一种基于电气耦合度的多微网系统孤岛划分方法技术方案

一种基于电气耦合度的多微网系统孤岛划分方法，属于发电、变电或配电技术控制领域。应用该方法，对多微网系统进行合理的孤岛划分，在多微网系统进行初步划分时，为使得划分后的各孤岛能够满足一定的功率平衡约束条件和电气参数上下限约束条件，对孤岛中不能稳定运行的孤岛进行切负荷策略或切分布式电源策略处理，以稳定所有孤岛的运行状态，以此来保证整个微网或是多微网系统的稳定运行，实现多微网系统的合理孤岛划分。该孤岛划分方法基于电气耦合度，使得该方法具有明确的物理意义，有较高的操作指导型，且对于原始数据的数量要求较少；同时使用该方法进行孤岛运行划分的微网在孤网运行时能够稳定运行。

【技术实现步骤摘要】
一种基于电气耦合度的多微网系统孤岛划分方法
本专利技术涉及一种多微网系统孤岛划分方法，属于发电、变电或配电技术控制领域。
技术介绍
分布式电源(即DistributedGeneration，简称DG)指为满足终端用户的特殊要求，接在用户侧附近的小型发电系统。它们的规模一般不大，通常为几十千瓦至几十兆瓦，所用的能源包括天然气(含煤层气，沼气)、太阳能、生物智能、氢能、风能、小水电等清洁能源或可再生能源，而储能装置主要为蓄电池等。为了提高能源利用率，同时降低成本，往往采用冷、热、电等各种能源一起供应的系统成为分布式电源系统，而包括分布式能源在内的电力系统称为分布式能源电力系统。迄今为止，分布式电源技术的潜力尚未得到充分发挥，究其原因，主要有以下几点：(1)分布式电源自身的特性决定了一些电源的出力将随外部条件的变化而变化，表现出间歇性和随机性等特点，使得这些电源仅依靠自身的调节能力难以满足负荷的功率平衡，且不可调度，需要其他电源或储能装置的配合以提供支持和备用。(2)分布式电源的并网运行改变了系统中的潮流分布，对配电网而言，由于分布式电源的接入导致系统中具有双向潮流，给电压调节、保护协调与能量优化带来了新问题。(3)多数分布式电源需要通过电力电子接口并入电网，大量电力电子设备和电容、电感的引入，易影响周边用户的供电质量，外界产生干扰可能导致频率和电压的不同步，从而拖垮整个系统。(4)为数众多、形式各异、不可调度的分布式电源将给依靠传统集中式电源调度方式进行管理的系统运行人员带来更大的困难，缺乏有效的管理将导致分布式电源运行时的“随意性”，给系统的安全性和稳定性造成隐患。为使分布式发电得到充分利用，一些学者提出了微型电网(MicroGrid，简称微网)的概念。微网是指由分布式电源、储能装置、能量变换装置、相关负荷和监控、保护装置汇集而成的小型发配电系统，是一个能够实现自我控制、保护和管理的自治系统，既可以与大电网并网运行，也可以孤立运行。现有研究和实践已表明，将分布式电源供能系统以微网的形式接入大电网并网运行，与大电网互为支撑，是发挥分布式发电供能系统效能的最有效方式。而在微网中分布式电源往往是有不同容量等级的，以便在网内形成供电阶梯。近年来，关于多微网孤岛划分研究已经取得了一定成果。当多微网的孤岛划分选择重点考虑保持微网内部功率平衡以及重要负荷的供电，则被划分为优化问题，传统解决方式是以等值有效最大负荷为目标函数，建立配电网孤岛划分的模型。另外考虑到设备产权及调度范围等的问题，多微网的划分经常基于区域微网或其子网种类的不同，例如根据单元微网、区域微网、系统微网等的微电网在配电网中的自然拓扑属性进行简单分类，以便调度及控制保护策略的实施。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是，针对现有技术不足，提出一种基于电气耦合度的多微网系统孤岛划分方法。该方法从拓扑的连通特性出发，对多微网的孤岛运行提供划分策略，不同于现有简单划分。