基于多源主动配电网的输电阻塞管理多级分层控制方法(发明专利)

专利号:CN201510176071.1

申请人:国家电网公司; 国网天津市电力公司; 天津大学

  • 公开号:CN104734154A
  • 申请日期:20150414
  • 公开日期:20150624
专利名称: 基于多源主动配电网的输电阻塞管理多级分层控制方法
专利名称(英文): Multi-source driving power distribution network based on transmission congestion management multi-level hierarchical control method
专利号: CN201510176071.1 申请时间: 20150414
公开号: CN104734154A 公开时间: 20150624
申请人: 国家电网公司; 国网天津市电力公司; 天津大学
申请地址: 300010 天津市河北区五经路39号
发明人: 刘聪; 迟福建; 穆云飞; 靳小龙; 孟健; 张卫欣; 刘卿; 李祯祥
分类号: H02J3/00; H02J13/00 主分类号: H02J3/00
代理机构: 天津才智专利商标代理有限公司 12108 代理人: 庞学欣
摘要: 一种基于多源主动配电网的输电阻塞管理多级分层控制方法。其包括获取运行数据、主动重构运行、主动孤岛运行、需求响应运行等步骤。本发明提供的基于多源主动配电网的输电阻塞管理多级分层控制方法能够充分利用多源主动配电网中的可控资源,动态实现多源主动配电网的拓扑优化与主动孤岛运行,可有效降低上游输电线路负荷端的功率需求,为输电线路的阻塞控制与管理提供了全新的思路,可以在保证配电网安全稳定运行的前提下为输电网阻塞管理提供辅助服务,可在一定程度上缓解紧急情况下输电线路阻塞现象,同时尽可能保障配电网的供电可靠性,具有一定的工程应用前景。
摘要(英文): A multi-source driving power distribution network based on transmission congestion management multi-level hierarchical control method. Which comprises obtaining operating data, active reconstruction operation, active island operation, operation steps such as in response to demand. The present invention provides active power distribution network based on multi-source of power transmission congestion management multi-level hierarchical control method for multi-source can be fully utilized in controllable resources of the active power distribution network, the dynamic realization of multi-source driving power distribution network topology optimization and initiative island operation, the upstream transmission line can effectively reduce the power demand of the load end, the blocking control and management of the power transmission line provides a new way of thinking, the distribution network can be ensured on the premise of safe and stable operation of the power distribution network congestion management providing auxiliary services, can, to some extent, alleviate blocking phenomenon of the transmission line under emergency conditions, at the same time guarantee the reliability of power supply distribution network as much as possible, with certain engineering application prospect.
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一种基于多源主动配电网的输电阻塞管理多级分层控制方法,其特征在于:所述的基于多源主动配电网的输电阻塞管理多级分层控制方法包括按顺序进行的下列步骤:步骤一、获取运行数据:获取当前电力系统关键线路运行数据;步骤二、判断是否满足第一运行条件:根据输电网当前运行方式判断是否选择配电网主动重构方案,如果判断结果为‘是’,则下一步进入步骤三,否则下一步进入步骤四;步骤三、主动重构运行:选择配电网主动重构方案,主动配电网管理系统(ADMS)通过主动重构来优化调整配电网的网络结构,从而降低输配网联络线功率,最终有效降低输电网的输电阻塞;本流程结束;步骤四、判断是否满足第二运行条件:根据输电网当前运行方式判断是否选择多源配电网主动孤岛运行方案,如果判断结果为‘是’,则下一步进入步骤五,否则下一步进入步骤六;步骤五、主动孤岛运行:选择多源配电网主动孤岛运行方案,ADMS通过微网控制中心(MGCC)控制接入配电网中微网的出力,形成综合考虑输电网输电阻塞需求和配电网能力的主动孤岛方案,在一定时间内降低上游输电网的负荷,从而有效降低输电网的输电阻塞;本流程结束;步骤六、判断是否满足第三运行条件:根据输电网当前运行方式判断是否选择需求响应方案来进行输电网输电阻塞管理,如果判断结果为‘是’,则下一步进入步骤七,否则退出本流程运行;步骤七、需求响应运行:选择需求响应方案,ADMS通过协调优化控制MGCC与电动汽车充电站(EVSCC),根据输电网输电阻塞需求和配电网能力优化调整微网出力和电动汽车充电负荷,在主动孤岛方案的基础上,进一步扩大孤岛范围,进一步降低上游输电网的负荷,有效降低输电网的输电阻塞;本流程结束。

1.一种基于多源主动配电网的输电阻塞管理多级分层控制方法,其特 征在于:所述的基于多源主动配电网的输电阻塞管理多级分层控制方法包括 按顺序进行的下列步骤: 步骤一、获取运行数据:获取当前电力系统关键线路运行数据; 步骤二、判断是否满足第一运行条件:根据输电网当前运行方式判断是 否选择配电网主动重构方案,如果判断结果为‘是’,则下一步进入步骤三, 否则下一步进入步骤四; 步骤三、主动重构运行:选择配电网主动重构方案,主动配电网管理系 统(ADMS)通过主动重构来优化调整配电网的网络结构,从而降低输配网联 络线功率,最终有效降低输电网的输电阻塞;本流程结束; 步骤四、判断是否满足第二运行条件:根据输电网当前运行方式判断是 否选择多源配电网主动孤岛运行方案,如果判断结果为‘是’,则下一步进 入步骤五,否则下一步进入步骤六; 步骤五、主动孤岛运行:选择多源配电网主动孤岛运行方案,ADMS通过 微网控制中心(MGCC)控制接入配电网中微网的出力,形成综合考虑输电网输 电阻塞需求和配电网能力的主动孤岛方案,在一定时间内降低上游输电网的 负荷,从而有效降低输电网的输电阻塞;本流程结束; 步骤六、判断是否满足第三运行条件:根据输电网当前运行方式判断是 否选择需求响应方案来进行输电网输电阻塞管理,如果判断结果为‘是’, 则下一步进入步骤七,否则退出本流程运行; 步骤七、需求响应运行:选择需求响应方案,ADMS通过协调优化控制 MGCC与电动汽车充电站(EVSCC),根据输电网输电阻塞需求和配电网能力优 化调整微网出力和电动汽车充电负荷,在主动孤岛方案的基础上,进一步扩 大孤岛范围,进一步降低上游输电网的负荷,有效降低输电网的输电阻塞; 本流程结束。

2.根据权利要求1所述的基于多源主动配电网的输电阻塞管理多级分 层控制方法,其特征在于:在步骤二中,所述的判断是否选择配电网主动重 构方案的具体方法为:当输电网当前运行方式满足式(1)时,选择配电网 主动重构方案; △PFR≥△PLD       (1) 其中,△PFR为通过实施配电网主动重构方案实现的输配电联络线功率减少 量;△PLD为当前输电网越限关键线路越过热稳定极限的有功值,具体可通 过式(2)计算得到; △PLD=Pini,i-Plim,i         (2) 其中,Pini,i为当前输电网越限关键线路i的潮流有功值,通过潮流计算可得 到;Plim,i为当前输电网越限关键线路潮流上限值。

3.根据权利要求1所述的基于多源主动配电网的输电阻塞管理多级分 层控制方法,其特征在于:在步骤三中,所述的配电网主动重构方案算法包 括下列步骤: 步骤3.1)读入原始数据以及设置算法参数:原始数据包括支路参数、各 种负荷方式下的负荷及支路开关状态等;算法参数包括种群规模、惯性权重 范围,加速系数和速度取值范围等; 步骤3.2)初始化:迭代次数置0,初始化所有粒子位置和速度;根据原 始数据进行各种方式下的潮流计算,求出每一组开关状态下的网络在该时段 内的综合网损作为其初始适应值以及历史最优适应值,网损最小的粒子位置 为全局最优粒子; 步骤3.3)速度和位置更新:根据步骤3.1)的设置参数进行粒子速度和 位置更新;检查粒子位置更新后各变量是否越限,若某一变量越限,则取其 相应的限值; 步骤3.4)辐射状校验:校验更新后的粒子位置对应的开关状态组合下的 网络结构是否满足辐射状约束,如果某些粒子不满足,重新初始化该粒子, 直到都满足; 步骤3.5)判断潮流是否收敛:若收敛,则进入步骤3.6),若不收敛, 迭代次数加1,转到步骤3.4)继续进行; 步骤3.6)结束判断:如达到最大允许迭代次数,则停止并输出结果;否 则,迭代次数加1,转到步骤3.4)继续进行。

