一种基于嵌套构造的配电网孤岛模式自愈方法与流程

本发明涉及配电网发电，尤其涉及一种基于嵌套构造的配电网孤岛模式自愈方法。

背景技术：

1、全球对能源的需求急剧上升，同时大数据和信息爆炸对各产业发展带来较大冲击，促使电力市场的交易化进程也随之发生变化，电网发展更稳定、更安全、更经济的需求迫在眉睫，这就意味着更高的可靠性和更佳优质的电能质量成为当前发展的必然选择。

2、分布式电源(dg)具有经济、绿色、安装范围小等明显优势，因此应用技术也产生了规模性的发展，含dg的配电网对电网运行带来可能的多样性，同时多端的工作电源网络在配电网的全面保护设置方面成为了新的难题。如何更好的提升电网运行中的电能综合质量，实现配电网故障自愈从而提高电网的运行能力？答案指向分布式电源装置在配电网络中的配置与运用。

3、显然，不能独立于整个电力系统单独研究配电网络的故障自愈，综合整个电力系统考虑，故障自愈应用模块非常广泛，涵盖保护装置、故障监测定位装置、数据的监控分析设备、电力分布监测评估、智能设备、通讯设备、备用电源等，要使电网获得从故障中尽可能快的恢复正常运行或较大范围的维持供电的自愈控制能力，必须基于以上各模块与电力系统形成和谐的配合，电力系统所配置的故障自愈系统，需要确保电网运行时可以完成尽可能快的发现故障、快速且准确的定位故障、较小范围的隔离故障。故障产生的时候，不需要或仅仅要求少数人力干涉下，迅速隔绝故障地区、并且展开自我恢复，规避大型的停电意外突发事故的产生。配电网络在电力系统中起到电能再次分配的作用，因为配电网连接着输电端、变压点、用电户。

4、在发生电力系统故障造成的用户“失电”事件中，配电网故障引发的停电事件超过总数的八成以上(实际生产中数据分析表明)，因此，要提高电力系统供电稳定性及可靠度，首先要瞄准提升配电网络发生故障时的自愈控制能力。过去15年左右，国内多个城市都在先后开展电网改造工程，大范围的改造使得城市配电网在信息化和智能化方面发生了较大的变化，因此对配电网的运行模式和保护配置带来了新的要求。综上可知，研究考配电网在故障后的智能自愈方法是亟需解决的关键问题。

技术实现思路

1、本发明提出了一种基于嵌套构造的配电网孤岛模式自愈方法，其目的是：最大限度地减少分布式发电的未使用容量，以恢复孤岛阶段的应急服务并提高配电网在孤岛模式下的弹性。

2、本发明技术方案如下：

3、一种基于嵌套构造的配电网孤岛模式自愈方法，包括如下步骤：

4、s1：构造适用于由n个微电网组成的大型配电网的嵌套系统；

5、s2：构造包含两阶段的嵌套恢复决策系统以实现电网自愈，其中第一阶段针对连网模式，第二阶段针对孤岛模式；

6、s3：对构建的嵌套恢复决策系统进行求解，评估解决方案，若满足约束条件则计算结束，否则重复执行本步骤，直至重新得到的解决方案满足约束条件，得到最终的解。

7、进一步地，所述步骤s1构造的适用于由n个微电网组成的大型配电网的嵌套系统中，相邻的微电网以嵌套的形式相互共享电力，最外层的微电网与电网相连，从外层到内层的微电网提供电力共享支持；每个微电网由风电场和储能系统组成，在交流微电网中考虑了住宅负荷；通过电压源变换器连接在每个微电网处以控制电压和频率。

8、进一步地，所述步骤s2中，第一阶段在连网模式下运行，第一阶段作为所述嵌套恢复决策系统的起点，嵌套系统中外层的微电网控制实体可以访问其自身的数据实体以及包含在其内部的微电网的数据实体，在第一阶段通过分配来自多个微电网的所有实体，促进控制器嵌套形成。

9、进一步地，所述嵌套恢复决策系统的目标函数为：

10、min:

11、max:

12、其中，是微电网单个发电机的最大容量，是微电网单个发电机的瞬时提取功率，表示第i个微电网中每台发电机的未使用容量，ωmg表示网络中的微网集合；表示第i个微电网中每台发电机的有功发电量，表示第i个微电网中储能系统的有功发电量。

13、进一步地，步骤s3所述对构建的嵌套恢复决策系统进行求解的方法为：

14、a.所述嵌套恢复决策系统旨在计算一个解使所有事件下最大化发电机的瞬时提取功率，该解被分为两个阶段：连网状态阶段tk-1和孤岛阶段tk，所述目标函数表示为：

15、

16、其中，tk-1表示网络中连网状态的时刻，tk表示网络中孤岛状态的时刻，表示第一阶段连网模式下第i个微电网中每台发电机的有功功率，表示第一阶段连网模式下第i个微电网中储能系统的有功功率，表示第二阶段孤岛模式期间第i个微电网中每台发电机的有功功率，表示第二阶段孤岛模式期间第i个微电网中储能的有功功率；

