一种考虑可再生能源间歇性的主动配电网多故障修复策略的制作方法

本发明涉及主动配电网多故障快速修复领域，尤其是一种考虑可再生能源间歇性的主动配电网多故障修复策略。

背景技术：

随着高渗透率的分布式能源(der)接入配电网，传统配电网拥有的控制方式、通讯技术难以满足其新的发展要求。主动配电网(adn)使用灵活的网络拓扑结构管理潮流，对局部der进行主动控制和管理的配电系统。配电网作为电力系统的末端网络，一旦发生故障，将造成严重的经济损失，如何协调调度主动配电网的紧急恢复资源对失电负荷进行快速恢复显得尤为重要。

国内外对于多故障修复策略的研究中，建立了含分布式电源的配电网多小队抢修优化模型，用多代理及dbcc算法对抢修策略进行优化，在抢修中考虑的恢复模型较为简单；建立了含dg的配电网多故障分阶段、分层的抢修与恢复协调优化模型，在恢复中把馈线等效为虚拟dg，实现孤岛和主网协同恢复。国外学者研究了多故障修复过程中故障修复时间的不确定性，获得鲁棒修复策略；

上述多故障修复策略的研究中将dg的出力当做稳定出力，但实际上，随着主动配电网的发展，光伏、风电渗透率越来越高，光伏、风电的出力具有时变性，对此国内学者考虑光伏、风电出力的时变性，利用储能和切负荷机制以及电动汽车保持孤岛内失电负荷得到持续供电。

技术实现要素：

本发明目的在于提供一种对主动配电网设定优先级、能够快速恢复重要失电负荷、保持孤岛供电的稳定性的考虑可再生能源间歇性的主动配电网多故障修复策略。

为实现上述目的，采用了以下技术方案：本发明所述方法的步骤如下：

步骤1，设置主动配电网供电资源调度优先级；

步骤2，建立主动配电网多故障分阶段修复策略模型；

步骤3，提出两阶段供电资源调度策略；

步骤4，采用深度优先搜索算法和改进细菌群体趋药性(dbcc)相结合的算法对主动配电网多故障分阶段模型进行求解；

步骤5，用matlab软件对算例进行仿真分析。

进一步的，所述步骤1的具体过程如下：主动配电网发生故障时，分布式电源(dg)、储能系统、柔性负荷、移动应急电源车都可以为主动配电网提供电能；为了充分利用供电资源恢复较多失电负荷，并且保证在故障期间恢复的失电负荷得到持续不断的供电，对供电恢复资源优先级进行设定。

恢复负荷量最大：主动配电网故障时，光储、风储、移动应急电源车都可以作为电源对失电负荷进行恢复，考虑恢复成本，发生多故障时，利用光储、风储的恢复成本要小于用移动应急电源车的恢复成本。因此，光储、风储优先级高于移动应急电源车。光储、风储及移动应急电源车恢复的总失电负荷功率为可以表示为：

ploss＝pepv+pewt+pmeps

式中，ploss为失电负荷功率；pepv为光储系统放电功率；pewt为风储系统放电功率；pmeps为移动应急电源车对失电负荷供电功率。

孤岛供电的稳定性：故障期间，光储、风储出力具有不稳定性，频繁的改变孤岛的拓扑结构是不被允许的，因此需要利用移动应急电源车、柔性负荷对孤岛进行调整，保持孤岛对重要失电负荷持续供电。考虑用户的满意度，设定移动应急电源车的优先级高于柔性负荷的优先级。

