CN107528346A - 基于动态规划模型的配网孤岛黑启动恢复在线式决策方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于动态规划模型的配网孤岛黑启动恢复在线式决策方法。该配网孤岛黑启动恢复在线式决策方法，由柴油发电机和储能作为黑启动主电源建立稳定电压和频率后，切换储能的控制方式，通过以储能电池等效折旧成本为效用函数的动态规划模型制定分布式电源和负荷的投入序列，由具有PQ控制的储能系统实现新增功率的快速补偿。

Description

基于动态规划模型的配网孤岛黑启动恢复在线式决策方法
技术领域
本发明涉及配电网控制领域，尤其涉及一种基于动态规划模型的配网孤岛黑启动恢复在线式决策方法。
背景技术
随着经济的快速发展，社会对电力供应的依赖度不断提高，大停电事故造成的后果日趋严重。为减少停电时间及停电引起的经济损失，研究快速、高效、可靠的黑启动决策对配电网的安全稳定运行具有重要意义。含有DG（Distributed generation，分布式发电）配电网的出力随机不确定性导致配网孤岛黑启动恢复过程的稳定控制困难，可靠和经济的黑启动恢复方案对于配电网整体的经济性和稳定性都具有重要意义
目前对配电网孤岛的黑启动决策研究主要关注点在于线路恢复时间和电能质量，但对于含有DG的配电网黑启动研究仅仅通过离线仿真后比较电气量指标来制定黑启动方案。同时目前的研究也未考虑储能在黑启动过程中的经济性指标。经对现有技术的文献检索发现，中国发明专利（申请号：201510706102.X）提出有源配电网孤岛恢复供电及黑启动方法，通过孤岛状态指标建立动态规划模型以制定黑启动恢复顺序，该方法仅仅从稳定性进行考虑，而未考虑操作的经济性。
针对以上不足，本发明所提基于动态规划模型的配网孤岛黑启动恢复在线式决策方法，由柴油发电机和储能作为黑启动主电源建立稳定电压和频率后，切换储能的控制模式，通过以储能电池等效折旧成本为效用函数的动态规划模型制定分布式电源和负荷的投入序列，由具有PQ控制的储能系统实现新增功率的快速补偿。
因此，现有技术还有待于改进和发展。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于动态规划模型的配网孤岛黑启动恢复在线式决策方法，实现了配网孤岛有序的源荷恢复，同时避免了储能充放电功率频繁大幅度切换。
本发明的技术方案如下：一种基于动态规划模型的配网孤岛黑启动恢复在线式决策方法，其包括以下步骤：
（1）启动带有下垂特性的柴油发电机和储能系统，迅速建立配网孤岛稳定的母线电压和频率；
（2）储能系统切换至PQ控制；
（3）进入黑启动决策动态规划程序，配网区域协调控制器依次下发各阶段决策序列指令；
（4）配网区域协调控制器退出黑启动模式，进入离网运行控制模式。
所述的基于动态规划模型的配网孤岛黑启动恢复在线式决策方法，其中，所述的黑启动决策动态规划程序具有如下的流程：
步骤一，系统参量采集，配网区域协调控制器确定未投入的分布式电源数目、负荷数目，并进行编号；
步骤二，确立阶段变量，将配网孤岛的黑启动恢复周期T分为个调度时段，选取作为阶段变量，为调度时段的间隔；其中，，；
步骤三，选择负荷/分布式电源在时刻的投入状态向量作为动态规划问题的状态变量，即，其中0表示未投入，1表示已投入。
步骤四，建立状态转移方程：
其中，表示动态规划问题的决策变量，若的第j个元素为1，则表示时刻投入第j个负荷/分布式电源。
步骤五，建立动态规划问题的端点约束条件：
其中，全为0，表示黑启动动态规划在线决策开始时（时刻0）负荷/分布式电源均未投入；全为1，表示决策结束时（时刻）负荷/分布式电源全部投入；
步骤六，配网孤岛黑启动全过程的性能指标函数：
其中，为时刻的效用函数；
步骤七，配网区域协调控制器形成各阶段决策序列指令。
所述的基于动态规划模型的配网孤岛黑启动恢复在线式决策方法，其中，所述步骤六还可推导得出在第时刻的贝尔曼基本递推方程：
，
并求解最优控制序列。
