CN103532140A

CN103532140A - 一种含分布式电源的配电网故障后供电恢复的方法及系统

Info

Publication number: CN103532140A
Application number: CN201310500931.3A
Authority: CN
Inventors: 李振坤; 符杨; 蒋一鎏; 卫春峰
Original assignee: Shanghai University of Electric Power
Current assignee: Shanghai University of Electric Power; University of Shanghai for Science and Technology
Priority date: 2013-10-22
Filing date: 2013-10-22
Publication date: 2014-01-22
Anticipated expiration: 2033-10-22
Also published as: CN103532140B

Abstract

本发明涉及一种含分布式电源的配电网故障后供电恢复的方法及系统，所述的方法根据分布式电源控制方式对配电网内融入的分布式电源进行分类处理，将分布式电源划分为主电源和普通电源，所述的主电源为可控的分布式电源，所述的普通电源为随机不可控的分布式电源；同时，将备用联络线路等值为主电源，然后建立含分布式电源的配电网故障后供电恢复的多代理系统，在主从控制模式下制定失电区域的最佳恢复供电方案。与现有技术相比，本发明在恢复过程中充分利用配电网中备用联络线路和内部融入的分布式电源，最大化地恢复停电负荷，并充分考虑分布式电源的孤岛运行能力和输出功率的随机性与波动性，使得恢复方案可持续稳定运行。

Description

一种含分布式电源的配电网故障后供电恢复的方法及系统

技术领域

本发明涉及配电网发生故障后快速恢复供电技术领域，尤其是涉及一种含分布式电源的配电网故障后供电恢复的方法及系统。

背景技术

近年来，风力、光伏、储能电站、微燃气轮机等分布式电源(DistributedGeneration，DG)以清洁、可再生、高效等特点受到广泛关注，作为集中式发电的有效补充，分布式电源接入配电网已成为必然趋势。分布式电源融入配电网后，给配电网故障后恢复供电带来了新的资源，可有效提高配电网供电的可靠性。然而，不少现有的配电网故障后恢复供电的技术仅仅利用配电网建设过程中设计的备用联络线路恢复停电负荷的供电，没有考虑分布式电源的利用，这对含有分布式电源的配电网来说，造成了分布式电源资源的浪费，且恢复负荷量较少。

关于综合利用配电网中备用的联络线路和内部融入的分布式电源的配电网故障恢复技术，王增平、黎恒煊、Perez-Guerrero R E、徐玉琴、冯雪平等人进行了深入的研究，但是上述研究者所提出的配电网故障后供电恢复技术虽考虑了分布式电源，但要么仅仅利用分布式电源恢复供电，没有考虑传统备用线路的利用；要么将分布式电源资源和备用线路资源完全分开，分两步优化，忽略了两者之间的耦合性，难以获得最优的恢复方案，不能最大化的恢复停电负荷。

目前的供电恢复技术中之所以将分布式电源资源和备用线路资源完全分开，分两步优化，主要是因为备用线路和分布式电源的工作模式、运行特性、数学模型等完全不同，难以在同一个数学模型下对两类资源进行综合优化，这是供电恢复综合优化决策的一个难点。

在基于分布式电源对停电负荷恢复供电方案的决策过程中，现有技术都对分布式电源做了大量的简化，都存在以下问题：1、没有考虑不同种类分布式电源的控制方式，而是假设分布式电源都具备孤岛运行能力，但这与实际情况是不符的，如风力发电机和光伏电池板这类分布式电源就难以孤岛运行；2、将分布式电源按常规可控电源简单化处理，忽略了分布式电源输出功率的随机性与波动性，使得恢复后的孤岛难以可持续稳定运行。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种含分布式电源的配电网故障后供电恢复的方法及系统，在恢复过程中充分利用配电网备用的联络线路和内部融入的分布式电源，最大化地恢复停电负荷，并充分考虑分布式电源的孤岛运行能力和输出功率的随机性与波动性，使得恢复方案可持续稳定运行。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种含分布式电源的配电网故障后供电恢复的方法，其特征在于，该方法根据分布式电源控制方式对配电网内融入的分布式电源进行分类处理，将分布式电源划分为主电源和普通电源，所述的主电源为可控的分布式电源，即可提供稳定电压和频率，具有孤岛运行能力的分布式电源，所述的普通电源为随机不可控的分布式电源；同时，将备用联络线路等值为主电源，然后建立含分布式电源的配电网故障后供电恢复的系统，在主从控制模式下制定失电区域的最佳恢复供电方案，具体实现包括以下步骤：