4.根据权利要求1所述的基于多源主动配电网的输电阻塞管理多级分 层控制方法,其特征在于:在步骤四中,所述的判断是否选择多源配电网主 动孤岛运行方案的具体方法为:输电网当前运行方式满足式(31)时,选择多 源配电网主动孤岛运行方案; Δ P FR Δ P LD Σ i V P L , i - - - ( 3 ) ]]> 其中,PL,i为配电网主动孤岛的最大可能孤岛范围内的线路i的负荷有功值。

5.根据权利要求1所述的基于多源主动配电网的输电阻塞管理多级分 层控制方法,其特征在于:在步骤五中,所述的主动孤岛运行方案的方法包 含以下四个步骤: 步骤5.1)构建配电网有根树分层模型 配电网有根数模型中有根树分为五层,其中V={ν1,...,νn}表示节点的集 合,E表示馈线的线路集合,ei,j(i<j)为节点i和节点j之间的线路; 步骤5.2)定义有根树节点权值 所述的定义有根树节点的权值为连在该目标节点下的负荷和分布式电 源的功率总和,具体计算如式(32)所示: w(vi)i∈V=PGi-PLi   (4) 式中,PLi为连在节点νi上的总有功负荷值;PGi为接在节点νi上微网的有功 出力; 步骤5.3)进行初步孤岛搜索,得到最大可能孤岛范围 首先进行初步孤岛搜索,以孤岛范围最大为目标进行初步孤岛搜索,得 到最大可能的孤岛范围,目标函数如式(33)所示: max Σ i = 1 N G P Li - - - ( 5 ) ]]> 孤岛搜索过程中需要满足约束条件式(34)~式(38): ●功率平衡约束(Power balance constraint,PBC) F ( T S ) = Σ i V P Gi - Σ i V P Li > 0 - - - ( 6 ) ]]> 式中,F(TS)为PBC评估函数,考虑到孤岛内微网对功率不平衡有一定的调节 能力,将PBC约束放宽为孤岛内总有功出力大于总有功负荷; ●传输线安全约束 |Peij|eij∈V<α*Prated_eij      (7) 式中,Peij为当前运行方式下线路eij的有功潮流;Prate_eij为线路eij的最大额 定容量;α为裕度系数; ●孤岛辐射状运行约束 N=M+1        (8) 式中,N为孤岛范围内的节点数;M为孤岛范围内的线路数; ●主动孤岛位置约束 式中depth(vi,i∈V)表示节点νi在配电网有根树分层结构模型中所在的层次; ●输电阻塞需求约束 Δ P LD Σ i V P Li k D Δ P LD - - - ( 10 ) ]]> 式中,kD为输电网输电阻塞需求裕度系数,其大小可以根据主动配电网实时 最大供电能力指标来动态调整; 步骤5.4)孤岛校验 针对步骤5.3)得到的初始孤岛,按照约束条件,即公式(7)~(10)一 一进行校验,如果所有的约束条件均能满足,则最终的孤岛方案确定;如果 有其中一项约束条件不满足要求,将孤岛范围缩小一层,返回到步骤5.3)继 续进行孤岛搜索;最终,对得到的孤岛进行静态性能校验,静态性能指标包 括孤岛系统电压稳定指标以及电压波动指标,具体表述如下: L i , j = 4 [ ( P j X i , j - Q j R i , j ) 2 + ( P j X i , j + Q j X i , j ) U i 2 ] / U i 4 - - - ( 11 ) ]]> I=max(Li,j)       (12) 式中,Ri,j和Xi,j分别为支路i-j的电阻和电抗;Pj和Qj分别为流入节点j的有 功和无功功率;Li,j为支路i-j的电压稳定指标值,各个支路的电压稳定指标 的最大值即为整个孤岛的电压稳定指标值,如式(13)所示: V=max|Uj-Ub|         (13) 式中,Uj为节点j的电压标幺值,;Ub为节点基准电压值,取为1.0;V为电 压波动指标,V越小系统越稳定。

6.根据权利要求1所述的基于多源主动配电网的输电阻塞管理多级分 层控制方法,其特征在于:在步骤六,所述的判断是否选择需求响应方案来 进行输电网输电阻塞管理的具体方法为:当输电网当前运行方满足式(42)时, 选择需求响应方案来进行输电网输电阻塞管理; Σ i V P L , i Δ P LD Σ i V P L , i + Σ k = 1 p EV k - - - ( 14 ) ]]> 式中,p为按照步骤4.3)中主动孤岛搜索算法得到的孤岛范围内的电动汽车 充电站的数量;∑EVk为按照步骤4.3)中主动孤岛搜索算法得到的孤岛范围 内的电动汽车充电站可用电动汽车充电负荷的总量。

7.根据权利要求1所述的基于多源主动配电网的输电阻塞管理多级分 层控制方法,其特征在于:在步骤七中,所述的需求响应方案包括下列步骤: 步骤7.1)计算需转移至孤岛中的负荷量:最初的负荷转移量为上一步 骤中主动孤岛运行方案中孤岛V(i∈V)中所有有功负荷的总和∑PLi,在负荷需 求方案中,负荷转移量以配电网有根树分层模型中的节点层为单位逐层增 加,直到满足输电网阻塞管理的需求;最终的负荷转移量计算方法见式(15); P trans = Σ i V P Li + Σ i = n l + 1 N L P i - - - ( 15 ) ]]> 式中,Ptrans为需求响应方案中最终的负荷转移量;NL为以配电网有根树分层 模型中的节点层为单位转移至孤岛中的节点层次的总数;nl为主动孤岛方案 后的孤岛范围内的配电网层级; 约束条件如下: U · i Σ j = 1 n k Y ij * U j * = P i + Q i , i n k - - - ( 16 ) ]]> Vk,min<Vk<Vk,max k∈nk    (17) Il≤Il,max l∈nl    (18) Σ i V P Li Δ P LD - - - ( 19 ) ]]> 式中,nk是负荷转移后的配电网的节点总数;是节点i的电压向量;Pi、 Qi分别为节点i注入的有功功率和无功功率;是负荷转移后的配电网的节 点导纳矩阵元素Yij的共轭复数;Vk是节点k的电压;Vk,min、Vk,max分别是节 点k所允许的最小电压和最大电压;nl是负荷转移后的配电网中的支路数; Il是线路l的电流;Il,max是线路l所允许的最大电流值; 步骤7.2)获取孤岛范围以及电动汽车切除负荷量:通过子优化问题Ⅰ 得到了以配电网有根树分层模型中的节点层为单位的转移至孤岛中的负荷 总量;子优化问题Ⅱ的优化目标是在保证孤岛安全稳定运行的前提下,基于 子优化问题Ⅰ得到的负荷转移量,确保各个电动汽车充电站的电动汽车切负 荷量最小,也即最大限度保证用户的用能舒适度,目标函数见; min Σ i = 1 p P EV , i - - - ( 20 ) ]]> 式中,p为需求响应方案中孤岛范围内的电动汽车充电站数目;PEV,i为充电 站i中的电动汽车切负荷量; 约束条件如下: PEV,i≤PTR,i i∈V    (21) P MG j , min P MG j P MG j , max , j = 1,2 , . . . , m - - - ( 22 ) ]]> Q MG j , min Q MG j Q MG j , max , j = 1,2 , . . . , m - - - ( 23 ) ]]> 式中,PMGj是微网j送出的有功功率;PMGj,max和PMGj,min分别为微网j送 出的有功功率的最大值和最小值;QMGj是微网j送出的无功功率;QMGj,max和 QMGj,min分别为微网j送出的无功功率的最大值和最小值。

