CN104124700B - 配电网黑启动方案生成方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种配电网黑启动方案生成方法和系统，方法包括：根据配电网内的可用设备与配电网启动电源的输出特性确定配电网启动电源的最大带负载能力；生成对应的网络拓扑结构，依据配电网对应的第一约束参数选择目标网络拓扑结构，并确定负荷接入状态与最大的负荷容量；根据负荷接入状态与最大的负荷容量，确定目标网络拓扑结构中多个配电网路径中每个配电网路径接入的负荷；根据每个配电网路径中的负荷重新确定多个可选配电网路径，根据第二约束参数搜索可行的配电网路径，并依据评定参数评定可行的配电网路径，以建立目标配电网。通过该技术方案，可以使配电网在大面积失电后，通过配电网启动电源的自启动与独立运行能力，恢复部分负荷供电。

Description

配电网黑启动方案生成方法和系统

技术领域

本发明涉及黑启动技术领域，具体而言，涉及一种配电网黑启动方案生成方法和一种配电网黑启动方案生成系统。

背景技术

黑启动指整个系统因故障停电后，不依赖其它系统的帮助，通过系统中具有自启动能力机组的启动带动无自启动能力的机组，并逐渐扩大系统供电范围，最终实现整个系统全面恢复的过程。目前，黑启动领域的研究主要集中在输电网，其主要研究成果表现在如下几个方面：

(1)黑启动电源的研究。输电网络中黑启动电源机主要包括：燃气轮机，带低水头、短导水渠的水电机组与带汽包型锅炉的燃气或燃油汽轮机。其中，水电机组、抽水蓄能机组由于厂用电少、启动迅速，用作启动电源最为方便。美国学者LindstromR在论文中介绍了Nebraska电力系统用两台14.5MVA水轮机组启动总容量为1300MW的两台燃煤机组的情况。此外有学者提出了利用燃气轮机来启动其他蒸汽机组的方案。而这些机组往往是一般配电网中不具备的。

(2)黑启动的过程研究。黑启动过程主要分为黑启动机组启动(30至60分钟)，网架结构恢复(3至4小时)，负荷恢复三个阶段。黑启动过程中的技术问题主要是有功平衡和频率控制、无功平衡和电压控制、自动装置和保护装置整定限制三方面，同时这些技术问题同样存在于配电网黑启动过程中。

(3)黑启动方案的生成。黑启动方案的生成主要考虑的问题包括：电压转换次数、能力传输距离、开关操作、系统运行安全等因素，是一个多目标、多阶段的混合非线性多约束优化问题。上世纪八十年代，日本学者SakaguchiT等人，将专家系统应用于电力系统的恢复问题中，此后，LiuC等人将这种方法扩展到配电网的恢复中。此外，目前还有人工神经网络、决策支持系统、模糊理论、Petri网等方法应用于求解黑启动的多阶段的混合非线性多约束优化问题中。

以上是目前对输电网中黑启动方案的主要研究，尽管目前针对电力系统黑启动方案生成方法已有大量的研究，国内外已有若干黑启动事例，但是研究重点集中在输电网恢复，对配电网的研究很少，几乎没有成熟的技术方案。目前我国对配电网黑启动方案的研究主要在于，中国电力科学院等单位提出，控制具有储能功能的自同步电压源换流器运行于不同模式，以实现离网型微电网的黑启动方案，其主要研究在于黑启动过程中换流器的控制方法。北京交通大学黄杏等人提出对此方案进行了改进，利用具有自启动能力的微电源并网逆变器下垂控制方法，以串行恢复方式实现微电网的黑启动方案。

此外，配电网通常为辐射状，约束条件与输电网络不同；电压转换次数、能力输送距离等因素也不是配电网中主要考虑的问题，同时输电网的优化目标与配电网也不相同，所以输电网中的很多研究成果也无法用于配电网。同时，传统配电网中的黑启动电源往往利用发电厂或火电厂中的电源，这些电源过大，不太适合用在小型配电网中。

因此，如何实现一种全新的系统的黑启动配电网方案成为亟待解决的问题。

发明内容

本发明正是基于上述问题，提出了一种新的技术方案，可以使配电网在局部断电后，通过配电网启动电源的自启动与独立运行能力，快速恢复供电。

有鉴于此，本发明提出了一种配电网黑启动方案生成方法，包括：

根据配电网内的可用设备与配电网启动电源的输出特性确定配电网启动电源的最大带负载能力；根据所述最大带负载能力与所述可用设备，生成对应的网络拓扑结构，依据所述配电网对应的第一约束参数选择目标网络拓扑结构，并确定所述目标网络拓扑结构对应的负荷接入状态与最大的负荷容量；

根据所述负荷接入状态与所述最大的负荷容量，确定所述目标网络拓扑结构中多个配电网路径中每个配电网路径接入的负荷；根据所述每个配电网路径中的所述负荷重新确定多个可选配电网路径，并根据第二约束参数从所述多个可选配电网路径中搜索可行的配电网路径，并依据评定参数对所述可行的配电网路径进行评定，以根据评定结果确定目标配电网路径并建立目标配电网。

在该技术方案中，在确定配电网启动电源可以输出的最大功率的情况下，通过确认负荷的接入状态(接入或不接入)及负荷的最大容量即可确认配电网中实际需要恢复的负荷类型和数量，假定需要恢复的负荷有n个，则一共可以建立n！个不同顺序的负荷恢复方案，这时依据第二约束参数沿着每个不同顺序的负荷恢复方案中每个需要恢复的配电网路径(可选配电网路径)进行搜索即可得到至少一个目标配电网路径，并建立至少一个目标配电网，这些目标配电网可以恢复的负荷容量最大、供电恢复时间最短。因此，通过该技术方案，可以快速地建立目标配电网，以使配电网在局部断电后，大量的负荷可以通过配电网启动电源的自启动与独立运行能力，快速恢复供电。