孤岛稳定性用孤岛电压稳定指标进行判定：

式中，ij为孤岛支路注入电流；ui为孤岛内电压；rij和xij分别为支路i-j的电阻和电抗；pj和qj分别为流入节点j的有功和无功功率。

根据孤岛电压稳定指标对孤岛稳定性进行准则为：i接近0表示稳定，i接近1表明不稳定。

进一步的，所述步骤2的具体过程如下：

步骤2-1，紧急抢修与快速恢复阶段修复目标；

2-1-1)确定第一故障点

期望缺失供电量(eens)是指主动配电网发生故障时，对一个故障点抢修所能恢复失电负荷量，反应故障的严重程度，用以下公式表示：

式中，tj为抢修j故障点所用的时间，n为j故障点所造成的失电负荷集合，wj为负荷权重等级系数，pj抢修一个故障点所恢复的失电负荷功率；

故障点的重要度是指某一故障点修复完成后，在规定时间或一定条件下电网的恢复程度。故障点重要度评价指标用以下公式表示：

式中，p为失电负荷总功率，γj为第j个故障点的重要度，γj值越大说明j故障点的严重度较高；

2-1-2)目标函数

以恢复失电负荷量最大为目标，即

式中，wi为利用供电资源恢复的负荷节点i的重要等级权重，ki为负荷节点i的的带电状态，1为带电，0为不带电，pi为利用供电资源恢复的失电负荷节点i的功率，m为调整的柔性负荷或三级负荷集合，pl为调整的柔性负荷或三级负荷功率；

步骤2-2，抢修与恢复联合优化目标；

以总经济损失最小为目标，即

式中tj为抢修j故障点所用时间(包括车程时间、抢修小队抢修时间)，wj为负荷等级权重系数，m为形成孤岛的数量；

步骤2-3，约束条件；

2-3-1)der出力约束

pdercmin≤pderc≤pdercmaxc＝1,2,…,ndg

式中ndg为der总数，pderc、pdercmin和pdercmax分别为第c个der的实际出力、出力的下限和出力上限；

2-3-2)移动应急电源约束

p1≤pc

t≥tj

式中，t为移动应急电源车最大供电时间；t为移动应急电源车所供失电负荷恢复供电的时间；p1为移动应急电源车所要供电的失电负荷量总和；pc为移动应急电源车所放电量最大值。

2-3-3)储能装置充放电约束

式中，et表示时段t末的储能装置所剩余的电能，pbt表示储能装置充放电功率，emax表示储能装置所能储存的最大电能，emin为储能装置所允许的最小剩余电能；

2-3-4)抢修资源约束

rs≤r。

式中，rs为抢修故障花费的资源；r为供电公司现有资源。

进一步的，所述步骤3的具体过程如下：

步骤3-1，第一阶段供电资源调度策略；

1)主动配电网发生故障时，主动配电网综合管理中心对光储、风储、馈线以及移动应急电源车进行调度对重要失电负荷尽可能多的恢复；此时主动配电网的最大供电能力为：

srs(t)＝sew(t)+sev(t)+sfeeder(t)+smeps(t)

式中，sew(t)为风储系统t时刻最大供电能力，sev(t)为光储系统t时刻最大供电能力，sfeeder(t)为馈线最大供电能力，smeps(t)为移动应急电源车t时刻最大供电能力；

2)故障点抢修期间，孤岛出现功率缺额即lloss(t)＜srs(t)，此时需要主动配电网管理中心对柔性负荷进行调度对缺失电量进行及时补充，最大可调节能力为：

sadjust(t)＝sil(t)+stl(t)

式中，sil(t)为可转移负荷最大可调节供电能力，stl(t)为可削减负荷最大可调节供电能力；

3)故障点抢修期间，孤岛功率缺额较大即lloss(t)-srs(t)＞sadjust，则需要对三级负荷进行削减；

步骤3-2，第二阶段供电资源调度策略；

1)故障点抢修完成后能够并网的dg并网运行，第一阶段功率有剩余的移动应急电源车为不稳定孤岛进行功率补充；

2)移动应急电源车没有剩余或剩余量不足时，对柔性负荷进行调整。

进一步的，所述步骤4的具体过程如下：

步骤4-1，第一阶段修复策略模型求解；

初始化：初始化网络数据，确定故障时间；

计算：eens、dg容量、失电负荷量；

预测：对光伏、风电出力进行预测；

形成初始孤岛：利用深度优先搜索算法以dg为根节点划分孤岛；

孤岛稳定性：根据故障点预抢修时间划分时段，每个时段中对孤岛稳定性进行判断，直至故障点抢修完成；

步骤4-2，全局最优修复策略流程；

初始化：初始化网络拓扑结构、细菌群体数；

寻优：个体寻优、整体寻优；

适应值计算：以总经济损失最小为目标进行计算。

进一步的，所述步骤5的具体过程如下：

步骤5-1，确定算例以及其必要特征；

步骤5-2，采用matlab软件编写dbcc程序对算例进行仿真分析。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

