一种含分布式电源的配电网重构和孤岛划分方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及分布式电源技术领域，具体涉及一种含分布式电源的配电网网络重构 的模型和方法以及孤岛划分方法。
【背景技术】
[0002] 随着能源日益紧缺，环境污染加重，国家对节能减排、提高供电效益提出了更高的 要求，这就需要电力企业做到降低电网损耗，提高能源的利用效率，然而配电网的损耗在电 力系统损耗中占主要地位，因此降低配电网运行损耗成为提高能源利用效率的关键。另外， 随着城市、农村建设的加快，分布式电源的大量接入，配电系统规模的不断扩大以及负荷迅 速增长，这些因素给提高配电系统的运行可靠性带来了更多的挑战。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的在于克服现有技术存在的上述不足，提供一种含分布式电源的配电 网重构和孤岛划分方法。首先采集配电网系统实时的变电站出力、系统负荷、网架结构（包 括普通开关状态，联络开关状态、系统中是否含联络节点）、分布式电源出力等情况，并将以 上数据导入含分布式电源的配电网重构互补约束模型中，对配电网的网架结构进行分析研 宄，通过现代内点法求解该模型，帮助电网运行人员合理地调整网架结构，使得配电网时刻 处于最佳的运行状态，降低配电网运行损耗。其次，依据配电网的负荷等级、负荷可控性、最 有可能出现故障的线路等情况，利用数学优化技术，求解孤岛划分模型，依据该模型制定的 孤岛方案，在大电网停电的前提下，重新构建一个安全可靠的网架结构，对部分重要负荷或 全部负荷持续供电，有效的提高了系统的供电可靠性。
[0004] 本发明的具体技术方案如下。
[0005] -种含分布式电源的配电网重构和孤岛划分方法，其包括减少配电网网络损耗和 提高配电系统可靠性的优化模型，以及配合该优化模型用于提高配电网可靠性的方法；具 体包括以下步骤：
[0006] 步骤1、读取配电网网架结构数据、实时负荷数据、以及分布式电源的出力情况；
[0007] 步骤2、数据的初始处理，计算相应参数的标么值并进行编号；
[0008] 步骤3、将步骤2得到的数据导入含分布式电源的配电网重构的非线性互补约束 模型中；
[0009] 步骤4、对配电网重构的非线性互补约束模型进行计算得到优化后的网络拓扑结 构；
[0010] 步骤5、通过可靠性分析得到最有可能出现故障的线路；
[0011] 步骤6、将步骤2得到的数据以及线路故障数据导入含分布式电源的孤岛划分模 型中；
[0012] 步骤7、对含分布式电源的孤岛划分模型进行计算得到优化后的孤岛运行方式。
[0013] 进一步地，所述减少配电网网络损耗和提高配电系统可靠性的优化模型分别以配 电系统中网络损耗最小和电力中断时系统所能恢复的最大负荷量作为目标函数，确定网络 支路的开关状态；其中，含分布式电源的配电网重构的非线性互补约束模型为
[0014]
[0015] 含分布式电源的孤岛划分模型为
[0016]
[0017]式中，为系统中所有支路的集合；i为支路编号；ri为支路i的电阻；Ii为流过 支路i的电流；dvli、dv2i、d v3i、dv4i、dv5i分别表示一级负荷、二级不可控负荷、二级可控负荷、 三级不可控负荷以及三级可控负荷的有功负载；n、m、r、p、q分别表示系统中这五种不同负 荷的数量；k v2i为0、1变量，0表示该节点的二级不可控负荷不接入孤岛，1表示该节点的二 级不可控负荷接入孤岛，二级负荷的供电系统；w v3i的取值可在〇到1之间变化，表示该二级 负荷节点为可控节点，负荷接入量可控；lv4i为〇、1变量；z v5i的取值可在〇到1之间变化， 表示该三级负荷节点为可控节点，负荷接入量可控；a :和a 2分别为二级不可控负荷和二 级可控负荷的优先供给权值。
[0018] 进一步地，所述减少配电网网络损耗和提高配电系统可靠性的优化模型以配电网 辐射状约束、线路开关开合约束、计及负荷优先级约束、可控性/不可控性约束以及功率平 衡约束为约束条件，所述配电网辐射状、功率平衡约束条件和线路开关开合约束条件包括 如下，
[0019；
[0020；
[0021] S^Sj-l) = 0 (5)
[0022] e ^ S^Sj-l) ^ e (6)
[0023] 式中，Si为支路的开关状态变量，0表示开断，1表示闭合；N为系统的节点个数；N s 为系统的变电站节点个数;Mb为系统中所有节点集合;Mbs为变电站出力节点的集合；k为节 点的编号；u为变电站节点的编号；g u为变电站节点u的总电流；dk为负荷节点k的负载电 流；松弛参数e将模型转化成常规非线性规划问题；式⑶为系统支路数约束；式⑷为 节点功率平衡约束条件，式（5)为开关开断的互补约束条件；式（6)为松弛后的开关开断的 互补约束条件。
