一种高比例可控源荷接入的花瓣式配电网故障自愈方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种高比例可控源荷接入的花瓣式配电网故障自愈方法及系统，所述方法包括：实时采集花瓣式配电网的运行参数以及开关状态组合；当所述花瓣式配电网识别到故障时，断开故障所在区段相邻开关，并记录故障时的运行参数以及开关状态组合；将故障时运行参数以及开关状态组合输入预设的自愈优化模型中，计算获得故障自愈后最优的开关状态组合以及各可控源荷的最优有功出力和无功出力；根据所述最优的开关状态组合以及各可控源荷的最优有功出力和无功出力生成对应花瓣式配电网内各终端设备的控制指令，并向对应的终端设备下发控制指令；所述方法及系统可有效减低二次故障风险，进一步提高配电网的安全性和可靠性。

A fault self-healing method and system of petal type distribution network with high proportion of controllable source load

【技术实现步骤摘要】
一种高比例可控源荷接入的花瓣式配电网故障自愈方法及系统
本专利技术涉及电力
，更具体地，涉及一种高比例可控源荷接入的花瓣式配电网故障自愈方法及系统。
技术介绍
自愈是智能配电网的核心功能，其中的故障自愈环节，即故障后的供电恢复，是智能配电网自愈的关键。在传统配电网中，供电恢复的实现主要基于网络重构，通过切换联络开关与分段开关的状态来优化网络拓扑结构，将失电负荷转移至其他馈线或变电站。然而，随着智能配电网的发展，城市电网中分布式电源(DistributedGeneration,DG)、电动汽车(ElectricVehicle,EV)等可控源荷的渗透率呈现逐年增长的态势，使得辐射状的传统城市电网变为复杂的有源配电网，传统的故障自愈方法已不能完全适用。一方面，高比例可控源荷的接入使得网络中的潮流方向频繁变化，改变原有系统的故障特性，影响继电保护的动作，进而影响后续的故障自愈控制；另一方面，风电、光伏等DG的出力具有很强的随机性和不确定性，增加了配电网运行的不确定性。不过，以DG为主的可控源荷接入后，可为负荷进行单独供电，从而可在故障后将配电网划分为若干个孤岛微电网自治运行，为故障自愈提供更多可行方案，有效提高配电网供电可靠性。目前我国的城市中压配电网的接线方式主要有辐射型、多分段多联络、N供一备等，普遍采用“闭环设计、开环运行”的供电方式。在传统配电网中，这种供电方式虽然便于运行和管理，但可靠性较差，在发生故障后进行倒闸操作时不可避免地会出现短时停电，尽管DG、EV等可控源荷的接入有助于提高配电网的供电可靠性，但开环运行的模式还是在一定程度上限制了可控源荷的调节性能的发挥。为进一步提升供电可靠性，我国借鉴国外配电网的运行经验，在一些发达地区试行新型的花瓣式城市配电网合环运行方式，不仅避免了故障时的停电，而且现有的继电保护方案考虑了潮流方向的不确定性，更适合于可控源荷的接入的情况，大大提高了供电可靠性。但由于花瓣式配电网的网架结构和运行方式不同于开环运行的配电网，其故障自愈过程中较容易产生节点电压及线路潮流越限的问题，因此现有的故障自愈模型和方法可能增大花瓣式配电网发生二次故障的风险，不利于其安全运行。
技术实现思路
为了解决
技术介绍
存在的现有的故障自愈模型和方法可能增大花瓣式配电网发生二次故障的风险的问题，本专利技术提供了一种高比例可控源荷接入的花瓣式配电网故障自愈方法及系统，所述方法及系统以线路平均功率裕度最大、节点电压偏差最小为目标函数，在充分考虑花瓣式配电网的运行方式及可控源荷的功率调节能力的基础上，提出了花瓣式配电网拓扑约束及可控源荷出力约束，并考虑电力系统运行约束，对可控源荷的出力和网络开关状态同时进行优化调节，实现高比例可控源荷接入的花瓣式配电网的故障自愈优化控制；所述一种高比例可控源荷接入的花瓣式配电网故障自愈方法，包括：实时采集花瓣式配电网的运行参数以及开关状态组合；所述运行参数包括各节点电压、有功负荷、无功负荷、可控源有功出力以及可控源无功出力；所述开关状态组合包括配电网中各分段开关和联络开关的状态组合；当所述花瓣式配电网识别到故障时，断开故障所在区段相邻开关，并记录故障时的运行参数以及开关状态组合；将故障时运行参数以及开关状态组合输入预设的自愈优化模型中，计算获得故障自愈后最优的开关状态组合以及各可控源荷的最优有功出力和无功出力；根据所述最优的开关状态组合以及各可控源荷的最优有功出力和无功出力生成对应花瓣式配电网内各终端设备的控制指令，并向对应的终端设备下发控制指令。