1、通过调度优先级能够快速的对主动配电网供电资源进行调度，快速恢复失电负荷。

2、主动配电网多故障分阶段修复策略，重要失电负荷较快恢复，降低了经济损失。

3、主动配电网两阶段供电资源调度策略能够保证已恢复失电负荷得到持续稳定的供电。

附图说明

图1是本发明方法的供电资源优先级设定框架图。

图2是本发明方法的紧急抢修及快速恢复阶段流程图。

图3是本发明方法的主动配电网修复策略优化流程图。

图4是本发明方法的算例结构图。

图5是本发明方法的pv、wt故障时出力预测图。

图6是本发明方法的第一阶段恢复策略图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明：

结合图2和图3，本发明所述计算方法的具体步骤如下：

步骤1，设置供电资源调度优先级

主动配电网发生故障时，分布式电源(dg)、储能系统、柔性负荷、移动应急电源车都可以为主动配电网提供电能。为了充分利用供电资源恢复较多失电负荷，并且保证在故障期间恢复的失电负荷得到持续不断的供电，对供电恢复资源优先级进行设定。主动配电网供电恢复的供电恢复资源优先级设定框架如图1所示。

步骤2，建立主动配电网多故障分阶段修复策略模型；

(2-1)紧急抢修与快速恢复阶段修复目标

1)确定第一故障点

期望缺失供电量(eens)是指主动配电网发生故障时，对一个故障点抢修所能恢复失电负荷量，反应故障的严重程度，用以下公式表示：

式中tj为抢修j故障点所用的时间，n为j故障点所造成的失电负荷集合，wj为负荷权重等级系数，pj抢修一个故障点所恢复的失电负荷功率。

故障点的重要度是指某一故障点修复完成后，在规定时间或一定条件下电网的恢复程度。故障点重要度评价指标用以下公式表示：

式中p为失电负荷总功率，γj为第j个故障点的重要度，γj值越大说明j故障点的严重度较高。

2)目标函数

以恢复失电负荷量最大为目标，即

式中wi为利用供电资源恢复的负荷节点i的重要等级权重，ki为负荷节点i的的带电状态，1为带电，0为不带电，pi为利用供电资源恢复的失电负荷节点i的功率，m为调整的柔性负荷或三级负荷集合，pl为调整的柔性负荷或三级负荷功率。

(2-2)抢修与恢复联合优化目标

以恢复失电负荷量最大为目标，即

式中tj为抢修j故障点所用时间(包括车程时间、抢修小队抢修时间)，wj为负荷等级权重系数，m为形成孤岛的数量。

(2-3)约束条件

(1)der出力约束

pdercmin≤pderc≤pdercmaxc＝1,2,…,ndg

式中ndg为der总数，pderc、pdercmin和pdercmax分别为第c个der的实际出力、出力的下限和出力上限。

(2)移动应急电源约束

p1≤pc

t≥tj

式中，t为移动应急电源车最大供电时间；t为移动应急电源车所供失电负荷恢复供电的时间；p1为移动应急电源车所要供电的失电负荷量总和；pc为移动应急电源车所放电量最大值。

(3)储能装置充放电约束

式中et表示时段t末的储能装置所剩余的电能，pbt表示储能装置充放电功率，emax表示储能装置所能储存的最大电能，emin为储能装置所允许的最小剩余电能。

(4)抢修资源约束

rs≤r

式中，rs为抢修故障花费的资源；r为供电公司现有资源。

步骤3，提出两阶段供电资源调度策略；

每个阶段的修复模型不同，对供电资源需求的紧急程度不同，因此在不同阶段对供电资源的调度策略不同，根据供电资源优先级提出供电资源的两阶段调度策略

(3-1)第一阶段供电资源调度策略；

1)主动配电网发生故障时，主动配电网综合管理中心对光储、风储、馈线以及移动应急电源车进行调度对重要失电负荷尽可能多的恢复。此时主动配电网的最大供电能力为：

srs(t)＝sew(t)+sev(t)+sfeeder(t)+smeps(t)

式中sew(t)为风储系统t时刻最大供电能力，sev(t)为光储系统t时刻最大供电能力，sfeeder(t)为馈线最大供电能力，smeps(t)为移动应急电源车t时刻最大供电能力。