其中，评定参数包括以下参数之一或其组合：配电网母线的供电恢复时间、配电网的无功负荷比例，该评定参数的作用在于将可行的配电网路径按其性能的高低进行排序，以便于筛选出性能较好的配电网作为目标配电网。

在上述技术方案中，优选地，还包括：根据预设校验参数对所述目标配电网路径中的每个负荷进行校验，以根据校验结果确定最优的配电网路径，并建立最优的配电网。

在该技术方案中，通过利用预设的校验参数对每个负荷进行校验，可以从多个目标配电网路径中选出最优、性能最佳的配电网路径，利用最优的配电网路径建立配电网，可以大大地提高用户用电体验。

其中，所述校验参数为一个或多个，假定有三项校验参数(负荷的电压、电流及该电压的频率)，而目标配电网路径中有多个负荷，为了方便对多个负荷进行快速准确地校验，以快速地选出最优的配电网，可以对负荷对应的每项校验参数都设置一个统一的参考标准(即电压有电压的参考标准、电流有电流的参考标准、频率有频率的参考标准)。

在上述技术方案中，优选地，还包括：所述校验参数包括以下参数之一或其组合：负荷对应的电压、电流、所述电压的频率及所述母线电压输出波形的总谐波畸变率。

在上述技术方案中，优选地，所述配电网启动电源的输出特性包括以下特性之一或其组合：所述配电网的母线电压、所述母线电压的频率偏移率及所述母线电压输出波形的总谐波畸变率。

在该技术方案中，为了快速准确地确定配电网启动电源的最大带负载能力，可以对配电网的母线电压、母线电压的频率偏移率及母线电压输出波形的总谐波畸变率这三项参数设置不同级别的参考标准，每一级参考标准都不是固定的值，均允许这三项参数有一定的变化范围且每一级参考标准都对应一个配电网启动电源可以输出的最大功率(最大的带负载能力)，在确定配电网启动电源可以带动的最大负载的时，根据这三项参数的实际值所属的参考级别，即可确认该配电网启动电源可以带动的最大负载。

在上述技术方案中，优选地，所述第一约束参数包括以下参数之一或其组合：所述配电网的最大的负荷容量、所述配电网母线的供电恢复时间、所述配电网的无功负荷比例、所述配电网对应的有功、无功平衡比例、所述配电网中电源的输出功率、所述配电网中每个路径的输出功率、所述配电网中负荷的接入状态及所述配电网中每个负荷对应的功率；

所述第二约束参数包括以下参数之一或其组合：配电网对应的有功、无功平衡比例、所述配电网中电源的输出功率及配电网中每个路径的输出功率。

在该技术方案中，这些参数都是为了确认配电网可以接入的负荷及最大的负荷容量，且这些参数在确认所述最大的负荷容量时，其权重不是一样的。

其中，将所述配电网可以恢复负荷容量最大作为最高权重目标、母线供电恢复时间最短作为次权重目标，配电网的无功负荷比例最小作为最次权重目标，同时，还将配电网的有功、无功平衡比例，配电网中电源的输出功率、配电网中每个路径的输送容量等参数作为约束条件，以便于准确地确定出配电网实际需要恢复的负荷类型及负荷的最大容量。

该第二约束参数的作用在于从多个可选配电网路径中剔除不可行的路径，筛选出可行的配电网路径。

在上述技术方案中，优选地，所述配电网启动电源包括：配有储能装置具有电压、频率控制能力的分布式电源。

在该技术方案中，因为传统配电网中的配电网启动电源往往利用发电厂或火电厂中的电源(如燃气轮机组)，这些电源是一般配电网中不具备的，因此，本技术方案中的配电网启动电源由新能源(如：光能、风能、微型燃气轮机等)构成，这类电源环保且适用于小型的配电网，同时，这些电源具有自启动与独立运行能力，可以在电力系统大面积失电或配电网络失去外部供电的情况下，利用自身的能源可以实现部分负荷的恢复，减少停电时间，为系统全面恢复做准备。

根据本发明的另一方面，还提出了一种配电网黑启动方案生成系统，包括：能力确定模块，根据配电网内的可用设备与配电网启动电源的输出特性确定配电网启动电源的最大带负载能力；选择模块，根据所述最大带负载能力与所述可用设备，生成对应的网络拓扑结构，依据所述配电网对应的第一约束参数选择目标网络拓扑结构，并确定所述目标网络拓扑结构对应的负荷接入状态与最大的负荷容量；负荷确定模块，根据所述负荷接入状态与所述最大的负荷容量，确定所述目标网络拓扑结构中多个配电网路径中每个配电网路径接入的负荷；建立模块，根据所述每个配电网路径中的所述负荷重新确定多个可选配电网路径，并根据第二约束参数从所述多个可选配电网路径中搜索可行的配电网路径，并依据评定参数对所述可行的配电网路径进行评定，以根据评定结果确定目标配电网路径并建立目标配电网。

