CN104518521A - 一种微电网并网转孤网运行切换时的功率平衡计算方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种微电网并网转孤网运行切换时的功率平衡计算方法，包括以下步骤，建立所有参与孤网运行的电源配置列表，所有可切负荷的配置列表；读取微电网模式切换前并网状态下的电源配置列表中各电源的运行状态，可切负荷的配置列表中负荷的运行状态；根据电源优先级选定微电网转为孤网运行后的主电源，返回主电源在电源配置列表索引号；建立所有参与孤网运行的线性电源索引列表，所有参与孤网运行的非线性电源索引列表；列出功率平衡方程组；求解功率平衡方程组，得出最佳方案。本发明能够准确的计算出所有可能的投切方案，并从中筛选出最佳方案，计算方法清晰，构思巧妙，使用方便，通用性、实用性强，具有良好的应用前景。

Description

一种微电网并网转孤网运行切换时的功率平衡计算方法

技术领域

本发明涉及一种微电网并网转孤网运行切换时的功率平衡计算方法，属于微电网运行控制技术领域。

背景技术

随着电力新能源建设不断发展与壮大，极大的推动了微电网建设的前进步伐，对于微电网运行的安全、稳定、经济要求也越来越高，尤其是在并网运行模式时，当大电网故障时，微电网需要自动实时地切换到孤网稳定运行模式，从而保证大电网故障对微电网用户无影响。

微电网是指由分布式电源、储能装置、能量转换装置、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，既可以与外部电网并网运行，也可以孤立运行。

当微电网处于并网运行时，如果大电网故障导致并网开关保护动作或者人工拉开并网开关，微电网需要切换到孤网运行模式，此时，第一步：需要选定某个储能电源为主电源；第二步：根据微电网中各供电设备供电范围以及实时负荷情况，计算得出各供电设备的投切情况，供电设备中线性电源的输出功率，负荷的投切情况；第三步：根据上面的计算结果调整电源和负荷，从而实现并网转孤网运行。

目前，针对上述微电网并转孤模式切时第二步的算法实现，传统的算法是根据实际具体项目情况，依据微电网运行经验编写控制逻辑方案，根据方案编写程序代码，得到转为孤网后各电源和负荷投切情况，这种算法因为是依据经验编写控制方案特别是微电网中电源比较多情况靠这种简单粗犷的逻辑推理方法很难得出最优方案，另外，这种算法的通用性差，只能针对具体某一个微电网，不能针对所有微电网通用，实用性差。

发明内容

本发明的目的是为了克服传统的微电网并网转孤网运行切换时，计算得出各供电设备的投切情况，供电设备中线性电源的输出功率，负荷的投切情况的方法，很难得出最优方案，通用性、实用性差的问题。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种微电网并网转孤网运行切换时的功率平衡计算方法，其特征在于：包括以下步骤，

步骤(A)，建立所有参与孤网运行的电源配置列表，所有可切负荷的配置列表，并按负荷的优先级排序；

步骤(B)，读取微电网模式切换前并网状态下的电源配置列表中各电源的运行状态，各电源输出有功功率、无功功率，微电网负荷的有功功率、无功功率，可切负荷的配置列表中负荷的运行状态、需要切除负荷的有功功率、无功功率；

步骤(C)，从电源配置列表中处于投运状态的电源中，根据主电源优先级选定微电网转为孤网运行后的主电源，返回主电源在电源配置列表的索引号，并执行步骤(D)；若没有合适的主电源，返回无效的索引号，则无法转为孤网运行，结束计算；

步骤(D)，遍历电源配置列表，建立所有参与孤网运行的线性电源索引列表，所有参与孤网运行的非线性电源索引列表，运行状态为投运且线性特性的线性电源，则将索引号加到列表中，运行状态为投运且线性特性的非线性电源，则将索引号加到中；

步骤(E)，列出功率平衡方程组

根据步骤(D)的线性电源索引列表、非线性电源索引列表，得到n个非线性电源，m个线性电源，组建如方程(1)、(2)的功率平衡方程组，线性电源给出的可调范围为视在功率S，线性电源的约束条件，如公式(3)所示，

$P_Z+\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}(K_{\mathrm{fxxi}}\×P_{\mathrm{fxxi}})+\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}(K_{\mathrm{xxi}}\×P_{\mathrm{xxi}})=P_{\mathrm{FH}}-P_{\mathrm{qfh}}---\left(1\right)$

