CN106655253A - 单三相多微网区域动态划分方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了单三相多微网区域动态划分方法。本发明针对单三相混联结构的多微网，考虑系统运行的稳定性和可靠性，提出一种对单三相多微网进行最优互联组合方案求解和切换过程控制的区域动态划分方法。本发明首先以系统功率盈余为预判据，初步筛选出满足备用容量要求的互联组合方案；再应用储能调节能力指标、区域主储能稳定裕度指标、最小不平衡度指标、分区操作风险度指标进行模糊多目标决策，求解最优互联组合方案；最后针对选定的最优互联组合方案进行状态切换。该方法可有效实现单三相多微网的区域动态划分和优化运行。

Description

单三相多微网区域动态划分方法
技术领域
本发明属于微电网控制领域，特别涉及一种适用于单三相混联多微网的区域动态划分方法。
背景技术
微电网是一种将微电源、储能、负荷和电力电子装置等整合在一起的小型发配电系统。微电网能够促进新能源就地消纳，提高用户供电可靠性，减少新能源并网发电对电网安全稳定运行造成的不利影响。随着微网工程的大规模推广，区域内较为邻近的多类相序微网可互联而形成单三相混联多微网系统。多微网通过能量互济可增强彼此供电可靠性，一定程度上减轻源荷时空差异性对单微网运行造成的压力。
单三相多微网系统中的各子微网电源类型及其装机容量、负荷重要程度及其用电量、运行目标等往往不一致，不同组合模式下的多微网系特性各异，通过互联组合方案决策对单三相多微网进行区域动态划分，保证多微网系统运行的稳定性和可靠性，同时实现整体资源的最优配置。
经对现有技术的文献检索发现，考虑配电网静态电压稳定裕度的多微网孤岛划分(雷正新,韦磊,韩蓓,等.考虑配电网静态电压稳定裕度的多微网孤岛划分[J].电气自动化,2016(01):52-54.)基于戴维南等效的电压稳定裕度,提出一种新孤岛划分方法，对辅助多微网并离网运行协调控制策略、提高多种运行模式下电压稳定水平具有重要意义。Anovel partitioning strategy for distribution networks featuring many smallscale generators(Millar B,Jiang D,Haque M E.A novel partitioning strategy fordistribution networks featuring many small scale generators[C]//InnovativeSmart Grid Technologies.2013:1-6.)提出一种为基于分布式电源运行效率最大化的划分策略，以达到减小线损，提高电压稳定性和系统鲁棒性的目的。中国发明专利(申请号：201410643085.5)提出一种基于电气耦合度的多微网系统孤岛划分方法，对孤岛中不能稳定运行的孤岛进行切负荷策略或切分布式电源策略处理,以稳定所有孤岛的运行状态,以此来保证整个微网或是多微网系统的稳定运行,实现多微网系统的合理孤岛划分。以上文献提出的划分方法没有针对混合相序的单三相多微网制定相应的区域动态划分策略，没有实现单三相多微网的资源配置最优。
针对以上不足，本发明根据单三相多微网的运行特性，提出一种通过系统功率盈余预筛选，再进行模糊多目标决策，最后进行状态切换控制的区域动态划分方法，保证系统运行的可靠性和稳定性，实现资源最优配置。
发明内容
本发明的目的是解决上述现有技术中存在的不足之处，提供一种单三相多微网区域动态划分方法，充分考虑各子微网特性，求解最优互联组合方案并进行状态切换，实现单三相多微网系统的安全稳定运行和资源配置最优。
本发明的目的至少通过如下技术方案之一实现。
单三相多微网区域动态划分方法，其包括如下步骤：
(1)根据单三相多微网实际拓扑，生成所有可能的互联组合方案；
(2)采用系统功率盈余指标进行互联组合方案预筛选，系统功率盈余越大则表示备用容量越大，以功率盈余大于零为判据阈值，所述系统功率盈余指标中的系统为多微网互联系统或孤立子微网系统；
(3)计算各预筛选互联组合方案的储能调节能力指标、区域主储能稳定裕度指标、最小不平衡度指标、分区操作风险度指标，再对所有指标进行归一化，确定相对优属度矩阵，进而计算互联组合方案评价系数，选取评价系数最大的方案为最优互联组合方案；