进一步的，所述自愈优化模型包括预设的目标函数以及多个约束；所述多个约束包括可控源荷出力约束、花瓣式网络拓扑约束、配电网潮流约束、节点电压约束以及线路载流量约束；所述可控源荷出力约束包括双馈风电机组出力约束、永磁直驱风电机组出力约束、光伏出力约束、储能出力约束以及电动汽车出力约束。进一步的，所述目标函数为：其中，F1为节点电压偏差的最小值；F2为线路平均功率裕度αl的最大值；N为系统节点总数；Vi为节点i的电压幅值；ViN为节点i正常运行的额定电压；wi为线路i的权重；Lon为处于供电状态的线路总数；αli为线路i的功率裕度，由线路i的额定容量与当前运行方式下流过线路i的视在功率的差值与额定容量的比值确定。进一步的，所述双馈风电机组出力约束条件为：其中，PDFIGi为节点i处的双馈风电机组输出的有功功率，所述PDFIGmax为双馈风电机组总输出有功功率的上限；QDFIGi为节点i处的双馈风电机组输出的无功功率，所述QDFIGmax以及QDFIGmin分别为双馈风电机组总输出无功功率的上限和下限。进一步的，所述双馈风电机组总输出无功功率的上限QDFIGmax为双馈风电机组网侧变流器输出无功功率的上限Qgmax与双馈风电机组定子侧输出无功功率的上限Qsmax的和；所述双馈风电机组总输出无功功率的下限QDFIGmin为双馈风电机组网侧变流器输出无功功率的下限Qgmin与双馈风电机组定子侧输出无功功率的下限Qsmin的和；其中，Sg为双馈风电机组网侧变流器的容量；PDFIG为双馈风电机组输出的有功功率大小；s为转差率；其中，Us为定子电压；Xs、Xm分别为定子阻抗和激磁阻抗；Irmax为最大转子电流。进一步的，所述永磁直驱风电机组出力约束条件为：其中，PPMSGi、QDFIGi分别为节点i处永磁直驱风电机组输出的有功功率和无功功率；PPMSGmax为永磁直驱风电机组输出有功功率的上限；Sgmax为永磁直驱风电机组网侧变流器的容量。进一步的，所述光伏出力约束条件为：其中，PPVi、QPVi分别为节点i处光伏逆变器输出的有功功率和无功功率；PPVmax为光伏逆变器输出有功功率的上限；Sinv为光伏逆变器容量。进一步的，所述储能出力约束条件为：-Pchmax≤PESSi≤Pdismax其中，PESSi为节点i处储能输出的有功功率；Pchmax、Pdismax分别为储能的最大充电功率和放电功率。进一步的，所述电动汽车出力约束条件为：其中，PEVi、QEVi为节点i处电动汽车吸收的有功和无功功率；PEVch、-PEVdis分别为电动汽车最大充电功率和放电功率；SEVi为电动汽车充电器的最大视在功率。进一步的，所述花瓣式网络拓扑约束条件为：负荷节点与变电站节点间具有连通性，且每两个相邻变电站节点之间具有非连通性。进一步的，所述配电网潮流约束条件为：其中，Pi、Qi分别为节点i注入的有功和无功功率；PDGi、QDGi分别为节点i处DG注入的有功和无功功率；Vi、Vj分别为节点i和j的电压；N为系统节点总数；Gij、Bij分别为节点i和j之间的电导和电纳；θij为节点i和j之间的电压相位差。进一步的，所述节点电压约束条件为：Vimin≤Vi≤Vimax其中，Vi为节点i的电本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高比例可控源荷接入的花瓣式配电网故障自愈方法，其特征在于，所述方法包括：/n实时采集花瓣式配电网的运行参数以及开关状态组合；所述运行参数包括各节点电压、有功负荷、无功负荷、可控源有功出力以及可控源无功出力；所述开关状态组合包括配电网中各分段开关和联络开关的状态组合；/n当所述花瓣式配电网识别到故障时，断开故障所在区段相邻开关，并记录故障时的运行参数以及开关状态组合；/n将故障时运行参数以及开关状态组合输入预设的自愈优化模型中，计算获得故障自愈后最优的开关状态组合以及各可控源荷的最优有功出力和无功出力；/n根据所述最优的开关状态组合以及各可控源荷的最优有功出力和无功出力生成对应花瓣式配电网内各终端设备的控制指令，并向对应的终端设备下发控制指令。/n