[0024] 进一步地，依据约束条件采用现代内点算法对所述目标函数求解以获得最优的配 电网拓扑方案的步骤，具体包括：
[0025] (1)引入松弛变量，以将不等式约束化为等式约束；
[0026] (2)形成拉格朗日函数；
[0027] (3)计算KKT 一阶最优性条件；
[0028] (4)求解牛顿法计算修正方程，得到新的修正量并代入公式得到新的近似解。
[0029] 原理分析：含分布式电源的配电网重构是根据实时的变电站出力、系统负荷、网架 结构、分布式电源出力等情况，重新组合配电系统开关的状态，使其在新的辐射状结构下运 行，为了加快重构模型的求解速度，引入互补约束条件，使得该模型能够利用高效的现代内 点法求解，在保证得到最佳的网架结构的前提下，缩短了计算时间，保证配电网高效经济的 运行。配电网孤岛划分是配电网在接入分布式电源后一种新的运行方式，在这种运行方式 下，由分布式电源独立地向系统的部分重要负荷或全部负荷持续供电，以往对此类模型大 多采用搜索的方法求解，得到的结果还需进一步校验和修正，如检验功率平衡是否得到满 足、检验孤岛中有无线路过载、剔除孤岛中的某些支路等。因此不同的处理方法可能会形成 不同的解，某些结果只能称为可行解甚至是不可行解，得到的孤岛不一定是唯一最优的，本 发明采用数学优化技术求解，得到的结果无需修正，可直接应用于孤岛方案的实施。
[0030] 与现有技术方案相比，本发明的有益效果是：
[0031] 含分布式电源的配电网重构是根据实时的变电站出力、系统负荷、网架结构、分布 式电源出力等情况，通过求解重构模型，重新组合配电系统开关的状态，为了加快求解速 度，引入非线性互补约束条件，构造了含分布式电源的配电网重构的非线性互补约束模型， 使得该模型能够利用高效的现代内点法求解，在保证得到最佳的网架结构的前提下，缩短 了计算时间，保证配电网高效经济的运行。另外为提高配电网运行的可靠性，建立了配电网 孤岛划分模型，与传统使用搜索方法得到的孤岛方案相比，本发明所建立的模型可直接采 用数学优化技术求解，得到的结果不需要像搜索方法那样再进行修正和校验，即得到的结 果就是最佳的孤岛运行方案。
【附图说明】
[0032] 图1为本发明所述的模型建立和求解实现过程示意图。
[0033] 图2为实例中含分布式电源的87节点系统示意图。
[0034] 图3为实例中含分布式电源的69节点系统示意图。
[0035] 图4为实例中配电系统孤岛划分方案示意图。
【具体实施方式】
[0036] 以下结合附图和实例对本发明的具体实施作进一步说明，但本发明的实施和保护 不限于此，以下若有未特别详细说明之处，均是本领域技术人员可参照现有技术实现的。[0037] 首先采集某一配电系统的网架结构数据、实时负荷数据以及分布式电源的出力数 据等，将该类数据导入含分布式电源的配电网重构互补约束模型中求解，分析结果，得到该 系统状态下最佳的网架结构。其次，通过可靠性计算得到最有可能出现故障的线路，将负荷 等级、负荷可控性、最有可能出现故障的线路等情况导入配电网孤岛划分模型求解，得到系 统发生故障后的孤岛划分供电方案，在大电网停电的前提下，重新构建一个安全可靠的网 架结构。
[0038] 本发明的工作原理及过程如下：
[0039] (1)收集配电系统网架结构数据、实时负荷数据以及该配电系统内分布式电源出 力数据等；
[0040] (2)将网架结构数据、负荷数据、分布式电源出力数据导入含分布式电源的配电网 重构互补约束模型中；
[0041] (3)通过利用高效的内点法快速求解得到以降低网损为目标的网架结构，该网架 结构能够满足系统安全运行的要求，这样既能降低网络损耗，又能保证系统安全可靠的运 行。；
[0042] (4)通过可靠性计算找出当前配电系统内最有可能出现故障线路；
[0043] (5)将步骤（1)采集得到的数据以及故障线路、负荷等级、负荷可控性/不可控性 等数据导入配电网孤岛划分模型中；
[0044] (6)利用数学优化技术求解该模型，得到不需要进行检验和校正孤岛划分方案，当 该线路发生故障时，能够依据事先确定的方案对部分重要负荷或全部负荷持续供电，能有 效提高系统的供电可靠性。
[0045] 实施例1
[0046] 一种含分布式电源的配电网重构和孤岛划分方法，按图1所示流程图实现，包括 如下步骤：