CN108388688A - 一种主动配电网可靠性评估方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种主动配电网可靠性评估方法，基于改进的新序贯蒙特卡洛模拟法利用区域划分法来进行主动配电网的可靠性评估，为了提高分析的效率和准确性，本发明开创性地提出利用功率圆对孤岛进行划分，同时对孤岛进行分析计算；同时在可靠性评估过程中充分考虑到了考虑了负荷的重要程度，以孤岛包含的等效负荷最大为目标，可以充分保障重要负荷的供电连续性。并且充分考虑主动配电网中分布式能源输出功率的随机性以及主动协调性，对主动配电网是否需要重构进行判断，并根据重构后的网络结构对当前的各负荷点可靠性指标进行修正，从而可有效提高主动配电网可靠性评估的效率及准确性。
Description
技术领域
本发明属于主动配电网技术领域，涉及一种主动配电网可靠性评估方法。
背景技术
配电网作为电力系统中的关键环节，在控制及保证用户供电质量等方面起着重要作用。随着各种分布式能源(Distributed Generation，DG)(分布式发电、分布式储能、可控负荷)的渗透，当前出现了负荷增长缓慢、配电网发展空间资源有限、网络规模较难扩展等问题。针对这些日益凸显的问题，主动配电网的概念应运而生。主动配电网通过使用灵活的网络拓扑结构来管理潮流，以便对局部的分布式能源进行主动控制和主动管理的配电系统。主动配电网能够在有效发挥分布式能源的优点的同时减少其对系统的扰动，然而由于分布式能源的接入使得传统配电网从辐射式网络变为遍布电源和用户的网络，同时由于光照强度、风速、可控负荷等因素的随机性和间歇性，这类分布式能源接入后给系统带来了很多不确定性，如何在这样的环境下研究出适用于主动配电网的可靠性评估方法将具有重大意义。
在主动配电网中，由于包含了大量的分布式电源，故针对主动配电网的可靠性评估关键之一是对其中分布式能源输出功率的随机性进行较准确的建模。当前对分布式能源输出功率建模的方法主要为模拟法和解析法两类。传统的解析法思路清晰，当系统的网络结构比较简单时，系统的可靠性指标往往能够用简明的数学表达式表示出来，这时应用解析法进行可靠性分析往往能够取得比较好的效果。但是当系统规模较大或者网络结构较为复杂时，应用解析法就存在比较大的困难，因此很难适用于分布式能源接入的大规模网络。蒙特卡洛方法由于具有能够方便考虑元件故障、分布式电源加入以及与系统规模无关等优点而得到广泛应用。另一方面，主动配电网本质上是利用先进的信息、通信以及电力电子技术对规模化接入分布式能源的配电网实施主动管理，故针对主动配电网的可靠性评估中也需要考虑其主动控制协调性的特点。
文献“基于蒙特卡罗模拟的含微网配电网可靠性评估”[梁惠施，程林，刘思革.电网技术.2011.10.032]，利用序贯蒙特卡洛模拟法对配电网进行可靠性评估，但模拟时间方法太过复杂冗长，对于规模较大的电网评估效率和准确性将大大降低。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足之处，提供一种主动配电网可靠性评估方法，该方法基于蒙特卡洛模拟法并加以改进形成改进的序贯蒙特卡洛模拟法，并充分考虑到了主动配电网中分布式能源输出功率的随机性以及主动协调性，对孤岛进行划分，可有效提高主动配电网可靠性评估的效率及准确性。
为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案。
本发明的主动配电网可靠性评估方法，包括以下步骤：
本发明的一种主动配电网可靠性评估方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤A、构建主动配电网的网络结构模型以及分布式能源输出功率与负荷的关系模型；
