CN106199288A - 基于网络模型的主动配电网电力孤岛识别方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了基于网络模型的主动配电网电力孤岛识别方法及装置，采集主动配电网中各开关信息，基于主动配电网的开关‑线路物理模型等效而成主动配电网节点‑连边网络模型；基于采集的主动配电网中各开关信息及主动配电网节点‑连边网络模型，根据开关的邻接状态建立邻接矩阵；基于上述建立的邻接矩阵对主动配电网中开关的连通性进行判断，建立分区矩阵，用以描述各分区包含的开关编号；根据各开关所连接的设备建立开关类型向量；结合分区矩阵及开关类型向量，获得分区类型矩阵，从而获得主动配电网各分区中包含的开关以及该分区的运行模式，继而识别出电力孤岛。本发明可以有效的确定主动配电网中的网络结构与运行模式。

Description

基于网络模型的主动配电网电力孤岛识别方法及装置

技术领域

本发明涉及电力系统配电技术领域，具体涉及基于网络模型的主动配电网电力孤岛识别方法及装置。

背景技术

我国在“十三五”规划中明确指出，要建设清洁低碳、安全高效的现代能源体系，推进风电、光伏发电的发展，以新能源发电为代表的分布式发电得到大力发展。2008年，国际大电网会议C6.11项目组提出主动配电网的概念，以实现配电侧大规模间歇性分布式发电的接入与高效利用。

相对于传统配电网，主动配电网的网络结构更加灵活多样，包含闭环结构、并网方式、孤岛运行等多种方式，其中，孤岛运行方式下，配电系统中部分负荷仅由分布式电源进行供电，虽然可以保证事故状态下某些重要负荷的电力供给，但是难以保证其自身运行的可靠性与安全性。对主动配电网分区状态，尤其是对电力孤岛进行检测与辨识有助于加强主动配电网的运行控制，是主动配电网发展的必然要求。

当前，电力孤岛辨识方法包含被动式检测和主动式检测。被动式检测通过直接测量分布式电源的输出功率或公共连接点处电压或频率的变化来判断是否存在孤岛，原理简单，易于实现，但是被动式检测有阈值方面的要求，存在一定的检测盲区。主动式检测通过产生小扰动对孤岛进行辨识，缩小检测盲区，但产生的扰动不利于系统的暂态稳定。因此，如何在保证不对电力系统产生不利影响的情况下对电力孤岛进行识别是一个值得研究的问题，对主动配电网的建设具有重要意义。

发明内容

为解决现有技术存在的不足，本发明公开了基于网络模型的主动配电网电力孤岛识别方法及装置，本发明所提及的基于网络模型的主动配电网电力孤岛识别方法及装置为主动配电网运行状态的识别提供了一种可行的参考。

为实现上述目的，本发明的具体方案如下：

基于网络模型的主动配电网电力孤岛识别方法，包括以下步骤：

采集主动配电网中各开关信息，基于主动配电网的开关-线路物理模型等效而成主动配电网节点-连边网络模型；

基于采集的主动配电网中各开关信息及主动配电网节点-连边网络模型，根据开关的邻接状态建立邻接矩阵；

基于上述建立的邻接矩阵对主动配电网中开关的连通性进行判断，建立分区矩阵，用以描述各分区包含的开关编号；

根据各开关所连接的设备建立开关类型向量；

结合分区矩阵及开关类型向量，获得分区类型矩阵，从而获得主动配电网各分区中包含的开关以及该分区的运行模式，继而识别出电力孤岛。

进一步的，所述主动配电网中各开关信息是通过安装在开关侧的监控终端获取的。

进一步的，所述主动配电网中各开关信息包括开关的开闭状态、安装位置及其连接设备信息。

进一步的，所述主动配电网节点-连边网络模型为G＝(V,E)，其中，节点V＝{v₁,v₂,…,v_n}为非空的节点集，由主动配电网中各开关等效而成，元素v_i为各开关编号；连边E＝{e₁,e₂,…,e_l}为不与V相交的边集，G中每条连边都对应于G中的某一无序顶点对，由连接两开关的线路等效而成。

进一步的，所述邻接矩阵A＝(a_ij)_n×n为一个方阵，阶数n与主动配电网中的开关数相等，每一行对应一个开关，每行中的非零元素所在的列号为与该开关相连接的开关编号。

进一步的，所述邻接矩阵A＝(a_ij)_n×n中的元素取值如下：当开关i，j相邻接且两开关均闭合时，取值为1，否则为0。

进一步的，所述分区矩阵的建立步骤为：

A：设定各节点统一分区号B(i)＝0；

B：对邻接矩阵A中的元素进行非零判断，以判断两个节点之间是否存在连边；若a_ij＝1，说明节点i，j之间存在连边，进行步骤C；若a_ij＝0，说明节点i，j之间不存在连边，移至下一元素，重复步骤B；

