基于有向图的含分布式发电配电网孤岛划分方法技术

本发明专利技术公开了一种基于有向图的含分布式发电配电网孤岛划分方法，通过引入虚拟节点与虚拟需求，建立了支路方向可变的配电网有向图模型，保证了孤岛运行区域内的连通性和辐射状结构。不但解决了因分布式电源出力不稳定而导致的无法独立为孤岛区域供电的问题，而且解决了配电网中因联络开关可操作性、负荷重要等级、负荷可控性等导致孤岛划分失效的重大问题，划分的孤岛方案在工程上贴近实际，更具有可操作性。

【技术实现步骤摘要】
基于有向图的含分布式发电配电网孤岛划分方法
本专利技术属于电网调度自动化领域，涉及一种基于有向图的含分布式发电配电网孤岛划分方法。
技术介绍
实现可控孤岛划分是提高供电可靠性，避免电网全面崩溃的重要措施。对配电网而言，当因故障原因与上级电网脱离时，配电区域将面临失电的风险。分布式发电(光伏发电、风电)由于直接与配电网联接，当与上级电网解列后，通过孤岛方式可实现部分负荷的恢复供电，为故障检修预留充足的时间，能有效解决故障时所造成的负荷损失问题。目前的孤岛划分方法主要是以负荷恢复总量最大化为目标，兼顾重要负荷恢复量等因素；所采用的划分方法以描述孤岛内功率平衡、孤岛运行时的网络结构为主体，因目标函数和约束条件的不同而存在一定差异；求解模型的方法以启发式搜索算法和智能算法为主。所采用的启发式方法由于其线性、开环的求解流程而无法得到全局最优解，而智能算法由于其求解过程的随机性和不确定性而导致结果的不确定性。现有的配电网孤岛划分方法并没有充分考虑到分布式电源具有出力不稳定的特性，忽视了配电网的闭环设计、开环运行的结构特点，对影响孤岛划分的重要因素，如负荷重要等级、负荷可控性等关注不够，导致划分的孤岛方案在工程上缺少可操作性。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对现有技术的不足，提供一种基于有向图的含分布式发电配电网孤岛划分方法。本专利技术的目的是通过以下技术方案来实现的：一种基于有向图的含分布式发电配电网孤岛划分方法，包括以下步骤：(1)建立基于节点-支路的配电网简化模型：实际的配电系统通常结构复杂，配电网设备数量巨大，为简化孤岛问题描述与计算量，需要对配电网设备模型进行简化。本专利技术把母线看成节点，母线间的变压器、线路等连接设备看成支路，具体简化原则如下：a.母线节点：把配电网中的开关站母线、变电站10kV母线均简化为母线节点；母线节点分为负荷节点与发电节点；b.支路：把电缆支路、架空线路当成支路，任一条支路均可以断开与闭合，支路分为联络支路与非联络支路，联络支路指具备联络开关职能的支路。(2)增加虚拟节点与虚拟需求，构建基于有根树的配电网模型，具体包括以下子步骤：(2.1)对配电网简化模型进行遍历，把母线节点视为分支节点或叶子节点，支路视为连接节点的边；接入DG的母线节点作为DG节点，仅携带负荷的母线节点作为负荷节点，将配电网描述成以母线为节点，供电线路为边的树T(V，E)，其中V＝{v1,…,vn}为节点集合，E为边的集合；(2.2)增加虚拟节点与虚拟需求，对所有的节点建立虚拟需求，增加对每条支路的方向性描述及开合状态的描述，形成基于有根树的配电网模型T'(V+v0,E∪E',Sd,Sr)，其中E'为虚拟支路集合，Sd为支路正向边状态集合，Sr为支路反向边状态集合。所述的虚拟节点具有以下特征：a.