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一种基于多源主动配电网的输电阻塞管理多级分层控制方法,其特征在于:所述的基于多源主动配电网的输电阻塞管理多级分层控制方法包括按顺序进行的下列步骤:步骤一、获取运行数据:获取当前电力系统关键线路运行数据;步骤二、判断是否满足第一运行条件:根据输电网当前运行方式判断是否选择配电网主动重构方案,如果判断结果为‘是’,则下一步进入步骤三,否则下一步进入步骤四;步骤三、主动重构运行:选择配电网主动重构方案,主动配电网管理系统(ADMS)通过主动重构来优化调整配电网的网络结构,从而降低输配网联络线功率,最终有效降低输电网的输电阻塞;本流程结束;步骤四、判断是否满足第二运行条件:根据输电网当前运行方式判断是否选择多源配电网主动孤岛运行方案,如果判断结果为‘是’,则下一步进入步骤五,否则下一步进入步骤六;步骤五、主动孤岛运行:选择多源配电网主动孤岛运行方案,ADMS通过微网控制中心(MGCC)控制接入配电网中微网的出力,形成综合考虑输电网输电阻塞需求和配电网能力的主动孤岛方案,在一定时间内降低上游输电网的负荷,从而有效降低输电网的输电阻塞;本流程结束;步骤六、判断是否满足第三运行条件:根据输电网当前运行方式判断是否选择需求响应方案来进行输电网输电阻塞管理,如果判断结果为‘是’,则下一步进入步骤七,否则退出本流程运行;步骤七、需求响应运行:选择需求响应方案,ADMS通过协调优化控制MGCC与电动汽车充电站(EVSCC),根据输电网输电阻塞需求和配电网能力优化调整微网出力和电动汽车充电负荷,在主动孤岛方案的基础上,进一步扩大孤岛范围,进一步降低上游输电网的负荷,有效降低输电网的输电阻塞;本流程结束。
原文:

1.一种基于多源主动配电网的输电阻塞管理多级分层控制方法,其特 征在于:所述的基于多源主动配电网的输电阻塞管理多级分层控制方法包括 按顺序进行的下列步骤: 步骤一、获取运行数据:获取当前电力系统关键线路运行数据; 步骤二、判断是否满足第一运行条件:根据输电网当前运行方式判断是 否选择配电网主动重构方案,如果判断结果为‘是’,则下一步进入步骤三, 否则下一步进入步骤四; 步骤三、主动重构运行:选择配电网主动重构方案,主动配电网管理系 统(ADMS)通过主动重构来优化调整配电网的网络结构,从而降低输配网联 络线功率,最终有效降低输电网的输电阻塞;本流程结束; 步骤四、判断是否满足第二运行条件:根据输电网当前运行方式判断是 否选择多源配电网主动孤岛运行方案,如果判断结果为‘是’,则下一步进 入步骤五,否则下一步进入步骤六; 步骤五、主动孤岛运行:选择多源配电网主动孤岛运行方案,ADMS通过 微网控制中心(MGCC)控制接入配电网中微网的出力,形成综合考虑输电网输 电阻塞需求和配电网能力的主动孤岛方案,在一定时间内降低上游输电网的 负荷,从而有效降低输电网的输电阻塞;本流程结束; 步骤六、判断是否满足第三运行条件:根据输电网当前运行方式判断是 否选择需求响应方案来进行输电网输电阻塞管理,如果判断结果为‘是’, 则下一步进入步骤七,否则退出本流程运行; 步骤七、需求响应运行:选择需求响应方案,ADMS通过协调优化控制 MGCC与电动汽车充电站(EVSCC),根据输电网输电阻塞需求和配电网能力优 化调整微网出力和电动汽车充电负荷,在主动孤岛方案的基础上,进一步扩 大孤岛范围,进一步降低上游输电网的负荷,有效降低输电网的输电阻塞; 本流程结束。

2.根据权利要求1所述的基于多源主动配电网的输电阻塞管理多级分 层控制方法,其特征在于:在步骤二中,所述的判断是否选择配电网主动重 构方案的具体方法为:当输电网当前运行方式满足式(1)时,选择配电网 主动重构方案; △PFR≥△PLD       (1) 其中,△PFR为通过实施配电网主动重构方案实现的输配电联络线功率减少 量;△PLD为当前输电网越限关键线路越过热稳定极限的有功值,具体可通 过式(2)计算得到; △PLD=Pini,i-Plim,i         (2) 其中,Pini,i为当前输电网越限关键线路i的潮流有功值,通过潮流计算可得 到;Plim,i为当前输电网越限关键线路潮流上限值。

3.根据权利要求1所述的基于多源主动配电网的输电阻塞管理多级分 层控制方法,其特征在于:在步骤三中,所述的配电网主动重构方案算法包 括下列步骤: 步骤3.1)读入原始数据以及设置算法参数:原始数据包括支路参数、各 种负荷方式下的负荷及支路开关状态等;算法参数包括种群规模、惯性权重 范围,加速系数和速度取值范围等; 步骤3.2)初始化:迭代次数置0,初始化所有粒子位置和速度;根据原 始数据进行各种方式下的潮流计算,求出每一组开关状态下的网络在该时段 内的综合网损作为其初始适应值以及历史最优适应值,网损最小的粒子位置 为全局最优粒子; 步骤3.3)速度和位置更新:根据步骤3.1)的设置参数进行粒子速度和 位置更新;检查粒子位置更新后各变量是否越限,若某一变量越限,则取其 相应的限值; 步骤3.4)辐射状校验:校验更新后的粒子位置对应的开关状态组合下的 网络结构是否满足辐射状约束,如果某些粒子不满足,重新初始化该粒子, 直到都满足; 步骤3.5)判断潮流是否收敛:若收敛,则进入步骤3.6),若不收敛, 迭代次数加1,转到步骤3.4)继续进行; 步骤3.6)结束判断:如达到最大允许迭代次数,则停止并输出结果;否 则,迭代次数加1,转到步骤3.4)继续进行。

4.根据权利要求1所述的基于多源主动配电网的输电阻塞管理多级分 层控制方法,其特征在于:在步骤四中,所述的判断是否选择多源配电网主 动孤岛运行方案的具体方法为:输电网当前运行方式满足式(31)时,选择多 源配电网主动孤岛运行方案; Δ P FR Δ P LD Σ i V P L , i - - - ( 3 ) ]]> 其中,PL,i为配电网主动孤岛的最大可能孤岛范围内的线路i的负荷有功值。

