点还原，从现状树中未被标记的DG集合中选择具有最大输出功率的DG节点作为 根节点形成新树模型，其余未被标记DG作为分支节点，DG节点的权值和需求都设为零，将 树中权值为零的节点与其父节点合并，得到简化等效树模型，并返回到②步；⑤孤岛合并在多个孤岛建立之后，如果某个负荷L与若干DG，由孤岛等效而成，直接 相连，说明该负荷的功率PL大于与之相连任一 DG的平均输出功率，假设与负荷L相连的所 有DG的平均输出功率之和为PS，在如下两种情况下，进行孤岛合并负荷L为可控负荷；负荷L为不可控负荷，PL ≤ PS ；孤岛合并即将负荷L和与之直接相连的DG节点合并成一个新的DG节点，即两个或多 个孤岛合并成一个孤岛，从而实现对负荷L的部分，L为可控负荷，且PL > PS或全部-包 括PL≤PS供电；如果合并后得到的DG节点功率大于零，转向④步；否则孤岛构建过程结束，转(2)步；(2)如果初始孤岛方案中某些孤岛的剩余功率不为零，将其周围具有最高优先级的可 控负荷点的部分负荷添加到初始孤岛方案中；否则转(3)步；(3)把初始方案中各独立孤岛内的最大DG设置为各自的松弛节点，其它DG节点设置为 PV节点，进行初始孤岛的潮流计算，若潮流计算结果中各孤岛中松弛节点DG的出力大于其 最大出力，则适当切除优先级低的部分可控负荷，直到使松弛节点DG的出力小等于其最大 出力，如果孤岛中的某些节点电压越限，某些线路出现过载，则调节孤岛内DG电压、无功补 偿装置、以及切除部分过载线路下游端的部分优先级低的可控负荷，直到使系统能够安全 运行为止，DG为分布式发电Distributed Generation缩写。
全文摘要
本发明涉及智能配网、新能源。为克服现有技术的不足，提供一种含分布式电源的配电系统孤岛形成方法，本发明采取的技术方案是，首先利用包含多个树背包问题Tree KnapsackProblem，缩写为TKP的孤岛建立和孤岛合并过程得到初始孤岛划分方案；然后对初始孤岛进行相应的分析和调整，而得到最终的孤岛方案；所述得到初始孤岛划分方案是采用分支定界算法求解TKP，其过程为首先求解TKP的关键项Critical-item，然后利用拉格朗日松弛方法在多项式时间内，即计算时间复杂性为O(n2)，n表示节点总数，找到TKP的上界。本发明主要应用于快速解决含分布式发电配电系统最优孤岛划分问题。
文档编号H02J3/00GK101986496SQ20101029727
公开日2011年3月16日 申请日期2010年9月29日 优先权日2010年9月29日
发明者李胜文, 林济铿, 王旭东 申请人:天津大学