一种用于电网大规模毁坏的分散能源组网供电方法及系统与流程
本发明属于电力系统的技术领域，尤其涉及一种用于电网大规模毁坏的分散能源组网供电方法及系统。
背景技术：
电力系统安全关系到国民经济的顺利发展和人民生命财产安全。目前，我国电力工业正处在快速发展时期，电力系统中外部各种高危事件和突发事件时有发生，电网安全时刻面临着严重威胁。虽然在保障电力系统安全运行方面已经取得了较多研究成果，但是电力系统存在于自然环境和社会环境中，难免受到极端自然条件的挑战和来自社会环境的有意或者无意的损坏和破坏。因此，电网受到突发性事故和毁坏后的紧急供电恢复系统构建十分有必要。
目前，国中针对电网安全方面的研究着重在故障后的检测、隔离以及负荷的转供，其前提条件是电网的结构没有被功能性破坏，电网在隔离故障线路后仍能正常运行。但是如果电网在极端条件下，电网线路、网架结构被大面积毁坏，现有的研究无法应对此种电力灾难性事件的发生。而目前国中对应的电力应急措施也主要围绕应急管理开展，着重在于应急制度、法规、风险评估、应急救援等方面，缺乏在电网大规模毁坏条件下，利用分散残存的能源对重要负荷进行持续供电的方法及系统组织策略。因此，为应对城市面临极端自然或者外力破坏场景下，保障重要负荷的供能具有重要意义。
发明中容
针对现有技术中的上述不足，本发明提供的一种用于电网大规模毁坏的分散能源组网供电方法及系统解决了现有电网遭受到功能性结构破坏以后，原有的集中式供电模式无法支撑城市负荷的问题。
为了达到以上目的，本发明采用的技术方案为：
本方案提供一种用于电网大规模毁坏的分散能源组网供电方法，包括如下步骤：
s1、通过中心能源管理子系统向供电检测子系统发出对毁坏后电网的供电能力分析的指令；
s2、根据所述指令由供电检测子系统对毁坏后的电网进行网架连通度分析，得到残存电网的网络邻接矩阵c；
s3、判断残存电网中的任意节点在所述邻接矩阵c中是否为独立节点，若是，则进入步骤s4，反之，则进入步骤s5；；
s4、根据判断结果由独立节点的本地能量管理子系统启动孤岛供电，从而实现分散能源组网的供电；
s5、根据判断结果由非独立节点形成局部连通供电区域，从而实现分散能源组网的供电。
再进一步地，所述步骤s2包括如下步骤：
s201、根据所述指令由供电检测子系统从中心能源管理子系统的数据库中提取健全电网的网络邻接矩阵a；
s202、选择与所述网络邻接矩阵a中元素aij对应的支路lij，并由供电检测子系统依次对所述支路lij进行连通检测，直至遍历所述邻接矩阵a中所有支路，从而得到残存电网的网络邻接矩阵c，其中，i表示健全电网网络中的任意节点，j表示健全电网网络中除i以外的任意节点。
再进一步地，所述步骤s3中残存电网的任意节点在所述邻接矩阵c中为独立节点的条件如下：
其中，cab表示被毁坏后电网网络邻接矩阵c中的元素，a,b均表示电网网络中的任意节点。
再进一步地，所述步骤s4包括如下步骤：
s401、根据判断结果生成独立节点序列d1；
s402、根据所述独立节点序列d1，由中心能源管理子系统对本地能量管理子系统发出启动孤岛供电的指令；
s403、根据所述指令由本地能量管理子系统启动孤岛供电模式，并收集用户供电需求队列x1；
s404、根据所述供电需求队列x1由本地能量管理子系统计算供电需求差值δd；
s405、判断所述供电需求差值δd是否大于等于0，若是，则所述独立节点的负荷由本地分布式电源提供，反之，则由本地能量管理子系统向中心能量管理子系统发出机动应急发电储能设备的支援请求，并进入步骤s406；
s406、根据所述支援请求由中心能量管理子系统向机动发电子系统发出调度指令；
s407、根据所述调度指令由机动发电子系统计算满足供电需求δd的应急发电车数量，从而实现由独立节点的分散能源组网的供电。
再进一步地，所述步骤s403中用户供电需求队列x1的表达式如下：
x1＝[pe(1),qe(1),pe(2),qe(2),....,pe(c),qe(c),.....,pe(n),qe(n)]
其中，pe、qe分别为孤立节点有功功率需求和无功功率需求，c表示孤立节点的负荷序号，且c＝1,2,...n。