【技术特征摘要】
1.一种高比例可控源荷接入的花瓣式配电网故障自愈方法，其特征在于，所述方法包括：
实时采集花瓣式配电网的运行参数以及开关状态组合；所述运行参数包括各节点电压、有功负荷、无功负荷、可控源有功出力以及可控源无功出力；所述开关状态组合包括配电网中各分段开关和联络开关的状态组合；
当所述花瓣式配电网识别到故障时，断开故障所在区段相邻开关，并记录故障时的运行参数以及开关状态组合；
将故障时运行参数以及开关状态组合输入预设的自愈优化模型中，计算获得故障自愈后最优的开关状态组合以及各可控源荷的最优有功出力和无功出力；
根据所述最优的开关状态组合以及各可控源荷的最优有功出力和无功出力生成对应花瓣式配电网内各终端设备的控制指令，并向对应的终端设备下发控制指令。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述自愈优化模型包括预设的目标函数以及多个约束；所述多个约束包括可控源荷出力约束、花瓣式网络拓扑约束、配电网潮流约束、节点电压约束以及线路载流量约束；所述可控源荷出力约束包括双馈风电机组出力约束、永磁直驱风电机组出力约束、光伏出力约束、储能出力约束以及电动汽车出力约束。


3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述目标函数为：



其中，F1为节点电压偏差的最小值；F2为线路平均功率裕度αl的最大值；N为系统节点总数；Vi为节点i的电压幅值；ViN为节点i正常运行的额定电压；wi为线路i的权重；Lon为处于供电状态的线路总数；αli为线路i的功率裕度，由线路i的额定容量与当前运行方式下流过线路i的视在功率的差值与额定容量的比值确定。


4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述双馈风电机组出力约束条件为：



其中，PDFIGi为节点i处的双馈风电机组输出的有功功率，所述PDFIGmax为双馈风电机组总输出有功功率的上限；QDFIGi为节点i处的双馈风电机组输出的无功功率，所述QDFIGmax以及QDFIGmin分别为双馈风电机组总输出无功功率的上限和下限。


5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：
所述双馈风电机组总输出无功功率的上限QDFIGmax为双馈风电机组网侧变流器输出无功功率的上限Qgmax与双馈风电机组定子侧输出无功功率的上限Qsmax的和；
所述双馈风电机组总输出无功功率的下限QDFIGmin为双馈风电机组网侧变流器输出无功功率的下限Qgmin与双馈风电机组定子侧输出无功功率的下限Qsmin的和；



其中，Sg为双馈风电机组网侧变流器的容量；PDFIG为双馈风电机组输出的有功功率大小；s为转差率；



其中，Us为定子电压；Xs、Xm分别为定子阻抗和激磁阻抗；Irmax为最大转子电流。


6.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述永磁直驱风电机组出力约束条件为：



其中，PPMSGi、QDFIGi分别为节点i处永磁直驱风电机组输出的有功功率和无功功率；PPMSGmax为永磁直驱风电机组输出有功功率的上限；Sgmax为永磁直驱风电机组网侧变流器的容量。


7.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述光伏出力约束条件为：

【专利技术属性】
技术研发人员：李仲青，蒋帅，杨国生，赵自刚，周泽昕，任江波，耿少博，张浩，窦雪薇，欧阳金鑫，袁毅峰，
申请(专利权)人：国网河北省电力有限公司，中国电力科学研究院有限公司，重庆大学，国家电网有限公司，
类型：发明
国别省市：河北;13