$Q_Z+\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}(K_{\mathrm{fxxi}}\×Q_{\mathrm{fxxi}})+\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}(K_{\mathrm{xxi}}\×Q_{\mathrm{xxi}})=Q_{\mathrm{FH}}-Q_{\mathrm{qfh}}---\left(2\right)$

约束条件 $S=\sqrt{P^2+Q^2}---\left(3\right)$

其中，P_FH、Q_FH为实时微电网负荷的有功功率、无功功率；

P_qfh、Q_qfh为需要切除负荷的有功功率、无功功率；

P_Z、Q_Z为主电源的有功功率、无功功率，范围为S_ZL-S_ZH，S_ZL>＝0，其中S_ZL为主电源视在功率的下限值；S_ZH为主电源视在功率的上限值；

P_fxxi、Q_fxxi为第i个非线性电源的有功功率、无功功率；

K_fxxi为第i个非线性电源是否投运，0表示退出、1表示运行；

P_xxi、Q_xxi第i个线性电源的输出有功功率、无功功率，范围为S_xxLi-S_xxHi，S_xxLi>＝0，其中S_xxLi为第i个线性电源输出视在功率的下限值，S_xxHi为第i个线性电源输出视在功率的上限值；

K_xxi第i个线性电源是否投运0表示退出、1表示运行，P为有功功率；Q为无功功率；S为视在功率；

步骤(F)求解步骤(E)的功率平衡方程组

(F1)不切除负荷的求解

令P_qfh、Q_qfh均等于零，求解功率平衡方程组，若存在解再选择最优解，返回最优解；若不存在解，执行(F2)；

(F2)切除的负荷的求解

在可切负荷的配置列表中投运的负荷按优先级顺序，逐次切除负荷，每次尝试切除负荷得到新的P_qfh、Q_qfh，带入功率平衡方程组，求解功率平衡方程组，若有解，则选择最优解，返回最优解；若无解，则继续切除下一个负荷，直到切除所有可切的负荷，若还无解，则功率平衡方程组无解。

前述的一种微电网并网转孤网运行切换时的功率平衡计算方法，其特征在于：步骤(F)中求解功率平衡方程组的方法，包括以下步骤，

(1)判断运行的非线性电源n和线性电源m的数目，是否都为零，若m+n＝0，则执行(2)；否则执行(3)；

(2)判断根据微电网的有功负荷和无功负荷的视在功率是否在步骤(C)所选主电源的可调范围之内，若在可调范围之内，则功率平衡方程组只有唯一解，主电源运行，主电源的输出功率其的有功负荷和无功负荷之和；若不在可调范围，则功率平衡方程组无解；

(3)列出运行的非线性电源n和线性电源m的2^(m+n)种投切方案，并选取可执行的方案，并添加到方案列表中；

(4)根据各电源的清洁能源标志，从方案列表中选择清洁能源电源的输出功率最大的为最优方案，输出最优方案。

前述的一种微电网并网转孤网运行切换时的功率平衡计算方法，其特征在于：(3)列出运行的非线性电源n和线性电源m的2^(m+n)种投切方案，并选取可执行的方案的方法，包括以下步骤，

(31)统计每个投切方案内，非线性电源有功功率总和、无功总功功率总和、最大有功功率、最小有功功率，最大无功功率和最小无功功率；投用的线性电源包括主电源的索引列表、切除的线性电源索引列表；

(32)判断微电网的有功负荷和无功负荷，是否分别在最大有功功率、最小有功功率，最大无功功率和最小无功功率的范围之内，若都在，则该投切方案可行，并对投用的线性电源索引列表中的线性电源的输出功率进行调整，直到输出功率与负荷平衡，将该投切方案添加到方案列表中；若不在，则该投切方案无效。

前述的一种微电网并网转孤网运行切换时的功率平衡计算方法，其特征在于：(32)对投用的线性电源索引列表中的线性电源的输出功率进行调整，直到输出功率与负荷平衡的方法，具体包括以下步骤，

(321)计算线性电源输出的有功值总和、无功值总和，线性电源输出的有功值总和为有功负荷减去非线性电源输出有功总和，线性电源输出的无功值总和为无功负荷减去非线性电源输出无功总和；

(322)根据线性电源输出的有功值总和，对线性电源的有功调整，保证有功值总和不变，调整的原则是清洁能源电源优先运行，主电源调整保证主电源的输出有功为其可调范围的中间值；