在该技术方案中，在确定配电网启动电源可以输出的最大功率的情况下，通过确认负荷的接入状态(接入或不接入)及负荷的最大容量即可确认配电网中实际需要恢复的负荷类型和数量，假定需要恢复的负荷有n个，则一共可以建立n！个不同顺序的负荷恢复方案，这时依据第二约束参数沿着每个不同顺序的负荷恢复方案中每个需要恢复的配电网路径(可选配电网路径)进行搜索即可得到至少一个目标配电网路径，并建立至少一个目标配电网，这些目标配电网可以恢复的负荷容量最大、供电恢复时间最短。因此，通过该技术方案，可以快速地建立目标配电网，以使配电网在局部断电后，大量的负荷可以通过配电网启动电源的自启动与独立运行能力，快速恢复供电。

其中，评定参数包括以下参数之一或其组合：配电网母线的供电恢复时间、配电网的无功负荷比例，该评定参数的作用在于将可行的配电网路径按其性能的高低进行排序，以便于筛选出性能较好的配电网作为目标配电网。

在上述技术方案中，优选地，还包括：校验模块，根据预设校验参数对所述目标配电网路径中的每个负荷进行校验，以根据校验结果确定最优的配电网路径，并建立最优的配电网。

在该技术方案中，通过利用预设的校验参数对每个负荷进行校验，可以从多个目标配电网路径中选出最优、性能最佳的配电网路径，利用最优的配电网路径建立配电网，可以大大地提高用户用电体验。

其中，所述校验参数为一个或多个，假定有三项校验参数(负荷的电压、电流及该电压的频率)，而目标配电网路径中有多个负荷，为了方便对多个负荷进行快速准确地校验，以快速地选出最优的配电网，可以对负荷对应的每项校验参数都设置一个统一的参考标准(即电压有电压的参考标准、电流有电流的参考标准、频率有频率的参考标准)。

在上述技术方案中，优选地，还包括：所述校验参数包括以下参数之一或其组合：负荷对应的电压、电流、所述电压的频率及所述母线电压输出波形的总谐波畸变率。

在上述技术方案中，优选地，所述配电网启动电源的输出特性包括以下特性之一或其组合：所述配电网的母线电压、所述母线电压的频率偏移率及所述母线电压输出波形的总谐波畸变率。

在该技术方案中，为了快速准确地确定配电网启动电源的最大带负载能力，可以对配电网的母线电压、母线电压的频率偏移率及母线电压输出波形的总谐波畸变率这三项参数设置不同级别的参考标准，每一级参考标准都不是固定的值，均允许这三项参数有一定的变化范围且每一级参考标准都对应一个配电网启动电源可以输出的最大功率(最大的带负载能力)，在确定配电网启动电源可以带动的最大负载的时，根据这三项参数的实际值所属的参考级别，即可确认该配电网启动电源可以带动的最大负载。

在上述技术方案中，优选地，所述第一约束参数包括以下参数之一或其组合：所述配电网的最大的负荷容量、所述配电网母线的供电恢复时间、所述配电网的无功负荷比例、所述配电网对应的有功、无功平衡比例、所述配电网中电源的输出功率、所述配电网中每个路径的输出功率、所述配电网中负荷的接入状态及所述配电网中每个负荷对应的功率；

所述第二约束参数包括以下参数之一或其组合：配电网对应的有功、无功平衡比例、所述配电网中电源的输出功率及配电网中每个路径的输出功率。

在该技术方案中，这些参数都是为了确认配电网可以接入的负荷及最大的负荷容量，且这些参数在确认所述最大的负荷容量时，其权重不是一样的。

其中，将所述配电网可以恢复负荷容量最大作为最高权重目标、母线供电恢复时间最短作为次权重目标，配电网的无功负荷比例最小作为最次权重目标，同时，还将配电网的有功、无功平衡比例，配电网中电源的输出功率、配电网中每个路径的输送容量等参数作为约束条件，以便于准确地确定出配电网实际需要恢复的负荷类型及负荷的最大容量；

该第二约束参数的作用在于从多个可选配电网路径中剔除不可行的路径，筛选出可行的配电网路径。

在上述技术方案中，优选地，所述配电网启动电源包括：配有储能装置具有电压、频率控制能力的分布式电源。

在该技术方案中，因为传统配电网中的配电网启动电源往往利用发电厂或火电厂中的电源(如燃气轮机组)，这些电源是一般配电网中不具备的，因此，本技术方案中的配电网启动电源由新能源(如：光能、风能、微型燃气轮机等)构成，这类电源环保且适用于小型的配电网，同时，这些电源具有自启动与独立运行能力，可以在电力系统大面积失电或配电网络失去外部供电的情况下，利用自身的能源可以实现部分负荷的恢复，减少停电时间，为系统全面恢复做准备。

通过以上技术方案，可以使配电网在局部断电后，通过配电网启动电源的自启动与独立运行能力，快速恢复供电，并缩短停电时间，提高用户的用电体验。

附图说明

图1示出了根据本发明的实施例的配电网黑启动方案生成方法的流程图；

图2示出了根据本发明的实施例的配电网黑启动方案生成系统的结构示意图；

图3示出了根据本发明的实施例的配电网启动电源逆变器的Vf控制方式的对应控制框图；

图4示出了根据本发明的实施例的配电网黑启动方案生成系统的原理结构图；

图5示出了根据本发明的实施例的配电网黑启动方案生成系统的网络拓扑结构图。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。