C：若节点i，j之间存在连边，判断节点i，j是否属于同一分区且分区号不为0，若符合该条件，则进行步骤D；否则，为节点i，j设置同一不为0的分区号；

D：判断是否搜索完所有邻接矩阵中的元素，若是，将分区结果存储在分区矩阵C中；否则，返回步骤B；

步骤C中为节点i，j设置同一不为0的分区号时，其编号规则如下：

(1)若节点i，j分区号均为0，则同时设定其分区号为不与现有分区号相同的下一分区号；

(2)若节点i分区号为0，节点j分区号不为0，则设定B(i)＝B(j)；

(3)若节点i分区号不为0，节点j分区号为0，则设定B(j)＝B(i)；

(4)若节点i，j分区号均不为0，但不相同，设定B(i)＝B(j)，将两节点分区号统一为已存在的较小的分区号，以免造成存储空间的浪费。

所述分区矩阵C＝(c_ij)_m×n用以存储分区结果，包括分区中包含的开关编号，m为分区数量，n为开关数量，若c_ij＝1，则表明分区i中包含开关j；

进一步的，建立开关类型矩阵的具体步骤包括：

定义开关类型s_i，用以表示与开关相连的设备类型；开关类型的取值为与之相连设备属性最大值；

建立开关类型向量S＝(s_i)，其中元素编号与开关编号相对应；

其中，开关类型向量中的元素s_i表示与各开关连接设备；开关类型向量中元素的数量等于开关的数量。

所述与开关相连的设备类型具体定义如下：

进一步的，所述运行模式的识别的具体过程为：

综合分区矩阵C及开关类项向量S获得各分区中开关类型矩阵：

分区类型矩阵P中的第1到n列元素取值为与该开关相连设备类型s_i的最大值，用以表示该开关的连接设备类型，P_i,n+1为该分区中与开关相连设备类型的最大值，用以表示该分区的运行模式，m为分区数量，n为开关数量，

分区的运行模式包括：

(a)分区仍与上级电源并网运行，依靠上级电源进行供电的并网系统；

(b)分区不与上级电源相连，仅靠分布式电源进行供电的电力孤岛；

(c)分区不与上级电源相连且不包含任何分布式电源的无源系统。

基于网络模型的主动配电网电力孤岛分区识别装置，包括：

开关信息采集模块，用于采集主动配电网中各开关信息并基于主动配电网的开关-线路物理模型等效而成主动配电网节点-连边网络模型；

邻接矩阵建立模块，基于采集的主动配电网中各开关信息及主动配电网节点-连边网络模型，根据开关的邻接状态建立邻接矩阵；

连通性判断模块，基于上述建立的邻接矩阵对主动配电网中开关的连通性进行判断，建立分区矩阵，用以描述各分区包含的开关编号；

开关类型判断模块，用于根据各开关所连接的设备设定开关类型，建立开关类型向量；

分区运行模式判断模块，用于结合分区矩阵及开关类型向量，获得分区类型矩阵，从而获得主动配电网各分区中包含的开关以及该分区的运行模式，继而识别出电力孤岛。

本发明的有益效果：

本发明可以有效的确定主动配电网中的网络结构与运行模式。本发明通过采集的开关状态信息建立邻接矩阵以及开关类型向量，通过对节点之间连通性的判断对电网网络结构及运行模式进行分析，从而获得电网分区状态及其涵盖范围。具有原理简单，逻辑清晰；所需信息量少，易于采集；开关性质定义灵活，适用性广；计算量少的特点，能够迅速、准确的检测网络分区情况，识别孤岛运行范围及其他网络运行方式，对主动配电网控制策略的制定提供参考，具有一定的实用性与推广性。