再进一步地，所述步骤s404中供电需求差值δd的表达式如下：
δd＝[δd,p,δd,f]
其中，δd,p表示孤立节点有功功率的需求差值，δd,f表示孤立节点无功功率的需求差值，pf表示孤立节点中本地分布式电源能提供的有功功率，pe(·)表示孤立节点有功功率需求，n表示负荷的总个数，qf表示孤立节点中本地分布式电源能提供的无功功率，qe(·)表示孤立节点无功功率需求，c表示孤立节点的负荷序号。
再进一步地，所述步骤s5包括如下步骤：
s501、根据判断结果建立残存电网中非独立节点的连通子区域m，m＝[m1,m2,...mr...mr]，其中，r表示形成供电子区域的个数，且r＝1,2,...r；
s502、通过中心能量管理子系统收集所述连通子区域m中的用户供电需求队列x2,x2＝[px(1),qx(1),px(2),qx(2),....,px(g),qx(g),.....,px(g),qx(g)]，其中，px、qx分别表示连通子区域m中的有功功率需求和无功功率需求，g表示用户供电需求队列x2中的负荷序号，且g＝1,2,...g；
s503、根据所述用户供电需求队列x2分别建立连通供电子区域m中的目标函数以及约束条件；
s504、利用整数规划求解方法对所述目标函数以及约束条件分别进行求解，得到连通子区域m中节点k处分布式电源的有功出力
s505、根据上述求解结果由本地能量管理子系统计算供电需求差值δm；
s506、根据计算结果判断所述供电需求差值δm是否小于等于0，若是，则供电区域中的供电平衡，反之，则进入步骤s507；
s507、根据所述计算结果中心能量管理子系统向机动发电子系统发出调度指令；
s508、根据所述调度指令由机动发电子系统计算满足供电需求差值δm的应急发电车数量，从而实现由非独立节点的分散能源组网的供电。
再进一步地，所述步骤s503中目标函数f的表达式如下：
其中，w表示用户供电需求队列x2中能够恢复供电负荷的数量，g'表示连通子区域m中的负荷序号，px(g')表示第g'个负荷的有功功率需求。
所述约束条件的表达式如下：
vx≤v(k)≤vs
-is≤i(lkp)≤is
其中，pd表示分布式电源的有功出力上限，py表示供电区域中加油站发电有功功率上限，w表示用户供电需求队列x2中能恢复供电负荷的数量，g'表示连通子区域m中的负荷序号，px(g')表示第g'个负荷的有功功率需求，qd表示分布式电源的无功功率出力上限，qy表示供电区域中加油站发电的无功功率上限，qx(g')表示第g'个负荷的无功功率需求，
再进一步地，所述步骤s505中供电需求差值δm的表达式如下：
δm＝[δm,p,δm,q]
其中，δm,p表示供电区域中有功功率的需求差值，δm,q表示供电区域中无功功率的需求差值,nm表示连通供电子区域m中的节点数量，
基于上述方法，本发明还提供了一种基于电网大规模毁坏的分散能源组网供电系统，包括中心能量管理子系统，以及分别与所述中心能量管理子系统连接的供电检测子系统、机动发电子系统以及本地管理子系统，其中，
所述中心能量管理子系统用于接收、分析以及存储所述供电检测子系统、机动发电子系统以及本地能量管理子系统上传的信息，并根据上传的信息对所述供电检测子系统、机动发电子系统以及本地能量管理子系统发出相应地调度指令；
所述供电检测子系统用于对毁坏后的电网连通度进行分析，通过对毁坏后的电网网架结构分析，形成残存电网的网络邻接矩阵，并将信息上传至中心能量管理子系统；
所述机动发电子系统用于利用机动应急发电储能设备对本地供电能量不足时给予电力补给；
所述本地能量管理子系统用于对本地的电力能源进行调度。
本发明的有益效果：
(1)本发明对分散能源进行组网供电，能够弥补电网被大规模结构性损坏后面临的电力瘫痪问题，原有的应急措施仅采用应急发电车，难以实现大功率，长时间的重要负荷供电，本发明中采用的微电网孤岛模式可以利用本地光伏、风电等分布式电源作为本地主要能源供给，当电力供应不足时，通过中心能源管理系统对核电发电车等机动式能源进行最优分配，实现网架孤立节点的重要负荷持续电力供应；