图1示出了根据本发明的实施例的配电网黑启动方案生成方法的流程图。

如图1所示，根据本发明的实施例的配电网启动电源配电网黑启动方案生成方法，包括：步骤102，根据配电网内的可用设备与配电网启动电源的输出特性确定配电网启动电源的最大带负载能力；步骤104，根据所述最大带负载能力与所述可用设备，生成对应的网络拓扑结构，依据所述配电网对应的第一约束参数选择目标网络拓扑结构，并确定所述目标网络拓扑结构对应的负荷接入状态与最大的负荷容量；步骤106，根据所述负荷接入状态与所述最大的负荷容量，确定所述目标网络拓扑结构中多个配电网路径中每个配电网路径接入的负荷；步骤108，根据所述每个配电网路径中的所述负荷重新确定多个可选配电网路径，并根据第二约束参数从所述多个可选配电网路径中搜索可行的配电网路径，并依据评定参数对所述可行的配电网路径进行评定，以根据评定结果确定目标配电网路径并建立目标配电网。

在该技术方案中，在确定配电网启动电源可以输出的最大功率的情况下，通过确认负荷的接入状态(接入或不接入)及负荷的最大容量即可确认配电网中实际需要恢复的负荷类型和数量，假定需要恢复的负荷有n个，则一共可以建立n！个不同顺序的负荷恢复方案，这时依据第二约束参数沿着每个不同顺序的负荷恢复方案中每个需要恢复的配电网路径(可选配电网路径)进行搜索即可得到至少一个目标配电网路径，并建立至少一个目标配电网，这些目标配电网可以恢复的负荷容量最大、供电恢复时间最短。因此，通过该技术方案，可以快速地建立目标配电网，以使配电网在局部断电后，大量的负荷可以通过配电网启动电源的自启动与独立运行能力，快速恢复供电。

其中，评定参数包括以下参数之一或其组合：配电网母线的供电恢复时间、配电网的无功负荷比例，该评定参数的作用在于将可行的配电网路径按其性能的高低进行排序，以便于筛选出性能较好的配电网作为目标配电网。

在上述技术方案中，优选地，还包括：根据预设校验参数对所述目标配电网路径中的每个负荷进行校验，以根据校验结果确定最优的配电网路径，并建立最优的配电网。

在该技术方案中，通过利用预设的校验参数对每个负荷进行校验，可以从多个目标配电网路径中选出最优、性能最佳的配电网路径，利用最优的配电网路径建立配电网，可以大大地提高用户用电体验。

其中，所述校验参数为一个或多个，假定有三项校验参数(负荷的电压、电流及该电压的频率)，而目标配电网路径中有多个负荷，为了方便对多个负荷进行快速准确地校验，以快速地选出最优的配电网，可以对负荷对应的每项校验参数都设置一个统一的参考标准(即电压有电压的参考标准、电流有电流的参考标准、频率有频率的参考标准)。

在上述技术方案中，优选地，还包括：所述校验参数包括以下参数之一或其组合：负荷对应的电压、电流、所述电压的频率及所述母线电压输出波形的总谐波畸变率。

在上述技术方案中，优选地，所述配电网启动电源的输出特性包括以下特性之一或其组合：所述配电网的母线电压、所述母线电压的频率偏移率及所述母线电压输出波形的总谐波畸变率。

在该技术方案中，为了快速准确地确定配电网启动电源的最大带负载能力，可以对配电网的母线电压、母线电压的频率偏移率及母线电压输出波形的总谐波畸变率这三项参数设置不同级别的参考标准，每一级参考标准都不是固定的值，均允许这三项参数有一定的变化范围且每一级参考标准都对应一个配电网启动电源可以输出的最大功率(最大的带负载能力)，在确定配电网启动电源可以带动的最大负载的时，根据这三项参数的实际值所属的参考级别，即可确认该配电网启动电源可以带动的最大负载。

在上述技术方案中，优选地，所述第一约束参数包括以下参数之一或其组合：所述配电网的最大的负荷容量、所述配电网母线的供电恢复时间、所述配电网的无功负荷比例、所述配电网对应的有功、无功平衡比例、所述配电网中电源的输出功率、所述配电网中每个路径的输出功率、所述配电网中负荷的接入状态及所述配电网中每个负荷对应的功率；

所述第二约束参数包括以下参数之一或其组合：配电网对应的有功、无功平衡比例、所述配电网中电源的输出功率及配电网中每个路径的输出功率。

在该技术方案中，这些参数都是为了确认配电网可以接入的负荷及最大的负荷容量，且这些参数在确认所述最大的负荷容量时，其权重不是一样的。

其中，将所述配电网可以恢复负荷容量最大作为最高权重目标、母线供电恢复时间最短作为次权重目标，配电网的无功负荷比例最小作为最次权重目标，同时，还将配电网的有功、无功平衡比例，配电网中电源的输出功率、配电网中每个路径的输送容量等参数作为约束条件，以便于准确地确定出配电网实际需要恢复的负荷类型及负荷的最大容量。

该第二约束参数的作用在于从多个可选配电网路径中剔除不可行的路径，筛选出可行的配电网路径。

在上述技术方案中，优选地，所述配电网启动电源包括：配有储能装置具有电压、频率控制能力的分布式电源。

在该技术方案中，因为传统配电网中的配电网启动电源往往利用发电厂或火电厂中的电源(如燃气轮机组)，这些电源是一般配电网中不具备的，因此，本技术方案中的配电网启动电源由新能源(如：光能、风能、微型燃气轮机等)构成，这类电源环保且适用于小型的配电网，同时，这些电源具有自启动与独立运行能力，可以在电力系统大面积失电或配电网络失去外部供电的情况下，利用自身的能源可以实现部分负荷的恢复，减少停电时间，为系统全面恢复做准备。

