交直流混合配电网的供电恢复方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种交直流混合配电网的供电恢复方法及系统。本发明专利技术包括步骤：1)预存交直流混合配电网的各类参数，在配电网系统中建立电网初始拓扑结构，并在运行时实时记录电网负荷情况；2)收集故障信息，锁定失电区域；3)建立供电恢复优化问题模型；4)采用原始‑对偶内点法求解步骤3)所述的供电恢复优化问题模型；5)输出供电恢复结果以及控制决策量结果。本发明专利技术为含有柔性直流输电的交直流混合配电网提供一种易于实现、高效可靠的供电恢复方法，其采用应用广泛的原始‑对偶内点法解决供电恢复这一优化问题，通过简便的修正操作后均可适用各种结构的交直流混合配电网，同时得到对应电压源换流器的矢量控制参数。

The method and system of power supply recovery in AC and DC hybrid distribution network

【技术实现步骤摘要】
交直流混合配电网的供电恢复方法及系统
本专利技术涉及电力系统运行控制领域，特别是一种针对含柔性直流输电的交直流混合配电网的基于原始-对偶内点法的供电恢复方法。技术背景相较于传统的交流配电网，采用柔性直流装置的交直流混合配电网可以更好地接纳分布式电源和直流负荷，缓解城市电网站点走廊有限与负荷密度高的矛盾，同时在负荷中心提供动态无功支持，提高系统安全稳定水平并降低损耗。交直流混合配电网是配电网的一个重要发展趋势，可以有效提升城市配电系统的电能质量、可靠性与运行效率。采用柔性直流装置的交直流混合配电网为供电恢复提供了新的可能。交流系统电压崩溃或停运时，柔性直流输电系统瞬间启动参考自身电压，变成无转动惯量的备用发电机，向瘫痪电网内的重要负荷供电，动态补偿交流母线无功功率、稳定交流母线电压，如果容量允许甚至可以向故障系统提供有功功率和无功功率紧急支援，提高系统功角稳定性。目前，国内外对柔性直流的研究及实践主要集中于高电压、大容量的输电工程应用；而对采用柔性直流装置的交直流混合配电网的研究仍处于探索阶段。作为运行控制和调度策略的延伸，交直流混合配电网的供电恢复将随着之后研究及工程实践的深入逐渐受到重视，并为之提供理论参考。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是克服上述现有技术存在的缺陷，为含有柔性直流输电的交直流混合配电网提供一种易于实现、高效可靠的供电恢复方法，其采用应用广泛的原始-对偶内点法解决供电恢复这一优化问题，通过简便的修正操作后均可适用各种结构的交直流混合配电网，同时得到对应电压源换流器的矢量控制参数。为此，本专利技术采用如下的技术方案：交直流混合配电网的供电恢复方法，其包括步骤：1)预存交直流混合配电网的各类参数，在配电网系统中建立电网初始拓扑结构，并在运行时实时记录电网负荷情况；2)收集故障信息，锁定失电区域；3)建立供电恢复优化问题模型；4)采用原始-对偶内点法求解步骤3)所述的供电恢复优化问题模型；5)输出供电恢复结果以及控制决策量结果。原始-对偶内点法是一种解决优化问题的有效算法。该方法从初始内点出发，沿着最快下降方向，从可行域内部直接走向最优解。算法的收敛速度快，鲁棒性强，对初值选择不敏感，且能适应大量的约束条件，并获得更精确优化结果。它在迭代次数较少的情况下依旧能够减小累积误差，提高精度，减少计算机上的存储量。因此，原始-对偶内点法是一种能够有效解决交直流混联配电系统中的复杂优化问题的算法。作为上述技术方案的补充，步骤1)包括步骤：11)初始化，录入配电网数据，并建立相应的数据库，数据库包含线路数据库、负荷数据库和节点属性库；12)对交流侧电网，读取步骤11)所述的数据，通过改进邻接矩阵建立初始拓扑结构；13)实时更新，收集配电网的负荷值。作为上述技术方案的补充，步骤11)的具体内容为：对交直流混合配电网建模，为各节点编号并限制电压幅值所允许的范围，将连接各节点的各条线路的电气参数通过计算机输入线路数据库。