一种配电网的互动控制方法及系统与流程

本发明涉及电网控制技术领域，具体涉及一种配电网的互动控制方法及系统。

背景技术

随着技术的发展配电网组成结构发生了改变，分布式电源以及大量新型柔性负荷接入到配电网中，使得分布式电源和柔性负荷造成配电网运行控制面临新的挑战。主要表现为分布式电源的出力稳定性和可调控能力比较差，柔性负荷的灵活变化性比较难预测，如果不加以合理的控制就会影响电网的安全稳定运行。

有效分析利用分布式电源以及大量新型柔性负荷的特性，可参与配电网的运行控制与调节，从而实现“源-网-荷”互动运行。互动控制需要分析其互动特性，并对其互动能力进行科学评价，进而提出满足配电网时空分布特征的互动控制技术。

本发明旨在提供一种配电网互动控制方法及系统，将对电网互动能力进行控制，实现电网系统的良好互动运行，提升系统安全水平。

技术实现要素：

因此，本发明要解决的技术问题在于通过分析配电网的互动特性，对其进行评价，根据评价结果进行互动能力控制。

为此，本发明实施例提供一种配电网互动控制方法，包括如下步骤：将整个电网系统解耦为多个电气岛；针对每个所述电气岛做互动特性分析；基于互动特性分析结果对互动能力进行评价；基于互动能力评价结果确定安全防护控制策略。

优选地，所述解耦的多个电气岛是根据分布式电源、配电网和负荷之间的物理拓扑和电气拓扑得到的。

优选地，所述针对每个所述电气岛做互动特性分析的步骤，包括：根据分布式电源模型、负荷动态模型和配电网模型，确定在指定互动行为下配电网各安全指标的时域曲线；根据所述时域曲线分析各安全指标的变化特征即互动特性。

优选地，所述基于互动特性分析结果对互动能力进行评价的步骤，包括：对电网系统进行潮流计算，以确定所述电网系统中的运行点的安全指标，进而计算所述指标的加权和；设定某一互动行为组合；采用基于时域仿真的互动特性分析方法，重新计算所述指标的加权和。

优选地，所述安全防护控制策略包括日前、时前和实时多时间尺度协调的安全防护控制策略。

相应地，本发明实施例提供一种配电网互动控制系统，包括：动态分层分区拓扑着色模块，用于将整个电网系统解耦为多个电气岛；互动特性分析模块，用于针对每个所述电气岛做互动特性分析；互动能力评价模块，用于基于互动特性分析结果对互动能力进行评价；安全防护控制模块，用于基于互动能力评价结果确定安全防护控制策略。

优选地，所述动态分层分区拓扑着色模块根据分布式电源、配电网和负荷之间的物理拓扑和电气拓扑将整个电网系统解耦为多个电气岛。

优选地，所述互动特性分析模块，包括：时域曲线构建模块，用于根据分布式电源模型、负荷动态模型和配电网模型，确定在指定互动行为下配电网各安全指标的时域曲线；变化特征确定模块，用于根据所述时域曲线分析各安全指标的变化特征即互动特性。

优选地，所述互动能力评价模块，包括：安全指标确定模块，用于对电网系统进行潮流计算，以确定所述电网系统中的运行点的安全指标，进而计算所述指标的加权和；互动行为设定模块，用于设定某一互动行为组合；安全指标重置模块，采用基于时域仿真的互动特性分析方法，重新计算所述指标的加权和。

本发明技术方案，具有如下优点：

1.本发明提供的技术方案是将整个电网系统解耦为多个电气岛，针对每个所述电气岛做互动特性分析，基于互动特性分析结果对互动能力进行评价，基于互动能力评价结果确定安全防护控制策略。本发明提供的方法分析电网系统中分布式电源、配电网和负荷各个设备在电网节点上的特性，仿真分析设定的互动行为组合下节点电压安全指标和支路潮流安全指标的变化，计算指标的加权和，对互动能力进行评价，根据评价结果进而制定日前、时前、实时等多时间尺度协调的安全防护控制策略，通过滚动偏差调整，保障系统安全运行。

2.本发明提供的系统互动特性分析模块为互动能力评价模块提供实现手段，在互动能力评价模块中定义了安全评价指标后即可调用互动特性分析模块进行定量分析，得到不同互动行为对各安全评价指标的互动能力。互动能力评价模块又为日前、时前、实时安全防护控制模块提供控制目标。各模块既可以独立又是紧密联系的有机整体，功能逐一递进。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例1中一种配电网互动控制方法的一个具体示例的流程图；

图2为本发明实施例1中基于多步长并行仿真的互动特性分析流程图；

图3为本发明实施例2中一种配电网互动控制系统的一个具体示例的系统结构框图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