图2示出了根据本发明的实施例的配电网黑启动方案生成系统的结构示意图。

如图2所示，根据本发明的实施例的配电网黑启动方案生成系统200，包括：能力确定模块202，根据配电网内的可用设备与配电网启动电源的输出特性确定配电网启动电源的最大带负载能力；选择模块204，根据所述最大带负载能力与所述可用设备，生成对应的网络拓扑结构，依据所述配电网对应的第一约束参数选择目标网络拓扑结构，并确定所述目标网络拓扑结构对应的负荷接入状态与最大的负荷容量；负荷确定模块206，根据所述负荷接入状态与所述最大的负荷容量，确定所述目标网络拓扑结构中多个配电网路径中每个配电网路径接入的负荷；建立模块208，根据所述每个配电网路径中的所述负荷重新确定多个可选配电网路径，并根据第二约束参数从所述多个可选配电网路径中搜索可行的配电网路径，并依据评定参数对所述可行的配电网路径进行评定，以根据评定结果确定目标配电网路径并建立目标配电网。

在该技术方案中，在确定配电网启动电源可以输出的最大功率的情况下，通过确认负荷的接入状态(接入或不接入)及负荷的最大容量即可确认配电网中实际需要恢复的负荷类型和数量，假定需要恢复的负荷有n个，则一共可以建立n！个不同顺序的负荷恢复方案，这时依据第二约束参数沿着每个不同顺序的负荷恢复方案中每个需要恢复的配电网路径(可选配电网路径)进行搜索即可得到至少一个目标配电网路径，并建立至少一个目标配电网，这些目标配电网可以恢复的负荷容量最大、供电恢复时间最短。因此，通过该技术方案，可以快速地建立目标配电网，以使配电网在局部断电后，大量的负荷可以通过配电网启动电源的自启动与独立运行能力，快速恢复供电。

其中，评定参数包括以下参数之一或其组合：配电网母线的供电恢复时间、配电网的无功负荷比例，该评定参数的作用在于将可行的配电网路径按其性能的高低进行排序，以便于筛选出性能较好的配电网作为目标配电网。

在上述技术方案中，优选地，还包括：校验模块210，根据预设校验参数对所述目标配电网路径中的每个负荷进行校验，以根据校验结果确定最优的配电网路径，并建立最优的配电网。

在该技术方案中，通过利用预设的校验参数对每个负荷进行校验，可以从多个目标配电网路径中选出最优、性能最佳的配电网路径，利用最优的配电网路径建立配电网，可以大大地提高用户用电体验。

其中，所述校验参数为一个或多个，假定有三项校验参数(负荷的电压、电流及该电压的频率)，而目标配电网路径中有多个负荷，为了方便对多个负荷进行快速准确地校验，以快速地选出最优的配电网，可以对负荷对应的每项校验参数都设置一个统一的参考标准(即电压有电压的参考标准、电流有电流的参考标准、频率有频率的参考标准)。

在上述技术方案中，优选地，还包括：所述校验参数包括以下参数之一或其组合：负荷对应的电压、电流、所述电压的频率及所述母线电压输出波形的总谐波畸变率。

在上述技术方案中，优选地，所述配电网启动电源的输出特性包括以下特性之一或其组合：所述配电网的母线电压、所述母线电压的频率偏移率及所述母线电压输出波形的总谐波畸变率。

在该技术方案中，为了快速准确地确定配电网启动电源的最大带负载能力，可以对配电网的母线电压、母线电压的频率偏移率及母线电压输出波形的总谐波畸变率这三项参数设置不同级别的参考标准，每一级参考标准都不是固定的值，均允许这三项参数有一定的变化范围且每一级参考标准都对应一个配电网启动电源可以输出的最大功率(最大的带负载能力)，在确定配电网启动电源可以带动的最大负载的时，根据这三项参数的实际值所属的参考级别，即可确认该配电网启动电源可以带动的最大负载。

在上述技术方案中，优选地，所述第一约束参数包括以下参数之一或其组合：所述配电网的最大的负荷容量、所述配电网母线的供电恢复时间、所述配电网的无功负荷比例、所述配电网对应的有功、无功平衡比例、所述配电网中电源的输出功率、所述配电网中每个路径的输出功率、所述配电网中负荷的接入状态及所述配电网中每个负荷对应的功率；

所述第二约束参数包括以下参数之一或其组合：配电网对应的有功、无功平衡比例、所述配电网中电源的输出功率及配电网中每个路径的输出功率。

在该技术方案中，这些参数都是为了确认配电网可以接入的负荷及最大的负荷容量，且这些参数在确认所述最大的负荷容量时，其权重不是一样的。

其中，将所述配电网可以恢复负荷容量最大作为最高权重目标、母线供电恢复时间最短作为次权重目标，配电网的无功负荷比例最小作为最次权重目标，同时，还将配电网的有功、无功平衡比例，配电网中电源的输出功率、配电网中每个路径的输送容量等参数作为约束条件，以便于准确地确定出配电网实际需要恢复的负荷类型及负荷的最大容量；

该第二约束参数的作用在于从多个可选配电网路径中剔除不可行的路径，筛选出可行的配电网路径。

在上述技术方案中，优选地，所述配电网启动电源包括：配有储能装置具有电压、频率控制能力的分布式电源。

在该技术方案中，因为传统配电网中的配电网启动电源往往利用发电厂或火电厂中的电源(如燃气轮机组)，这些电源是一般配电网中不具备的，因此，本技术方案中的配电网启动电源由新能源(如：光能、风能、微型燃气轮机等)构成，这类电源环保且适用于小型的配电网，同时，这些电源具有自启动与独立运行能力，可以在电力系统大面积失电或配电网络失去外部供电的情况下，利用自身的能源可以实现部分负荷的恢复，减少停电时间，为系统全面恢复做准备。

