一种基于多个DG的微电网环路规划制造技术

本发明专利技术公开了一种基于多个DG的微电网环路规划，属于微电网拓扑结构规划技术领域，包括步骤1)以DG所在节点为根节点进行搜索，得出构建环路拓扑结构的必要节点和DG之间的关联性；步骤2)通过改进的图论算法将微电网表示为图形，负荷点表示为节点；步骤3)设计相关粗化阶段计算流程、分区阶段计算流程和细化还原阶段计算流程；步骤4)基于整数线性规划的方法将初步环路内的节点设计成单个环路结构，得到优化的环路拓扑结构。本发明专利技术提供的基于多个DG的微电网环路规划中，在环路构建中考虑拟形成环路拓扑结构的环外点占比及环路节点数，较传统规划方法更能保证环路拓扑结构的合理性，也提高了规划方法在应用上的广泛性。

【技术实现步骤摘要】
一种基于多个DG的微电网环路规划
本专利技术属于微电网拓扑规划
，具体涉及一种基于多个DG的微电网环路规划。
技术介绍
微电网能够有效整合分布式发电，克服分布式电源相对主电网来说是一个不可控源的缺点，为分布式电源发电规模化应用提供了新的有效技术途径。微电网规划设计是微电网经济运营的前提，目的是通过可行性、合理性及环境友好性分析，结合规划目标及运行约束条件，建立完整的规划设计模型，寻找分布式电源与储能系统容址最优配置和微电网网架结构、安全保护机制、能量管理等的最佳组合。目前对微电网规划的研究主要集中在微电网规划优化算法、DG的选址定容模型的建立和求解，以及对微电网拓扑结构的研究，但缺乏对微电网环路拓扑结构和其构建方法的研究。为进一步研究微电网环路拓扑结构在大电网故障时对负荷供电可靠性的保障，提高节点的分配效率，保证规划后的环路拓扑结构的合理性，针对微电网规划设计问题，提出一种基于环路的微电网拓扑结构规划方法，基于环路的微电网拓扑结构可以为提高供电的经济性、弹性和可靠性提供更多的机会。因此，研究微电网环路拓扑结构成为微电网规划领域亟待解决的一个问题。
技术实现思路
本专利技术需要解决的技术问题是提供一种基于多个DG的微电网环路规划，采取基于深度搜索的计算方法，得出构建环路拓扑结构的必要节点和DG之间的关联性；利用图论算法得到优化的环路拓扑结构，提高了环路间的协调配合和故障隔离，降低电力系统崩溃的几率。为解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案是：一种基于多个DG的微电网环路规划，包括以下步骤：步骤1)在基于深度搜索的计算方法下，以DG所在节点为根节点进行搜索，得出构建环路拓扑结构的必要节点和DG之间的关联性；步骤2)通过改进的图论算法将微电网表示为图形，负荷点表示为节点；步骤3)将节点划分到初步环路中并考虑外点占比，根据数学模型设计相关粗化阶段计算流程、分区阶段计算流程和细化还原阶段计算流程；步骤4)基于整数线性规划的方法将初步环路内的节点设计成单个环路结构，实现环路内的节点互联，得到优化的环路拓扑结构。本专利技术技术方案的进一步改进在于：所述步骤1)具体包括：步骤1.1)在基于深度搜索的计算方法下，以DG所在节点为根节点进行搜索，搜索节点个数不超过深度DP时形成的环路集合，分别求出DG被分配在同一环路内的概率，为避免破坏最优解，应用基于概率随机分配的方法将关联性大的DG合并，被合并的DG在以后的规划中将作为限制节点，在后续的处理中限制条件就是不能将合并的DG分开；步骤1.2)以DG所在节点为初始节点，搜索出环路节点总数不超过深度DP的环路节点集合，再对这些环路节点集合求交集，得出以DG所在节点为初始节点去构建环路拓扑结构时的必要节点。本专利技术技术方案的进一步改进在于：所述步骤2)中改进的图论算法具体包括：步骤2.1)将给定的系统转换为图论中图的形式，将各个负荷点表示为节点，并在转化后的图中对系统中的各个负荷点进行说明，将给定的系统建模为图G＝{V，E}，其中V代表负荷点，E代表一组输配电线路，即连接两个节点的线段的长度，图论算法包含的粗化、分区、细化还原三个阶段将V划分为k个子集(V1，…，Vi，…、Vk)，此时i＝j，和UiVi＝V；步骤2.2)将图论中连接节点的边赋权值，将连接两个节点之间线段的长度作为边权值。