5.根据权利要求1所述的基于多源主动配电网的输电阻塞管理多级分 层控制方法,其特征在于:在步骤五中,所述的主动孤岛运行方案的方法包 含以下四个步骤: 步骤5.1)构建配电网有根树分层模型 配电网有根数模型中有根树分为五层,其中V={ν1,...,νn}表示节点的集 合,E表示馈线的线路集合,ei,j(i<j)为节点i和节点j之间的线路; 步骤5.2)定义有根树节点权值 所述的定义有根树节点的权值为连在该目标节点下的负荷和分布式电 源的功率总和,具体计算如式(32)所示: w(vi)i∈V=PGi-PLi   (4) 式中,PLi为连在节点νi上的总有功负荷值;PGi为接在节点νi上微网的有功 出力; 步骤5.3)进行初步孤岛搜索,得到最大可能孤岛范围 首先进行初步孤岛搜索,以孤岛范围最大为目标进行初步孤岛搜索,得 到最大可能的孤岛范围,目标函数如式(33)所示: max Σ i = 1 N G P Li - - - ( 5 ) ]]> 孤岛搜索过程中需要满足约束条件式(34)~式(38): ●功率平衡约束(Power balance constraint,PBC) F ( T S ) = Σ i V P Gi - Σ i V P Li > 0 - - - ( 6 ) ]]> 式中,F(TS)为PBC评估函数,考虑到孤岛内微网对功率不平衡有一定的调节 能力,将PBC约束放宽为孤岛内总有功出力大于总有功负荷; ●传输线安全约束 |Peij|eij∈V<α*Prated_eij      (7) 式中,Peij为当前运行方式下线路eij的有功潮流;Prate_eij为线路eij的最大额 定容量;α为裕度系数; ●孤岛辐射状运行约束 N=M+1        (8) 式中,N为孤岛范围内的节点数;M为孤岛范围内的线路数; ●主动孤岛位置约束 式中depth(vi,i∈V)表示节点νi在配电网有根树分层结构模型中所在的层次; ●输电阻塞需求约束 Δ P LD Σ i V P Li k D Δ P LD - - - ( 10 ) ]]> 式中,kD为输电网输电阻塞需求裕度系数,其大小可以根据主动配电网实时 最大供电能力指标来动态调整; 步骤5.4)孤岛校验 针对步骤5.3)得到的初始孤岛,按照约束条件,即公式(7)~(10)一 一进行校验,如果所有的约束条件均能满足,则最终的孤岛方案确定;如果 有其中一项约束条件不满足要求,将孤岛范围缩小一层,返回到步骤5.3)继 续进行孤岛搜索;最终,对得到的孤岛进行静态性能校验,静态性能指标包 括孤岛系统电压稳定指标以及电压波动指标,具体表述如下: L i , j = 4 [ ( P j X i , j - Q j R i , j ) 2 + ( P j X i , j + Q j X i , j ) U i 2 ] / U i 4 - - - ( 11 ) ]]> I=max(Li,j)       (12) 式中,Ri,j和Xi,j分别为支路i-j的电阻和电抗;Pj和Qj分别为流入节点j的有 功和无功功率;Li,j为支路i-j的电压稳定指标值,各个支路的电压稳定指标 的最大值即为整个孤岛的电压稳定指标值,如式(13)所示: V=max|Uj-Ub|         (13) 式中,Uj为节点j的电压标幺值,;Ub为节点基准电压值,取为1.0;V为电 压波动指标,V越小系统越稳定。

6.根据权利要求1所述的基于多源主动配电网的输电阻塞管理多级分 层控制方法,其特征在于:在步骤六,所述的判断是否选择需求响应方案来 进行输电网输电阻塞管理的具体方法为:当输电网当前运行方满足式(42)时, 选择需求响应方案来进行输电网输电阻塞管理; Σ i V P L , i Δ P LD Σ i V P L , i + Σ k = 1 p EV k - - - ( 14 ) ]]> 式中,p为按照步骤4.3)中主动孤岛搜索算法得到的孤岛范围内的电动汽车 充电站的数量;∑EVk为按照步骤4.3)中主动孤岛搜索算法得到的孤岛范围 内的电动汽车充电站可用电动汽车充电负荷的总量。

7.根据权利要求1所述的基于多源主动配电网的输电阻塞管理多级分 层控制方法,其特征在于:在步骤七中,所述的需求响应方案包括下列步骤: 步骤7.1)计算需转移至孤岛中的负荷量:最初的负荷转移量为上一步 骤中主动孤岛运行方案中孤岛V(i∈V)中所有有功负荷的总和∑PLi,在负荷需 求方案中,负荷转移量以配电网有根树分层模型中的节点层为单位逐层增 加,直到满足输电网阻塞管理的需求;最终的负荷转移量计算方法见式(15); P trans = Σ i V P Li + Σ i = n l + 1 N L P i - - - ( 15 ) ]]> 式中,Ptrans为需求响应方案中最终的负荷转移量;NL为以配电网有根树分层 模型中的节点层为单位转移至孤岛中的节点层次的总数;nl为主动孤岛方案 后的孤岛范围内的配电网层级; 约束条件如下: U · i Σ j = 1 n k Y ij * U j * = P i + Q i , i n k - - - ( 16 ) ]]> Vk,min<Vk<Vk,max k∈nk    (17) Il≤Il,max l∈nl    (18) Σ i V P Li Δ P LD - - - ( 19 ) ]]> 式中,nk是负荷转移后的配电网的节点总数;是节点i的电压向量;Pi、 Qi分别为节点i注入的有功功率和无功功率;是负荷转移后的配电网的节 点导纳矩阵元素Yij的共轭复数;Vk是节点k的电压;Vk,min、Vk,max分别是节 点k所允许的最小电压和最大电压;nl是负荷转移后的配电网中的支路数; Il是线路l的电流;Il,max是线路l所允许的最大电流值; 步骤7.2)获取孤岛范围以及电动汽车切除负荷量:通过子优化问题Ⅰ 得到了以配电网有根树分层模型中的节点层为单位的转移至孤岛中的负荷 总量;子优化问题Ⅱ的优化目标是在保证孤岛安全稳定运行的前提下,基于 子优化问题Ⅰ得到的负荷转移量,确保各个电动汽车充电站的电动汽车切负 荷量最小,也即最大限度保证用户的用能舒适度,目标函数见; min Σ i = 1 p P EV , i - - - ( 20 ) ]]> 式中,p为需求响应方案中孤岛范围内的电动汽车充电站数目;PEV,i为充电 站i中的电动汽车切负荷量; 约束条件如下: PEV,i≤PTR,i i∈V    (21) P MG j , min P MG j P MG j , max , j = 1,2 , . . . , m - - - ( 22 ) ]]> Q MG j , min Q MG j Q MG j , max , j = 1,2 , . . . , m - - - ( 23 ) ]]> 式中,PMGj是微网j送出的有功功率;PMGj,max和PMGj,min分别为微网j送 出的有功功率的最大值和最小值;QMGj是微网j送出的无功功率;QMGj,max和 QMGj,min分别为微网j送出的无功功率的最大值和最小值。

翻译:
基于多源主动配电网的输电阻塞管理多级分层控制方法

技术领域

本发明属于输电网输电阻塞管理及主动配电网协调优化控制技术领域, 特别是涉及一种基于多源主动配电网的输电阻塞管理多级分层控制方法。

背景技术

电力系统中的输电阻塞是指系统由于受到自身容量的限制不能满足所 希望的输电要求。为了保证电力系统的安全稳定运行,研究开发有效的输电 阻塞管理策略有很重要的意义。传统的输电阻塞管理研究主要集中在三个方 面:调整发电机出力,负荷削减和系统加强(例如,加强重载关键线路或输 电阻塞区关键线路的热稳定或电压稳定极限)。

然而,目前关于输电阻塞管理的研究主要集中在调整发电机出力,负荷 削减以及系统加强等输电网自身领域。主要存在以下三个方面的缺点:

1)无论是通过调整发电机出力还是负荷削减进行输电阻塞管理,都是 利用发、输电侧的调节控制功能,忽略了需求侧的大量分布式资源以及可控 负荷的能力。

2)忽略了输电网和配电网之间的互动。在大规模分布式电源和可控负荷 并网的环境下,难以实现输配电协调优化运行和一体化规划的要求。

3)传统的基于负荷的输电阻塞控制策略以牺牲用户舒适度为代价。难 以实现现代电力系统为用户提供灵活、可靠、安全、经济的用能方式的要求。

基于以上论述,研究综合考虑大规模分布式电源和可控负荷接入的输电 网阻塞管理控制策略具有非常重要的意义。

发明内容

为了解决上述问题,本发明的目的在于提供一种基于多源主动配电网的 输电阻塞管理多级分层控制方法。

为了达到上述目的,本发明提供的基于多源主动配电网的输电阻塞管理 多级分层控制方法包括按顺序进行的下列步骤:

步骤一、获取运行数据:获取当前电力系统关键线路运行数据;

步骤二、判断是否满足第一运行条件:根据输电网当前运行方式判断是 否选择配电网主动重构方案,如果判断结果为‘是’,则下一步进入步骤三, 否则下一步进入步骤四;

步骤三、主动重构运行:选择配电网主动重构方案,主动配电网管理系 统(ADMS)通过主动重构来优化调整配电网的网络结构,从而降低输配网联络 线功率,最终有效降低输电网的输电阻塞;本流程结束;

步骤四、判断是否满足第二运行条件:根据输电网当前运行方式判断是 否选择多源配电网主动孤岛运行方案,如果判断结果为‘是’,则下一步进 入步骤五,否则下一步进入步骤六;