步骤B、根据分布式能源输出功率与负荷的关系模型，对孤岛进行搜索及划分；
步骤C、根据孤岛划分结果，利用新序贯蒙特卡洛模拟法计算各负荷点的可靠性；
步骤D、根据各负荷点的可靠性评估指标，判断所述主动配电网是否需要重构，如是，则进行主动配电网的重构，并根据重构后的主动配电网的网络结构模型，修正各负荷点的可靠性评估指标，然后转至步骤E；如否，则直接转至步骤E；
步骤E、利用各负荷点的可靠性评估指标计算出所述主动配电网的可靠性评估指标。
进一步的，所述步骤B中根据分布式能源输出功率与负荷的关系模型，对孤岛进行搜索及划分，是采用功率圆的方法对孤岛进行划分。
进一步的，所述步骤B的实现过程为：
B1、根据配电网的特性，把含DG的配电网简化成一棵生成树的模型，形成配电网络连通图；
B2、对连通图中节点和边界的权值进行整定形成最小生成树；
B3、根据权值整定的结果，利用广度优先搜索算法来确定功率圆的范围，在配电系统网络拓扑图中由DG所在节点出发，依次访问其邻接点，以DG额定功率为约束，遍历所有与DG有路径相通的节点即可得到功率圆；
B4、对步骤B3形成的已经满足孤岛划分的基本要求，但是其中有些母线可能没有连接负荷，优化生成树的过程需要把这些母线删除；
B5、孤岛安全校验：孤岛形成后，需要对其运行的安全约束条件进行校验，检验孤岛运行过程中是否有无线路潮流或母线电压越限的情况；若有越限，则需要返回步骤B1重新形成孤岛，并重新校验直至满足要求；若无越限，则输出最终孤岛划分方案。
进一步的，所述步骤C的实现过程为：
步骤C1、计算孤岛的故障率，对孤岛进行采样，生成分布式电源和储能发电系统状态时间序列；
步骤C2、根据步骤C1所产生的分布式电源和储能发电系统的运行状态时间序列，抽取一个时间x(t)检查孤岛运行期间发电系统是否正常运行；如果正常运行，则转至步骤C4；如果已停止运行，则进行步骤C3；
步骤C3、对非正常运行的孤岛进行向前向后序贯模拟，直至找到正常工作状态；
步骤C4、计算分布式电源和储能发电系统在孤岛运行状态下的供电时间tA；
步骤C5、将所计算的供电时间tA与故障持续时间tL相比较，若tA<tL,则储能装置耗尽之后负荷停运，否则负荷不停运；
步骤C6、判断故障是否是模拟时间内的最后一次故障，若是，则进行步骤C7，否则转回步骤C4；
步骤C7、计算各负荷点的可靠性指标。
进一步的，在步骤B5中最终孤岛划分方案的模型公式为：
约束条件：
Umin≤Uj≤Umax (3)
Iij≤Iij max (4)
其中，T为最后形成的孤岛，PDGi表示孤岛中DG的有功功率，PLj表示孤岛中负荷的有功功率，ωj表示负荷的重要程度，其中i取1、2、3.1类负荷取100，2类负荷取10，3类负荷取1，Umax，Umin分别为节点j允许的电压上、下限，Iij，Iij max分别为线路的实际电流和最大允许电流。
相比现有技术，本发明具有以下优点和有益效果：
本发明在进行各负荷点可靠性指标计算时，利用功率圆对孤岛进行划分,充分考虑了主动配电网中分布式能源输出功率的随机性以及主动协调性，更贴近于主动配电网的实际情况，有效提高了可靠性评估的准确性。
本发明方法充分结合了蒙特卡洛模拟法的准确性、采用的系统状态转移法不需要考虑每个元件的运行—故障持续时间序列，而把系统作为一个整体进行抽样，克服了现有的蒙特卡洛模拟法效率低下的不足。
附图说明
图1为主动配电网的结构示意图。
图2为本发明的主动配电网可靠性评估方法的一种实施例的孤岛划分流程图。
图3为本发明的主动配电网可靠性评估方法的一种实施例的含DG的配电网络连通示意图。
图4为本发明的主动配电网可靠性评估方法的一种实施例的流程框图。