该节点是一个虚拟的独立于配电网节点外的节点，仅通过可开断的虚拟支路与配电网中各个DG节点相连；所述的虚拟支路是指虚拟的独立于配电网之外的支路，仅与DG节点和虚拟节点相连；b.虚拟节点不消耗、发出或转送功率，即与DG节点相连的虚拟支路不传输功率；节点的虚拟需求具有以下特征：a.配电网孤岛运行时，孤岛范围内的每个带电节点，包括DG节点，都具有1个单位的虚拟需求；b.仅由虚拟节点提供虚拟供给；c.虚拟需求的传输路径由供电支路和虚拟支路组成；虚拟节点和虚拟需求的引入只是增加了带电节点虚拟的需求属性，而虚拟支路只传输虚拟需求，并未改变系统树形运行结构和运行状态。为了描述考虑联络开关可操作时配电系统正常运行或孤岛运行情况下辐射状的运行结构，引入有向图的相关概念。有向图具有入度(in-degree)和出度(out-degree)两个属性，分别用λin(vi)、λout(vi)表示。有根树(rootedtree)作为有向图的特例，能够描述配电网的开环运行结构，但当联络开关投入使用时，会出现节点入度不满足有根树性质的情况，这时便可能需要断开其它支路来保证辐射状运行结构。由于有根树难以描述支路方向和支路状态的变化，可以在有向图概念的基础上，增加对每条支路的方向性描述及开合状态的描述。(3)对负荷、出力和限额进行设置，建立配电网电气约束：电气约束是配电网孤岛运行所必须的条件，电气约束至少包括电力平衡约束及线路传输限额约束；电力平衡要满足潮流约束、出力约束、负荷可控性约束三个条件，数学表达如下：(3.1)潮流约束式(1)中,xi为0-1变量，表示节点i的带电状态，0表示失电，1表示带电；PDGi为节点i的分布式发电有功出力，PLi表示节点i上有功负荷接入量；j∈vi表示与节点i相连的所有节点；Pij的计算公式如式(2)Pij＝sij(δi-δj)/xij(2)式(2)中：Pij、xij为支路eij上流过的有功功率和支路电抗；δi为节点i的相角；δj为节点j的相角；(3.2)负荷可控性约束随着负荷管理和需求侧管理技术的发展，负荷可控水平和控制手段得到了提高，因此负荷可控性也是进行孤岛划分时需要考虑的重要因素，即式中：PLi、分别为节点i上所接负荷的调节能力的上下限；对于不可控负荷，其上下限相等；(3.3)DG出力约束式中：PDGi、分别为第i个节点的DG有功出力上下限；类似风机、光伏等易受天气影响，不能提供持续稳定出力的DG，不能单独为孤岛区域供电，需和具有持续稳定出力能力(即调频能力)的DG协同运行；处理方法是去掉虚拟节点与非稳定型DG之间相连的虚拟支路。(3.4)线路传输限额约束式中：为支路eij的有功功率传输限额；(4)建立配电网图形约束：为了保障配电网孤岛的有效划分，在满足配电网电气约束的基础上，还需要建立图形约束。所述图形约束包括连通性约束、辐射状结构约束、根结点结构及一致性约束，数学表达式如下：(4.1)连通性约束-N≤fij≤N(7)式中：fLi为第i节点的虚拟需求，设每个节点的虚拟需求为1个单位；fij为支路eij上传输的虚拟需求；N为待划分区域内节点个数；sij为表示支路开合状态的变量，其中i<j,0表示断开，1表示闭合；(4.2)辐射状结构约束在保证孤岛运行区域辐射状结构的前提下，对联络开关进行操作可以灵活地对所期望恢复供电的节点进行选择，以便恢复更多重要负荷。为此需要满足如下约束条件：...