(323)根据线性电源输出的无功值总和，对线性电源的无功调整，保证无功值总和不变，调整的原则是在满足约束条件公式(3)；

(334)调整完毕，记录此时的所有线性电源的输出有功和输出无功，以及各电源的投切情况，形成电源的投切方案加载到方案列表中。

本发明的有益效果是：本发明的微电网并网转孤网运行切换时的功率平衡计算方法，能够准确的计算出所有可能的投切方案，并从中筛选出最佳方案，计算方法清晰，构思巧妙，使用方便，通用性、实用性强，具有良好的应用前景。

附图说明

图1是本发明的微电网并网转孤网运行切换时的功率平衡计算方法的流程图。

具体实施方式

下面将结合说明书附图，对本发明作进一步说明。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

本发明的微电网并网转孤网运行切换时的功率平衡计算方法，能够准确的计算出所有可能的投切方案，并从中筛选出最佳方案，计算方法清晰，构思巧妙，通用性、实用性强，如图1所示，包括以下步骤，

步骤(A)，建立所有参与孤网运行的电源配置列表，所有可切负荷的配置列表，并按负荷的优先级排序，所有参与孤网运行的电源配置列表，包括各电源名称、电源类型、线性特性、线性可调范围(最低值，最高值)、主电源优先级、清洁能源标志等信息；所有可切负荷配置列表，包括负荷号、负荷名称、负荷优先级等信息，按负荷优先级排序；

步骤(B)，读取微电网模式切换前并网状态下的电源配置列表中各电源的运行状态，各电源输出有功功率、无功功率，微电网负荷的有功功率、无功功率，可切负荷的配置列表中负荷的运行状态、需要切除负荷的有功功率、无功功率；

步骤(C)，从电源配置列表中处于投运状态的电源中，根据主电源优先级选定微电网转为孤网运行后的主电源，返回主电源在电源配置列表的索引号，并执行步骤(D)；若没有合适的主电源，返回无效的索引号，则无法转为孤网运行，结束计算；

步骤(D)，遍历电源配置列表，建立所有参与孤网运行的线性电源索引列表，所有参与孤网运行的非线性电源索引列表，运行状态为投运且线性特性的线性电源，则将索引号加到列表中，运行状态为投运且线性特性的非线性电源，则将索引号加到中；

步骤(E)，列出功率平衡方程组

根据步骤(D)的线性电源索引列表、非线性电源索引列表，得到n个非线性电源，m个线性电源，组建如方程(1)、(2)的功率平衡方程组，线性电源给出的可调范围为视在功率S，线性电源的约束条件，如公式(3)所示，

$P_Z+\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}(K_{\mathrm{fxxi}}\×P_{\mathrm{fxxi}})+\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}(K_{\mathrm{xxi}}\×P_{\mathrm{xxi}})=P_{\mathrm{FH}}-P_{\mathrm{qfh}}---\left(1\right)$

$Q_Z+\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}(K_{\mathrm{fxxi}}\×Q_{\mathrm{fxxi}})+\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}(K_{\mathrm{xxi}}\×Q_{\mathrm{xxi}})=Q_{\mathrm{FH}}-Q_{\mathrm{qfh}}---\left(2\right)$

约束条件 $S=\sqrt{P^2+Q^2}---\left(3\right)$

其中，P_FH、Q_FH为实时微电网负荷的有功功率、无功功率；

P_qfh、Q_qfh为需要切除负荷的有功功率、无功功率；

P_Z、Q_Z为主电源的有功功率、无功功率，范围为S_ZL-S_ZH，S_ZL>＝0，其中S_ZL为主电源视在功率的下限值；S_ZH为主电源视在功率的上限值；

P_fxxi、Q_fxxi为第i个非线性电源的有功功率、无功功率；

K_fxxi为第i个非线性电源是否投运，0表示退出、1表示运行；

P_xxi、Q_xxi第i个线性电源的输出有功功率、无功功率，范围为S_xxLi-S_xxHi，S_xxLi>＝0，其中S_xxLi为第i个线性电源输出视在功率的下限值，S_xxHi为第i个线性电源输出视在功率的上限值；

K_xxi第i个线性电源是否投运0表示退出、1表示运行，P为有功功率；Q为无功功率；S为视在功率；

步骤(F)求解步骤(E)的功率平衡方程组

(F1)不切除负荷的求解

令P_qfh、Q_qfh均等于零，求解功率平衡方程组，若存在解再选择最优解，返回最优解；若不存在解，执行(F2)；

(F2)切除的负荷的求解

在可切负荷的配置列表中投运的负荷按优先级顺序，逐次切除负荷，每次尝试切除负荷得到新的P_qfh、Q_qfh，带入功率平衡方程组，求解功率平衡方程组，若有解，则选择最优解，返回最优解；若无解，则继续切除下一个负荷，直到切除所有可切的负荷，若还无解，则功率平衡方程组无解。