(1)设备层中的普通电源代理对普通电源的实时输出功率、运行状态及控制方式信息进行实时更新管理，设备层中的待恢复供电负荷代理对负荷容量以及恢复状态进行实时更新管理，两类代理分别通过多代理技术中“黑板”的方式将实时更新的信息汇报给决策层，黑板是多个不同代理均可访问的集中对象，其最大特点是它支持并行性，在一个需要并行性和分布式智能的系统中，黑板为代理间的信息交互提供了方便的平台，设备层的普通电源代理和负荷代理将自己的信息放到黑板上进行公开，决策层中各主电源代理通过该黑板获取设备层代理的信息；

(2)当决策层检测到需要供电恢复时，将备用联络线路等值为主电源，该主电源对应有主电源代理，该主电源代理结合配电网中其他主电源的主电源代理首先根据网络拓扑结构，分别形成以各个主电源为根节点的搜索树，该搜索树称为孤岛，并基于自己的容量范围限制，以改进的广度优先搜索算法搜索可行的孤岛范围，然后上报给协调层的供电恢复协调代理；

(3)供电恢复协调代理收到决策层上报的孤岛范围后，判断各个孤岛范围之间是否存在冲突，所述的冲突为供电范围交叉，若没有冲突，则各个孤岛根据孤岛范围中包含的分布式电源和负荷进行供电恢复，整个供电恢复过程结束；若存在冲突，供电恢复协调代理制定多种协调孤岛范围冲突的方案，使得各个孤岛获得彼此之间不冲突的孤岛范围，并发送给决策层；

(4)决策层主电源代理基于各个方案对各个孤岛重新进行拓扑搜索，然后上报给协调层，协调层供电恢复协调代理基于分层多目标优化算法选择出最佳方案实行恢复供电，供电恢复过程结束。

步骤(4)所述的协调层供电恢复协调代理基于分层多目标优化算法选择出最佳方案实行恢复供电具体为，所述的供电恢复协调代理计算各个孤岛按照各个协调方案实行恢复供电产生的孤岛供电负荷、协调收益以及静态稳定裕度水平K_p，并基于分层多目标优化算法将协调收益和静态稳定裕度水平K_p作为两个优化目标，其中协调收益为第一优先层次的优化目标，静态稳定裕度水平K_p为第二优先层次的优化目标，先找出比各个孤岛协调前协调收益大的协调方案组成可行方案集，再在该可行方案集中找出静态稳定裕度水平K_p最大的方案作为最佳方案，各个孤岛按照最佳方案实行供电恢复。

一种含分布式电源的配电网故障后供电恢复的系统，其特征在于，该系统为多代理系统，包括协调层、决策层及设备层，所述的协调层由一个供电恢复协调代理组成，所述的决策层由主电源代理组成，所述的设备层由普通电源代理和待恢复供电负荷代理组成，

所述的供电恢复协调代理基于分层多目标优化算法，协调决策层中各个主电源代理之间的矛盾与冲突，使得恢复停电负荷最大化；

所述的主电源代理用于优化制定孤岛的孤岛范围，并使得该孤岛在满足静态稳定裕度水平K_p约束的条件下，最大化恢复停电负荷；

所述的普通电源代理用于管理和更新该电源的实时信息，并执行具体的恢复控制指令，所述的待恢复供电负荷代理管理该负荷属性，并执行负荷恢复控制指令。

所述的静态稳定裕度水平K_p计算公式如下，

K_{p} = \frac{\min (P_{m} - P_{\min}^{m}, P_{\max}^{m} - P_{m})}{| P_{L :} | + | P_{G} |} \times 100 %,