【技术保护点】
一种基于有向图的含分布式发电配电网孤岛划分方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)建立基于节点‑支路的配电网简化模型：把母线看成节点，母线间的连接设备看成支路，所述连接设备包括变压器、线路等，具体简化原则如下：a.母线节点：把配电网中的开关站母线、变电站10kV母线均简化为母线节点；母线节点分为负荷节点与发电节点；b.支路：把电缆支路、架空线路当成支路，任一条支路均可以断开与闭合，支路分为联络支路与非联络支路，所述联络支路指具备联络开关职能的支路；(2)增加虚拟节点与虚拟需求，构建基于有根树的配电网模型，具体包括以下子步骤：(2.1)对配电网简化模型进行遍历，把母线节点视为分支节点或叶子节点，支路视为连接节点的边；接入DG的母线节点作为DG节点，仅携带负荷的母线节点作为负荷节点，将配电网描述成以母线为节点，供电线路为边的树T(V，E)，其中V＝{v1,…,vn}为节点集合，E为边的集合；(2.2)增加虚拟节点与虚拟需求，对所有的节点建立虚拟需求，增加对每条支路的方向性描述及开合状态的描述，形成基于有根树的配电网模型T'(V+v0,E∪E',Sd,Sr)，其中E'为虚拟支路集合，Sd为支路正向边状态集合，Sr为支路反向边状态集合；所述的虚拟节点具有以下特征：a.该节点是一个虚拟的独立于配电网节点外的节点，仅通过可开断的虚拟支路与配电网中各个DG节点相连；所述的虚拟支路是指虚拟的独立于配电网之外的支路，仅与DG节点和虚拟节点相连；b.虚拟节点不消耗、发出或转送功率；节点的虚拟需求具有以下特征：a.配电网孤岛运行时，孤岛范围内的每个带电节点，包括DG节点，都具有1个单位的虚拟需求；b.仅由虚拟节点提供虚拟供给；c.虚拟需求的传输路径由供电支路和虚拟支路组成；(3)对负荷、出力和限额进行设置，建立配电网电气约束：电气约束至少包括电力平衡约束及线路传输限额约束；电力平衡要满足潮流约束、出力约束、负荷可控性约束三个条件，数学表达如下：(3.1)潮流约束xi·(PDGi-PLi)=Σj∈viPij---(1)]]>式(1)中,xi为0‑1变量，表示节点i的带电状态，0表示失电，1表示带电；PDGi为节点i的分布式发电有功出力，PLi表示节点i上有功负荷接入量；j∈vi表示与节点i相连的所有节点；Pij的计算公式如式(2)Pij＝sij(δi‑δj)/xij        (2)式(2)中：Pij、xij为支路eij上流过的有功功率和支路电抗；δi为节点i的相角；δj为节点j的相角；(3.2)负荷可控性约束P‾Li≤PLi≤P‾Li---(3)]]>式中：PLi、分别为节点i上所接负荷的调节能力的上下限；对于不可控负荷，其上下限相等；(3.3)DG出力约束P‾DGi≤PDGi≤P‾DGi---(4)]]>式中：PDGi、分别为第i个节点的DG有功出力上下限；(3.4)线路传输限额约束-P‾ij≤Pij≤P‾ij---(5)]]>式中：为支路eij的有功功率传输限额；(4)建立配电网图形约束：所述图形约束包括连通性约束、辐射状结构约束、根结点结构及一致性约束，数学表达式如下：(4.1)连通性约束-xifLi=Σj∈visijfij,i≠0---(6)]]>‑N≤fij≤N         (7)式中：fLi为第i节点的虚拟需求，设每个节点的虚拟需求为1个单位；fij为支路eij上传输的虚拟需求；N为待划分区域内节点个数；sij为表示支路开合状态的变量，其中i＜j,0表示断开，1表示闭合；(4.2)辐射状结构约束Σi∈vksikd+Σj∈vksjkr≤1---(8)]]>Σi∈vksikd+Σj∈vksjkr≥xk,k≠0---(9)]]>sij=sijd+sjir≤1---(10)]]>式(9)表示除根节点(虚拟节点)外，其余节点的入度大于等于该节点的带电状态值；表示节点i到节点j正向边被选状态，表示节点j到节点i的反向边被选状态，0表示未被选择，1表示被选择；(4.3)根节点约束Σj∈v0s0jd≥1---(11)]]>∀sj0r=0,j∈v0---(12)]]>式中：表示与根节点相连支路的正向边的被选状态；表示与根节点相连支路的反向边的被选状态；(4.4)支路‑节点状态一致...