步骤五、主动孤岛运行:选择多源配电网主动孤岛运行方案,ADMS通过 MGCC控制接入配电网中微网的出力,形成综合考虑输电网输电阻塞需求和配 电网能力的主动孤岛方案,在一定时间内降低上游输电网的负荷,从而有效 降低输电网的输电阻塞;本流程结束;

步骤六、判断是否满足第三运行条件:根据输电网当前运行方式判断是 否选择需求响应方案来进行输电网输电阻塞管理,如果判断结果为‘是’, 则下一步进入步骤七,否则退出本流程运行;

步骤七、需求响应运行:选择需求响应方案,ADMS通过协调优化控制 MGCC与EVSCC,根据输电网输电阻塞需求和配电网能力优化调整微网出力和 电动汽车充电负荷,在主动孤岛方案的基础上,进一步扩大孤岛范围,进一 步降低上游输电网的负荷,有效降低输电网的输电阻塞;本流程结束。

在步骤二中,所述的判断是否选择配电网主动重构方案的具体方法为: 当输电网当前运行方式满足式(1)时,选择配电网主动重构方案;

△PFR≥△PLD               (15)

其中,△PFR为通过实施配电网主动重构方案实现的输配电联络线功率减少 量;△PLD为当前输电网越限关键线路越过热稳定极限的有功值,具体可通 过式(2)计算得到;

△PLD=Pini,i-Plim,i          (16)

其中,Pini,i为当前输电网越限关键线路i的潮流有功值,通过潮流计算可得 到;Plim,i为当前输电网越限关键线路潮流上限值。

在步骤三中,所述的配电网主动重构方案算法包括下列步骤:

步骤3.1)读入原始数据以及设置算法参数:原始数据包括支路参数、各 种负荷方式下的负荷及支路开关状态等;算法参数包括种群规模、惯性权重 范围,加速系数和速度取值范围等;

步骤3.2)初始化:迭代次数置0,初始化所有粒子位置和速度;根据原 始数据进行各种方式下的潮流计算,求出每一组开关状态下的网络在该时段 内的综合网损作为其初始适应值以及历史最优适应值,网损最小的粒子位置 为全局最优粒子;

步骤3.3)速度和位置更新:根据步骤3.1)的设置参数进行粒子速度和 位置更新;检查粒子位置更新后各变量是否越限,若某一变量越限,则取其 相应的限值;

步骤3.4)辐射状校验:校验更新后的粒子位置对应的开关状态组合下的 网络结构是否满足辐射状约束,如果某些粒子不满足,重新初始化该粒子, 直到都满足;

步骤3.5)判断潮流是否收敛:若收敛,则进入步骤3.6),若不收敛, 迭代次数加1,转到步骤3.4)继续进行;

步骤3.6)结束判断:如达到最大允许迭代次数,则停止并输出结果;否 则,迭代次数加1,转到步骤3.4)继续进行。

在步骤四中,所述的判断是否选择多源配电网主动孤岛运行方案的具体 方法为:输电网当前运行方式满足式(31)时,选择多源配电网主动孤岛运行 方案;

Δ P FR Δ P LD Σ i V P L , i - - - ( 17 ) ]]>

其中,PL,i为配电网主动孤岛的最大可能孤岛范围内的线路i的负荷有功值。

在步骤五中,所述的主动孤岛运行方案的方法包含以下四个步骤:

步骤5.1)构建配电网有根树分层模型

配电网有根数模型中有根树分为五层,其中V={ν1,…,νn}表示节点的集 合,E表示馈线的线路集合,ei,j(i<j)为节点i和节点j之间的线路;

步骤5.2)定义有根树节点权值

所述的定义有根树节点的权值为连在该目标节点下的负荷和分布式电 源的功率总和,具体计算如式(32)所示:

w(vi)i∈V=PGi-PLi            (18)

式中,PLi为连在节点νi上的总有功负荷值;PGi为接在节点νi上微网的有功 出力;

步骤5.3)进行初步孤岛搜索,得到最大可能孤岛范围

首先进行初步孤岛搜索,以孤岛范围最大为目标进行初步孤岛搜索,得 到最大可能的孤岛范围,目标函数如式(33)所示:

max Σ i = 1 N G P Li - - - ( 19 ) ]]>

孤岛搜索过程中需要满足约束条件式(34)~式(38):

●功率平衡约束(Power balance constraint,PBC)

F ( T S ) = Σ i V P Gi - Σ i V P Li > 0 - - - ( 20 ) ]]>

式中,F(TS)为PBC评估函数,考虑到孤岛内微网对功率不平衡有一定的调节 能力,将PBC约束放宽为孤岛内总有功出力大于总有功负荷;

●传输线安全约束

|Peij|eij∈V<α*Prated_eij           (21)

式中,Peij为当前运行方式下线路eij的有功潮流;Prate_eij为线路eij的最大额 定容量;α为裕度系数;

●孤岛辐射状运行约束

N=M+1                (22)

式中,N为孤岛范围内的节点数;M为孤岛范围内的线路数;

●主动孤岛位置约束

depth ( v i , i V ) depth ( v j , j V ) - - - ( 23 ) ]]>

式中depth(vi,i∈V)表示节点νi在配电网有根树分层结构模型中所在的层次;

●输电阻塞需求约束

Δ P LD Σ i V P Li k D Δ P LD - - - ( 24 ) ]]>

式中,kD为输电网输电阻塞需求裕度系数,其大小可以根据主动配电网实时 最大供电能力指标来动态调整;

步骤5.4)孤岛校验

针对步骤5.3)得到的初始孤岛,按照约束条件,即公式(7)~(10)一 一进行校验,如果所有的约束条件均能满足,则最终的孤岛方案确定;如果 有其中一项约束条件不满足要求,将孤岛范围缩小一层,返回到步骤5.3)继 续进行孤岛搜索;最终,对得到的孤岛进行静态性能校验,静态性能指标包 括孤岛系统电压稳定指标以及电压波动指标,具体表述如下:

L i , j = 4 [ ( P j X i , j - Q j R i , j ) 2 + ( P j X i , j + Q j X i , j ) U i 2 ] / U i 4 - - - ( 25 ) ]]>

I=max(Li,j)         (26)

式中,Ri,j和Xi,j分别为支路i-j的电阻和电抗;Pj和Qj分别为流入节点j的有 功和无功功率;Li,j为支路i-j的电压稳定指标值,各个支路的电压稳定指标 的最大值即为整个孤岛的电压稳定指标值,如式(13)所示:

V=max|Uj-Ub|              (27)

式中,Uj为节点j的电压标幺值,;Ub为节点基准电压值,取为1.0;V为电 压波动指标,V越小系统越稳定。

在步骤六,所述的判断是否选择需求响应方案来进行输电网输电阻塞管 理的具体方法为:当输电网当前运行方满足式(42)时,选择需求响应方案来 进行输电网输电阻塞管理;

Σ i V P L , i Δ P LD Σ i V P L , i + Σ k = 1 p EV k - - - ( 28 ) ]]>

式中,p为按照步骤4.3)中主动孤岛搜索算法得到的孤岛范围内的电动汽车 充电站的数量;∑EVk为按照步骤4.3)中主动孤岛搜索算法得到的孤岛范围 内的电动汽车充电站可用电动汽车充电负荷的总量。

在步骤七中,所述的需求响应方案包括下列步骤:

步骤7.1)计算需转移至孤岛中的负荷量:最初的负荷转移量为上一步 骤中主动孤岛运行方案中孤岛V(i∈V)中所有有功负荷的总和∑PLi,在负荷需 求方案中,负荷转移量以配电网有根树分层模型中的节点层为单位逐层增 加,直到满足输电网阻塞管理的需求;最终的负荷转移量计算方法见式(15);

P trans = Σ i V P L i + Σ i = n l + 1 N L P i - - - ( 15 ) ]]>

式中,Ptrans为需求响应方案中最终的负荷转移量;NL为以配电网有根树分层 模型中的节点层为单位转移至孤岛中的节点层次的总数;nl为主动孤岛方案 后的孤岛范围内的配电网层级;