作为上述技术方案的补充，步骤12)的具体内容为：读取步骤11)所述的数据，将电网初始拓扑结构整合为改进邻接矩阵，该改进邻接矩阵的元素具体如下：其中，vj、vk表示节点；i为线路(vj,vk)在线路数据库中的索引号；E(V)表示节点连接边的集合，线路(vj,vk)表示连接节点vj和vk的线路；所述的改进邻接矩阵具有对称性，连通的线路在改进邻接矩阵中所对应的两个元素A[vj][vk]和A[vk][vj]均为i；而断开的线路对应的两个元素A[vj][vk]和A[vk][vj]均为-i；不存在线路的元素为0；当电网结构变化，如断开某个开关，需要将改进邻接矩阵的两个对应元素A[vj][vk]和A[vk][vj]由原先的正值置为负值；同样，如合上某个开关，则需要将改进邻接矩阵中的两个对应元素A[vj][vk]和A[vk][vj]由负值置为正值；通过改进邻接矩阵获取交流侧电网的连通情况，在开关操作后迅速地修正该改进邻接矩阵，以更新电网的拓扑结构。作为上述技术方案的补充，步骤2)包括步骤：21)由于交流侧的电网发生故障的可能性远高于直流侧，默认故障发生在交流配电网；发生故障后，读入故障发生区段所在的位置；22)根据步骤21)所得数据，通过遍历步骤12)所得的改进邻接矩阵确定失电区域。作为上述技术方案的补充，步骤3)包括步骤：31)确定供电恢复优化问题模型的优化变量；32)根据步骤22)所得的失电区域，将该区域内失电负荷的恢复总量最大化作为优化目标函数；33)建立交流配电网的各项约束方程；34)对直流配电网建立约束方程；35)对VSC换流器节点建立约束方程。作为上述技术方案的补充，步骤32)中，优化目标函数为：其中，Ns表示失电区域内的节点集合；ci表示i号失电节点的恢复系数ci,i∈Ns，ci∈[0,1]；PiLoad表示i号失电节点的负荷；作为上述技术方案的补充，步骤4)中，供电恢复优化问题模型的求解采用MATLAB的工具包MATPOWER中的MIPS求解器，求解时，需要提供优化目标函数、优化变量x的初始值x0、各类约束方程、以及这些约束方程对优化变量x的梯度函数和拉格朗日函数L的海森矩阵(矩阵函数形式)。作为上述技术方案的补充，步骤5)中，供电恢复结果包括总恢复量和各个失电节点的恢复系数ci,i∈Ns，Ns表示失电区域内的节点集，ci∈[0,1]；PiLoad表示i号失电节点的负荷；控制决策量包括VSC换流器节点和电源节点的注入有功功率和无功功率，以及VSC换流器节点的电压幅值及相角。本专利技术的另一目的是提供一种交直流混合配电网的供电恢复系统，其包括：电网初始拓扑结构建立单元：预存交直流混合配电网的各类参数，在配电网系统中建立电网初始拓扑结构，并在运行时实时记录电网负荷情况；故障信息收集单元：收集故障信息，锁定失电区域；优化问题模型建立单元：建立供电恢复优化问题模型；模型求解单元：采用原始-对偶内点法求解供电恢复优化问题模型；输出单元：输出供电恢复结果以及控制决策量结果。本专利技术具有以下有益效果：1)使用原始-对偶内点法解决交直流混合配电网的供电恢复问题，并采用MIPS工具包方便了优化问题模型的求解。2)在原始-对偶内点法的问题构成中嵌入ADiGator工具包所带的函数，无需人工推导微分方程，大大简化了优化问题模型求解所需要人力和时间。3)由于该方法简单明了、鲁棒性强，使其可以通过简单修正，以适用于不同的交直流混合配电网，具有强适用性。4)本专利技术在解决优化问题的同时给出系统的控制参数，方便了用户进行调度操作。具体实施方式下面结合具体实施方式对本专利技术作进一步说明。实施例1本实施例提供一种交直流混合配电网的供电恢复方法，其包括下列步骤：1)预存交直流混合配电网的各类参数，在系统中建立电网初始拓扑结构，并在运行时实时记录电网负荷情况。11)初始化，录入配电网数据，并建立相应的数据库，包插线路数据库、负荷数据库和节点属性库；对交直流混合配电网建模，为各节点编号(并限制电压幅值所允许的范围)，将连接各节点的各条线路的电气参数(包括线路阻抗、最大允许的潮流等)通过计算机输入线路数据库。12)对交流侧电网，读取步骤11)所述的数据，通过改进邻接矩阵建立初始拓扑结构。读取步骤11)所述的数据，将电网初始拓扑本文档来自技高网...