(2)本发明针对局部具备完整性的区域电网，能够依托残留的健全电网结构，利用区域中分布式电源、加油站储备能源以及机动式能源的优化调配，实现可再生能源消纳、储能装备、零散能源的最大化利用，解决电网大规模毁伤后，利用局部健全网架实现区域电网的分散电源互联供给；
(3)本发明中的中心能量管理系统能够对区域中分散能源进行统筹规划，对分布式电源、加油站电源、核能车等分散、机动、时变的能量进行实时优化调度决策，避免各节点分散能源的无序供电，保障在电网面临大规模突发毁伤场景下的负荷供电可靠性。
附图说明
图1为本发明的方法流程图。
图2为本发明的系统结构示意图。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围中，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。
实施例
如图1所示，本发明提供了一种用于电网大规模毁坏的分散能源组网供电方法，包括如下步骤：
s1、通过中心能源管理子系统向供电检测子系统发出对毁坏后电网的供电能力分析的指令，在具体实施例中，中心能源管理子系统接受电网遭受突发毁坏警报，启动电网分散能源组网供电应急模式，中心能源管理子系统发出指令给供电检测子系统进行毁坏后电网供电能力分析；
s2、根据所述分析指令由供电检测子系统对毁坏后的电网进行网架连通度分析，得到残存电网的网络邻接矩阵c，其包括如下步骤：
s201、根据所述指令由供电检测子系统从中心能源管理子系统的数据库中提取健全电网的网络邻接矩阵a，a＝[aij]，其中，当节点i等于节点j时，aij＝1，当节点i不等于节点j时,如果aij＝1表示节点i与节点j之间存在直接连通关系，aij＝0,表示节点i与节点j之间不存在直接连通关系；
s202、选择与所述网络邻接矩阵a中元素aij对应的支路lij，并由供电检测子系统依次对所述支路lij进行连通检测，直至遍历所述邻接矩阵a中所有支路，从而得到残存电网的网络邻接矩阵c，在具体实施例中，如果支路lij被毁坏，则aij＝0，如果支路lij健全，则检测网络邻接矩阵a中下一条支路，直至遍历网络邻接矩阵a中所有支路，形成残存电网的网络邻接矩阵c＝[cij],其中，i表示健全电网网络中的任意节点，j表示健全电网网络中除i以外的任意节点；
s3、判断残存电网的任意节点在所述邻接矩阵c中是否为独立节点，若是，则进入步骤s4，反之，则进入步骤s5；
s4、根据判断结果由独立节点的本地能量管理子系统启动孤岛供电，从而实现分散能源组网的供电，其包括如下步骤：
s401、根据判断结果生成独立节点序列d1，在具体实施例中，在残存电网的网络邻接矩阵c中，c＝[cij]，满足以下条件的节点判定为独立节点，并形成独立节点序列d1：
其中，cab表示被毁坏后电网网络的邻接矩阵c中的元素，a,b均表示电网网络中的任意节点。
s402、根据所述独立节点序列d1，通过中心能源管理子系统对本地能量管理子系统发出启动孤岛供电的指令；
s403、根据所述指令由本地能量管理子系统启动孤岛供电模式，并收集用户供电需求队列x1，其中，供电需求队列x1定义为该节点处的供电负荷功率重要程度排序：
x1＝[pe(1),qe(1),pe(2),qe(2),....,pe(c),qe(c),.....,pe(n),qe(n)]
其中，pe、qe分别为孤立节点有功功率需求和无功功率需求，c表示孤立节点的负荷序号，且c＝1,2,...n，孤立节点的顺序按负荷重要程序排序；
s404、根据所述供电需求队列x1由本地能量管理子系统计算供电需求差值δd，其中，
δd＝[δd,p,δd,f]
其中，δd,p表示孤立节点有功功率的需求差值，δd,f表示孤立节点无功功率的需求差值，pf表示孤立节点中本地分布式电源能提供的有功功率，pe(·)表示孤立节点有功功率需求，n表示负荷的总个数，qf表示孤立节点中本地分布式电源能提供的无功功率，qe(·)表示孤立节点无功功率需求，c表示孤立节点的负荷序号；
s405、判断所述供电需求差值δd是否大于等于0，若是，则所述独立节点的负荷由本地分布式电源提供，反之，则由本地能量管理子系统向中心能量管理子系统发出请求机动应急发电储能设备支援的请求，并进入步骤s406；