图3示出了根据本发明的实施例的配电网启动电源逆变器的Vf控制方式的对应控制框图。

图3示出了所述配电网启动电源逆变器的Vf控制方式，大部分分布式电源通过逆变器与电网相连，逆变器的典型控制方式有PQ控制方式和Vf控制方式，其中，PQ控制方式控制的是逆变器输出的有功、无功比例；Vf控制方式控制的是逆变器输出的电压、频率。图3示出了Vf控制方式的原理图，其中，Vf逆变器的具体控制方式为母线电压矢量定向控制，逆变器会根据一定的指令只输出一定幅值和频率的交流电压，以维持母线(图4中B2母线)的电压，而本质上母线的电压上位幅值和频率是由整个平衡微电网内的有功和无功功率控制的。

图4示出了根据本发明的实施例的配电网黑启动方案生成系统的原理结构图。

如图4所示，示出了含有多种电源与负载的配电网缩略图，图4中选择图3中的Vf控制并网的电源作为配电网启动电源，其具体的指令控制方式如图3所示。

下面将以图4和图5为例，说明配电网黑启动方案生成系统的建立步骤：

(1)如图4所示，断开开关M2，改变B2母线处的负载类型，分析母线B2的电压、频率，即可得到配电网启动电源的最大带负载能力。

(2)根据图4可以生成如图5所示的对应的网络拓扑结构图。在图5中，首先建立节点信息表格和支路信息表格，并以节点1电源作为配电网启动电源，生成网络拓扑结构允许的所有路径集合；其中，节点信息表格包括：节点编号、节点类型(电源、负载、变压器或者母线)、输入功率、限制条件、备注，支路信息表格包括：支路编号、连接节点、输送功率限制、备注。

假设每个支路均设有开关，并根据图5所示的网络拓扑结构中的9个节点和8条支路(其中配电网启动电源为节点1处的分布式电源)，建立如表1所示的节点信息表格：

表1

建立如表2所示的支路信息表格：

表2

其中，图5所示的网络拓扑结构允许的所有路径集合为：

路径1：节点{1,5,2}，支路开关{1,x₁,x₁x₂}

路径2：节点{1,5,7,9}，支路开关{1,x₁,x₁x₅,x₁x₅x₇}

路径3：节点{1,5,7,8}，支路开关{1,x₁,x₁x₅,x₁x₅x₈}

路径4：节点{1,5,7,6,3}，支路开关{1,x₁,x₁x₅,x₁x₅x₆,x₁x₅x₆x₃}

路径5：节点{1,5,7,6,4}，支路开关{1,x₁,x₁x₅,x₁x₅x₆,x₁x₅x₆x₄}

各个节点接入配电网系统中对应的支路开关集合为：

节点2：{x₁x₂}节点3：{x₁x₅x₆x₃}节点4：{x₁x₅x₆x₄}节点5：{x₁}

节点6：{x₁x₅x₆}节点7：{x₁x₅}节点8：{x₁x₅x₈}节点9：{x₁x₅x₇}

本实施例中，图4中所示的拓扑结构是是辐射状的，因此，每个节点只有一条路径可以同黑启动机组连接，如果存在环网，则可能有多个路径同黑启动机组连接。其中，在上述路径集合和支路开关中，x_i,i＝1,2,3...8为0、1变量，1表示开关闭合，0表示开关断开，开关闭合时，支路中的节点接入配电网系统中，开关断开时，支路中的节点没有接入配电网系统中。

为了确定图4中，配电网系统可以恢复的最大负荷，须通过以下优化目标：

$F=\min \underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\α}}_i{F}_i(X,U_c)$

s.t.X＝f(x,U_c,U_d)

g(X,U_c,U_d)＝0

h(X,U_c,U_d)≤0

其中，在上述式子中，F代表黑启动配电网的总目标，它通常由一系列的分目标F_i组成，如最小恢复时间、最小停电损失、最小操作数等；g和h分别代表配电网系统恢复供电的等式约束和不等式约束；n代表分目标的数目；α_i代表分目标的权重；X代表配电网系统的状态变量矢量，如母线电压、线路电流等；U_c代表配电网系统的可控变量矢量，如发电机组的有功出力、无功出力、变压器的电压接口、开关的状态等；f代表系统的状态变量矢量，由配电网系统的特性参数、可控变量矢量和不可控变量矢量决定；x代表系统的特性参数，它是由系统的设备的参数、电网的网络结构等决定的；U_d代表系统的不可控变量矢量，如系统的故障、联络线的功率、负荷的变动等。

对于以Vf控制并网的分布式电源作为配电网启动电源的配电网，可控的变量U_c主要指开关的状态与各个分布式电源并网逆变器的指令值，根据上述分析，配电网启动电源并网逆变器的给定指令值为V＝380V，f＝50Hz，启动过程中不变。(PQ控制方式的逆变器一般给定的指令值为输出的额定有功容量，无功指令为0，启动过程中不变。X为各个母线的电压值和电流值。)