实施例1

本实施例提供一种配电网互动控制方法，如图1所示，包括如下步骤：

s1：将整个电网系统解耦为多个电气岛。

解耦的多个电气岛是首先根据分布式电源、配电网和负荷设备之间的物理连接关系，确定“源-网-荷”的物理拓扑，然后根据开关设备的实时运行状态，确定设备之间的电气连接关系，形成“源-网-荷”电气拓扑，即得到多个电气岛，以便进行独立分析。

s2：针对每个所述电气岛做互动特性分析。

互动特性分析是对互动能力评价的前提，对各个电气岛采用基于时域仿真的互动特性分析方法，分析分布式电源、配电网和负荷各个调节设备在各个节点的运行状态。

s3：基于互动特性分析结果对互动能力进行评价。

要建立评价指标和评价方法对互动特性分析结果进行评价。电网的互动能力主要体现在“源”、“网”、“荷”对电网安全指标的提升上。利用评价方法是针对互动行为组合，分析某一指定的互动行为组合对电网安全指标的提升作用。

s4：基于互动能力评价结果确定安全防护控制策略。

安全防护控制策略有多种，本实施例中的安全防护控制策略包括日前、时前和实时多时间尺度协调的安全防护控制策略。通过滚动偏差调整，保障系统安全运行。

具体地，日前安全防护控制策略应在满足未来一天96个时段(以15分钟为时间分辨率)各类约束条件(包括电力电量平衡约束，各节点有功、无功、电压安全约束，各支路潮流安全约束，以及安全裕度要求等)的前提下，最大化96个时段的“源-网-荷”互动能力，从而保证在未来一天96个时段均具有足够的互动能力以保障系统安全运行。以96个时段内的“源-网-荷”互动能力最小值为其日前安全防护控制策略的目标函数，那么“源-网-荷”日前安全防护控制策略即应最大化96个时段内“源-网-荷”互动能力的最小值。

“源-网-荷”时前安全防护控制策略应在满足未来1小时12个时段(以5分钟为时间分辨率)各类约束条件(包括电力电量平衡约束，各节点有功、无功、电压安全约束，各支路潮流安全约束，以及安全裕度要求等)的前提下，最大化12个时段的“源-网-荷”互动能力，从而保证在未来一小时12个时段均具有足够的互动能力以保障系统安全运行。以12个时段内的“源-网-荷”互动能力最小值为其时前安全防护控制策略的目标函数，那么“源-网-荷”时前安全防护控制策略即应最大化12个时段内“源-网-荷”互动能力的最小值。

在实时控制阶段，“源-网-荷”互动安全防护控制策略，以最大化当时的“源-网-荷”互动能力为目标，以提高系统应对突发事件，维持系统安全稳定运行的能力，此时的约束条件包括功率平衡约束，各节点有功、无功、电压安全约束，各支路潮流安全约束等。

本发明实施例提供的上述配电网互动控制方法，考虑配电网范围内“源”、“网”、“荷”的互动特性，，将整个系统解耦为多个电气岛；针对每个电气岛，提出基于时域仿真的配电网“源-网-荷”互动特性分析方法，进而提出基于互动特性分析仿真的互动能力评价方法，并制定日前、日内、实时等不同时间尺度下安全防护控制策略，通过滚动偏差调整，保障系统安全运行。

作为一个优选的实施方式，上述步骤s2的互动特性分析采用基于时域仿真的配电网“源-网-荷”互动特性分析方法，具体地，步骤s2可以包括以下步骤：

s21，根据分布式电源模型、负荷动态模型和配电网模型，确定在指定互动行为下配电网各安全指标的时域曲线；

s22，根据所述时域曲线分析各安全指标的变化特征即互动特性。

根据分布式电源模型、负荷动态模型和配电网模型，建立描述每一种分布式电源和负荷动态过程的微分方程，以及配电网潮流计算的代数方程，并定义各种互动行为；采用数值积分方法交替迭代求解微分方程和代数方程，得到在指定互动行为下配电网“源-网-荷”各安全指标的时域曲线，从而根据时域曲线分析各安全指标的变化特征，即互动特性。

其中定义的各种互动行为包括分布式电源出力变化、负荷变化、开关设备动作、分布式电源投入和退出等。对于分布式电源出力变化和负荷变化，设定其变化百分比作为互动行为，而对于配电网开关设备动作、分布式电源投入和退出，则相应开关设备的控分、控合，或者分布式电源的投入、退出则为其互动行为。

由于各种类型分布式电源和负荷的动态特性差异较大，在数值积分方法求解中，其计算步长也有较大不同，因此，多个分布式电源和负荷的微分方程的求解也存在多个不同步长的微分方程同时求解的问题，本实施例提出适应多步长仿真的分布式并行仿真机制。