2)故障点抢修期间，孤岛出现功率缺额即lloss(t)＜srs(t)，此时需要主动配电网管理中心对柔性负荷进行调度对缺失电量进行及时补充，最大可调节能力为：

sadjust(t)＝sil(t)+stl(t)

式中sil(t)为可转移负荷最大可调节供电能力，stl(t)为可削减负荷最大可调节供电能力。

3)故障点抢修期间，孤岛功率缺额较大即lloss(t)-srs(t)＞sadjust，则需要对三级负荷进行削减。

(3-2)第二阶段供电资源调度策略

1)故障点抢修完成后能够并网的dg并网运行，第一阶段功率有剩余的移动应急电源车为不稳定孤岛进行功率补充。

2)移动应急电源车没有剩余或剩余量不足时，对柔性负荷进行调整。

步骤4，采用深度优先搜索算法和改进细菌群体趋药性(dbcc)相结合的算法对主动配电网多故障分阶段模型进行求解；

(4-1)第一阶段修复策略模型求解

具体步骤如下：

1)初始化：初始化网络数据，确定故障时间；

2)计算：计算eens、dg容量、失电负荷量

根据(3-2)公式计算eens，根据eens得出故障点严重程度。确定第一故障点。

3)预测：对光伏、风机出力进行预测

对光伏的预测：基于灰色神经网络组合模型的方法对光伏出力进行预测，根据太阳能电池光生伏打效应的发电原理，光照转换的经验公式和合理的经验系数，输入太阳能辐射值，计算出光伏发电输出功率，即：

ppv(t)＝ηas

式中，η为额定光电转换效率，a为面积，s为太阳辐照度。

对风机出力预测：同光伏电源一样，风力发电的输出功率受风速的影响很大，本文采用威布尔分布进行分析，分布函数如下所示:

f(v)＝1-exp[-(v/c)^k]

风力发电的输出功率为：

式中pr为风电机组的额定功率(kw)；vci为风力发电机组的切入风速(m/s)；vr为风力发电机组的额定风速(m/s)；vco风力发电机组的切出风速(m/s)；k1＝pr/(vr-vci)；k2＝-pr/(vr-vci)；pw风力发电机组的输出功率；v风速(m/s)。

故障期间对光伏、风机出力预测曲线如图5所示。

4)形成初始孤岛：利用深度优先搜索算法以dg为根节点划分孤岛；

5)孤岛稳定性：根据故障点预抢修时间划分时段，每个时段中对孤岛稳定性进行判断，直至故障点抢修完成。

孤岛稳定则继续为失电负荷供电，不稳定则根据第一阶段供电资源调度策略对供电资源进行调度调整孤岛使其稳定供电。

(4-2)全局最优修复策略流程

初始化：初始化网络拓扑结构、细菌群体数；

初始化网络结构、细菌群体数，设施迭代次数，按照图2以恢复失电负荷量最大为目标形成初始修复方案，修改网络拓扑结构。初始修复方案如图6所示。

寻优：个体寻优、整体寻优；

适应值计算：以总经济损失最小和抢修时间最小为目标进行计算。

在全局优化过程中，每抢修完成一个故障点能够并网运行的dg并网运行；根据故障预抢修时间划分时段，每个时段对孤岛稳定性进行判定，根据第二阶段调度策略对孤岛进行调整，孤岛恢复的失电负荷得到持续供电。

步骤5，用matlab软件对算例进行仿真分析；

(5-1)确定算例以及其必要特征；

以改进的ieee69节点主动配电网为例，用matlab7.10进行仿真分析。该配电网有69个节点，4条联络开关，2个储能，4个dg，对应于每个dg设置储能装置ess，额定电压为12.66kv。0为根节点，1～7为故障点，8～76为负荷节点，一级负荷权重系数为100，二级负荷权重系数为10，三级负荷权重系数为1。节点28、66、72分别接入风储系统、光储系统、风储系统和光储系统，在54节点有馈线接入，接入容量为150。有应急发电车3台，功率分别为125、75、75，最大放电小时数分别为10h、6h、6h。为了计算简单本文将ci设为固定值2，ieee69节点算例结构如图4所示。

(5-2)采用matlab软件编写dbcc算法程序对算例进行仿真分析

通过仿真可知，该模型能够迅速确定紧急抢修的第一故障点，迅速恢复重要失电负荷，得到全局最优的失电负荷修复策略。

以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。