(4)根据最优互联组合方案制定多微网系统切换顺序；
(5)若多微网互联系统将进行拆分时，根据切换顺序进行联络线功率调节，联络线功率小于设定值时断开并离网切换开关，同时切换该区域主储能为电压频率控制模式即VF控制模式；
(6)若孤立子微网将进行合并时，根据切换顺序进行电压检同期，满足同期条件时合上并离网切换开关，同时将不再作为主电源的储能装置由VF控制模式切换至有功无功控制模式即PQ控制模式。
进一步地，步骤(2)所述系统功率盈余指标定义为：
p＝(∑PGm-∑PLm)/∑PLm
式中：∑PGm为单三相多微网系统内各储能额定功率、各间歇性能源功率之和；∑PLm为单三相多微网系统内各负荷容量之和；p＞0表示该系统当前条件下发电容量大于总负荷容量，以p＞0作为互联组合方案预筛选判据。
进一步地，步骤(3)中选用储能调节能力指标、区域主储能稳定裕度指标、最小不平衡度指标、分区操作风险度指标作为互联组合方案模糊多目标决策的指标，每个多微网互联系统或孤立子微网系统均有各自的指标，取各指标极值作为互联组合方案的指标，进行归一化，转换为目标相对优属度矩阵：
式中，x1,x2,…xb为筛选后多微网互联组合方案序号；b为互联组合方案个数；f1,f2,f3,f4分别储能调节能力指标、区域主储能稳定裕度指标、最小不平衡度指标、分区操作风险度指标；μ11,μ12,…,μ4b分别表示多微网互联组合方案对应的评价指标归一化后的值。
进一步地，步骤(4)中所述切换顺序的优先级按以下两个原则：多微网互联系统拆分切换时，越靠近多微网系统末端的多微网互联系统切换优先级越高，孤立子微网系统合并切换时的优先级则相反；若靠近多微网系统末端的程度相同，则相应系统容量越小的优先级越高。
与现有技术相比，本发明具有以下效果：针对单三相混联的多微网系统，充分考虑各子微网特性，求解最优互联组合方案并进行状态切换，实现单三相多微网系统的安全稳定运行和资源配置最优。
附图说明
图1是单三相多微网区域动态划分流程图。
图2是单三相多微网拓扑图。
图3是单三相多微网各储能功率波形图。
图4是单三相多微网各联络线功率及三相不平衡度波形图。
具体实施方式
下面结合实施实例及附图，对本发明作进一步详细的说明，但本发明的实施方式不限于此。
第一步：本实例的单三相多微网区域动态划分流程图如图1所示，根据单三相多微网实际拓扑，生成所有可能的互联组合方案，假设第r种互联组合方案为：
该多微网系统中有c＝k+m个子微网，其中ri 1(i＝1～k)为组成多微网互联系统的子微网，k代表构成多微网互联系统的子微网个数；rj 2(j＝1～m)为多微网系统中的孤立子微网系统，m为多微网系统中的孤立子微网系统的个数。
第二步：采用系统功率盈余指标进行互联组合方案预筛选，系统功率盈余越大则表示备用容量越大，以功率盈余大于零为判据阈值；
第三步:计算各预筛选互联组合方案的储能调节能力指标、区域主储能稳定裕度指标、最小不平衡度指标、分区操作风险度指标，再对所有指标进行归一化，确定相对优属度矩阵，进而计算互联组合方案评价系数，选取评价系数最大的方案为最优互联组合方案；
第四步：根据最优互联组合方案制定切换顺序，切换顺序优先级为：多微网互联系统或孤立子微网系统与主电源所在子微网之间经过的并离网切换开关数越多则认为该系统越靠近多微网系统末端，多微网互联系统拆分切换时，越靠近多微网系统末端的多微网互联系统切换优先级越高，孤立子微网系统合并切换时优先级则相反；若靠近多微网系统末端的程度相同，则相应系统容量越小的优先级越高。
第五步：若多微网互联系统将进行拆分时，根据切换顺序进行联络线功率调节，联络线功率小于设定值时断开并离网切换开关，同时切换该区域主储能为VF控制模式。
第六步：若孤立子微网将进行合并时，根据切换顺序进行电压检同期，满足同期条件时合上并离网切换开关，同时将不再作为主电源的储能装置由VF切换至PQ模式。
以广东省绿色能源技术重点实验室单三相多微网平台作为例，如图2所示，该单三相多微网系统包含4个子微网，其中子微网1为三相微电网，子微网2～4分别为A、B、C相微电网，模拟间歇性可生能源出力为零而网内负荷较大的极端工况。该工况下光伏实时功率为零，源荷基本情况如表1所示。
表1各子微网基本情况
计算预选四种预选分区方案各互联指标，得相对优属度矩阵式如下所示。