本专利技术技术方案的进一步改进在于：所述步骤3)环外点占比定义为某个节点分配给DG后，搜索此DG节点可以形成的最大环路，用环路外节点的个数比上此环路总的节点个数，当节点分配给DG后，环外点占比有明显向好变化趋势时予以优先考虑，赋予更大的权值，但是在规划中要保证限制节点满足限制条件；图论算法粗化阶段通过迭代的减少微电网系统节点数以便在分区阶段对节点进行划分，将系统内的节点互联为单个节点，直到图中包含节点的数量达到给定阈值要求迭代结束，在每次迭代中，图Gi被转换为Gi+1，直到满足以下约束条件：|Vi+1|<|Vi|公式(1)其中下标i是迭代索引，Gi的顶点被分组为不相交的集群，并且集群中的顶点被连接合并以在Gi+1中形成单个顶点；基于最短边匹配的原则实现节点间的匹配，即在满足限制条件下距离初始节点最短的边优先与初始节点进行匹配；将匹配成功的两个节点在下一次迭代中合并为一个节点，直到满足终止条件为止。匹配终止的条件是节点数减少到初始节点的一半以下；粗化过程中若被选为V0的初始节点其周围节点都被匹配过，即V0为孤立节点，则将此类节点从初始节点的候选集中剔除掉，从新选取初始节点。本专利技术技术方案的进一步改进在于：所述步骤3)中图论算法粗化阶段计算流程如下：a.随机从DG和储能装置所在节点中选取一个节点作为初始节点V0，若DG或储能装置所在节点全部匹配后仍不满足终止条件，将DG或储能装置所在的节点在初始集中去除，从剩余节点中随机选取一个节点作为初始节点V0；b.判断V0是否为孤立点，若是，从初始集中剔除V0，返回步骤a，否则，进行下一步；c.在V0的相邻节点中，选择最短边所在节点Vn，若最短边所在节点的个数大于1，则随机从中选择一个节点；d.判断V0、Vn中是否存在限制节点，若是，是否满足限制要求，满足要求V0和Vn匹配成功，不满足要求，从候选集中剔除限制节点，返回步骤a，若V0、Vn不是限制节点，则V0与Vn匹配成功；e.连接V0和Vn，以在下一次迭代中合并为一个节点，将选择的V0从V0初始集中剔除；f.判断DG或储能装置所在节点是否全部匹配成功，若是，进行下一次迭代，否则，返回步骤a；g.判断匹配完成后节点的数目是否小于原始节点数目的一半，若满足，迭代停止，否则，返回步骤a；本专利技术技术方案的进一步改进在于：所述步骤3)中设计图论算法分区阶段数学模型的具体步骤为：分区阶段是将粗化后的图形Gn中的节点分割成k个部分(Pkn)，即形成k个初步环路，使用改进的贪婪图增长分区(GGGP)算法进行分区，在分区过程中要保证在分区形成的环路中环外节点数目合理，将节点加入前后环外点占比考虑到分区节点的权重中去，并且分区阶段节点在分配过程中要保证限制节点满足限制条件，终止条件是系统内的全部节点都被分配到初步环路中，分区阶段的权重公式如下：T＝Gain(Vj)+100(t1-t2)公式(2)其中，t1为节点加入分区前的环外点占比，t2为节点加入分区后的环外点占比，Gain为分区阶段考虑的权重标准之一，保证分区内负荷的供需平衡，其中dis{Vj，Vk}为Vj节点与其在Vm中的一阶相邻节点Vk之间的距离；并且mis(Vm)是当通过DG容量(GC)和峰值负载(D)按照上述定义插入节点Vj时，环路Vm中的功率不匹配，并满足如下公式：由于分区阶段的划分结果对最后能否有效形成环路影响较大，为提高所构建环路的合理性，本阶段节点分配遵循以下原则对节点加入相应分区后环外点占比变优的情况优先考虑，其分区阶段权值对应公式(2)；当环外本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于多个DG的微电网环路规划，其特征在于：包括以下步骤：/n步骤1)在基于深度搜索的计算方法下，以DG所在节点为根节点进行搜索，得出构建环路拓扑结构的必要节点和DG之间的关联性；/n步骤2)通过改进的图论算法将微电网表示为图形，负荷点表示为节点；/n步骤3)将节点划分到初步环路中并考虑环外点占比，根据数学模型设计相关粗化阶段计算流程、分区阶段计算流程和细化还原阶段计算流程；/n步骤4)基于整数线性规划的方法将初步环路内的节点设计成单个环路结构，实现环路内的节点互联，得到优化的环路拓扑结构。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于多个DG的微电网环路规划，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1)在基于深度搜索的计算方法下，以DG所在节点为根节点进行搜索，得出构建环路拓扑结构的必要节点和DG之间的关联性；
步骤2)通过改进的图论算法将微电网表示为图形，负荷点表示为节点；
步骤3)将节点划分到初步环路中并考虑环外点占比，根据数学模型设计相关粗化阶段计算流程、分区阶段计算流程和细化还原阶段计算流程；
步骤4)基于整数线性规划的方法将初步环路内的节点设计成单个环路结构，实现环路内的节点互联，得到优化的环路拓扑结构。