在时域仿真过程中，还需要同时对互动行为进行仿真，以便分析前述各类互动行为下配电网各安全指标的变化情况。基于多步长并行仿真的互动特性分析流程如图2所示。

其中仿真数据准备包括设定系统基准，如基准容量sb，基准电压vb等，仿真起始时刻，仿真步长(或仿真时间精度)step，和仿真终止时刻tmax；输入系统数据包括输入系统的节点参数和支路参数，分布式电源参数，暂态事件参数等；系统数据标幺化是按照设定的系统基准将系统数据转化为标幺制表示，稳态潮流计算则为时域仿真提供稳态初值；初始化分布式电源是利用稳态潮流计算结果计算分布式电源初始电压，输出功率，输出电流等；然后仿真开始，设仿真时间t等于其起始时刻，分布式电源的计算次数k1，k2等为零，开始并行计算；并行计算需要处理互动行为，并进行各分布式电源响应计算，互动行为处理是在每一个仿真步长内都进行判断是否有互动行为并作相应处理，而分布式电源计算则依其计算步长h调用相应的计算程序进行计算；在互动行为处理结束和分布式电源计算结束后均应调用潮流计算程序更新网络潮流；然后判断仿真时间是否达到tmax，若仿真时间未到，继续计算，否则输出仿真结束，仿真结束。

根据仿真结果生成电网系统的各安全指标的时域曲线，进而根据时域曲线分析各安全指标的变化特征，即为互动特性的分析。

上述步骤s3中优选采用基于互动特性分析仿真的互动能力评价方法，步骤s3具体可以包括以下步骤：

s31，对电网系统进行潮流计算，以确定所述电网系统中的运行点的安全指标，进而计算所述指标的加权和；

s32，设定某一互动行为组合；

s33，采用基于时域仿真的互动特性分析方法，重新计算所述指标的加权和。

采用潮流计算方法，计算“源-网-荷”配电网的初始潮流，进而计算初始的节点电压安全指标和支路潮流安全指标，并计算这些指标的加权和，具体权重可根据需要进行设定，一般地，电压等级较高或处于枢纽节点和关键支路的安全指标可设置较大的权重值；设定某一互动行为组合；采用基于时域仿真的互动特性分析方法，仿真分析设定的互动行为组合下，节点电压安全指标和支路潮流安全指标的变化，并重新计算这些指标的加权和，即该互动行为组合在当前初始潮流情况下的互动能力。

实施例2

本施例提供一种配电网互动控制系统，如图3所示，包括：动态分层分区拓扑着色模块10、互动特性分析模块20、互动能力评价模块30、安全防护控制模块40。

动态分层分区拓扑着色模块10，用于将整个电网系统解耦为多个电气岛；

互动特性分析模块20，用于针对每个所述电气岛做互动特性分析；

互动能力评价模块30，用于基于互动特性分析结果对互动能力进行评价；

安全防护控制模块40，用于基于互动能力评价结果确定安全防护控制策略。

进一步地，作为本实施例的一种优选实施方式，互动特性分析模块20，包括：时域曲线构建模块21和变化特征确定模块22。

时域曲线构建模块21，用于根据分布式电源模型、负荷动态模型和配电网模型，确定在指定互动行为下配电网各安全指标的时域曲线；

变化特征确定模块22，用于根据所述时域曲线分析各安全指标的变化特征即互动特性。

作为本实施例的一种优选实施方式，互动能力评价模块30，包括：安全指标确定模块31、互动行为设定模块32和安全指标重置模块33。

安全指标确定模块31，用于对电网系统进行潮流计算，以确定所述电网系统中的运行点的安全指标，进而计算所述指标的加权和；

互动行为设定模块32，用于设定某一互动行为组合；

安全指标重置模块33，采用基于时域仿真的互动特性分析方法，重新计算所述指标的加权和。

优选地，安全防护控制策略包括日前、时前和实时多时间尺度协调的安全防护控制策略。日前和时前分别是根据日前和时前根据能获取的整个配电网内源网荷的发电预测结果，负荷预测结果，配网设备运行状态信息事先确定的制定的策略。随着实际时间推进，日前，时前，实时滚动调整。

上述系统，包括动态分层分区拓扑着色模块、互动特性分析模块、互动能力评价模块、日前安全防护控制模块、日内安全防护控制模块、实时安全防护控制模块。各模块是紧密联系的有机整体，功能逐一递进，动态分层分区拓扑着色模块建立电气岛，为后续各模块提供进一步的分析对象，即后续各模块均是围绕电气岛为一个分析单元而展开的。互动特性分析模块为互动能力评价模块提供实现手段，在互动能力评价模块中定义了安全评价指标后即可调用互动特性分析模块进行定量分析，得到不同互动行为对各安全评价指标的互动能力。互动能力评价模块又为日前、时前、实时安全防护控制模块提供控制目标。日前、时前、实时不同时间尺度的安全防护控制策略则通过滚动偏差调整，保障系统安全运行。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。