约束条件如下:

U · i Σ j = 1 n k Y * ij U * j = P i + Q i , i n k - - - ( 16 ) ]]>

Vk,min<Vk<Vk,max  k∈nk       (17)

Il≤Il,max  l∈nl           (18)

Σ i V P L i Δ P LD - - - ( 19 ) ]]>

式中,nk是负荷转移后的配电网的节点总数;是节点i的电压向量;Pi、 Qi分别为节点i注入的有功功率和无功功率;是负荷转移后的配电网的节 点导纳矩阵元素Yij的共轭复数;Vk是节点k的电压;Vk,min、Vk,max分别是节 点k所允许的最小电压和最大电压;nl是负荷转移后的配电网中的支路数; Il是线路l的电流;Il,max是线路l所允许的最大电流值;

步骤7.2)获取孤岛范围以及电动汽车切除负荷量:通过子优化问题Ⅰ 得到了以配电网有根树分层模型中的节点层为单位的转移至孤岛中的负荷 总量;子优化问题Ⅱ的优化目标是在保证孤岛安全稳定运行的前提下,基于 子优化问题Ⅰ得到的负荷转移量,确保各个电动汽车充电站的电动汽车切负 荷量最小,也即最大限度保证用户的用能舒适度,目标函数见;

max Σ i = 1 p P EV , i - - - ( 20 ) ]]>

式中,p为需求响应方案中孤岛范围内的电动汽车充电站数目;PEV,i为充电 站i中的电动汽车切负荷量;

约束条件如下:

PEV,i≤PTR,i  i∈V             (21)

P MG j , min P MG j P MG j , max , j = 1,2 , . . . , m - - - ( 22 ) ]]>

Q MG j , min Q MG j Q MG j , max , j = 1,2 , . . . , m - - - ( 23 ) ]]>

式中,PMGj是微网j送出的有功功率;PMGj,max和PMGj,min分别为微网j送 出的有功功率的最大值和最小值;QMGj是微网j送出的无功功率;QMGj,max和 QMGj,min分别为微网j送出的无功功率的最大值和最小值。

本发明提供的基于多源主动配电网的输电阻塞管理多级分层控制方法 能够充分利用多源主动配电网中的可控资源,动态实现多源主动配电网的拓 扑优化与主动孤岛运行,可有效降低上游输电线路负荷端的功率需求,为输 电线路的阻塞控制与管理提供了全新的思路,可以在保证配电网安全稳定运 行的前提下为输电网阻塞管理提供辅助服务,可在一定程度上缓解紧急情况 下输电线路阻塞现象,同时尽可能保障配电网的供电可靠性,具有一定的工 程应用前景。

附图说明

图1为输电阻塞管理多级分层控制框架示意图。

图2为本发明提供的基于多源主动配电网的输电阻塞管理多级分层控制 方法流程图。

图3为本发明提供的基于多源主动配电网的输电阻塞管理多级分层控制 方法中的配电网主动重构流程图。

图4为本发明提供的基于多源主动配电网的输电阻塞管理多级分层控制 方法的电网主动孤岛运行方案算法流程图。

图5为本发明提供的基于多源主动配电网的输电阻塞管理多级分层控制 方法中的需求响应方案流程图。

图6为配电网有根树分层模型构建示意图。

图7为IEEE-30节点系统图。

图8为改进的IEEE三馈线配电测试系统图。

图9为孤岛主动运行方案中初始孤岛搜索方案图。

图10为孤岛主动运行方案中最终孤岛搜索方案图。

图11为需求响应方案中最终孤岛搜索方案图。

具体实施方式

本方法所采用的基于多源主动配电网的输电阻塞管理多级分层控制框 架如图1所示,该控制方案包括以输配网联络线功率最小为目标的配电网快 速重构方案、多源配电网主动孤岛运行方案以及需求响应方案。当输电网发 生故障导致关键线路或潮流断面发生输电阻塞引起热稳定越限时,首先PSDC 根据输电网降低输电阻塞的实际需求(通过实时运行数据采集及潮流计算得 到)下达输电阻塞控制命令至ADMS;其次,ADMS通过ADMS与MGCC以及EVSCC 的协调优化控制来改变配电网的运行方式来响应输电阻塞控制命令。

若选择配电网主动重构方案,ADMS通过主动重构来优化调整配电网的网 络结构,从而降低输配网联络线功率,最终有效降低输电网的输电阻塞。

若选择多源配电网主动孤岛运行方案,ADMS通过MGCC控制接入配电网 中微网的出力,形成综合考虑输电网输电阻塞需求和配电网能力的主动孤岛 方案,在一定时间内降低上游输电网的负荷,从而有效降低输电网的输电阻 塞。

若选择需求响应方案,ADMS通过协调优化控制MGCC与EVSCC,根据输电 网输电阻塞需求和配电网能力优化调整微网出力和电动汽车充电负荷,在主 动孤岛方案的基础上,进一步扩大孤岛范围,进一步降低上游输电网的负荷, 有效降低输电网的输电阻塞。

下面结合附图和具体实施例对本发明提供的基于多源主动配电网的输 电阻塞管理多级分层控制方法进行详细说明。

如图2所示,本发明提供的基于多源主动配电网的输电阻塞管理多级分 层控制方法包括按顺序执行的下列步骤:

步骤一、获取运行数据:获取当前电力系统关键线路运行数据;

步骤二、判断是否满足第一运行条件:根据输电网当前运行方式判断是 否选择配电网主动重构方案,如果判断结果为‘是’,则下一步进入步骤三, 否则下一步进入步骤四;

步骤三、主动重构运行:选择配电网主动重构方案,ADMS通过主动重构 来优化调整配电网的网络结构,从而降低输配网联络线功率,最终有效降低 输电网的输电阻塞;本流程结束;

步骤四、判断是否满足第二运行条件:根据输电网当前运行方式判断是 否选择多源配电网主动孤岛运行方案,如果判断结果为‘是’,则下一步进 入步骤五,否则下一步进入步骤六;

步骤五、主动孤岛运行:选择多源配电网主动孤岛运行方案,ADMS通过 MGCC控制接入配电网中微网的出力,形成综合考虑输电网输电阻塞需求和配 电网能力的主动孤岛方案,在一定时间内降低上游输电网的负荷,从而有效 降低输电网的输电阻塞;本流程结束;

步骤六、判断是否满足第三运行条件:根据输电网当前运行方式判断是 否选择需求响应方案来进行输电网输电阻塞管理,如果判断结果为‘是’, 则下一步进入步骤七,否则退出本流程运行;

步骤七、需求响应运行:选择需求响应方案,ADMS通过协调优化控制 MGCC与EVSCC,根据输电网输电阻塞需求和配电网能力优化调整微网出力和 电动汽车充电负荷,在主动孤岛方案的基础上,进一步扩大孤岛范围,进一 步降低上游输电网的负荷,有效降低输电网的输电阻塞;本流程结束。

在步骤二中,所述的判断是否选择配电网主动重构方案的具体方法为: 当输电网当前运行方式满足式(1)时,选择配电网主动重构方案;

△PFR≥△PLD              (29)

其中,△PFR为通过实施配电网主动重构方案实现的输配电联络线功率减少 量;△PLD为当前输电网越限关键线路越过热稳定极限的有功值,具体可通 过式(2)计算得到;

△PLD=Pini,i-Plim,i             (30)

其中,Pini,i为当前输电网越限关键线路i的潮流有功值,通过潮流计算 可得到;Plim,i为当前输电网越限关键线路潮流上限值。

如图3所示,在步骤三中,所述的配电网主动重构方案算法包括下列步 骤:

步骤3.1)读入原始数据以及设置算法参数:原始数据包括支路参数、各 种负荷方式下的负荷及支路开关状态等;算法参数包括种群规模、惯性权重 范围,加速系数和速度取值范围等;

