一种考虑分布式电源出力和负荷不确定性的孤岛划分方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种孤岛划分方法，尤其是涉及一种考虑分布式电源出力和负荷不确 定性的孤岛划分方法。
【背景技术】
[0002] 随着节能减排工作力度的加大，以可再生能源为主的各类分布式发电 (distributedgeneration，DG)在配网中的渗透率越来越高。由于分布式电源具有独立供 电的能力，在配网因故障而停电之后，若能充分利用DG独立、快速的供电能力（即孤岛运行 能力），实现停电区域中非故障网络及重要负荷的快速恢复供电，对于提高配网的供电可靠 性，以及减少停电损失具有重要意义。
[0003] 对于含DG的配网故障后，如何充分利用DG的孤岛运行来实现系统的故障恢复，各 界学者提出了不同的配网孤岛划分方法，其方法大致可分成两类：
[0004] 第一类不计DG出力的波动性及负荷需求的不确定性。此类方法通常先根据故障 后失电区内的分布式电源的分布形成初始孤岛划分方案，之后再对方案中的每个孤岛进行 安全性校验，进而确定最终的孤岛划分方案。第一种方法以功率最大的DG为根节点建立 功率树，结合连通性约束和放射性约束用隐枚举法在不考虑网损的情况下进行优化求解获 得初始划分方案，然后在计及网损条件下通过对每个孤岛进行静态生存性约束校验来修正 恢复供电的负荷量，从而得到最终的孤岛划分方案。文献分别以DG为中心，通过功率圆遍 历的方法确定恢复等值有效负荷最大的孤岛方案。但当DG较多时，以不同DG为中心的功 率圆会存在相互重叠的可能，相交区域内负荷的不同归属判定将会得到不同的孤岛划分方 案。第二种方法分别利用基于树背包理论的分支定界算法和深度优先动态规划算法，并采 用"搜索+校核"策略，实现了最优孤岛的划分，其孤岛划分的最优性具有较强的理论支撑。 从DG最优源点开始，根据节点电压约束、支路潮流约束与无电磁环网约束，逐条线路扩展 供电范围，当约束条件不能满足时即完成一个源点的扩展，当所有的源点扩展结束时即完 成了孤岛划分。第三种方法将含有分布电源的配网故障恢复分为三阶段，一是DG网络孤岛 的形成，主要通过分支定界的方法来搜索形成最优孤岛，然后在孤岛形成的基础上将剩余 网络进行扩张合并，最后将扩张后的孤岛与大电网进行同步来实现最优恢复，偏重于大电 网的整体恢复，效果好但所需时间长；第四种方法将孤岛恢复分为两阶段，第一阶段利用分 支定界的方法求解以DG为根节点的树背包问题，第二阶段对孤岛安全进行校验。该类方法 由于未考虑分布式电源出力的波动性和负荷需求的不确定性，采用该类方法所得到的孤岛 划分方案无法兼顾供电的可靠性和经济性，只是近似方案。
[0005] 第二类方法计及DG出力的波动性及负荷需求的不确定性。目前该类方法的研究 处于起步阶段，相关文献相对比较少。第一种方法提出了一种孤岛划分方法。该方法的具 体过程是将DG出力和负荷需求功率用区间函数描述，并通过馈线分区和待恢复树的最优 切割来实现故障停电网络的快速恢复供电。该方法计及了分布式发电的波动性及负荷需求 的不确性，其所得的最优方案更符合实际；但由于馈线分区和待恢复树的最优切割操作相 对比较繁琐，有待进一步提高其效率。第二种方法只考虑了风电一种分布式发电，并根据统 计分析将风电出力划分为3种状态并根据每一出力状态的概率，得到风电出力期望，进而 基于风电出力期望，构造以系统有功网损期望值最小为目标的优化模型，确定最佳孤岛。该 方法虽考虑了风电出力的随机性，但并未考虑负荷需求的不确定性及网络结构的优化，模 型过于简单。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种考虑全面完整 的考虑分布式电源出力和负荷不确定性的孤岛划分方法。
[0007] 本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
[0008] -种考虑分布式电源出力和负荷不确定性的孤岛划分方法，包括以下步骤：
[0009]1)设定分布式电源和负荷构成的随机变量序列{Xi，X2，…，XK}，其中前&个随机 变量为1个DG的出力，剩余的K 2个随机变量为K 2个负荷节点的负荷需求，且K i+K2= K ;
[0010] 2)对随机变量序列{XdX2，…，XK}中的K个随机变量，分别根据其各自服从的分布 函数用拉丁超立方采样方法进行N次分层采样，得到各自的N个采样值，构建初始采样矩阵 Z〇;