式中，

和

分别为孤岛内主电源输出功率的上下限，P_m为主电源的实际输出功率，P_L为孤岛的供电总负荷，P_G为孤岛内普通电源的功率之和。

所述的将备用联络线路等值为主电源具体做法为，若备用联络线路的容量为S，则将其等值为输出容量在[-S，S]区间内的主电源。

与现有技术相比，本发明在恢复决策过程中充分考虑了备用联络线路和内部的各种分布式电源资源，对配电网供电恢复问题进行综合优化求解，并提出了衡量孤岛运行能力的静态稳定裕度指标，建立了有源配电网供电恢复决策的多目标数学模型，并在恢复决策过程中根据分布式电源控制方式对配电网内融入的DG进行了分类处理，将具有频率和电压调节能力采用VF控制方式的分布式电源定义为主电源，将随机不可控的电源定义为普通电源，然后在主从控制模式下基于所建立的多代理系统，制定了失电区域的最佳恢复供电方案，应用本发明所制定恢复方案切实可行，充分利用了各种资源，大大提高了配电网故障后的供电恢复能力。

附图说明

图1为本发明方法的流程图；

图2为本发明系统的架构图；

图3为本发明实施例的配电系统图；

图3中，

为110kV变压器，

为常开备用联络开关，

为常闭分段开关，

为断路器，

为储能电站，

为燃料电池，

为柴油发电机，

为普通电源；

图4为本发明实施例的各主电源的搜索树及初步优化的孤岛范围图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

如图1所示，一种含分布式电源的配电网故障后供电恢复的方法，其特征在于，该方法根据分布式电源控制方式对配电网内融入的分布式电源进行分类处理，将分布式电源划分为主电源和普通电源，所述的主电源为可控的分布式电源，即可提供稳定电压和频率，具有孤岛运行能力的分布式电源，所述的普通电源为随机不可控的分布式电源；同时，将备用联络线路等值为主电源，然后建立含分布式电源的配电网故障后供电恢复的系统，在主从控制模式下基于所建立的系统，制定失电区域的最佳恢复供电方案，具体实现包括以下步骤：

(1)设备层中的普通电源代理对普通电源的实时输出功率、运行状态及控制方式信息进行实时更新管理，设备层中的待恢复供电负荷代理对负荷容量以及恢复状态进行实时更新管理，两个代理分别通过多代理技术中“黑板”的方式将实时更新的信息汇报给决策层；

(4)决策层主电源代理基于各个方案对各个孤岛重新进行拓扑搜索，然后上报给协调层，协调层的供电恢复协调代理计算各个孤岛按照各个协调方案实行恢复供电产生的孤岛供电负荷、协调收益以及静态稳定裕度水平K_p，并基于分层多目标优化算法将协调收益和静态稳定裕度水平K_p作为两个优化目标，其中协调收益为第一优先层次的优化目标，静态稳定裕度水平K_p为第二优先层次的优化目标，先找出比各个孤岛协调前协调收益大的协调方案组成可行方案集，再在该可行方案集中找出静态稳定裕度水平K_p最大的方案作为最佳方案，各个孤岛按照最佳方案实行供电恢复，供电恢复过程结束。

如图2所示，所述的含分布式电源的配电网故障后供电恢复的系统为多代理系统，该系统包括协调层1、决策层2及设备层3，所述的协调层由一个供电恢复协调代理11组成，所述的决策层2由主电源代理21组成，所述的设备层3由普通电源代理31和待恢复供电负荷代理32组成，所述的供电恢复协调代理11基于分层多目标优化算法，协调决策层2中各个主电源代理21之间的矛盾与冲突，使得恢复停电负荷最大化；所述的主电源代理21用于优化制定孤岛的孤岛范围，并使得该孤岛在满足静态稳定裕度水平K_p约束的条件下，最大化恢复停电负荷；所述的普通电源代理31用于管理和更新该电源的实时信息，并执行具体的恢复控制指令，所述的待恢复供电负荷代理32管理该负荷属性，并执行负荷恢复控制指令。