附图说明

图1为本发明的主动配电网分区识别及孤岛判定方法的一个实施例的流程图；

图2为本发明中的连通性判断模型的一个实施例的流程图；

图3为本发明装置一个实施例的示意图；

图4为本发明的主动配电网模型图；

图5为本发明的节点-连边等效示意图。

具体实施方式：

下面结合附图对本发明进行详细说明：

如图1所示，基于网络模型的主动配电网电力孤岛识别方法，包括：

步骤1：采集主动配电网中各开关信息，建立主动配电网节点-连边网络模型G＝(V,E)；

步骤2：建立基于主动配电网节点-连边网络模型G的邻接矩阵A，用以描述各开关的连接状态；

步骤3：以邻接矩阵A为根据，对主动配电网中开关的连通性进行判断，获得分区矩阵C，用以描述各分区包含的开关编号；

步骤4：根据各开关所连接的设备设定开关类型向量S；

步骤5：综合分区矩阵C及开关类型向量S，获得分区类型矩阵P，从而获得主动配电网各分区中包含的开关以及该分区的运行模式。

以上方案中，所述步骤1具体为：

步骤1.1：通过安装在开关侧的监控终端收集各开关的状态信息，包括开关的开闭状态，安装位置，连接设备信息等；

开闭状态为开关的断开或闭合状态；

安装位置为开关编号与地理位置的对应状态；

连接设备信息为与该开关相连的设备主要类型，包括但不限于上级电源系统、分布式电源、负荷、开关等；

步骤1.2：根据各开关的状态信息，建立主动配电网节点-连边网络模型G＝(V,E)；

主动配电网节点-连边网络模型G＝(V,E)通过主动配电网的开关-线路物理模型等效而成，节点编号对应开关编号；

由主动配电网节点-连边网络模型G＝(V,E)中节点V＝{v₁,v₂,…,v_n}为非空的节点集，由各开关等效而成，元素v_i为各开关编号；

由主动配电网节点-连边网络模型G＝(V,E)中连边E＝{e₁,e₂,…,e_l}为不与V相交的边集，G中每条连边都对应于G中的某一无序顶点对，由连接两开关的线路等效而成。

“E不与V相交”表示节点为连边的顶点，而不存在于连边上。无序节点对由节点组成，某两个节点组成无序节点对，在于无方向性。步骤(2)的具体过程为：

步骤2.1:根据开关的邻接状态建立邻接矩阵A＝(a_ij)_n×n；

邻接矩阵A＝(a_ij)_n×n为一个方阵，阶数与主动配电网中的开关数相等，每一行对应一个开关，每行中的非零元素所在的列号为与该开关相连接的开关编号；

邻接矩阵A＝(a_ij)_n×n中的元素取值如下，当开关i，j相邻接且两开关均闭合时，取值为1，否则为0；

本发明中的连通性判断的一个实施例的流程图，如图2所示，步骤(3)的具体过程为，

步骤3.1：设定各节点统一分区号B(i)＝0，该分区号仅用于启程序启动，无实际意义；

步骤3.2：对邻接矩阵A中的元素进行非零判断，以判断两个节点之间是否存在连边。若a_ij＝1，说明节点i，j之间存在连边，进行下一步操作；若a_ij＝0，说明说明节点i，j之间不存在连边，移至下一元素，重复步骤3.2；

步骤3.3：若节点i，j之间存在连边，通过判断B(i)是否等于B(j)来判断节点i，j是否属于同一分区，节点i，j属于同一分区且分区号不为0，若符合该条件，则进行下一步步骤3.4；否则，为节点i，j设置同一不为0的分区号，其编号规则如下：

(1)若节点i，j分区号均为0，则同时设定其分区号为不与现有分区号相同的下一分区号；

(2)若节点i分区号为0，节点j分区号不为0，则设定B(i)＝B(j)；将不为0的分区号分配给未标注的分区，即将j节点的分区号赋值给i节点；

(3)若节点i分区号不为0，节点j分区号为0，则设定B(j)＝B(i)；

(4)若节点i，j分区号均不为0，但不相同，设定B(i)＝B(j)，将两节点分区号统一为已存在的较小的分区号，以免造成存储空间的浪费；

步骤3.4：判断是否搜索完所有邻接矩阵中的元素，若是，将分区结果存储在分区矩阵C中；否则，返回步骤3.2；

分区矩阵C＝(c_ij)_m×n用以存储分区结果，包括分区中包含的开关编号，m为分区数量，n为开关数量，若c_ij＝1，则表明分区i中包含开关j；

步骤(4)的具体过程为：

步骤4.1：定义开关类型s_i，用以表示与开关相连的设备类型；

与开关相连的设备类型具体定义如下：

开关类型的取值为与之相连设备属性最大值；

步骤4.2：建立开关类项向量S＝(s_i)，其中元素编号与开关编号相对应；

开关类型向量中的元素表示与各开关连接设备；

开关类型向量中元素的数量等于开关的数量；

步骤(5)的具体过程为：

步骤5.1：综合分区矩阵C及开关类项向量S获得各分区中开关类型矩阵P：

分区类型矩阵P中的第1到n列元素取值为与该开关相连设备类型的最大值，用以表示该开关的连接设备类型，P_i,n+1为该分区中与开关相连设备类型的最大值，用以表示该分区的运行模式，m为分区数量，n为开关数量，