由目标相对优属度矩阵可得分区方案评价系数，得出方案2>方案1>方案5>方案2的结论，因此该工况下选择方案2：子微网1、子微网3、子微网4互联，子微网2孤立作为最终的分区组合。
由图3可知：P1_bs、P2_bs、P3_bs、P4_bs分别表示子微网1～4的储能出力，时，单三相多微网系统并网运行，多微网系统内光伏均不出力，各子微网对外呈现为受电端负荷，其中各单相子微网联络线功率分别为6kW、5kW、6kW。通过所确定的互联组合方案可确定离网所需操作的开关为子微网1和子微网2的并离网切换开关。时，子微网2单相储能系统开始调节其发电功率从原来的-1kW至5kW。t＝0.95s操作对应并离网切换开关断开，同时单相主储能系统由PQ模式切换至VF模式。t＝1.50s操作对应并离网切换开关断开，同时三相主储能系统由原并网状态时的PQ控制模式切换至VF控制模式，单三相多微网区域动态划分结束。
由图4可知：P1_net、P2_net、P3_net、P4_net分别表示子微网1～4的联络线功率，TPU为三相不平衡度。时，子微网3和子微网4通过调节储能出力以减小三相不平衡度：子微网3、子微网4的储能功率分别调节至0kW、5kW。单相储能调节后子微网3、子微网4的联络线功率均为3kW左右，此时配网流向多微网系统功率为16kW，多微网系统与配网之间仍存在强联络。时，子微网1三相储能系统调节发电功率至26kW，使三相子微网1联络线功率下降至接近于零。
仿真结果验证了所提方法能够有效实现单三相多微网区域动态划分。
以上对本发明所提供的单三相多微网区域动态划分方法进行了详细介绍，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (4)

1.单三相多微网区域动态划分方法，其特征在于：包括如下步骤：
(1)根据单三相多微网实际拓扑，生成所有可能的互联组合方案；
(2)采用系统功率盈余指标进行互联组合方案预筛选，系统功率盈余越大则表示备用容量越大，以功率盈余大于零为判据阈值，所述系统功率盈余指标中的系统为多微网互联系统或孤立子微网系统；
(3)计算各预筛选互联组合方案的储能调节能力指标、区域主储能稳定裕度指标、最小不平衡度指标、分区操作风险度指标，再对所有指标进行归一化，确定相对优属度矩阵，进而计算互联组合方案评价系数，选取评价系数最大的方案为最优互联组合方案；
(4)根据最优互联组合方案制定多微网系统切换顺序；
(5)若多微网互联系统将进行拆分时，根据切换顺序进行联络线功率调节，联络线功率小于设定值时断开并离网切换开关，同时切换该区域主储能为电压频率控制模式即VF控制模式；
(6)若孤立子微网将进行合并时，根据切换顺序进行电压检同期，满足同期条件时合上并离网切换开关，同时将不再作为主电源的储能装置由VF控制模式切换至有功无功控制模式即PQ控制模式。
2.根据权利要求1所述的单三相多微网区域动态划分方法，其特征在于：步骤(2)所述系统功率盈余指标定义为：
p＝(∑PGm-∑PLm)/∑PLm
式中：∑PGm为单三相多微网系统内各储能额定功率、各间歇性能源功率之和；∑PLm为单三相多微网系统内各负荷容量之和；p＞0表示该系统当前条件下发电容量大于总负荷容量，以p＞0作为互联组合方案预筛选判据。
3.根据权利要求1所述的单三相多微网区域动态划分方法，其特征在于：步骤(3)中选用储能调节能力指标、区域主储能稳定裕度指标、最小不平衡度指标、分区操作风险度指标作为互联组合方案模糊多目标决策的指标，每个多微网互联系统或孤立子微网系统均有各自的指标，取各指标极值作为互联组合方案的指标，进行归一化，转换为目标相对优属度矩阵：
式中，x1,x2,…xb为筛选后多微网互联组合方案序号；b为互联组合方案个数；f1,f2,f3,f4分别储能调节能力指标、区域主储能稳定裕度指标、最小不平衡度指标、分区操作风险度指标；μ11,μ12,…,μ4b分别表示多微网互联组合方案对应的评价指标归一化后的值。
4.根据权利要求1所述的单三相多微网区域动态划分方法，其特征在于：步骤(4)中所述切换顺序的优先级按以下两个原则：多微网互联系统拆分切换时，越靠近多微网系统末端的多微网互联系统切换优先级越高，孤立子微网系统合并切换时的优先级则相反；若靠近多微网系统末端的程度相同，则相应系统容量越小的优先级越高。
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