2.根据权利要求1所述的一种基于多个DG的微电网环路规划，其特征在于：所述步骤1)具体包括：
步骤1.1)在基于深度搜索的计算方法下，以DG所在节点为根节点进行搜索，搜索节点个数不超过深度DP时形成的环路集合，分别求出DG被分配在同一环路内的概率，为避免破坏最优解，应用基于概率随机分配的方法将关联性大的DG合并，被合并的DG在以后的规划中将作为限制节点，在后续的处理中限制条件就是不能将合并的DG分开；
步骤1.2)以DG所在节点为初始节点，搜索出环路节点总数不超过深度DP的环路节点集合，再对这些环路节点集合求交集，得出以DG所在节点为初始节点去构建环路拓扑结构时的必要节点。


3.根据权利要求1所述的一种基于多个DG的微电网环路规划，其特征在于：所述步骤2)中改进的图论算法具体包括：
步骤2.1)将给定的系统转换为图论中图的形式，将各个负荷点表示为节点，并在转化后的图中对系统中的各个负荷点进行说明，将给定的系统建模为图G＝{V，E}，其中V代表负荷点，E代表一组输配电线路，即连接两个节点的线段的长度，图论算法包含的粗化、分区、细化还原三个阶段将V划分为k个子集(V1，…，Vi，…、Vk)，此时i＝j，和UiVi＝V；
步骤2.2)将图论中连接节点的边赋权值，将连接两个节点之间线段的长度作为边权值。


4.根据权利要求1所述的一种基于多个DG的微电网环路规划，其特征在于：所述步骤3)环外点占比定义为某个节点分配给DG后，搜索此DG节点可以形成的最大环路，用环路外节点的个数比上此环路总的节点个数，当节点分配给DG后，环外点占比有明显向好变化趋势时予以优先考虑，赋予更大的权值，但是在规划中要保证限制节点满足限制条件；
图论算法粗化阶段通过迭代的减少微电网系统节点数以便在分区阶段对节点进行划分，将系统内的节点互联为单个节点，直到图中包含节点的数量达到给定阈值要求迭代结束，在每次迭代中，图Gi被转换为Gi+1，直到满足以下约束条件：
|Vi+1|<|Vi|公式(1)
其中下标i是迭代索引，Gi的顶点被分组为不相交的集群，并且集群中的顶点被连接合并以在Gi+1中形成单个顶点；基于最短边匹配的原则实现节点间的匹配，即在满足限制条件下距离初始节点最短的边优先与初始节点进行匹配；将匹配成功的两个节点在下一次迭代中合并为一个节点，直到满足终止条件为止，匹配终止的条件是节点数减少到初始节点的一半以下；
粗化过程中若被选为V0的初始节点其周围节点都被匹配过，即V0为孤立节点，则将此类节点从初始节点的候选集中剔除掉，从新选取初始节点。


5.根据权利要求1所述的一种基于多个DG的微电网环路规划，其特征在于：所述步骤3)中图论算法粗化阶段计算流程如下：
a.随机从DG和储能装置所在节点中选取一个节点作为初始节点V0，若DG或储能装置所在节点全部匹配后仍不满足终止条件，将DG或储能装置所在的节点在初始集中去除，从剩余节点中随机选取一个节点作为初始节点V0；
b.判断V0是否为孤立点，若是，从初始集中剔除V0，返回步骤a，否则，进行下一步；
c.在V0的相邻节点中，选择最短边所在节点Vn，若最短边所在节点的个数大于1，则随机从中选择一个节点；
d.判断V0、Vn中是否存在限制节点，若是，是否满足限制要求，满足要求V0和Vn匹配成功，不满足要求，从候选集中剔除限制节点，返回步骤a，若V0、Vn不是限制节点，则V0与Vn匹配成功；
e.连接V0和Vn，以在下一次迭代中合并为一个节点，将选择的V0从V0初始集中剔除；
f.判断DG或储能装置所在节点是否全部匹配成功，若是，进行下一次迭代，否则，返回步骤a；
g.判断匹配完成后节点的数目是否小于原始节点数目的一半，若满足，迭代停止，否则，返回步骤a。


6.根据权利要求1所述的一种基于多个DG的微电网环路规划，其特征在于：所述步骤3)中设计图论算法分区阶段数学模型的具体步骤为：
分区阶段是将粗化后的图形Gn中的节点分割成k个部分(Pkn)，即形成k个初步环路，使用改进的贪婪图增长分区(GGGP)算法进行分区，在分区过程中要保证在分区形成的环路中环外节点数目合理，将节点加入前后环外点占比考虑到分区节点的权重中去，并且分区阶段节点在分配过程中要保证限制节点满足限制条件，终止条件是系统内的全部节点都被分配到初步环路中。分区阶段的权重公式如下：
T＝Gain(Vj)+100(t1-t2)公式(2)



其中，t1为节点加入分区前的环外点占比，t2为节点加入分区后的环外点占比，Gain为分区阶段考虑的权重标准之一，保证分区内负荷的供需平...

【专利技术属性】
技术研发人员：殷桂梁，李云磊，刘亚南，
申请(专利权)人：燕山大学，
类型：发明
国别省市：河北;13