面向有源配电网的孤岛内启发式负荷削减模型的构建方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种电力系统可靠性运行的负荷削减模型。特别是涉及一种用于确定 配电网孤岛运行时电力供应不足情况下的负荷削减策略的面向有源配电网的孤岛内启发 式负荷削减模型的构建方法。
【背景技术】
[0002] 近年来，随着我国资源环境问题的日趋严重，以资源节约环境友好为特点的分布 式电源得到了大力的发展，越来越多的接入了现有的配电网之中。分布式电源的引入提升 了传统配电网的灵活性、经济性与环保性，但也将改变传统配电网的故障运行方式与可靠 性评估方法，需要考虑分布式电源并网孤岛等运行状态，为电力系统的可靠运行评估带来 了新的挑战。
[0003] 现有的分布式电源除了典型的风机，光伏等小容量可再生能源发电设备外，还搭 配以蓄电池为代表的储能装置，以弥补可再生能源出力波动性的不足。蓄电池通过采用不 同的充放电策略，储存分布式电源和负荷的过剩功率并在出力不足时释放，维持系统在不 同状态下的平稳运行。
[0004] 当有源配电网某一元件发生故障时，为了充分利用分布式电源运行灵活的特点提 升电网可靠性，可在故障发生后将本地的负荷同故障系统电气隔离，并利用本地分布式电 源单独为负荷供电，此时的本地电力系统处于孤岛运行状态。当分布式电源供应充足时，孤 岛运行可以保证本地负荷不受系统故障的影响而停电，待系统故障修复后，可将分布式电 源与本地负荷组成的小电力系统重新并入电网。
[0005] 孤岛内的停电情况取决于内部的电力平衡，当分布式电源总出力大于总负荷时， 孤岛内的负荷点将不会失电；而若分布式电源出力不足时，需要进行负荷削减，以平衡电力 供需，保证部分负荷的正常运行。
[0006] 由于孤岛内分布式电源的出力与负荷实时变化，且蓄电池在每一时刻对外提供的 最大功率决定于负荷削减的结果，因此负荷削减问题无法通过解析法求取。而枚举法又需 要较长的时间与计算内存。因此，构建一种面向有源配电网的新型负荷削减模型，以显著提 高运算速度，具有良好的应用价值。
【发明内容】
[0007] 本发明所要解决的技术问题是，提供一种具有运算速度快，占用内存小的面向有 源配电网的孤岛内启发式负荷削减模型的构建方法。
[0008] 本发明所采用的技术方案是：一种面向有源配电网的孤岛内启发式负荷削减模型 的构建方法，包括如下步骤：
[0009] 1)构建孤岛运行时元件模型，包括风机出力模型、光伏出力模型、负荷模型和蓄电 池模型；
[0010] 2)构建负荷削减模型；
[0011] 3)求解孤岛内负荷削减模型。
[0012] 步骤1)所述的风机出力模型的构建，包括：
[0013] (1)采用时间序列的ARMA模型模拟产生风速的时序数据：
[0014] Vt=μt+〇tyt (l)
[0015] yt=φiyt 彳伞仏 2+…Φα…(})nytη+αt-atiθ「at2Θ2-…atsΘs...-atηΘm (2)
[0016] 式中，Vt为实时风速；μt为评估区域内历史风速数据的平均值，σt为历史风速分 布的标准差，yt为时间序列，Φ1为自回归系数，1 = 1，"·η;Θs为滑动平均系数，s = 1，… m;at为白噪声系数，服从均值为〇、方差为 <的独立正态分布；
[0017] (2)建立风机出力模型
[0019] 式中，Pw为风机的实时出力，A、B、C为出力曲线非线性部分的拟合函数的系数，Vt 为第t个小时的实时风速数据，V"、VJPV。。分别为风机的切入风速、额定风速和切出风速， 匕为风机的额定输出功率。
[0020] 步骤1)所述的光伏出力模型为：
