一种含分布式电源的配电网智能故障恢复方法技术

本发明专利技术公开了基于分布式电源的主动配电网黑启动故障恢复方法。该方法主要针对主动配电网中的大面积或全黑故障，根据配电网中分布式电源的分布情况以及分布式电源的启动特性确定分布式电源的启动路径以及故障恢复路径。在黑启动恢复过程中，基于最短路径算法选择合适的启动顺序故启动障区域内的分布式电源，再以故障恢复时间和故障恢复影响支路负荷率最小、可能恢复负荷以及对非故障区域内的最大为目标函数，逐步恢复配电网中的负荷。本发明专利技术以53节点网络为测试系统给出了详细的算法描述，并通过一系列的实验证明所提方法可以有效启动故障区域内的分布式电源并有效提高了故障区域内负荷的恢复速度。

【技术实现步骤摘要】
一种含分布式电源的配电网智能故障恢复方法
本专利技术涉及含分布式电源和故障恢复领域，尤其涉及一种基于分布式电源的主动配电网黑启动故障恢复方法。
技术介绍
随着可再生能源(风能、太阳能等)发电技术的日益成熟，基于可再生能源的分布式发电越来越受到人们的认可。而分布式发电技术能够充分利用可再生能源的发电形式，凭借其投资费用小、发电方式灵活、供电可靠性高以及环境友好等优点使其在电力系统中的应用越来越广泛。全黑故障下的黑启动方法首先应用于1982年意大利南部电网，而我国于2000年，在华北电网利用十三陵水电站作为黑启动电源进行黑启动首次试验。随着配电网中DG的渗透率不断提高，DG作为主网的后备电源为提高配电网供电稳定性做出了显著的贡献。与此同时，将DG应用于主动配电网系统大面积或全黑故障时的故障恢复问题也引起了国内外学者的广泛关注。其中，在黑启动的过程中可以利用系统内具有自启动能力的DG或系统外部电源启动并恢复整个电网的正常供应。然而，通过系统外部电源恢复电网的方法的恢复速度较慢并且可能造成大面积负荷长时间失电的现象，但基于故障区域内DG的快速自启动特性可以在短时间内并对其周围的负荷进行供电，可以提高全黑或大面积故障时的供电可靠性和高效性。因此，基于在主动配电网全黑/大面积故障的研究中，基于DG电源的黑启动方法可以更有效的利用DG的灵活性，这对于提高电网的安全稳定性、经济性和环境友好性有重要的现实意义。基于这一认识，本专利技术建立了一个将分布式电源作为配电网黑启动电源的故障恢复方法。当故障发生后，首先利用故障区域内的可自启动分布式电源启动其余非自启动分布式电源，再利用故障区域内启动的分布式电源在同时考虑尽可能短的时间内，恢复尽可能多的负荷，尤其是一级负荷，并且保证恢复过程中对于配网中其他线路的影响最小，即最终实现了故障恢复的快速性与安全性的折中最优。
技术实现思路
针对现有故障恢复策略的不足，本专利技术的目的在于提出了一种含分布式电源的配电网智能故障恢复方法。本专利技术的目的是通过以下技术手段实现的，具体的实施步骤如下：一种含分布式电源的配电网智能故障恢复方法，该方法包括以下步骤：一种含分布式电源的配电网智能故障恢复方法，该方法包括以下步骤：步骤(1)：每隔时间Δt进行检测，在当前时刻，配电网系统中所有节点是否有故障；步骤(2)：当故障发生于T时刻，确定分布式电源在该时刻的出力，断开受故障故障影响支路的开关并计算该时刻的潮流分布，确定故障区域内的分布式电源的状态并启动系统内的可自启动分布式电源(BDG)；步骤(3)：根据故障时刻的潮流分布以及可自启动分布式电源(BDG)的分布情况，为系统内的未启动的非自启动分布式电源(NBDG)选择合适的启动路径，逐步启动未启动的非自启动分布式电源(NBDG)。步骤(4)：根据系统内分布式电源的启动情况，以故障恢复时间和故障恢复影响支路负荷率最小、可能恢复负荷最大为目标函数并考虑系统的安全稳定约束条件，逐步恢复配电网中的负荷。步骤(5)更新分布式电源在T+1时刻的出力，并重复步骤(3)和步骤(4)直至系统内的故障被清除。进一步地，所述步骤3具体为：(A1)通过dijkstra最短路径算法，获得系统中所有BDG与NBDG之间的最短启动路径；计算启动路径权重矩阵Pri的各元素值，其中矩阵的行数为系统中BDG的个数，矩阵的列数为系统中NBDG的个数。其中，启动路径权重矩阵Pri的各元素值的计算方法如下：判断启动第j个NBDG所需要功率后，第i个BDG的剩余功率是否大于1.1倍的第i个BDG到第j个NBDG最短路径所经过所有节点上的负荷；若大于，则用第i个BDG启动第j个NBDG的最短路径的权重可以由式(1)和(2)计算所得。