步骤3.2)初始化:迭代次数置0,初始化所有粒子位置和速度;根据原 始数据进行各种方式下的潮流计算,按式(1)求出每一组开关状态下的网络在 该时段内的综合网损作为其初始适应值以及历史最优适应值,网损最小的粒 子位置为全局最优粒子;

步骤3.3)速度和位置更新:根据步骤3.1)的设置参数进行粒子速度和 位置更新;检查粒子位置更新后各变量是否越限,若某一变量越限,则取其 相应的限值;

步骤3.4)辐射状校验:校验更新后的粒子位置对应的开关状态组合下的 网络结构是否满足辐射状约束,如果某些粒子不满足,重新初始化该粒子, 直到都满足;

步骤3.5)判断潮流是否收敛:若收敛,则进入步骤3.6),若不收敛, 迭代次数加1,转到步骤3.4)继续进行。

步骤3.6)结束判断:如达到最大允许迭代次数,则停止并输出结果;否 则,迭代次数加1,转到步骤3.4)继续进行。

在步骤四中,所述的判断是否选择多源配电网主动孤岛运行方案的具体 方法为:输电网当前运行方式满足式(31)时,选择多源配电网主动孤岛运行 方案;

Δ P FR Δ P LD Σ i V P L , i - - - ( 31 ) ]]>

其中,PL,i为配电网主动孤岛的最大可能孤岛范围内的线路i的负荷有功值。

如图4所示,在步骤五中,所述的主动孤岛运行方案的方法包含以下四 个步骤:

步骤5.1)构建配电网有根树分层模型

配电网有根数模型示意图如图6所示。配电网通常采用辐射状结构,即 使采用环网或网格结构,也会开环运行。每一条供电途径,都可以看作是以 系统侧电源点为根,以负荷和开关为叶点的树,整个配电网就是由这种树组 成的森林。分布式电源的接入只是增加了部分具有电源性质的节点,并未改 变原有的树形结构。因此,图6中左侧的配电网馈线F2可以简化为右侧的 以母线为节点的有根树分层结构T(V,E),整个有根树分为五层,其中 V={ν1,…,νn}表示节点的集合,E表示馈线的线路集合,ei,j(i<j)为节点i和节 点j之间的线路;

步骤5.2)定义有根树节点权值

所述的定义有根树节点的权值(weight)为连在该目标节点下的负荷和分 布式电源的功率总和,具体计算如式(32)所示:

w(vi)i∈V=PGi-PLi            (32)

式中,PLi为连在节点νi上的总有功负荷值;PGi为接在节点νi上微网的有功 出力;

步骤5.3)进行初步孤岛搜索,得到最大可能孤岛范围

为了简化孤岛搜索过程,本步骤采取“先搜索后校验”的主动孤岛搜索 思路,因此首先进行初步孤岛搜索,以孤岛范围最大为目标进行初步孤岛搜 索,得到最大可能的孤岛范围,目标函数如式(33)所示:

max Σ i = 1 N G P Li - - - ( 33 ) ]]>

孤岛搜索过程中需要满足约束条件式(34)~式(38):

●功率平衡约束(Power balance constraint,PBC)

F ( T S ) = Σ i V P Gi - Σ i V P Li > 0 - - - ( 34 ) ]]>

式中,F(TS)为PBC评估函数,考虑到孤岛内微网对功率不平衡有一定的调节 能力,将PBC约束放宽为孤岛内总有功出力大于总有功负荷;

●传输线安全约束(rated value and limit constraint,RLC)

|Peij|eij∈V<α*Prated_eij          (35)

式中,Peij为当前运行方式下线路eij的有功潮流;Prate_eij为线路eij的最大额 定容量;α为裕度系数;

●孤岛辐射状运行约束

N=M+1                (36)

式中,N为孤岛范围内的节点数;M为孤岛范围内的线路数;

●主动孤岛位置约束,该约束是为了避免主动孤岛后配电网有部分节点停 电;本步骤中的主动孤岛方案是为了辅助大电网输电阻塞管理,区别于 传统意义上的配电网发生故障后的孤岛恢复供电,因此,不应该在主动 孤岛方案后有失电负荷存在;

depth ( v i , i V ) depth ( v j , j V ) - - - ( 37 ) ]]>

式中depth(vi,i∈V)表示节点νi在配电网有根树分层结构模型中所在的层次;通 过式(37)可以看到,主动孤岛范围内的节点在配电网有根树分层结构模型中 所在的层次高于主动孤岛范围外的节点,这样就可以保证孤岛方案后不存在 失电负荷;该约束是为了避免主动孤岛后配电网有部分节点停电;主动孤岛 方案是为了辅助大电网输电阻塞管理,区别于传统意义上的配电网发生故障 后的孤岛恢复供电,因此,不应该在主动孤岛方案后有失电负荷存在;

●输电阻塞需求约束

Δ P LD Σ i V P Li k D Δ P LD - - - ( 38 ) ]]>

式中,kD为输电网输电阻塞需求裕度系数,其大小可以根据主动配电网实时 最大供电能力指标(Power Supply Capability Index,PSCI)来动态调整。

步骤5.4)孤岛校验

针对步骤5.3)得到的初始孤岛,按照约束条件,即公式(7)~(10)一 一进行校验,如果所有的约束条件均能满足,则最终的孤岛方案确定;如果 有其中一项约束条件不满足要求,将孤岛范围缩小一层,返回到步骤5.3)继 续进行孤岛搜索;最终,对得到的孤岛进行静态性能校验,静态性能指标包 括孤岛系统电压稳定指标以及电压波动指标,具体表述如下:

L i , j = 4 [ ( P j X i , j - Q j R i , j ) 2 + ( P j X i , j + Q j X i , j ) U i 2 ] / U i 4 - - - ( 39 ) ]]>

I=max(Li,j)              (40)

式中,Ri,j和Xi,j分别为支路i-j的电阻和电抗;Pj和Qj分别为流入节点j的有 功和无功功率;Li,j为支路i-j的电压稳定指标值,各个支路的电压稳定指标 的最大值即为整个孤岛的电压稳定指标值,如式(13)所示。

V=max|Uj-Ub|              (41)

式中,Uj为节点j的电压标幺值,;Ub为节点基准电压值,取为1.0;V为电 压波动指标,V越小系统越稳定。

在步骤六,所述的判断是否选择需求响应方案来进行输电网输电阻塞管 理的具体方法为:当输电网当前运行方满足式(42)时,选择需求响应方案来 进行输电网输电阻塞管理;

Σ i V P L , i Δ P LD Σ i V P L , i + Σ k = 1 p EV k - - - ( 42 ) ]]>

式中,p为按照步骤4.3)中主动孤岛搜索算法得到的孤岛范围内的电动 汽车充电站的数量;∑EVk为按照步骤4.3)中主动孤岛搜索算法得到的孤岛 范围内的电动汽车充电站可用电动汽车充电负荷的总量。

如图5所示,在步骤七中,所述的需求响应方案包括下列步骤:

步骤7.1)计算需转移至孤岛中的负荷量:最初的负荷转移量为上一步 骤中主动孤岛运行方案中孤岛V(i∈V)中所有有功负荷的总和∑PLi,在负荷需 求方案中,负荷转移量以配电网有根树分层模型中的节点层为单位逐层增 加,直到满足输电网阻塞管理的需求。最终的负荷转移量计算方法见式(15);

P trans = Σ i V P L i + Σ i = n l + 1 N L P i - - - ( 15 ) ]]>

式中,Ptrans为需求响应方案中最终的负荷转移量;NL为以配电网有根树分层 模型中的节点层为单位转移至孤岛中的节点层次的总数;nl为主动孤岛方案 后的孤岛范围内的配电网层级。

约束条件如下:

U · i Σ j = 1 n k Y * ij U * j = P i + Q i , i n k - - - ( 16 ) ]]>

Vk,min<Vk<Vk,max  k∈nk           (17)

Il≤Il,max  l∈nl               (18)