【技术特征摘要】
1.一种基于有向图的含分布式发电配电网孤岛划分方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)建立基于节点-支路的配电网简化模型：把母线看成节点，母线间的连接设备看成支路，所述连接设备包括变压器、线路等，具体简化原则如下：a.母线节点：把配电网中的开关站母线、变电站10kV母线均简化为母线节点；母线节点分为负荷节点与发电节点；b.支路：把电缆支路、架空线路当成支路，任一条支路均可以断开与闭合，支路分为联络支路与非联络支路，所述联络支路指具备联络开关职能的支路；(2)增加虚拟节点与虚拟需求，构建基于有根树的配电网模型，具体包括以下子步骤：(2.1)对配电网简化模型进行遍历，把母线节点视为分支节点或叶子节点，支路视为连接节点的边；接入DG的母线节点作为DG节点，仅携带负荷的母线节点作为负荷节点，将配电网描述成以母线为节点，供电线路为边的树T(V，E)，其中V＝{v1,…,vn}为节点集合，E为边的集合；(2.2)增加虚拟节点与虚拟需求，对所有的节点建立虚拟需求，增加对每条支路的方向性描述及开合状态的描述，形成基于有根树的配电网模型T'(V+v0,E∪E',Sd,Sr)，其中E'为虚拟支路集合，Sd为支路正向边状态集合，Sr为支路反向边状态集合，v0为虚拟节点；所述的虚拟节点具有以下特征：a.该节点是一个虚拟的独立于配电网节点外的节点，仅通过可开断的虚拟支路与配电网中各个DG节点相连；所述的虚拟支路是指虚拟的独立于配电网之外的支路，仅与DG节点和虚拟节点相连；b.虚拟节点不消耗、发出或转送功率；节点的虚拟需求具有以下特征：a.配电网孤岛运行时，孤岛范围内的每个带电节点，包括DG节点，都具有1个单位的虚拟需求；b.仅由虚拟节点提供虚拟供给；c.虚拟需求的传输路径由供电支路和虚拟支路组成；(3)对负荷、出力和限额进行设置，建立配电网电气约束：电气约束至少包括电力平衡约束及线路传输限额约束；电力平衡要满足潮流约束、出力约束、负荷可控性约束三个条件，数学表达如下：(3.1)潮流约束式(1)中,xi为0-1变量，表示节点i的带电状态，0表示失电，1表示带电；PDGi为节点i的分布式发电有功出力，PLi表示节点i上有功负荷接入量；j∈vi表示与节点i相连的所有节点；Pij的计算公式如式(2)Pij＝sij(δi-δj)/xij(2)式(2)中：Pij、xij为支路eij上流过的有功功率和支路电抗；δi为节点i的相角；δj为节点j的相角，sij为表示支路开合状态的变量；(3.2)负荷可控性约束式中：PLi、分别为节点i上所接负荷的调节能力的上下限；对于不可控负荷，其上下限相等；(3.3)DG出力约束式中：PDGi、分别为第i个节点的DG有功出力上下限；(3.4)线路传输限额约束式中：为支路eij的有功功率传输限额；(4)建立配电网图形约束：所述图形约束包括连通性约束、辐射状结构约束、根结点结构及一致性约束，数学表达式如下：(4.1)连通性约束

【专利技术属性】
技术研发人员：李晓波，蒋雪冬，丁颖，付俊强，胡哲晟，
申请(专利权)人：杭州沃瑞电力科技有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33