所述的基于动态规划模型的配网孤岛黑启动恢复在线式决策方法，其中，所述的效用函数的具体步骤如下：
A.配网区域协调控制器调取功率预测模块得到负荷/分布式电源在个调度时段的功率预测矩阵：
其中，表示第k个负荷/分布式电源在时刻的预测功率，当其为分布式电源时大于0，当其为负荷时则小于0；
B.储能需在恢复阶段完成负荷/分布式电源投入时的功率补偿，若时刻的状态变量为，则储能出力增量在时刻应为
其中，表示储能出力增量；表示储能输出功率增加的最大爬坡率，；表示储能输出功率减小的最大爬坡率，；
C.确立时刻的效用函数。
所述的基于动态规划模型的配网孤岛黑启动恢复在线式决策方法，其中，所述步骤C中的效用函数设置为如下：
其中，表示储能电池每单位电量等效折旧成本。
本发明的有益效果：本发明提供一种基于动态规划模型的配网孤岛黑启动恢复在线式决策方法，由柴油发电机和储能作为黑启动主电源建立稳定电压和频率后，切换储能的控制模式，通过以储能电池等效折旧成本为效用函数的动态规划模型制定分布式电源和负荷的投入序列，由具有PQ控制的储能系统实现新增功率的快速补偿。
附图说明
图1是基于动态规划模型的配网孤岛黑启动恢复在线式决策方法流程图。
图2是含有DG的典型配电网结构示意图。
图3是光伏DG和负荷在未来8个时段的预测出力曲线。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。
如图1所示，本发明公开了一种基于动态规划模型的配网孤岛黑启动恢复在线式决策方法，其包括以下步骤：
（1）启动带有下垂特性的柴油发电机和储能系统，迅速建立配网孤岛稳定的母线电压和频率；
（2）储能系统切换至PQ控制；
（3）进入黑启动决策动态规划程序，配网区域协调控制器依次下发各阶段决策序列指令；
（4）配网区域协调控制器退出黑启动模式，进入离网运行控制模式。
所述的基于动态规划模型的配网孤岛黑启动恢复在线式决策方法，其中，所述的黑启动决策动态规划程序具有如下的流程：
步骤一，系统参量采集，配网区域协调控制器确定未投入的分布式电源数目、负荷数目，并进行编号；
步骤二，确立阶段变量，将配网孤岛的黑启动恢复周期T分为个调度时段，选取作为阶段变量，为调度时段的间隔；其中，，；
步骤三，选择负荷/分布式电源在时刻的投入状态向量作为动态规划问题的状态变量，即，其中0表示未投入，1表示已投入。
步骤四，建立状态转移方程：
其中，表示动态规划问题的决策变量，若的第j个元素为1，则表示时刻投入第j个负荷/分布式电源。
步骤五，建立动态规划问题的端点约束条件：
其中，全为0，表示黑启动动态规划在线决策开始时（时刻0）负荷/分布式电源均未投入；全为1，表示决策结束时（时刻）负荷/分布式电源全部投入；
步骤六，配网孤岛黑启动全过程的性能指标函数：
其中，为时刻的效用函数；
步骤七，配网区域协调控制器形成各阶段决策序列指令。
所述的基于动态规划模型的配网孤岛黑启动恢复在线式决策方法，其中，所述步骤六还可推导得出在第时刻的贝尔曼基本递推方程：
，
并求解最优控制序列。
所述的基于动态规划模型的配网孤岛黑启动恢复在线式决策方法，其中，所述的效用函数的具体步骤如下：
A.配网区域协调控制器调取功率预测模块得到负荷/分布式电源在个调度时段的功率预测矩阵：
其中，表示第k个负荷/分布式电源在时刻的预测功率，当其为分布式电源时大于0，当其为负荷时则小于0；
B.储能需在恢复阶段完成负荷/分布式电源投入时的功率补偿，若时刻的状态变量为，则储能出力增量在时刻应为
其中，表示储能出力增量；表示储能输出功率增加的最大爬坡率，；表示储能输出功率减小的最大爬坡率，；
C.确立时刻的效用函数。
所述的基于动态规划模型的配网孤岛黑启动恢复在线式决策方法，其中，所述步骤C中的效用函数设置为如下：
其中，表示储能电池每单位电量等效折旧成本。
如图2所示，以含有光伏DG，负荷，储能、柴发的含有DG的典型配电网为例，采用本发明所提方法进行黑启动恢复在线式决策。设定该区域光伏DG的容量分别为100kW、35kW、50kW、150kW，负荷容量分别为30kW、60kW、50kW、45kW，储能容量为300kW*h，柴油发电机容量200kW，设定恢复周期为1小时，储能电池每单位电量等效折旧成本5元/kWh。