分区运行模式包括：

(1)仍与上级电源并网运行，依靠上级电源进行供电的并网系统；

(2)不与上级电源相连，仅靠分布式电源进行供电的电力孤岛；

(3)不与上级电源相连且不包含任何分布式电源的无源系统。

如图4所示，以某一主动配电网为例，设定开关S3及S4断开，联络开关K处于断开状态。对主动配电网分区情况及孤岛进行识别，以解释该发明的具体实施。

1主动配电网模型等效

采集主动配电网中各开关信息，建立主动配电网节点-连边网络模型G＝(V,E)，对各开关进行编号，其等效示意图如图5所示。

2建立邻接矩阵

建立基于主动配电网节点-连边网络模型G的邻接矩阵A：

$A=\left[\begin{array}{ccccccccccc}1& 1& 0& 0& 0& 0& 0& 0& 0& 0& 0\\ 1& 1& 0& 0& 0& 0& 0& 0& 0& 0& 0\\ 0& 0& 0& 0& 0& 0& 0& 0& 0& 0& 0\\ 0& 0& 0& 0& 0& 0& 0& 0& 0& 0& 0\\ 0& 0& 0& 0& 1& 1& 1& 0& 0& 0& 0\\ 0& 0& 0& 0& 1& 1& 0& 0& 0& 0& 0\\ 0& 0& 0& 0& 1& 0& 1& 0& 0& 0& 0\\ 0& 0& 0& 0& 0& 0& 0& 1& 1& 1& 1\\ 0& 0& 0& 0& 0& 0& 0& 1& 1& 1& 0\\ 0& 0& 0& 0& 0& 0& 0& 1& 1& 1& 0\\ 0& 0& 0& 0& 0& 0& 0& 1& 0& 0& 1\end{array}\right]$

3进行连通性判断

以邻接矩阵A为根据，对主动配电网中开关的连通性进行判断，获得分区矩阵C：

$C=\left[\begin{array}{ccccccccccc}1& 1& 0& 0& 0& 0& 0& 0& 0& 0& 0\\ 0& 0& 0& 0& 1& 1& 1& 0& 0& 0& 0\\ 0& 0& 0& 0& 0& 0& 0& 1& 1& 1& 1\\ 0& 0& 1& 0& 0& 0& 0& 0& 0& 0& 0\\ 0& 0& 0& 1& 0& 0& 0& 0& 0& 0& 0\end{array}\right]$

根据分区矩阵C可以看出，开关S3，S4断开，系统分为3个区，分区1包括开关S1，S2，分区2包括开关S5，S6，S7，分区3包括开关S8，S9，S10及S11。结果与假设相符。

4确定开关连接设备的类型

根据各开关的连接设备的类型，建立开关类型向量：

S＝[2,-2,-2,-2,-2,-1,-1,-2,-2,1,1]

5确定分区运行状态

综合分区矩阵C及开关类项向量S获得各分区中开关类型矩阵：

进而可以得到该主动配电网的分区结果。在开关S3，S4断开的情况下，该网络分为3个区，其中分区1包括开关S1，S2，与上级电源相连接，属于并网运行系统；分区2包括开关S5，S6，S7，不包含电源，属于无源系统；分区3包括开关S8，S9，S10及S11，仅靠分布式电源供电，属于电力孤岛。

另一方面，本发明提供基于网络模型的主动配电网电力孤岛分区识别装置，如图3所示，包括：

开关信息采集模块，用于采集主动配电网中各开关信息并建立主动配电网节点-连边网络模型；

邻接矩阵建立模块，用于建立表示主动配电网中开关的邻接状态的邻接矩阵；

连通性判断模块，用于判断两开关之间的连通性，确定分区结构，建立分区矩阵；

开关类型判断模块，用于根据各开关所连接的设备设定开关类型，建立开关类型向量；

分区运行模式判断模块，用于综合分区矩阵及开关类型，获得分区类型矩阵，从而获得主动配电网各分区中包含的开关以及该分区的运行模式。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (10)

