一种交直流混合微电网动态架构及其重组方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及交直流混合微电网技术领域，尤其涉及一种交直流混合微电网动态架 构及其重组方法。
【背景技术】
[0002] 微电网是含有分布式发电装置、储能装置和负荷，并具有一定自我调节和控制能 力的小型配电子网。它既可以并网运行，也可以在大电网故障时解列为孤岛运行。微电网 技术推动了可再生能源利用和分布式发电的发展，备受世界各国重视。根据母线电流形式 的不同，微电网可以分为交流微电网和直流微电网。近几年来，随着分布式能源和储能技术 的发展以及负荷类型的增加，结合交流微电网和直流微电网各自优点的交直流混合微电网 受到了人们的关注。交直流混合微电网相较于单纯的交流或直流微电网具有如下优点：① 减少了 AC/DC和DC/AC等变换环节，从而减少了多级变换带来的能量损失；②可以用于交流 负荷和直流负荷，减少用户设备内的变频装置，降低设备的制造成本。
[0003] 长期以来，对微电网的控制和运行优化主要集中于对分布式能源出力的调整，而 忽视了网络结构变化对微电网的影响。若能将两者同时考虑，则能够极大的提高微电网的 优化运行能力。
[0004] 微电网重构是指微电网的网络架构能够根据实时的电源出力和负荷状态进行动 态调整。目前国内外研究的微电网重构可分为故障条件下的重构和正常运行时的微电网重 构。在遇到故障时，微电网将迅速重构自愈，尽可能快速地恢复用户的电力供给。在正常状 态下，微电网重构可以通过改变网络结构得到比传统微电网更优的能量管理结果，充分地 利用分布式发电单元。
[0005] 目前微电网重构的研究主要集中于故障条件下的重构，并且均是针对于交流微电 网CERTS微电网架构进行的重构。对于交直流混合微电网的重构尚无研究。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的就是为了解决上述问题，提出了一种交直流混合微电网动态架构及 其重组方法，根据交直流混合微电网系统的环境条件动态调整光伏阵列的接入方式，从而 减少两级变换带来的能量损耗，减小对储能装置及双向变换器的容量冲击，保证交直流混 合微电网运行的可靠性和经济性。
[0007] 为实现上述目的，本发明采用采用如下技术方案：
[0008] -种交直流混合微电网动态架构，包括：
[0009] 交直流混合微电网直流母线和交流母线之间连接双向DC/AC变换器，DC/DC变换 器、开关S1、光伏阵列单元、开关S2和DC/AC变换器依次串联连接组成串联支路，若干所述 串联支路分别并联在交直流混合微电网直流母线和交流母线之间；
[0010] 所述开关Sl和开关S2保证同一时刻每个所述光伏阵列单元只能连接在一条母线 上。
[0011] -种交直流混合微电网动态架构的重组方法，包括以下步骤：
[0012] (1)在MATLAB环境中搭建权利要求1所述的交直流混合微电网动态架构模型，并 分别建立并网模式下和孤岛模式下的交直流混合微电网动态架构重组数学模型；
[0013] (2)确定交直流混合微电网动态重构的判据；
[0014] (3)建立超短期光伏输出功率预测模型和超短期负荷预测模型；
[0015] (4)采用带精英策略的快速非支配排序遗传算法NSGA- II进行基于多目标优化的 交直流混合微电网动态架构重组。
[0016] 所述步骤（1)中建立的并网模式下交直流混合微电网动态架构重组数学模型为：
[0020] 其中，DL表示直流母线上的直流负荷；X为与光伏阵列相连的的开关矩阵，X(i)= 1表示光伏阵列与直流母线相连，X(i) = 〇表示光伏阵列与交流母线相连；X。表示连接开 关的初始状态；N为连接开关的个数；PVG表示光伏阵列的发电量矩阵；F为交直流混合微 电网动态架构重组的优化目标，A Pd。为直流负荷与直流母线上的光伏微源发电功率差值， K为切换开关的开关次数。
[0021] 所述步骤（1)中建立的孤岛模式下交直流混合微电网动态架构重组数学模型为：
[0025] 其中，AL表示交流母线上的交流负荷；X为与光伏阵列相连的开关矩阵，~X表示 对X进行取反，X (i) = 1表示光伏阵列与交流母线相连，X (i) = 0表示光伏阵列与直流母 线相连；XJi)表示连接开关的初始状态；N为连接开关的个数；PVG表示光伏阵列的发电量 矩阵。