具体实施方式
本发明基于改进的新序贯蒙特卡洛模拟法，利用区域划分法来进行主动配电网的可靠性评估。为了提高分析的效率和准确性，本发明利用功率圆对孤岛进行划分，同时对孤岛进行分析计算。同时在可靠性评估过程中充分考虑到了负荷的重要程度，以孤岛包含的等效负荷最大为目标，可以充分保障重要负荷的供电连续性。并且充分考虑主动配电网中分布式能源输出功率的随机性以及主动协调性，对主动配电网是否需要重构进行判断，并根据重构后的网络结构对当前的各负荷点可靠性指标进行修正，从而有效提高主动配电网可靠性评估的效率及准确性。
本发明的一种主动配电网可靠性评估方法，包括以下步骤：
步骤A、构建主动配电网的网络结构模型以及分布式能源输出功率与负荷的关系模型；
步骤B、根据分布式能源输出功率与负荷的关系模型，对孤岛进行搜索及划分；
步骤C、根据孤岛划分结果，利用新序贯蒙特卡洛模拟法计算各负荷点的可靠性；所述的新序贯指的是在现有技术的序贯蒙特卡洛模拟法的基础上增加了一步：对非正常运行的孤岛进行向前向后序贯模拟直至找到正常工作状态。
步骤D、根据各负荷点的可靠性评估指标，判断所述主动配电网是否需要重构，如是，则进行主动配电网的重构，并根据重构后的主动配电网的网络结构模型，修正各负荷点的可靠性评估指标，然后转至步骤E；如否，则直接转至步骤E；
步骤E、利用各负荷点的可靠性评估指标计算出所述主动配电网的可靠性评估指标。
进一步的，所述步骤B中根据分布式能源输出功率与负荷的关系模型，对孤岛进行搜索及划分，是采用功率圆的方法对孤岛进行划分。
进一步的，所述步骤B的实现过程为：
B1、根据配电网的特性，把含DG的配电网简化成一棵生成树的模型，形成配电网络连通图；
B2、对连通图中节点和边界的权值进行整定形成最小生成树；
B3、根据权值整定的结果，利用广度优先搜索算法来确定功率圆的范围，在配电系统网络拓扑图中由DG所在节点出发，依次访问其邻接点，以DG额定功率为约束，遍历所有与DG有路径相通的节点即可得到功率圆；
B4、对步骤B3形成的已经满足孤岛划分的基本要求，但是其中有些母线可能没有连接负荷，优化生成树的过程需要把这些母线删除；
B5、孤岛安全校验：孤岛形成后，需要对其运行的安全约束条件进行校验，检验孤岛运行过程中是否有无线路潮流或母线电压越限的情况；若有越限，则需要返回步骤B1重新形成孤岛，并重新校验直至满足要求；若无越限，则输出最终孤岛划分方案。
进一步的，所述步骤C的实现过程为：
步骤C1、计算孤岛的故障率，对孤岛进行采样，生成分布式电源和储能发电系统状态时间序列；
步骤C2、根据步骤C1所产生的分布式电源和储能发电系统的运行状态时间序列，抽取一个时间x(t)检查孤岛运行期间发电系统是否正常运行；如果正常运行，则转至步骤C4；如果已停止运行，则进行步骤C3；
步骤C3、对非正常运行的孤岛进行向前向后序贯模拟，直至找到正常工作状态；
步骤C4、计算分布式电源和储能发电系统在孤岛运行状态下的供电时间tA；
步骤C5、将所计算的供电时间tA与故障持续时间tL相比较，若tA<tL,则储能装置耗尽之后负荷停运，否则负荷不停运；
步骤C6、判断故障是否是模拟时间内的最后一次故障，若是，则进行步骤C7，否则转回步骤C4；
步骤C7、计算各负荷点的可靠性指标。
进一步的，在步骤B5中最终孤岛划分方案的模型公式为：
约束条件：
Umin≤Uj≤Umax (3)
Iij≤Iij max (4)
其中，T为最后形成的孤岛，PDGi表示孤岛中DG的有功功率，PLj表示孤岛中负荷的有功功率，ωj表示负荷的重要程度，1类负荷取100，2类负荷取10，3类负荷取1，Umax，Umin分别为节点j允许的电压上、下限，Iij，Iij max分别为线路的实际电流和最大允许电流。