Prii,j＝Li,j/Ti,j(1)其中，Li,j为第i个BDG到第j个NBDG最短启动路径所经过所有节点上的负荷的权重；Ti,j表示的是该启动路径所需操作的开关次数Ti,j；ρk表示的是启动路径中经过的第k个节点负荷的权重，若第k个节点上是一级负荷，权重为ρk＝100，否则，权重为ρk＝1；lk表示的是启动路径中经过的第k个节点的负荷大小；Nloads(i,j)是用第i个BDG启动第j个NBDG的最短路径上所经过的节点数。若小于，则该条启动路径的权重为负荷权重Li,j为负无穷大(-inf)，故Prii,j也为(-inf)；(A2)基于步骤A1获得的Prii,j，通过混合整数规划模型求得NBDG的最优启动方案，确定待恢复的节点以及待操作的开关状态。(A3)计算并检验最优启动方案的潮流是否满足潮流运行约束和线路安全约束；对于所有的支路，其线路安全约束为：其中，V为线路电压的下限；为线路电压的上限；V为线路电压；为线路电流的上限；I为线路电流；潮流运行约束为：Uv,n表示的是第n次优化过程中，第v个节点的电压值；γbran_vw,n表示的是第n次优化过程中，第v个节点和第w个节点在拓扑结构上是否相邻，若相邻γbran_vw,n＝1，若不相邻γbran_vw,n＝0；Gvw、Bvw分别表示支路第v个节点和第w个节点之间的电导和电纳值，若第v个节点和第w个节点不相邻，则Gvw＝Bvw＝inf；δvw.n表示的是第n次优化过程中，v个节点和第w个节点之间的角度差；和分别表示第v个节点上的有功负荷和DG的有功功率大小；和分别表示第v个节点上的无功负荷和DG的无功功率大小。(A4)启动A3中满足电力系统约束条件的NBDG。(A5)将已启动的NBDG看做BDG，并重复步骤(A1)‐(A4)，直至所有的NBDG被启动或者没有可以被启动的NBDG。进一步地，所述步骤4具体为：(B1)计算当前状态下所有可恢复支路的负荷恢复能力，其中包括直接恢复负荷大小以及每条可恢复支路对剩余待恢复负荷的位置关系；所述可恢复支路不包括系统关联开关，具体为：(B1.1)假设当前状态下共有Nswi条支路可恢复，若恢复其中一条支路，就可以使一部分负荷恢复供应，则该部分负荷为该条支路的直接恢复负荷；第i条可恢复支路的直接恢复负荷用表达式(3)计算：其中，n_load为第i条可恢复支路的直接恢复负荷的个数；ρload,j为第j个直接恢复负荷的权重，若为一级负荷ρload,j＝100；否则，ρload,j＝1；Pj为第j个直接恢复负荷的大小；(B1.2)第i条可恢复支路的间接恢复负荷Pindirectloads(i)用表达式(4)计算：其中，m为选择恢复第i条可恢复支路后，剩余待恢复负荷的个数；Pindirectloads,ij为恢复第i条可恢复支路后，第l个待恢复负荷的大小；distanceil为在恢复第i条可恢复支路后，恢复第l个待恢复负荷需恢复的支路数量；ρl为第l个待恢复负荷需恢复的支路上负荷的权重。(B1.3)综合考虑直接和间接恢复负荷，第i条可恢复支路的负荷恢复能力，用表达式(5)计算：f1,n(i)＝Pdirectloads(i)+Pindirectloads(i)(5)(B2)计算当前状态下所有可恢复支路的操作时间成本；将系统中所有节点按照其连接的母线分成不同区域，若支路上的开关为关联开关，则时间成本为0.4；若支路上开关不是关联开关，根据支路两端连接的节点是否处于同一区域判断时间成本，若在同一区域内，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种含分布式电源的配电网智能故障恢复方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤(1)：每隔时间Δt进行检测，在当前时刻，配电网系统中所有节点是否有故障；步骤(2)：当故障发生于T时刻，确定分布式电源在该时刻的出力，断开受故障影响支路的开关并计算该时刻的潮流分布，确定故障区域内的分布式电源的状态并启动系统内的可自启动分布式电源(BDG)；步骤(3)：根据故障时刻的潮流分布以及可自启动分布式电源(BDG)的分布情况，为系统内的未启动的非自启动分布式电源(NBDG)选择合适的启动路径，逐步启动未启动的非自启动分布式电源(NBDG)。步骤(4)：根据系统内分布式电源的启动情况，以故障恢复时间和故障恢复影响支路负荷率最小、可能恢复负荷最大为目标函数并考虑系统的安全稳定约束条件，逐步恢复配电网中的负荷。步骤(5)更新分布式电源在T+1时刻的出力，并重复步骤(3)和步骤(4)直至系统内的故障被清除。