所述的静态稳定裕度水平K_p计算公式如下，

K_{p} = \frac{\min (P_{m} - P_{\min}^{m}, P_{\max}^{m} - P_{m})}{| P_{L :} | + | P_{G} |} \times 100 %,

式中，

和

实施例：

如图3所示为某一含有分布式电源(DG)的配电网络，其中10kV馈线由110kV降压变电站供电，馈线1为多分段多联络的10kV架空配电线路，馈线2和馈线3为电缆环网。该系统中共有2个常开的备用联络开关、15个常闭分段开关，7台分布式电源，分别为G1、G2、…、G7，其中G4为储能电站，G6为燃料电池，G3为柴油发电机，G4、G6、G3均为主电源，可孤岛运行，剩余4台DG为普通电源，其中G1、G7为风机电站，G2、G5为光伏电站，该配电网络还包括18个负荷，分别用L1、L2、…、L18表示，本发明将配电网络中的备用联络线路等值为主电源，用G8表示。表1所示为故障时各节点负荷大小，各个负荷总和共计11.14MW。

表1各节点负荷功率

负荷编号	负荷容量(MW)	负荷编号	负荷容量(MW)
				L1	0.24	L10	0.69
L2	0.69	L11	0.26
				L3	0.81	L12	0.39
L4	0.37	L13	0.51
				L5	0.59	L14	0.66
L6	0.48	L15	0.77
				L7	0.94	L16	0.92
L8	0.68	L17	0.80
				L9	0.13	L18	0.81

主电源的最大和最小输出功率以及普通电源在故障时刻的输出功率分别如表2和表3所示。

表2主电源容量

DG编号	电源类型	最小功率(MW)	最大功率(MW)
				G3	柴油机	0	3
G4	储能电站	-3.6	3.6
				G6	燃料电池	0	3
G8	联络线路的等值DG	-2	2

表3故障时普通电源的输出功率

DG编号	电源类型	输出功率(MW)
			G1	风力发电	1.58
G2	光伏	0.84
			G5	光伏	1.38
G7	风力发电	1.08

假设变电站发生故障，变压器保护动作，下游10kV馈线失去供电，需要进行供电恢复决策，使得停电负荷通过备用联络线路和电网中融入的DG恢复供电。从表2可以看出，利用本发明将备用联络线路等值为DG后，该配电网络中共有4个主电源，即G3、G4、G6、G8，因此，该停电区域可围绕这4个主电源划分为4个独立运行的区域，4个相应的主电源代理分别以相应的主电源为根节点形成搜索树，如图4所示，其中虚线框内为该主电源代理初步确定的孤岛范围。优化搜索该范围时，孤岛的静态稳定裕度水平指标K_p约束限值取15％。

如图4所示，(A)代表孤岛A，(B)代表孤岛B，(C)代表孤岛C，(D)代表孤岛D，在初步制定的孤岛范围中孤岛A和孤岛B存在矛盾，均包含了负荷L3和L5，孤岛C和孤岛D存在矛盾，均包含了负荷L14。协调层代理需要对存在矛盾的决策层代理进行协调，根据矛盾内容制定协调方案，孤岛A和B之间冲突负荷有2个，协调方案有3种，孤岛C和孤岛D冲突负荷有1个，协调方案有2种，如表4所示。