其中，求解功率平衡方程组的方法，包括以下步骤，

(1)判断运行的非线性电源n和线性电源m的数目，是否都为零，若m+n＝0，则执行(2)；否则执行(3)；

(2)判断根据微电网的有功负荷和无功负荷的视在功率是否在步骤(C)所选主电源的可调范围之内，若在可调范围之内，则功率平衡方程组只有唯一解，主电源运行，主电源的输出功率其的有功负荷和无功负荷之和；若不在可调范围，则功率平衡方程组无解；

(3)列出运行的非线性电源n和线性电源m的2^(m+n)种投切方案，并选取可执行的方案，并添加到方案列表中，具体包括以下步骤，

(31)统计每个投切方案内，非线性电源有功功率总和、无功总功功率总和、最大有功功率、最小有功功率，最大无功功率和最小无功功率；投用的线性电源包括主电源的索引列表、切除的线性电源索引列表；

(32)判断微电网的有功负荷和无功负荷，是否分别在最大有功功率、最小有功功率，最大无功功率和最小无功功率的范围之内，若都在，则该投切方案可行，并对投用的线性电源索引列表中的线性电源的输出功率进行调整，直到输出功率与负荷平衡，将该投切方案添加到方案列表中；若不在，则该投切方案无效；

其中，(32)对投用的线性电源索引列表中的线性电源的输出功率进行调整，直到输出功率与负荷平衡的方法，具体包括以下步骤，

321)计算线性电源输出的有功值总和、无功值总和，线性电源输出的有功值总和为有功负荷减去非线性电源输出有功总和，线性电源输出的无功值总和为无功负荷减去非线性电源输出无功总和；

322)根据线性电源输出的有功值总和，对线性电源的有功调整，保证有功值总和不变，调整的原则是清洁能源电源优先运行，主电源调整保证主电源的输出有功为其可调范围的中间值；

323)根据线性电源输出的无功值总和，对线性电源的无功调整，保证无功值总和不变，调整的原则是满足约束条件公式(3)；

334)调整完毕，记录此时的所有线性电源的输出有功和输出无功，以及各电源的投切情况，形成电源的投切方案加载到方案列表中；

(4)根据各电源的清洁能源标志，从方案列表中选择清洁能源电源的输出功率最大的为最优方案，输出最优方案。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (4)

1.一种微电网并网转孤网运行切换时的功率平衡计算方法，其特征在于：包括以下步骤，

步骤(A)，建立所有参与孤网运行的电源配置列表，所有可切负荷的配置列表，并按负荷的优先级排序；

步骤(B)，读取微电网模式切换前并网状态下的电源配置列表中各电源的运行状态，各电源输出有功功率、无功功率，微电网负荷的有功功率、无功功率，可切负荷的配置列表中负荷的运行状态、需要切除负荷的有功功率、无功功率；

步骤(C)，从电源配置列表中处于投运状态的电源中，根据主电源优先级选定微电网转为孤网运行后的主电源，返回主电源在电源配置列表的索引号，并执行步骤(D)；若没有合适的主电源，返回无效的索引号，则无法转为孤网运行，结束计算；

步骤(D)，遍历电源配置列表，建立所有参与孤网运行的线性电源索引列表，所有参与孤网运行的非线性电源索引列表，运行状态为投运且线性特性的线性电源，则将索引号加到列表中，运行状态为投运且线性特性的非线性电源，则将索引号加到中；

步骤(E)，列出功率平衡方程组

根据步骤(D)的线性电源索引列表、非线性电源索引列表，得到n个非线性电源，m个线性电源，组建如方程(1)、(2)的功率平衡方程组，线性电源给出的可调范围为视在功率S，线性电源的约束条件，如公式(3)所示，

$P_Z+\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}(K_{\mathrm{fxxi}}\×P_{\mathrm{fxxi}})+\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}(K_{\mathrm{xxi}}\×P_{\mathrm{xxi}})=P_{\mathrm{FH}}-P_{\mathrm{qfh}}---\left(1\right)$

$Q_Z+\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}(K_{\mathrm{fxxi}}\×Q_{\mathrm{fxxi}})+\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}(K_{\mathrm{xxi}}\×Q_{\mathrm{xxi}})=Q_{\mathrm{FH}}-Q_{\mathrm{qfh}}---\left(2\right)$