上述总目标F具体包括以下恢复目标F_i：系统总恢复负荷容量F₁(须尽可能的大)，10kV母线的供电恢复时间F₂(须尽可能的短，恢复时间越短，越利于配电网系统保持稳定)，配电网系统的无功功率F₃(须尽可能小)与Vf电源的输出功率F₄(Vf电源的输出功率F₄须尽可能地接近其额定功率)。其中，F₁为权重最高的第一类目标；F₂为权重其次的第二类目标；F₃、F₄为权重最低的第三类目标，各个恢复目标的归一化权重为α₁＝10,α₂＝3,α₃＝α₄＝1。

且上述4个恢复目标F₁、F₂、F₃、F₄及总目标F的具体表达式如下：

1A)系统总恢复负荷容量F₁表达式为：

通过将F₂转化为节点8负荷(低压变压器)的重要度，可将上述公式修改为：

${F_1}^{\′}=(P_2^2+Q_2^2)\·x_1{x}_2+(P_4^2+Q_4^2)\·x_1{x}_5{x}_6{x}_4+(P_8^2+Q_8^2)\·x_1{x}_5{x}_8+k(P_9^2+Q_9^2)\·x_1{x}_5{x}_9$

其中，k＝100；

2A)配电网系统的无功比例F₃表达式为：

为了与F₁表达式统一，以便于计算，将上式公式改写为(负荷为容性无功时，须将加号改为减号)：

${F_3}^{\′}=\frac{Q_2}{\left|Q_2\right|}{Q}_2^2\·x_1{x}_2+\frac{Q_4}{\left|Q_4\right|}{Q}_4^2\·x_1{x}_5{x}_6{x}_4+\frac{Q_8}{\left|Q_8\right|}{Q}_8^2\·x_1{x}_5{x}_8+\frac{Q_9}{\left|Q_9\right|}{Q}_9^2\·x_1{x}_5{x}_9$

3A)Vf电源的输出功率F₄表达式为：

同样可将上述公式改写为：

${F_4}^{\′}=P_2^2\·x_1{x}_2+P_4^2\·x_1{x}_5{x}_6{x}_4+P_8^2\·x_1{x}_5{x}_8+P_9^2\·x_1{x}_5{x}_9-P_3^2\·x_1{x}_5{x}_6{x}_3-P_{1e}^2$

根据上述F₁、F₃、F₄的表达式可得总目标公式：

minF＝α₁F′₁+α₃F′₃+α₄F′₄,α₁＝10,α₃＝3,α₄＝1

其中，P_i,Q_i分别表示i节点输出的有功功率、无功功率；P_ij,Q_ij分别表示i到j节点支路的输送的有功功率、无功功率。

下面给出了4个恢复目标F₁、F₂、F₃、F₄对应的约束条件：

1B)配电网中逆变器并网的分布式配电网启动电源的功率输出范围为(S_imin,S_imax为电源输出视在功率的最小、最大值)；

2B)配电网系统内负荷无功容量不超过有功容量的10％(否则逆变器输出波形质量很差)，即Q_sum≤0.1P_sum；

3B)配电网内各支路输出功率的范围为P_ijmin≤P_ij≤P_ijmax。(该约束条件可以简化为各路径的电流约范围为I_ijmin≤I_ij≤I_ijmax)；

4B)低变压器接入之前，需要接入一定的有功负荷。

在本实施例中，根据上述Vf电源的输出功率表达式F₄和上述约束条件1B)可得：

Vf逆变器的功率输出范围为：

G₁＝F₄＝P₂·x₁x₂+P₄·x₁x₅x₆x₄+P₈·x₁x₅x₈+P₉·x₁x₅x₉-P₃·x₁x₅x₆x₃

-80kW≤G₁≤80kW

根据上述无功功率表达式F₃和上述约束条件2B)可得：

根据上述约束条件3B)可得(其中本实施例中最小有功为1.5kW)：

在本实施例中，再根据9节点处的等效负荷大小(正实数变量为P₉,0≤P₉≤100，实数变量，Q₉,-1≤Q₉≤30)及已知量(各个节点注入功率P_1e＝50,P₂＝30,Q₂＝1,P₃＝20,P₄＝15，Q₄＝3,P₉＝0.8,Q₉＝1.5)，并利用一定的数学计算软件，即可得到最优解：

开关状态：除去4节点处开关断开外，其他节点处的开关均闭合，x₄＝0,x_i＝1,i≠4；

9节点处可接入的负荷总量为：P₉＝69kW,Q₉＝9.5kVar；

Vf逆变器的输出功率为：P₁＝80kW,Q₁＝12kVar；

系统总恢复负荷容量为：F₁＝101kVA。

(3)在确定各个负荷的接入状态(开关状态)与可接入的最大负荷的基础上，对需要恢复的n个负荷与电源，共有n！种方案(本算例中需要恢复的负荷与电源为节点2、3、8、9，共有24种方案，且注入功率已知)，沿各个方案的恢复路径，检验每一步的约束条件：各个时刻的Vf逆变器输出功率是否满足限制，系统负荷功率因数是否大于0.8，低压变压器上电时有功是否达到一定水平。

同时，评定各个路径的优劣，评定标准包括：

B2母线恢复供电时间：t

全过程无功比例最大值：p

通过上述循环过程得到如表3所示的可行黑启动配电网：

表3

进一步地，量化母线恢复供电时间和无功比例这两项指标，并设置权重，以确定配电网的优劣和目标配电网。此外，如果待接入的节点数目十分庞大，则可通过以下四条基本准则限制路径搜索目标配电网，以减小计算量：