表4孤岛范围的优化协调及最终供电恢复方案

协调层代理对各协调方案进行对比计算，并根据分层多目标优化协调算法，对孤岛A和B之间的冲突最终选择表4中协调方案二为最优方案，即L3由孤岛A供电，L5由孤岛B供电，这样孤岛A删除负荷L5后，经过再次优化搜索，没有新的负荷增加，供电负荷由协调前的2.73MW降为2.14MW，静态稳定裕度水平由19.72％提高到了38.71％，孤岛B删除负荷L3后，经过再次优化搜索，新增加了负荷L10，孤岛B的负荷由协调前的3.63MW变为3.51MW，孤岛B的稳定裕度水平由18.12％增加为21.38％。孤岛A和B共同恢复的负荷由4.96MW增加为5.65MW，协调收益为0.69，从表4中可以看出，方案三的协调收益为0，因此该方案被首先排除，方案一中协调收益虽然也为0.69，但静态稳定裕度水平指标的最小值为19.72％，低于方案二中的最小值21.38％，因此，基于第二个优化目标选择方案二作为孤岛A和B的最终恢复方案。孤岛C和孤岛D之间共同包含的负荷L14经协调后归由孤岛D供电，此时协调收益虽为0，没有增加新的供电负荷，但方案二中两孤岛的静态稳定裕度水平相对于协调方案一均要优。

最终恢复方案中各孤岛所包含的DG与负荷如表4中最后一列所示，其中孤岛A包含了备用联络线路所等值的虚拟分布式电源G8，因此，其为虚拟孤岛，实际为通过此备用联络开关并网恢复供电，恢复负荷2.14MW，孤岛B、孤岛C和孤岛D则为真实的孤岛，恢复的负荷量分别为3.51MW、1.53MW和3.96MW。各个孤岛均有较好的静态稳定裕度水平，最低为孤岛B的21.38％，有效保障了各孤岛的可持续稳定运行，使得恢复方案更具有可行性。

Claims

1.一种含分布式电源的配电网故障后供电恢复的方法，其特征在于，该方法根据分布式电源控制方式对配电网内融入的分布式电源进行分类处理，将分布式电源划分为主电源和普通电源，所述的主电源为可控的分布式电源，即可提供稳定电压和频率，具有孤岛运行能力的分布式电源，所述的普通电源为随机不可控的分布式电源；同时，将备用联络线路等值为主电源，然后建立含分布式电源的配电网故障后供电恢复的系统，在主从控制模式下制定失电区域的最佳恢复供电方案，具体实现包括以下步骤：

(1)设备层中的普通电源代理对普通电源的实时输出功率、运行状态及控制方式信息进行实时更新管理，设备层中的待恢复供电负荷代理对负荷容量以及恢复状态进行实时更新管理，两类代理分别通过多代理技术中“黑板”的方式将实时更新的信息汇报给决策层；

2.根据权利要求1所述的一种含分布式电源的配电网故障后供电恢复的方法，其特征在于，步骤(4)所述的协调层供电恢复协调代理基于分层多目标优化算法选择出最佳方案实行恢复供电具体为，所述的供电恢复协调代理计算各个孤岛按照各个协调方案实行恢复供电产生的孤岛供电负荷、协调收益以及静态稳定裕度水平K_p，并基于分层多目标优化算法将协调收益和静态稳定裕度水平K_p作为两个优化目标，其中协调收益为第一优先层次的优化目标，静态稳定裕度水平K_p为第二优先层次的优化目标，先找出比各个孤岛协调前协调收益大的协调方案组成可行方案集，再在该可行方案集中找出静态稳定裕度水平K_p最大的方案作为最佳方案，各个孤岛按照最佳方案实行供电恢复。

3.一种如权利要求1所述的含分布式电源的配电网故障后供电恢复的系统，其特征在于，该系统为多代理系统，包括协调层、决策层及设备层，所述的协调层由一个供电恢复协调代理组成，所述的决策层由主电源代理组成，所述的设备层由普通电源代理和待恢复供电负荷代理组成，

4.根据权利要求3所述的一种含分布式电源的配电网故障后供电恢复的系统，其特征在于，所述的静态稳定裕度水平K_p计算公式如下，

K_{p} = \frac{\min (P_{m} - P_{\min}^{m}, P_{\max}^{m} - P_{m})}{| P_{L :} | + | P_{G} |} \times 100 %,

式中，

和

5.根据权利要求1所述的一种含分布式电源的配电网故障后供电恢复的方法，其特征在于，所述的将备用联络线路等值为主电源具体做法为，若备用联络线路的容量为S，则将其等值为输出容量在[-S，S]区间内的主电源。