该方法更具有实际的物理意义，同时还具有计算简单、步骤清晰、可操作性高，对原始数据要求数量偏少等特点。该方法具体执行如下步骤：1)依据所述多微网系统的节点阻抗矩阵，运用叠加原理进行计算得到所述网络拓扑结构中任意二个节点i与节点j之间的电气距离Zij,equ；2)通过下式运算出所述节点i的电气耦合连接度De,i；N为所述网络拓扑中的节点总数；3)在所述节点i中选择用于表示所述多微网系统中容量等级为最高级的分布式电源的节点作为第一节点，按所述第一节点的电气耦合连接度由小到大的顺序从所述第一节点中选择数目X个第一节点作为源节点；所述数目X为所述网络拓扑结构中所需划分出孤岛的数量；所述节点i中未被选择为源节点的其余节点作为非源节点。4)根据选择的所述源节点和非源节点对所述多微网系统依据拓扑连通性原则进行孤岛初步设置，所述孤岛以一个源节点为核心并含有一个以上的非源节点；5)按照功率平衡约束条件、电压上下限约束条件和分布式电源出力上下限约束条件三个条件对所述源节点的执行策略选择如下，，5-1)当所述源节点中分布式电源的有功出力大于所述源节点中分布式电源的额定值时，则所述孤岛以所述源节点为中心执行切除负荷策略；5-2)当所述源节点中分布式电源的有功出力小于0时，则所述孤岛以所述源节点为中心执行切除分布式电源策略；依照步骤5)对各孤岛进行操作，完成所述多微网系统孤岛划分。上述技术方案的改进是，在步骤5)中的所述功率平衡约束条件、所述电压上下限约束条件和所述分布式电源出力上下限约束条件分别为：功率平衡约束条件如下，其中，PGi为所述节点i中分布式电源的有功出力，QGi为所述节点i的中分布式电源的无功功率；PLi为所述节点i中负载有功功率，QGi为所述节点i的负载无功功率；θij为所述节点i与所述节点j之间的电压相角差；m是与所述节点i相连的支路数量；电压上下限约束条件和分布式电源出力上下限约束条件如下，其中，Ui为所述节点i处实际电压幅值，Ui,N为所述节点i中分布式电源的额定电压幅值，PGi,N为所述节点i中分布式电源的额定有功出力，QGi,max为所述节点i中的分布式电源的最大无功出力。上述技术方案的改进是，在步骤5)中：所述切除负荷策略执行步骤如下：5-1-1)在步骤4)的孤岛中，以所述源节点为中心，计算出所述孤岛中的边界点到所述源节点的电气距离；所述边界点是指在所述孤岛中m＝1的所述非源节点；5-1-2)从所述边界点中选取与所述源节点间电气距离最大的点作为第一负荷点，切除所述第一负荷点中的最小负荷；5-1-3)在所述孤岛切除负荷后，所述源节点中分布式电源是否满足功率平衡约束条件，若满足则不再切除所述第一负荷点中的负荷；若所述源节点中分布式电源不满足所述功率平衡约束条件，则对切除过负荷的所述第一负荷点继续做切除最小负荷的处理直至将所述第一负荷点中负荷完全切除；在步骤5-1-3)中,若所述孤岛将所述第一负荷点中负荷完全切除后,所述源节点中分布式电源仍然不能满足所述功率平衡约束条件，则对当前状态下的孤岛再次进行切负荷策略,直至达到所述源节点中分布式电源能够满足所述功率平衡约束条件,即完成所述多微网系统孤岛划分；所述切除分布式电源策略执行步骤如下：5-2-1)选取步骤4)的孤岛中的次有源节点，所述次有源节点是指所述孤岛中除源节点外的内含分布式电源的节点；5-2-2)根据所述次有源节点中分布式电源的可变成本大小按照从大到小的顺序为所述次有源节点进行排序；在步骤5-2-2)中的排序过程中，若存在有可变成本相同的次有源节点，则比较各次有源节点与所述源节点间的电气距离，并根据比较结果将所述电气距离小的次有源节点排列于所述电气距离大的次有源节点之前；5-2-3)根据步骤5-2-2)中得到次有源节点的顺序序列，从首向尾本