[0011] 3)通过消除各随机变量采样值之间的相关性，对初始采样矩阵Z。重新排列得到有 效米样矩阵Z;
[0012] 4)建立计及DG出力及负荷需求的最佳孤岛划分模型，分别将有效采样矩阵Z中 的每一列元素作为DG出力和负荷需求代入模型，求解模型得到N个孤岛集合IS。i = {1，2,…，N}，这N个孤岛集合组成初始总孤岛集合U°;
[0013] 5)在初始总孤岛集合U°中确定所有非重复性分布式电源组合的集合6° = 叫，G2,…，GF};
[0014] 6)确定所有DG的初始归属孤岛集合UG和负荷节点的可能归属孤岛，得到包含DG 和负荷节点的初始孤岛集合U;
[0015] 7)合并并调整初始孤岛集合U;
[0016] 8)对合并调整后的初始孤岛集合U中的初始孤岛进行重构、安全校验和调整，最 终得到孤岛划分的最佳网络及其安全运行所对应的出力及所供给的负荷。
[0017] 所述的步骤2)中的构建初始采样矩阵包括以下步骤：
[0018] 21)将随机变量序列成，X2，…，XK}中的一个随机变量\对应的累积概率分布函 的纵轴分成N个等间距不重叠的区间；
[0019] 22)对于第i个区间，把其中点（yk，i)作为曲线\的第i个采样值点，并通过函 数Y k= Fk(Xk)的反函数来计算该采样值点的横坐标xk>i, xk>i的表达式为：
[0020]
[0021] 23)根据N个采样值组成一个N维行向量[x kil, xk,2，…，xM]，并将随 机变量序列中的所有k个随机变量采样得到的k个N维行向量构建初始采样矩阵
[0022] 所述的步骤3)中构建有效矩阵Z具体包括以下步骤：
[0023] 31)将初始采样矩阵Z。变换为KXN顺序矩阵SE = [SE SE2，…，SEJ1，并对矩阵 SE的行向量进行Gram-Schmidt序列正交变换，消除相关性；
[0024] 32)按照Gram-Schmidt序列正交变换后的顺序矩阵中的行向量SE k (k = 1，2,…，K)中的元素对初始采样矩阵Z。的相应第k行元素进行重新排列，得到采样矩阵Z。
[0025] 所述的步骤4)具体包括以下步骤：
[0026] 41)在矩阵Z中，初始化列号i = 0;
[0027] 42) i++ ；
[0028] 43)建立DG出力及负荷需求确定性优化模型为：
[0034] 其中，该模型以流出节点功率为正，n为树模型中节点的最大编号，根节点的编号 为0 ;V为系统所有节点的集合，G表示系统中所有DG节点的集合，Ii为第i个独立孤岛的 节点集合，独立孤岛的总数为Z ;山表示配网中节点V的负荷需求，C v表示树中节点V的等 效负荷值，wv为节点V的负荷优先级权重，J^ss为第i个独立孤岛内的线路损耗；变量\表 示树中的节点V是否被选入到最优孤岛方案中，若节点V被选中，则x v= 1，反之，则xv = 0#1表示孤岛中分布式电源的备用容量，Pe为孤岛的最大容量，为非可再生能源DG 的额定功率，户/为可再生能源DG出力的期望值，S NR和S 别表示孤岛内非可再生能源DG、 可再生能源DG的集合，表示孤岛I 所有负荷需求之和，y表示孤岛中备用容量占负 荷总量的比例，Gmax, V、分别为v节点的电压幅值允许下限、上限及当前电压值，a ￥是 节点v的父节点，分别为\-v支路电流值及该线路允许最大电流值上为第v台 发电机的有功出力，lVig为节点v和节点g之间链上的所有节点；
[0035] 44)从矩阵Z抽取第i列中的元素组成序列{Xlil，x 2il……xKil}，把该序列中的前1 个元素分别作为1个分布式电源的出力，剩余的元素分别作为相应负荷节点的负荷需求， 采用两阶段搜索加调节的方法求解确定性最优孤岛划分模型，即，首先，暂时不考虑节点电 压约束、设备载流量约束和网耗对最优孤岛划分的影响，通过含孤岛划分和孤岛合并过程 搜索到满足功率平衡的最优孤岛划分初始方案，然后，利用潮流计算验证所得初始方案的 合理性，继而利用调节措施使孤岛安全运行，从而得到第i次抽样形成的Q个孤岛S ^~ SlU，这1^个孤岛组成了第i个孤岛集合ISi，孤岛&广中的各个分布式电源组合分别组 成集合G&Gd，…，Gz,.;
[0036] 45)判断i是否等于N，若是，则N次抽样孤岛划分结束，N个孤岛集合{ISi，IS2…… IS N}组成初始总孤岛集合U°= {ISi，IS2……ISN}，并且进行步骤5)，若否