17、b.基于第一阶段的解，通过如下方程简化目标函数：

18、

19、其中，tr表示网络中重新连接状态的时刻，表示第i个微电网第二阶段所需功率增量，当t≥tr或t＜tk时，函数设置为零；否则，函数设置为第i个微电网第二阶段所需功率增量；

20、c.第一阶段的目标是每组发电机和储能的发电量最大化，嵌套的概念是建立在不同微电网之间的亏量表述上的，如下式所示：

21、

22、并且第一阶段的解是通过线路计算矩阵形成的，如下式所示：

23、

24、其中和是(i+n)级的负载变化和vsc功率，亏量是由前(i+n-1)微电网计算出来的；

25、d.第二阶段引入第一阶段的计算结果作为初始值为算法建立一个参考，第二阶段的目标函数为：

26、

27、其中，initialization表示第一阶段的计算结果，作为第二阶段的初始值，表示第i个微电网中每台发电机的未使用容量，ωk表示偶发事件集合，表示第i个微电网第二阶段所需功率增量；

28、对于可行的解它与(i+n-1)微电网的亏量有关，如下式所示：

29、

30、指数矩阵bxy是指第x个微电网上的第y个位置，决定了第(i+1)个微电网上可用的分布式发电额外提取的功率量；第(i+1)个微电网与它的前一个微电网i是相互联系的，基于此确定指数矩阵bxy的取值，得到整个网络的索引矩阵，表示为

31、

32、从而得到可行的解

33、进一步地，步骤s3所述约束条件包括运行约束，所述运行约束包括功率平衡约束、发电机运行约束、储能运行约束、负载运行约束、vsc运行约束和发电机视在功率约束；

34、功率平衡约束：

35、

36、

37、其中，表示第i个微电网中每台发电机的有功发电量，表示第i个微电网中储能系统的有功发电量，表示第i个微电网中每个负载的有功功率，表示第i个微电网中每个vsc的有功功率，表示从第(i-1)个微电网到第j个微电网的交互有功功率，表示第i个微电网中每台发电机的无功发电量，表示第i个微电网中储能系统的无功发电量，表示第i个微电网中每个负载的无功功率，表示第i个微电网中每个vsc的无功功率，表示从第(i-1)个微电网到第j个微电网的交互无功功率，ωmg表示网络中的微网集合，ωi表示与第j个微网共享电力的微网集合，ωgen表示发电机集合，ωess表示电池储能系统的集合，ωl表示负载的集合，ωvsc表示电压源变换器的集合；

38、发电机运行约束：

39、

40、其中，和分别表示每台发电机的有功功率输出的上限和下限，ωg表示风场发电机组集合；

41、储能运行约束：

42、

43、其中，和分别表示每台发电机的有功功率输出的上限和下限；

44、负载运行约束：

45、

46、其中，和分别表示每个负载消耗有功功率的上限和下限；

47、vsc运行约束：

48、

49、其中，和分别表示通过电压源变换器电流的上限和下限；

50、发电机视在功率约束：

51、

52、

53、其中，和分别表示第i个和第j个微电网之间传输的视在功率的上限和下限，表示第i个和第j个微电网之间传输的视在功率，表示第i个和第j个微电网之间传输的有功功率，表示第i个和第j个微电网之间传输的无功功率。

54、进一步地，步骤s3所述约束条件还包括解的指数约束：

55、

56、其中，bij表示第i个和第j个微电网之间的解指数系数，和bij分别表示第i个和第j个微电网之间的解指数系数的上限和下限。

57、相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：首先构造适用于由n个微电网组成的大型配电网的嵌套系统，其中网络控制方案被构建在分层结构上，网络中相邻微电网之间的电力共享策略是从外到内的微电网负载，最外层的微电网只与公用电网交换电力；进一步构造包含两阶段的嵌套恢复决策系统：第一阶段是指故障前场景，它为联网的微电网分布式发电找到一个解作为初始设置；第二阶段根据各自微电网的缺陷，使用解指数矩阵计算额外的再分配要求。本方法可以在孤岛事件发生后立即启动快速控制参考估计，然后根据整个系统的亏量计算提供解，并促进相邻微电网之间的协调，以确保适当的电力共享，同时促进孤岛模式下改进的频率和电压恢复。本方法实现了最大限度地减少分布式发电的未使用容量以恢复孤岛阶段的应急服务，并提高了配电网在孤岛模式下的弹性。

58、上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。本发明的具体实施方式由以下实施例及其附图详细给出。