光伏DG和负荷在未来8个时段的预测出力曲线如图3(1)~(2)所示，其具有随机波动性；通过本发明确定的末时段的状态变量向量为，初始的状态变量向量为，通过动态规划可以得到如下的在线决策结果。
表1 基于动态规划模型的配网孤岛黑启动恢复在线式决策
由此可以得到最优的恢复顺序为：DG4→LD4→LD3→DG1→LD1→DG3→LD2→DG2，最优的性能指标值为236.49。
以上对本发明所提供的了一种基于动态规划模型的配网孤岛黑启动恢复在线式决策方法进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，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。
以上对本发明所提供的了一种基于动态规划模型的配网孤岛黑启动恢复在线式决策方法进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，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 (5)

1.一种基于动态规划模型的配网孤岛黑启动恢复在线式决策方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）启动带有下垂特性的柴油发电机和储能系统，迅速建立配网孤岛稳定的母线电压和频率；
（2）储能系统切换至PQ控制；
（3）进入黑启动决策动态规划程序，配网区域协调控制器依次下发各阶段决策序列指令；
（4）配网区域协调控制器退出黑启动模式，进入离网运行控制模式。
2.根据权利要求1所述的基于动态规划模型的配网孤岛黑启动恢复在线式决策方法，其特征在于，所述的黑启动决策动态规划程序具有如下的流程：
步骤一，系统参量采集，配网区域协调控制器确定未投入的分布式电源数目、负荷数目，并进行编号；
步骤二，确立阶段变量，将配网孤岛的黑启动恢复周期T分为个调度时段，选取作为阶段变量，为调度时段的间隔；其中，，；
步骤三，选择负荷/分布式电源在时刻的投入状态向量作为动态规划问题的状态变量，即，其中0表示未投入，1表示已投入;
步骤四，建立状态转移方程：
其中，表示动态规划问题的决策变量，若的第j个元素为1，则表示时刻投入第j个负荷/分布式电源;
步骤五，建立动态规划问题的端点约束条件：
其中，全为0，表示黑启动动态规划在线决策开始时（时刻0）负荷/分布式电源均未投入；全为1，表示决策结束时（时刻）负荷/分布式电源全部投入；
步骤六，配网孤岛黑启动全过程的性能指标函数：
其中，为时刻的效用函数；
步骤七，配网区域协调控制器形成各阶段决策序列指令。
3.根据权利要求2所述的基于动态规划模型的配网孤岛黑启动恢复在线式决策方法，其特征在于，所述步骤六还可推导得出在第时刻的贝尔曼基本递推方程：
，
并求解最优控制序列。
4.根据权利要求2所述的基于动态规划模型的配网孤岛黑启动恢复在线式决策方法，其特征在于，所述的效用函数的具体步骤如下：
A.配网区域协调控制器调取功率预测模块得到负荷/分布式电源在个调度时段的功率预测矩阵：
其中，表示第k个负荷/分布式电源在时刻的预测功率，当其为分布式电源时大于0，当其为负荷时则小于0；
B.储能需在恢复阶段完成负荷/分布式电源投入时的功率补偿，若时刻的状态变量为，则储能出力增量在时刻应为
其中，表示储能出力增量；表示储能输出功率增加的最大爬坡率，；表示储能输出功率减小的最大爬坡率，；
C.确立时刻的效用函数。
5.根据权利要求4所述的基于动态规划模型的配网孤岛黑启动恢复在线式决策方法，其特征在于，所述步骤C中的效用函数设置为如下：
其中，表示储能电池每单位电量等效折旧成本。
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