下面结合附图对本发明的技术方案进行详细说明：
图1显示了主动配电网的基本结构，如图1所示，该主动配电网中包含了常规电源和负荷、分布式发电单元DG、分布式储能单元EES、可控负荷单元CL等。主动配电网中电力潮流以及电力设备的运行状态等与协调控制机构形成信息交互，当系统中出现潮流较大波动、电力设备故障等情况后，主动配电网的协调控制机构根据可靠性评估指标进行一系列的计算，进而根据计算结果判断除电网是否需要进行重构，在判断出系统需要进行重构后，发出重构命令，控制单元接受到命令后做出相应，并将重构后的电网信息反馈给主动配电网的协调控制机构进行重构后的可靠性评估。
图2为本发明的主动配电网可靠性评估方法的一种实施例的孤岛划分流程图。如图2所示，本发明实施例的孤岛划分包括以下步骤：
步骤一、根据配电网的特性，把含DG的配电网简化成一棵生成树的模型，形成配电网络连通图，如图3所示；
步骤二、对连通图中节点和边界的权值进行整定形成最小生成树；
步骤三、根据权值整定的结果，利用广度优先搜索算法来确定功率圆的范围，在配电系统网络拓扑图中由DG所在节点出发，依次访问其邻接点，以DG额定功率为约束，遍历所有与DG有路径相通的节点即可得到功率圆；
步骤四、对步骤三形成的已经满足孤岛划分的基本要求，但是其中有些母线可能没有连接负荷，优化生成树的过程需要把这些母线删除。
步骤五、孤岛安全校验。孤岛形成后，需要对其运行的安全约束条件进行校验，检验孤岛运行过程中是否有无线路潮流或母线电压越限的情况。若有越限，则需要返回步骤一重新形成孤岛，并重新校验直至满足要求；若无越限，则输出最终孤岛划分方案。
其最终孤岛划分模型公式：
约束条件：
Umin≤Uj≤Umax (3)
Iij≤Iij max (4)
式中：T为最后形成的孤岛，PDGi表示孤岛中DG的有功功率，PLj表示孤岛中负荷的有功功率，ωj表示负荷的重要程度，1类负荷取100，2类负荷取10，3类负荷取1，Umax，Umin分别为节点j允许的电压上、下限，Iij，Iij max分别为线路的实际电流和最大允许电流。
图4为本发明的主动配电网可靠性评估方法的一种实施例的流程框图，该实施例方法包括以下步骤：
步骤A、构建所述主动配电网的网络结构模型以及分布式能源输出功率与负荷的关系模型；
步骤B、根据分布式能源输出功率与负荷的关系模型，对孤岛进行搜索及功率圆划分；
步骤C、根据孤岛划分结果，利用改进的序贯蒙特卡洛模拟法计算负荷点的可靠性；
步骤C1、计算孤岛的故障率，对孤岛进行采样，生成分布式电源和储能发电系统状态时间序列；
步骤C2、根据步骤C1所产生的分布式电源和储能发电系统的运行状态序列，抽取某个时间x(t)检查孤岛运行期间发电系统是否正常运行。如果运行，则转至步骤C4；如果停运，则进行下一步。
步骤C3、对非正常运行的孤岛进行向前向后序贯模拟直至找到正常工作状态。
步骤C4、计算分布式电源和储能发电系统在孤岛运行状态下的供电时间tA
步骤C5、将tA与故障持续时间tL相比较，若tA<tL,则储能装置耗尽之后负荷停运，否则负荷不停运。
步骤C6、判断故障是否是模拟时间内的最后一次故障，若是，则进行下一步，否则转回步骤C4。
步骤C7、计算各负荷点的可靠性指标。
步骤D、根据各负荷点的可靠性评估指标，判断所述主动配电网是否需要重构，如是，则进行主动配电网的重构，并根据重构后的主动配电网的网络结构模型，修正各负荷点的可靠性评估指标，然后转步骤E；如否，则直接转至步骤E；
步骤E、利用各负荷点的可靠性评估指标计算出所述主动配电网的可靠性评估指标。
Claims (5)