【技术特征摘要】
1.一种含分布式电源的配电网智能故障恢复方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤(1)：每隔时间Δt进行检测，在当前时刻，配电网系统中所有节点是否有故障；步骤(2)：当故障发生于T时刻，确定分布式电源在该时刻的出力，断开受故障影响支路的开关并计算该时刻的潮流分布，确定故障区域内的分布式电源的状态并启动系统内的可自启动分布式电源(BDG)；步骤(3)：根据故障时刻的潮流分布以及可自启动分布式电源(BDG)的分布情况，为系统内的未启动的非自启动分布式电源(NBDG)选择合适的启动路径，逐步启动未启动的非自启动分布式电源(NBDG)。步骤(4)：根据系统内分布式电源的启动情况，以故障恢复时间和故障恢复影响支路负荷率最小、可能恢复负荷最大为目标函数并考虑系统的安全稳定约束条件，逐步恢复配电网中的负荷。步骤(5)更新分布式电源在T+1时刻的出力，并重复步骤(3)和步骤(4)直至系统内的故障被清除。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤3具体为：(A1)获得系统中所有BDG与NBDG之间的最短启动路径；计算启动路径权重矩阵Pri的各元素值，其中矩阵的行数为系统中BDG的个数，矩阵的列数为系统中NBDG的个数。其中，启动路径权重矩阵Pri的各元素值的计算方法如下：判断启动第j个NBDG所需要功率后，第i个BDG的剩余功率是否大于1.1倍的第i个BDG到第j个NBDG最短路径所经过所有节点上的负荷；若大于，则用第i个BDG启动第j个NBDG的最短路径的权重可以由式(1)和(2)计算所得。Prii,j＝Li,j/Ti,j(1)其中，Li,j为第i个BDG到第j个NBDG最短启动路径所经过所有节点上的负荷的权重；Ti,j表示的是该启动路径所需操作的开关次数Ti,j；ρk表示的是启动路径中经过的第k个节点负荷的权重，若第k个节点上是一级负荷，权重为ρk＝100，否则，权重为ρk＝1；lk表示的是启动路径中经过的第k个节点的负荷大小；Nloads(i,j)是用第i个BDG启动第j个NBDG的最短路径上所经过的节点数。若小于，则该条启动路径的权重为负荷权重Li,j为负无穷大(-inf)，故Prii,j也为(-inf)；(A2)基于步骤A1获得的Prii,j，通过混合整数规划模型求得NBDG的最优启动方案，确定待恢复的节点以及待操作的开关状态。(A3)计算并检验最优启动方案的潮流是否满足潮流运行约束和线路安全约束；对于所有的支路，其线路安全约束为：其中，V为线路电压；为线路电流的上限；I为线路电流；潮流运行约束为：Uv,n表示的是第n次优化过程中，第v个节点的电压值；γbran_vw,n表示的是第n次优化过程中，第v个节点和第w个节点在拓扑结构上是否相邻，若相邻γbran_vw,n＝1，若不相邻γbran_vw,n＝0；Gvw、Bvw分别表示支路第v个节点和第w个节点之间的电导和电纳值，若第v个节点和第w个节点不相邻，则Gvw＝Bvw＝inf；δvw.n表示的是第n次优化过程中，v个节点和第w个节点之间的角度差；和分别表示第v个节点上的有功负荷和DG的有功功率大小；和分别表示第v个节点上的无功负荷和DG的无功功率大小。(A4)启动A3中满足电力系统约束条件的NBDG。(A5)将已启动的NBDG看做BDG，并重复步骤(A1)‐(A4)，直至所有的NBDG被启动或者没有可以被启动的NBDG。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤A1中，通过dijkstra最短路径算法，获得系统中所有BDG与NBDG之间的最短启动路径。4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤A3中，V为线路电压的下限；为线路电压的上限。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤4具体为：(B1)计算当前状态下所有可恢复支路的负荷恢复能力，其中包括直接恢复负荷大小以及每条可恢复支路对剩余待恢复负荷的位置关系；所述可恢复支路不包括系统关联...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨强，蒋乐，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33