s406、根据所述请求由中心能量管理子系统向机动发电子系统发出调度指令；
s407、根据所述调度指令机动发电子系统计算满足供电需求δd的应急发电车数量，从而实现由独立节点的分散能源组网的供电；
s5、根据判断结果由非独立节点形成局部连通供电区域，从而实现分散能源组网的供电，在具体实施例中，非独立节点形成局部连通供电子区域，由中心能量管理系统调度区域内可出力分布式电源和加油站存油，采用集中上网模式为局部连通区域供电，其包括如下步骤：
s501、根据判断结果建立残余电网中非独立节点的连通子区域m，在具体实施例中，将残余电网邻接矩阵c中互联节点形成的连通子区域定义为m＝[m1,m2,...mr...mr]，连通子区域的邻接矩阵amj，其中，r表示形成供电子区域的个数，且r＝1,2,...r；
s502、通过中心能量管理子系统收集所述连通子区域m中的用户供电需求队列x2，x2＝[px(1),qx(1),px(2),qx(2),....,px(g),qx(g),.....,px(g),qx(g)]，
其中，px、qx分别表示连通子区域m中的有功功率需求和无功功率需求，g表示用户供电需求队列x2中的负荷序号，且g＝1,2,...g；
s503、根据所述用户供电需求队列x2分别建立连通供电子区域中的目标函数以及约束条件，其中，
所述目标函数f的表达式如下：
其中，w表示用户供电需求队列x2中能够恢复供电负荷的数量，g'表示连通子区域m中的负荷序号，px(g')表示第g'个负荷的有功功率需求。
所述约束条件的表达式如下：
vx≤v(k)≤vs
-is≤i(lkp)≤is
其中，pd表示分布式电源的有功出力上限，py表示供电区域中加油站发电有功功率上限，w表示用户供电需求队列x2中能恢复供电负荷的数量，g'表示连通子区域m中的负荷序号，px(g')表示第g'个负荷的有功功率需求，qd表示分布式电源的无功功率出力上限，qy表示供电区域中加油站发电的无功功率上限，qx(g')表示第g'个负荷的无功功率需求，
s504、利用整数规划求解方法对所述目标函数以及约束条件分别进行求解，得到连通子区域m中节点k处分布式电源的有功出力
s505、根据上述求解结果由本地能量管理子系统计算供电需求差值δm，其中，
所述供电需求差值δm的表达式如下：
δm＝[δm,p,δm,q]
其中，δm,p表示供电区域中有功功率的需求差值，δm,q表示供电区域中无功功率的需求差值,nm表示连通供电子区域m中的节点数量，
s506、根据计算结果判断所述供电需求差值是否小于等待0，若是，则供电区域中的供电平衡，反之，则进入步骤s507；
s507、根据所述请求由中心能量管理子系统向机动发电子系统发出调度指令；
s508、根据所述调度指令机动发电子系统计算满足供电需求差值δd的应急发电车数量，从而实现由非独立节点的分散能源组网的供电。
如图2所示，基于上述方法本发明还提供了一种基于电网大规模毁坏的分散能源组网供电系统，包括中心能量管理子系统，以及分别与所述中心能量管理子系统连接的供电检测子系统、机动发电子系统以及本地管理子系统，其中，
所述中心能量管理子系统用于接收、分析以及存储所述供电检测子系统、机动发电子系统以及本地能量管理子系统上传的信息，并根据上传的信息对所述供电检测子系统、机动发电子系统以及本地能量管理子系统发出相应地调度指令；
所述供电检测子系统用于对毁坏后的电网连通度进行分析，通过对毁坏后的电网网架结构分析，形成残存电网的网络邻接矩阵，并将信息上传至中心能量管理子系统；
所述机动发电子系统用于利用机动应急发电储能设备对本地供电能量不足时给予电力补给；
所述本地能量管理子系统用于对本地的电力能源进行调度。
本发明通过以上设计克服了现有电网遭受到功能性结构破坏以后原有的集中式供电模式无法支撑城市负荷的情况，提供一种应对电网大规模突发性毁坏的分散能源组网供电方法，该方法可实现灵活、便捷、快速的分散能源集结，能够在短时间中就近支撑重要负载用能，保障城市在面临大规模供电瘫痪下的用电用能自给。
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