【技术保护点】
交直流混合配电网的供电恢复方法，其特征在于，包括步骤：1)预存交直流混合配电网的各类参数，在配电网系统中建立电网初始拓扑结构，并在运行时实时记录电网负荷情况；2)收集故障信息，锁定失电区域；3)建立供电恢复优化问题模型；4)采用原始‑对偶内点法求解步骤3)所述的供电恢复优化问题模型；5)输出供电恢复结果以及控制决策量结果。

【技术特征摘要】
1.交直流混合配电网的供电恢复方法，其特征在于，包括步骤：1)预存交直流混合配电网的各类参数，在配电网系统中建立电网初始拓扑结构，并在运行时实时记录电网负荷情况；2)收集故障信息，锁定失电区域；3)建立供电恢复优化问题模型；4)采用原始-对偶内点法求解步骤3)所述的供电恢复优化问题模型；5)输出供电恢复结果以及控制决策量结果。2.根据权利要求1所述的交直流混合配电网的供电恢复方法，其特征在于，步骤1)包括步骤：11)初始化，录入配电网数据，并建立相应的数据库，数据库包含线路数据库、负荷数据库和节点属性库；12)对交流侧电网，读取步骤11)所述的数据，通过改进邻接矩阵建立初始拓扑结构；13)实时更新，收集配电网的负荷值。3.根据权利要求2所述的交直流混合配电网的供电恢复方法，其特征在于，步骤11)的具体内容为：对交直流混合配电网建模，为各节点编号并限制电压幅值所允许的范围，将连接各节点的各条线路的电气参数通过计算机输入线路数据库。4.根据权利要求2所述的交直流混合配电网的供电恢复方法，其特征在于，步骤12)的具体内容为：读取步骤11)所述的数据，将电网初始拓扑结构整合为改进邻接矩阵，该改进邻接矩阵的元素具体如下：其中，vj、vk表示节点；i为线路(vj,vk)在线路数据库中的索引号；E(V)表示节点连接边的集合；线路(vj,vk)表示连接节点vj和vk的线路；所述的改进邻接矩阵具有对称性，连通的线路在改进邻接矩阵中所对应的两个元素A[vj][vk]和A[vk][vj]均为i；而断开的线路对应的两个元素A[vj][vk]和A[vk][vj]均为-i；不存在线路的元素为0；当电网结构变化，如断开某个开关，需要将改进邻接矩阵的两个对应元素A[vj][vk]和A[vk][vj]由原先的正值置为负值；同样，如合上某个开关，则需要将改进邻接矩阵中的两个对应元素A[vj][vk]和A[vk][vj]由负值置为正值；通过改进邻接矩阵获取交流侧电网的连通情况，在开关操作后迅速地修正该改进邻接矩阵，以更新电网的拓扑结构。5.根据权利要求2所述的交直流混合配电网的供电恢复方法，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：周志芳，张利军，孙可，徐晨博，孙轶恺，孙黎滢，戴攀，王坤，李圆，庄峥宇，茅逸斐，韩蓓，李国杰，汪可友，
申请(专利权)人：国网浙江省电力公司经济技术研究院，上海交通大学，国家电网公司，
类型：发明
国别省市：浙江,33