1C)优先接入与配电网启动电源在同一区域内的功率因数最高的负荷；

2C)达到低压变压器上电标准后，马上接入低压变压器，母线的供电恢复时间最短；

3C)可以接入配电网启动电源允许的其他可控电源(其他PQ变换器控制的电源或负荷)；

4C)按功率因数由大到小陆续接入其他负荷。

(4)确定目标配电网后，对各个目标配电网，按从优到劣的顺序进行排列，并利用成熟的电磁暂态计算程序，仿真黑启动过程，得到各个节点电压、电流、电源输出功率数据，并校验电压、电流、频率、波形是否满足标准，相关保护控制装置动作范围是否满足，最后得到图4所示系统中可行的最优黑启动方案为表3所示方案3。

以上结合附图详细说明了本发明的技术方案，通过本发明的技术方案，可以使配电网在局部断电后，通过配电网启动电源的自启动与独立运行能力，实现快速恢复供电。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种配电网黑启动方案生成方法，其特征在于，包括：

根据配电网内的可用设备与配电网启动电源的输出特性确定配电网启动电源的最大带负载能力；

根据所述最大带负载能力与所述可用设备，生成对应的网络拓扑结构，依据所述配电网对应的第一约束参数选择目标网络拓扑结构，并确定所述目标网络拓扑结构对应的负荷接入状态与最大的负荷容量；

根据所述负荷接入状态与所述最大的负荷容量，确定所述目标网络拓扑结构中多个配电网路径中每个配电网路径接入的负荷；

根据所述每个配电网路径中的所述负荷重新确定多个可选配电网路径，并根据第二约束参数从所述多个可选配电网路径中搜索可行的配电网路径，并依据评定参数对所述可行的配电网路径进行评定，以根据评定结果确定目标配电网路径并建立目标配电网；

其中，所述第一约束参数包括以下参数之一或其组合：所述配电网的最大的负荷容量、所述配电网母线的供电恢复时间、所述配电网的无功负荷比例、所述配电网对应的有功、无功平衡比例、所述配电网中电源的输出功率、所述配电网中每个路径的输出功率、所述配电网中负荷的接入状态及所述配电网中每个负荷对应的功率；

所述第二约束参数包括以下参数之一或其组合：配电网对应的有功、无功平衡比例、所述配电网中电源的输出功率及配电网中每个路径的输出功率；

所述评定参数包括以下参数之一或其组合：配电网母线的供电恢复时间、配电网的无功负荷比例。

2.根据权利要求1所述的配电网黑启动方案生成方法，其特征在于，还包括：

根据预设校验参数对所述目标配电网路径中的每个负荷进行校验，以根据校验结果确定最优的配电网路径，并建立最优的配电网；

其中，所述校验参数包括以下参数之一或其组合：负荷对应的电压、电流、所述电压的频率及所述电压的输出波形的总谐波畸变率。

3.根据权利要求1所述的配电网黑启动方案生成方法，其特征在于，

所述配电网启动电源的输出特性包括以下特性之一或其组合：所述配电网的母线电压、所述母线电压的频率偏移率及所述母线电压输出波形的总谐波畸变率。

4.根据权利要求1至3中任一项所述配电网黑启动方案生成方法，其特征在于，

所述配电网启动电源包括：配有储能装置具有电压、频率控制能力的分布式电源。

5.一种配电网黑启动方案生成系统，其特征在于，包括：

能力确定模块，根据配电网内的可用设备与配电网启动电源的输出特性确定配电网启动电源的最大带负载能力；

选择模块，根据所述最大带负载能力与所述可用设备，生成对应的网络拓扑结构，依据所述配电网对应的第一约束参数选择目标网络拓扑结构，并确定所述目标网络拓扑结构对应的负荷接入状态与最大的负荷容量；

负荷确定模块，根据所述负荷接入状态与所述最大的负荷容量，确定所述目标网络拓扑结构中多个配电网路径中每个配电网路径接入的负荷；

建立模块，根据所述每个配电网路径中的所述负荷重新确定多个可选配电网路径，并根据第二约束参数从所述多个可选配电网路径中搜索可行的配电网路径，并依据评定参数对所述可行的配电网路径进行评定，以根据评定结果确定目标配电网路径并建立目标配电网；

其中，所述第一约束参数包括以下参数之一或其组合：所述配电网的最大的负荷容量、所述配电网母线的供电恢复时间、所述配电网的无功负荷比例、所述配电网对应的有功、无功平衡比例、所述配电网中电源的输出功率、所述配电网中每个路径的输出功率、所述配电网中负荷的接入状态及所述配电网中每个负荷对应的功率；

所述第二约束参数包括以下参数之一或其组合：配电网对应的有功、无功平衡比例、所述配电网中电源的输出功率及配电网中每个路径的输出功率；

所述评定参数包括以下参数之一或其组合：配电网母线的供电恢复时间、配电网的无功负荷比例。

6.根据权利要求5所述的配电网黑启动方案生成系统，其特征在于，还包括：

校验模块，根据预设校验参数对所述目标配电网路径中的每个负荷进行校验，以根据校验结果确定最优的配电网路径，并建立最优的配电网；

其中，所述校验参数包括以下参数之一或其组合：负荷对应的电压、电流、所述电压的频率及所述电压的输出波形的总谐波畸变率。

7.根据权利要求5所述的配电网黑启动方案生成系统，其特征在于，

所述配电网启动电源的输出特性包括以下特性之一或其组合：所述配电网的母线电压、所述母线电压的频率偏移率及所述母线电压输出波形的总谐波畸变率。

8.根据权利要求5至7中任一项所述配电网黑启动方案生成系统，其特征在于，

所述配电网启动电源包括：配有储能装置具有电压、频率控制能力的分布式电源。