Σ i V P L i Δ P LD - - - ( 19 ) ]]>

式中,nk是负荷转移后的配电网的节点总数;是节点i的电压向量;Pi、 Qi分别为节点i注入的有功功率和无功功率;是负荷转移后的配电网的节 点导纳矩阵元素Yij的共轭复数。Vk是节点k的电压;Vk,min、Vk,max分别是节 点k所允许的最小电压和最大电压。nl是负荷转移后的配电网中的支路数; Il是线路l的电流;Il,max是线路l所允许的最大电流值;

步骤7.2)获取孤岛范围以及电动汽车切除负荷量:通过子优化问题Ⅰ 得到了以配电网有根树分层模型中的节点层为单位的转移至孤岛中的负荷 总量,由于孤岛中微网出力有限,难以支撑新转入至孤岛中的有功负荷,所 以需要利用需求侧响应资源,通过控制孤岛范围内的电动汽车充电负荷,达 到孤岛优化运行的目的。子优化问题Ⅱ的优化目标是在保证孤岛安全稳定运 行的前提下,基于子优化问题Ⅰ得到的负荷转移量,确保各个电动汽车充电 站的电动汽车切负荷量最小,也即最大限度保证用户的用能舒适度,目标函 数见;

max Σ i = 1 p P EV , i - - - ( 20 ) ]]>

式中,p为需求响应方案中孤岛范围内的电动汽车充电站数目;PEV,i为充电 站i中的电动汽车切负荷量;

约束条件如下:

PEV,i≤PTR,i  i∈V       (21)

P MG j , min P MG j P MG j , max , j = 1,2 , . . . , m - - - ( 22 ) ]]>

Q MG j , min Q MG j Q MG j , max , j = 1,2 , . . . , m - - - ( 23 ) ]]>

式中,PMGj是微网j送出的有功功率;PMGj,max和PMGj,min分别为微网j送出的 有功功率的最大值和最小值;QMGj是微网j送出的无功功率;QMGj,max和QMGj,min分别为微网j送出的无功功率的最大值和最小值。

本发明提供的基于多源主动配电网的输电阻塞管理多级分层控制方法 最佳实施方式:

1场景介绍

本章通过IEEE-30节点输电系统(如图7所示)以及连接在节点19处的配 电系统为例来验证提出的基于多源主动配电网的输电阻塞管理多级分层控 制策略的正确性。在算例中,假设输电网线路L18-19发生故障,从而导致关键 线路L19-20有功潮流越过热稳定越限,发生输电阻塞;本配电网算例采用图8 所示改进的IEEE典型三馈线系统,其中,节点17接入微网,节点8和节点 12设有电动汽车充电站。在仿真过程中,设定微网的最大出力为13+j10MVA, 输电系统的线路热稳定极限数据见表1,配电系统的相关数据见表2;

表1IEEE-30节点系统线路热稳定极限

表2算例原始数据

2仿真结果

2.1主动重构方案仿真结果

当输电网线路L18-19发生故障,从而导致关键线路L19-20有功潮流为 32.02MW,越过热稳定越限(32MW)发生输电阻塞。通过对配电网进行主动 重构可以计算得到△PFR为0.0242MW,而△PLD为0.02MW,符合式(1),选 择配电网主动重构方案。

配电网主动重构结果见表3。根据主动重构计算结果可以看到,通过配 电网的主动重构,可以有效降低配电网的有功网损,也即降低输配电联络线 上的有功功率,从而减缓输电阻塞。通过计算配电网主动重构后的输电网潮 流可以得到关键线路L19-20有功潮流为31.98MW,低于该线路的热稳定极限, 实现减缓输电阻塞的目标。

表3配电网主动重构计算结果

2.2主动孤岛运行方案仿真结果

假设该场景下关键线路L19-20的热稳定极限为原始热稳定极限数值的 85%。在该场景假设下,如果选择配电网主动重构方案,关键线路L19-20有功 潮流为31.98MW,高于该线路的热稳定极限。因此,在该场景下配电网主动 重构方案难以满足输电阻塞管理的需求,此时,△PFR为0.0242MW,而△PLD 为4.82MW,满足式(31)的条件,因此,选择主动孤岛运行方案。在孤岛搜 索过程中,采取“先搜索后校验”的思路,下面介绍算例孤岛搜索过程。首 先在配电网中进行初步孤岛搜索,满足PBC的初步孤岛搜索结果如图9所示。

下面对得到的初步孤岛搜索结果进行孤岛校验,首先校验公式(10)所 表示的约束条件,避免出现主动孤岛削减负荷量在大于输电网阻塞管理削减 负荷需求量从而导致牺牲用户用能舒适度的问题。本发明在初始主动孤岛划 分后,原来的配电网由16节点变为12节点,分段开关由15变为11,联络 开关由4变为2。经过潮流计算得到关键线路L19-20有功潮流为20.18MW, 低于该场景下的热稳定极限。然而,此时的△PLD为4.82MW,为11.1MW, 算例中输电网输电阻塞需求裕度系数kD取值为1.2,显然不满足公式(10) 所表示的约束条件,因此停止对其他约束条件的校验,重新进行孤岛搜索, 并在得到孤岛搜索方案后不断进行孤岛校验,直到满足所有孤岛约束条件; 本场景下得到的最终孤岛搜索方案如图10所示。

进行图10的主动孤岛运行方案后,经过主动孤岛计划后,原来的配电 网由16节点变为14节点,分段开关由15变为13,联络开关由4变为3。经 过潮流计算得到关键线路L19-20有功潮流为26.06MW,低于该场景下的热稳 定极限。同时,此时的△PLD为4.82MW,为5.5MW,算例中输电网输电 阻塞需求裕度系数kD取值为1.2,显然满足公式(10)所表示的约束条件, 也即,孤岛计划削减负荷量没有超过输电网的安全需求量,同时也大于输电 网削减负荷需求量。同时,对其他约束条件进行校验也满足要求。最终,对 孤岛的静态性能进行校验,得到初始孤岛和最终孤岛的静态性能对比如图10 所示,从图中可以看到,最终孤岛方案无论在电压稳定指标还是电压波动指 标等静态性能方面均好于初始孤岛。同时,从图10的孤岛搜索方案可以看到, 最终的孤岛方案相比初始的孤岛搜索方案范围缩小了,可以在保证交换输电 网输电阻塞的同时最大限度地保证用户的用能舒适度。可见本发明所提的孤 岛搜索方法可以与输电网的实际运行需求进行互动,在支持输电网运行的同 时最大限度保证主动配电网的安全运行,适应于主动配电网背景下的输电网 阻塞管理。多源主动配电网主动孤岛运行方案计算结果见表4。

表4多源主动配电网主动孤岛运行方案计算结果

2.3需求响应方案仿真结果

假设该场景下关键线路L19-20的热稳定极限为原始热稳定极限数值的 60%。在该场景假设下,如果选择配电网主动孤岛运行方案,关键线路L19-20有功潮流为26.06MW,高于该线路的热稳定极限(19.2MW)。因此,在该场 景下配电网主动孤岛运行方案难以满足输电阻塞管理的需求。该场景下设定 EVCS1和EVCS2最大可用电动汽车充电负荷量分别为4MW和4.5MW。 此时,△PLD为6.86MW,∑PLi为5.5MW,而∑EVk为4MW,满足式(42)的条 件,因此,选择需求响应方案。

需求响应方案下的孤岛划分结果如图11所示,可以看到在主动孤岛运 行方案的基础上,节点9、11、8、10以配电网有根树分层模型中的节点层为 单位转移至孤岛中,因此,子优化问题Ⅰ得到的最优转移负荷量为节点9、 11、8、10的负荷总和(10.6MW)。为了保证孤岛安全可靠运行,需要需求侧 电动汽车参与运行,孤岛运行方案计算结果见表5。

表5需求响应方案孤岛运行计算结果

通过需求响应方案的实施,经过潮流计算得到关键线路L19-20有功潮流为 18.53MW,低于该场景下的热稳定极限。表5的优化计算结果表明,需求响 应方案中虽然转移了大量的有功负荷至孤岛中,但是通过控制电动汽车的充 电过程,在保证用户用能舒适度的前提下切除一部分充电负荷,可以保证孤 岛的安全稳定运行。

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