[0022] 式中，Pb为光伏的实时出力，单位kW;Psn为光伏的额定功率，表示在标准测试条件 下单位光强所能产生的功率；Gstd为额定光照强度，单位为kW/m2;R。为某一特定强度的光 强，在该光强下光伏出力与光强的关系开始由非线性变为线性；Gbt为第t个小时的实时光 强，单位kW/m2,Gbt的实时序列通过对历史光强的概率分布统计的抽样得到。
[0023] 步骤1)所述的负荷模型是通过负荷的典型年-周曲线、周-日曲线和日-小时曲 线形成实时的负荷数据获得：
[0024] Lt=LpXPwXPdXP h(t) (5)
[0025] 式中，Lp为年负荷峰值，Pw为与第t个小时对应的年-周负荷曲线中的值，Pd为与 第t个小时对应的周-日负荷曲线中的值，Ph(t)为与第t个小时对应的日-小时负荷曲线 中的值。
[0026] 步骤1)所述的蓄电池模型是采用铅酸蓄电池的两池模型，即蓄电池被分为两个 相互串联的池子，其中第一池内为可用能量，表示能够被立即转化为电能的能量；第二池内 为约束能量，表示受到池内化学反应速度约束而无法立刻转化为电能或由电能转化为化学 能的能量；
[0027] 蓄电池放电模型表示为：
[0028] Ρ"=min(Pdkbn，Pnisoc)nd (6)
[0029] 式中，P&表示蓄电池对外的最大持续放电功率，Pdkbni代表蓄电池的两池模型所描 述的蓄电池放电特性约束，ρ_。。代表最小容量约束，即蓄电池的最低荷电状态，nd为放电 效率，Pdkbn^BPnus。。的计算公式如下：
[0031] Ρηπ·=USoCst-SocJ/At(8)
[0032] 其中Q为放电前蓄电池的总剩余容量，QiS放电前第一池的剩余容量，Soc_为蓄 电池的最低荷电状态约束，S〇CstS充电前蓄电池的荷电状态，At为任一时间段，Q_为两 个池子的总容量，即蓄电池的额定容量（kWh) ;c为第一容量与总容量的比值，代表两个池 子的容量比率；k为常数（1/h)，用以表征能量在两池之间的转化速率。
[0033] 蓄电池充电模型表示为：
[0034] Pcnax =max(Pckbn, -Pncr, -Pncc, -Pnasoc) /nc (9)
[0035] 式中，蓄电池对外的最大可接受持续充电功率，P。_代表两池模型所描述的 蓄电池充电特性约束，代表蓄电池的最大充电率约束，代表蓄电池的最大允许充电 电流约束，P_。。代表最大容量约束，即蓄电池的最高荷电状态，η。为充电效率。各约束的 计算方法如下：
[0037] Pncr= (1-eαΔ?) (Qnax-Q)/At(11)
[0038] P咖=I_V_/l〇〇〇 (12)
[0039] Ρη^=Q(S〇cnax-Socst) /Δt(13)
[0040] 其中，Imax为蓄电池的最大允许充电电流，V_为蓄电池额定工作电压，Socmax为最 高荷电状态约束。
[0041] 步骤2)所述的构建负荷削减模型，首先设定进行负荷削减的条件：孤岛运行时岛 内所有蓄电池组能够释放的最大功率与所有分布式电源的出力之大于等于该时刻岛内的 总负荷，数学表达式如下：
[0043] 式中，?为第j个分布式电源在t时刻的实时出力，风机通过风机出力模型 计算，光伏可通过光伏出力模型计算，ND(；为分布式电源的总数；Zj为第k个负荷点的实时 负荷，通过负荷模型计算，队为负荷点的总数；为t时刻第i个蓄电池组在时间间 隔At内能够对外提供的最大功率，通过蓄电池模型计算，Nb为孤岛内蓄电池组的总个数， Sjt)为孤岛内的有功损耗，tst为孤岛形成时刻，tOTd为孤岛运行结束时刻，时间间隔At取 1小时，X(k)为第k个负荷点的削减状态。
[0044] 如果不满足式负荷削减的条件的约束，就需要削减一部分负荷点的负荷，以确保 孤岛内的电力平