1.基于网络模型的主动配电网电力孤岛识别方法，其特征是，包括以下步骤：

采集主动配电网中各开关信息，基于主动配电网的开关-线路物理模型等效而成主动配电网节点-连边网络模型；

基于采集的主动配电网中各开关信息及主动配电网节点-连边网络模型，根据开关的邻接状态建立邻接矩阵；

基于上述建立的邻接矩阵对主动配电网中开关的连通性进行判断，建立分区矩阵，用以描述各分区包含的开关编号；

根据各开关所连接的设备建立开关类型向量；

结合分区矩阵及开关类型向量，获得分区类型向量，从而获得主动配电网各分区中包含的开关以及该分区的运行模式，继而识别出电力孤岛。

2.如权利要求1所述的基于网络模型的主动配电网电力孤岛识别方法，其特征是，所述主动配电网中各开关信息是通过安装在开关侧的监控终端获取的。

3.如权利要求1所述的基于网络模型的主动配电网电力孤岛识别方法，其特征是，所述主动配电网节点-连边网络模型为G＝(V,E)，其中，节点V＝{v₁,v₂,…,v_n}为非空的节点集，由主动配电网中各开关等效而成，元素v_i为各开关编号；连边E＝{e₁,e₂,…,e_l}为不与V相交的边集，G中每条连边都对应于G中的某一无序顶点对，由连接两开关的线路等效而成。

4.如权利要求1所述的基于网络模型的主动配电网电力孤岛识别方法，其特征是，所述邻接矩阵A＝(a_ij)为一个方阵，阶数与主动配电网中的开关数相等，每一行对应一个开关，每行中的非零元素所在的列号为与该开关相连接的开关编号。

5.如权利要求4所述的基于网络模型的主动配电网电力孤岛识别方法，其特征是，所述邻接矩阵A＝(a_ij)中的元素取值如下：当开关i，j相邻接且两开关均闭合时，取值为1，否则为0。

6.如权利要求1所述的基于网络模型的主动配电网电力孤岛识别方法，其特征是，所述分区矩阵的建立步骤为：

A：设定各节点统一分区号B(i)＝0；

B：对邻接矩阵A中的元素进行非零判断，以判断两个节点之间是否存在连边；若a_ij＝1，说明节点i，j之间存在连边，进行步骤C；若a_ij＝0，说明节点i，j之间不存在连边，移至下一元素，重复步骤B；

C：若节点i，j之间存在连边，判断节点i，j是否属于同一分区且分区号不为0，若符合该条件，则进行步骤D；否则，为节点i，j设置同一不为0的分区号；

D：判断是否搜索完所有邻接矩阵中的元素，若是，将分区结果存储在分区矩阵C中；否则，返回步骤B。

7.如权利要求6所述的基于网络模型的主动配电网电力孤岛识别方法，其特征是，步骤C中为节点i，j设置同一不为0的分区号时，其编号规则如下：

(1)若节点i，j分区号均为0，则同时设定其分区号为不与现有分区号相同的下一分区号；

(2)若节点i分区号为0，节点j分区号不为0，则设定B(i)＝B(j)；

(3)若节点i分区号不为0，节点j分区号为0，则设定B(j)＝B(i)；

(4)若节点i，j分区号均不为0，但不相同，设定B(i)＝B(j)，将两节点分区号统一为已存在的较小的分区号，以免造成存储空间的浪费。

8.如权利要求1所述的基于网络模型的主动配电网电力孤岛识别方法，其特征是，建立开关类型向量的具体步骤包括：

定义开关类型s_i，用以表示与开关相连的设备类型；开关类型的取值为与之相连设备属性最大值；

建立开关类型向量S＝(s_i)，其中元素编号与开关编号相对应；

其中，开关类型向量中的元素表示与各开关连接设备；开关类型向量中元素的数量等于开关的数量。

9.如权利要求1所述的基于网络模型的主动配电网电力孤岛识别方法，其特征是，所述运行模式的识别的具体过程为：

综合分区矩阵C及开关类项向量S获得各分区中开关类型矩阵P：

P_i,n+1＝max(P_ij)_j∈(1,n)；

分区类型矩阵P中的第1到n列元素取值为与该开关相连设备类型的最大值，用以表示该开关的连接设备类型，P_i,n+1为该分区中与开关相连设备类型的最大值，用以表示该分区的运行模式，m为分区数量，n为开关数量。

10.基于网络模型的主动配电网电力孤岛识别装置，其特征是，包括：

开关信息采集模块，用于采集主动配电网中各开关信息并基于主动配电网的开关-线路物理模型等效而成主动配电网节点-连边网络模型；

邻接矩阵建立模块，基于采集的主动配电网中各开关信息及主动配电网节点-连边网络模型，根据开关的邻接状态建立邻接矩阵；

连通性判断模块，基于上述建立的邻接矩阵对主动配电网中开关的连通性进行判断，建立分区矩阵，用以描述各分区包含的开关编号；

开关类型判断模块，用于根据各开关所连接的设备设定开关类型，建立开关类型向量；

分区运行模式判断模块，用于结合分区矩阵及开关类型向量，获得分区类型矩阵，从而获得主动配电网各分区中包含的开关以及该分区的运行模式，继而识别出电力孤岛。