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于电气耦合度的多微网系统孤岛划分方法，其特征在于执行如下步骤：1)依据所述多微网系统的节点阻抗矩阵，运用叠加原理进行计算得到所述网络拓扑结构中任意二个节点i与节点j之间的电气距离Zij,equ；2)通过下式运算出所述节点i的电气耦合连接度De,i；i≠j，N为所述网络拓扑中的节点总数；3)在所述节点i中选择用于表示所述多微网系统中容量等级为最高级的分布式电源的节点作为第一节点，按所述第一节点的电气耦合连接度由小到大的顺序从所述第一节点中选择数目X个第一节点作为源节点；所述数目X为所述网络拓扑结构中所需划分出孤岛的数量；所述节点i中未被选择为源节点的其余节点作为非源节点；4)根据选择的所述源节点和非源节点对所述多微网系统依据拓扑连通性原则进行孤岛初步设置，所述孤岛有且仅有一个源节点；5)按照功率平衡约束条件、电压上下限约束条件和分布式电源出力上下限约束条件三个条件对所述源节点的执行策略选择如下，5‑1)当所述源节点中分布式电源的有功出力大于所述源节点中分布式电源的额定值时，则所述孤岛以所述源节点为中心执行切除负荷策略；5‑2)当所述源节点中分布式电源的有功出力小于0时，则所述孤岛以所述源节点为中心执行切除分布式电源策略；依照步骤5)对各孤岛进行操作，完成所述多微网系统孤岛划分。...

【技术特征摘要】
1.一种基于电气耦合度的多微网系统孤岛划分方法，其特征在于执行如下步骤：1)依据所述多微网系统的节点阻抗矩阵，运用叠加原理进行计算得到所述多微网系统的网络拓扑结构中任意二个节点i与节点j之间的电气距离Zij,equ；2)通过下式运算出所述节点i的电气耦合连接度De,i；i≠j，N为所述网络拓扑结构中的节点总数；3)在所述节点i中选择用于表示所述多微网系统中容量等级为最高级的分布式电源的节点作为第一节点，按所述第一节点的电气耦合连接度由小到大的顺序从所述第一节点中选择数目X个第一节点作为源节点；所述数目X为所述网络拓扑结构中所需划分出孤岛的数量；所述节点i中未被选择为源节点的其余节点作为非源节点；4)根据选择的所述源节点和非源节点对所述多微网系统依据拓扑连通性原则进行孤岛初步设置，所述孤岛有且仅有一个源节点；5)按照功率平衡约束条件、电压上下限约束条件和分布式电源出力上下限约束条件三个条件对所述源节点的执行策略选择如下，5-1)当所述源节点中分布式电源的有功出力大于所述源节点中分布式电源的额定值时，则所述孤岛以所述源节点为中心执行切除负荷策略；5-2)当所述源节点中分布式电源的有功出力小于0时，则所述孤岛以所述源节点为中心执行切除分布式电源策略；依照步骤5)对各孤岛进行操作，完成所述多微网系统孤岛划分。2.如权利要求1所述的基于电气耦合度的多微网系统孤岛划分方法，其特征在于，在步骤5)中的所述功率平衡约束条件、所述电压上下限约束条件和所述分布式电源出力上下限约束条件分别为：功率平衡约束条件如下，其中，PGi为所述节点i中分布式电源的有功出力，QGi为所述节点i中分布式电源的无功功率；PLi为所述节点i中负载有功功率，QLi为所述节点i的负载无功功率；θij为所述节点i与所述节点j之间的电压相角差；Gij为所述节点i与所述节点j之间的导纳值；Bij为所述节点i与所述节点j之间的磁通量；m是与所述节点i相连的支路数量；电压上下限约束条件和分布式电源出力上下限约束条件如下，

【专利技术属性】
技术研发人员：韦磊，赵新建，雷正新，韩蓓，李国杰，
申请(专利权)人：国家电网公司，江苏省电力公司，江苏省电力公司南京供电公司，上海交通大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32