1.一种主动配电网可靠性评估方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤A、构建主动配电网的网络结构模型以及分布式能源输出功率与负荷的关系模型；
步骤B、根据分布式能源输出功率与负荷的关系模型，对孤岛进行搜索及划分；
步骤C、根据孤岛划分结果，利用新序贯蒙特卡洛模拟法计算各负荷点的可靠性；
步骤D、根据各负荷点的可靠性评估指标，判断所述主动配电网是否需要重构，如是，则进行主动配电网的重构，并根据重构后的主动配电网的网络结构模型，修正各负荷点的可靠性评估指标，然后转至步骤E；如否，则直接转至步骤E；
步骤E、利用各负荷点的可靠性评估指标计算出所述主动配电网的可靠性评估指标。
2.根据权利要求1所述的一种主动配电网可靠性评估方法，其特征在于，所述步骤B中根据分布式能源输出功率与负荷的关系模型，对孤岛进行搜索及划分，是采用功率圆的方法对孤岛进行划分。
3.根据权利要求2所述的一种主动配电网可靠性评估方法，其特征在于，所述步骤B的实现过程为：
B1、根据配电网的特性，把含DG的配电网简化成一棵生成树的模型，形成配电网络连通图；
B2、对连通图中节点和边界的权值进行整定形成最小生成树；
B3、根据权值整定的结果，利用广度优先搜索算法来确定功率圆的范围，在配电系统网络拓扑图中由DG所在节点出发，依次访问其邻接点，以DG额定功率为约束，遍历所有与DG有路径相通的节点即可得到功率圆；
B4、对步骤B3形成的已经满足孤岛划分的基本要求，但是其中有些母线可能没有连接负荷，优化生成树的过程需要把这些母线删除；
B5、孤岛安全校验：孤岛形成后，需要对其运行的安全约束条件进行校验，检验孤岛运行过程中是否有无线路潮流或母线电压越限的情况；若有越限，则需要返回步骤B1重新形成孤岛，并重新校验直至满足要求；若无越限，则输出最终孤岛划分方案。
4.根据权利要求1所述的一种主动配电网可靠性评估方法，其特征在于，所述步骤C的实现过程为：
步骤C1、计算孤岛的故障率，对孤岛进行采样，生成分布式电源和储能发电系统状态时间序列；
步骤C2、根据步骤C1所产生的分布式电源和储能发电系统的运行状态时间序列，抽取一个时间x(t)检查孤岛运行期间发电系统是否正常运行；如果正常运行，则转至步骤C4；如果已停止运行，则进行步骤C3；
步骤C3、对非正常运行的孤岛进行向前向后序贯模拟，直至找到正常工作状态；
步骤C4、计算分布式电源和储能发电系统在孤岛运行状态下的供电时间tA；
步骤C5、将所计算的供电时间tA与故障持续时间tL相比较，若tA<tL,则储能装置耗尽之后负荷停运，否则负荷不停运；
步骤C6、判断故障是否是模拟时间内的最后一次故障，若是，则进行步骤C7，否则转回步骤C4；
步骤C7、计算各负荷点的可靠性指标。
5.根据权利要求3所述的一种主动配电网可靠性评估方法，其特征在于，在步骤B5中最终孤岛划分方案的模型公式为：
其约束条件：
Umin≤Uj≤Umax (3)
Iij≤Iij max (4)
其中，T为最后形成的孤岛，PDGi表示孤岛中DG的有功功率，PLj表示孤岛中负荷的有功功率，ωj表示负荷的重要程度，其中i取1、2、3，1类负荷ω1取100，2类负荷ω2取10，3类负荷ω3取1，Umax，Umin分别为节点j允许的电压上、下限，Iij，Iij max分别为线路的实际电流和最大允许电流。
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2018
- 2018-01-12 CN CN201810031766.4A patent/CN108388688A/zh active Pending
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