[0026] 为保证交直流混合微电网动态架构重组数学模型的合理性，除了要保证系统的功 率平衡外，还应满足如下的不等式约束：
[0027] PVG⑴咖彡PVG⑴彡PVG⑴ΜΧ
[0028] 0^P(t)b^Pb,nax
[0029] 0 < K 彡 K_
[0030] 其中，η为光伏阵列单元个数，i = 1，2,3, ···，!! ；PVG(UPPVG(i) _为光伏阵列 单元的最小输出功率和最大输出功率；P (t)b为t时刻蓄电池的存储量，Pbinax为蓄电池最大 储能；Kmax为开关的最大开关次数。
[0031] 所述步骤（2)中交直流混合微电网动态重构的判据具体为：
[0032] 并网模式下：
[0033] 与直流母线相连接的光伏阵列单元的输出功率发生波动或者直流负荷波动超过 设定范围；
[0034] 孤岛模式下：
[0035] 与交流母线相连接的光伏阵列单元的输出功率发生波动或者交流负荷波动超过 设定范围。
[0036] 所述步骤（3)中建立超短期负荷预测模型的具体方法为：
[0037] 1)从光伏电站中获取负荷数据，并采用相关系数法选择出特征样本数据，剔除异 常值；
[0038] 2)根据下式对样本数据进行归一化处理；并随机划分训练集和测试集；
[0040] 式中，X为归一化前的变量，x_和X _分别为X的最小和最大值，X'为归一化后 的变量；
[0041] 3)选用如下式的径向基RBF核函数，并采用交叉验证法对径向基核函数的参数进 行寻优；
[0043] 式中，K (X，y)为径向基RBF核函数，X，y分别为输入和输出量，〇为径向基RBF核 函数的参数。
[0044] 4)基于支持向量机建立超短期负荷预测模型：通过非线性映射Φ，将输入数据X 映射到高维特征空间F，然后在此特征空间中进行线性逼近，得到相应的超短期负荷预测 模型。
[0045] 所述步骤（4)的具体方法为：
[0046] 1)在解空间内随机产生大小为N的初始种群：交直流混合微电网动态架构重组的 优化变量是与m个光伏阵列相连接的开关，因此采用二进制种群，每条染色体由m个0和1 组合而成；
[0047] 2)对初始种群Pt进行非支配排序和拥挤度计算；
[0048] 3)执行选择、交叉和变异操作得到新种群Qt ;
[0049] 4)精英策略：将子代种群Qt与父代种群Pt合并，生成2N大小的种群Rt，对其进 行非支配排序得到一系列非支配解前端，并计算拥挤度，从中选出拥挤度较大的N个个体 进行交叉、选择、变异产生新的子代种群Qt+Ι ;
[0050] 5)终止条件：判断是否为最大迭代次数，若是，则停止运算，输出多目标优化的 Pareto解，即得到了交直流混合微电网动态架构重组中切换开关的状态。否则转到步骤 4)〇
[0051] 本发明的有益效果是：
[0052] 1、本发明减少了交流母线和直流母线之间的能量交换，从而减少了能量的两级变 换，减小能量损耗。
[0053] 2、光伏阵列与逆变器和变换器之间均有连接开关，连接开关保证同一时刻每个光 伏阵列单元只能连接在一条母线上，因此可以将光伏阵列根据环境条件的改变而动态的调 整其连接方式减小对储能装置及双向变换器的容量冲击，保证交直流混合微电网运行的可 靠性和经济性。
【附图说明】
[0054] 图1为交直流混合微电网架构重组示意图；
[0055] 图2为交直流混合微电网架构图；
[0056] 图3为本发明实施例2015年2月4号的光伏阵列单元的输出功率预测曲线；
[0057] 图4为本发明实施例2015年2月4号的用户负荷预测曲线。
【具体实施方式】
[0058] 下面结合附图与实例对本发明做进一步说明。
[0059] 图1为交直流混合微电网架构重组示意图，交直流混合微电网动态构架重组根据 交直流混合微电网系统的环境条件动态调整光伏阵列的接入方式，从而减少两级变换带来 的能量损耗。
[0060] 图2为交直流混合微电网架构图，现有的交直流混合微电网直流母线和交流母线 之间通过双向变换器连接。而本发明提出的架构特点在于光伏阵列与逆变器和变换器之间 均有连接开关，连接开关为单刀双掷开关，保证同一时刻每个光伏