约束条件 $S=\sqrt{P^2+Q^2}---\left(3\right)$

其中，P_FH、Q_FH为实时微电网负荷的有功功率、无功功率；

P_qfh、Q_qfh为需要切除负荷的有功功率、无功功率；

P_Z、Q_Z为主电源的有功功率、无功功率，范围为S_ZL-S_ZH，S_ZL>＝0，其中S_ZL为主电源视在功率的下限值；S_ZH为主电源视在功率的上限值；

P_fxxi、Q_fxxi为第i个非线性电源的有功功率、无功功率；

K_fxxi为第i个非线性电源是否投运，0表示退出、1表示运行；

P_xxi、Q_xxi第i个线性电源的输出有功功率、无功功率，范围为S_xxLi-S_xxHi，S_xxLi>＝0，其中S_xxLi为第i个线性电源输出视在功率的下限值，S_xxHi为第i个线性电源输出视在功率的上限值；

K_xxi第i个线性电源是否投运0表示退出、1表示运行，P为有功功率；Q为无功功率；S为视在功率；

步骤(F)求解步骤(E)的功率平衡方程组

(F1)不切除负荷的求解

令P_qfh、Q_qfh均等于零，求解功率平衡方程组，若存在解再选择最优解，返回最优解；若不存在解，执行(F2)；

(F2)切除的负荷的求解

在可切负荷的配置列表中投运的负荷按优先级顺序，逐次切除负荷，每次尝试切除负荷得到新的P_qfh、Q_qfh，带入功率平衡方程组，求解功率平衡方程组，若有解，则选择最优解，返回最优解；若无解，则继续切除下一个负荷，直到切除所有可切的负荷，若还无解，则功率平衡方程组无解。

2.根据权利要求1所述的一种微电网并网转孤网运行切换时的功率平衡计算方法，其特征在于：步骤(F)中求解功率平衡方程组的方法，包括以下步骤，

(1)判断运行的非线性电源n和线性电源m的数目，是否都为零，若m+n＝0，则执行(2)；否则执行(3)；

(2)判断根据微电网的有功负荷和无功负荷的视在功率是否在步骤(C)所选主电源的可调范围之内，若在可调范围之内，则功率平衡方程组只有唯一解，主电源运行，主电源的输出功率其的有功负荷和无功负荷之和；若不在可调范围，则功率平衡方程组无解；

(3)列出运行的非线性电源n和线性电源m的2^(m+n)种投切方案，并选取可执行的方案，并添加到方案列表中；

(4)根据各电源的清洁能源标志，从方案列表中选择清洁能源电源的输出功率最大的为最优方案，输出最优方案。

3.根据权利要求2所述的一种微电网并网转孤网运行切换时的功率平衡计算方法，其特征在于：(3)列出运行的非线性电源n和线性电源m的2^(m+n)种投切方案，并选取可执行的方案的方法，包括以下步骤，

(31)统计每个投切方案内，非线性电源有功功率总和、无功总功功率总和、最大有功功率、最小有功功率，最大无功功率和最小无功功率；投用的线性电源包括主电源的索引列表、切除的线性电源索引列表；

(32)判断微电网的有功负荷和无功负荷，是否分别在最大有功功率、最小有功功率，最大无功功率和最小无功功率的范围之内，若都在，则该投切方案可行，并对投用的线性电源索引列表中的线性电源的输出功率进行调整，直到输出功率与负荷平衡，将该投切方案添加到方案列表中；若不在，则该投切方案无效。

4.根据权利要求3所述的一种微电网并网转孤网运行切换时的功率平衡计算方法，其特征在于：(32)对投用的线性电源索引列表中的线性电源的输出功率进行调整，直到输出功率与负荷平衡的方法，具体包括以下步骤，

(321)计算线性电源输出的有功值总和、无功值总和，线性电源输出的有功值总和为有功负荷减去非线性电源输出有功总和，线性电源输出的无功值总和为无功负荷减去非线性电源输出无功总和；

(322)根据线性电源输出的有功值总和，对线性电源的有功调整，保证有功值总和不变，调整的原则是清洁能源电源优先运行，主电源调整保证主电源的输出有功为其可调范围的中间值；

(323)根据线性电源输出的无功值总和，对线性电源的无功调整，保证无功值总和不变，调整的原则是在满足约束条件公式(3)；

(334)调整完毕，记录此时的所有线性电源的输出有功和输出无功，以及各电源的投切情况，形成电源的投切方案加载到方案列表中。