CN108390390A - 一种含优先消纳风电能源路由器的三相不平衡主动配电网随机模糊潮流方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种含优先消纳风电能源路由器的三相不平衡主动配电网随机模糊潮流方法，包括以下步骤：建立优先消纳风电的EH与配网交换功率模型；建立含风电优先消纳EH主动配电网三相不平衡随机模糊潮流模型；提出含风电优先消纳EH主动配电网三相不平衡随机模糊潮流算法；对三相不平衡主动配电网潮流计算结果的节点电压随机模糊特征进行提取及分析。本发明建立了含风电优先消纳EH主动配电网三相潮流模型，并提出求解算法，可有效获得随机模糊性风电注入及多能流耦合下，三相不平衡主动配电网运行的随机性和模糊性信息，因兼顾随机性和模糊性不确定客观实际，更加科学全面，与MC仿真结果比较也进一步表明模型和算法有效且优越。
Description
技术领域
本发明属于电力系统潮流计算技术领域，涉及一种含优先消纳风电能源路由器的三相不平衡主动配电网随机模糊潮流方法。
背景技术
随着能源互联网建设推进，高比例分布式风电直接接入或与冷热电联共系统(combined cooling,heating,andpower，CCHP)等构成能量枢纽(energy hub，EH)接入配电网，从而使配电网成为有源和多能流耦合主动配电网(active distribution network，ADN)。优先消纳风电等清洁能源是能源转型基本要求，而间歇性风电不确定性兼具随机性和模糊，因此EH多能流耦合模式及其与配电网功率交换、ADN与输电网有功交互等均应适应此要求，上述因素与负荷三相不平衡等因素共同作用影响配网潮流分布，因此亟待研究含风电优先消纳能量枢纽的配电网潮流分析新模型和新方法。
目前关于考虑分布式能源不确定性的配电网潮流计算可分为概率潮流或随机潮流、模糊潮流，区间潮流及概率区间潮流等，需要指出的是，事物的不确定性客观上兼具随机性和模糊性且有共生关系，如风速或风电出力一般可通过历史数据挖掘掘提取其概率分布，但难以获得认识意义概率分布参数精确值，即具有认识意义模糊性，因此用随机模糊变量描述风速和风电出力更加科学全面。其次，EH多能流耦合模式和输配网交互模式是最大化消纳随机模糊性风电主要影响因素，文献《能源互联网中能量枢纽的优化规划与运行研究综述及展望》介绍了含风电等的典型多能流系统能量枢纽建模及其优化方法，文献《区域综合能源系统电/气/热混合潮流算法研究》提出基于能量枢纽区域综合能源系统潮流计算的混合算法，但关于EH多能流耦合中最大化消纳随机模糊性风电，以及考虑直接接入配电网分布式风电和EH与配电网交换功率共同作用，进而影响ADN与输电网双向功率交互的研究尚未报道。再次，考虑三相不平衡负荷的配电网潮流方法已得到学者深入研究，但未见综合考虑负荷三相不平衡、EH优先消纳随机模糊性风电、EH以源或和三相平衡接入、ADN以源荷或孤岛模式与输电网交互等因素的主动配电网三相不平衡潮流模型及算法研究报道。
发明内容
本发明为了解决上述问题，提出了一种含优先消纳风电能源路由器的三相不平衡主动配电网随机模糊潮流方法，能够解决含多能源多重不确定性的主动配电网三相不平衡潮流计算问题，仿真算例验证了所提模型和算法的有效性和可行性。
为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：
一种含优先消纳风电能源路由器的三相不平衡主动配电网随机模糊潮流方法，包括以下步骤：
S1：建立优先消纳风电的EH与配网交换功率模型；
S2：建立含风电优先消纳EH主动配电网三相不平衡随机模糊潮流模型；
S3：提出含风电优先消纳EH主动配电网三相不平衡随机模糊潮流算法；
S4：对三相不平衡主动配电网潮流计算结果的节点电压随机模糊特征进行提取及分析。
本发明主要对主动配电网的潮流计算方法进行研究，提出了一种含优先消纳风电能源路由器的三相不平衡主动配电网随机模糊潮流方法，建立了优先消纳风电的EH模型及其与配网交换功率模型，在此基础上建立了建立含风电优先消纳EH主动配电网三相不平衡随机模糊潮流模型并提出含风电优先消纳EH主动配电网三相不平衡随机模糊潮流算法。本发明的模型和算法可有效获得随机模糊性风电注入及多能流耦合下，三相不平衡主动配电网运行的随机性和模糊性信息；获得的EH与ADN随机模糊交换功率，ADN与输电网随机模糊交换功率，节点电压幅值和相角随机模糊期望值及其机会测度能够有效描述相应的随机模糊性信息，上述信息因兼顾随机性和模糊性不确定客观实际，更加科学全面，与MC仿真结果比较也进一步表明模型和算法有效且优越。
附图说明
图1为本发明的步骤流程图；
图2为本发明的含不确定风电接入的CCHP系统EH模型图；
图3为本发明的风电优先消纳改进运行策略下EH与配电网交换功率图；
图4为本发明的随机模糊风电和含风电的CCHP系统通过EH分布式接入的IEEE33节点配网系统拓扑图。
图5为本发明的潮流计算三相电压幅值和相角期望结果图。
图6为本发明的潮流计算某节点电压幅值和相角分布概率密度图。
图7为本发明的潮流计算某节点电压幅值和相角分布参数频率图。
图8为本发明的潮流计算结果和MC法结果对比图。
具体实施方式
以下结合附图描述根据本发明实施例的含优先消纳风电能源路由器的三相不平衡主动配电网随机模糊潮流方法。
一种含优先消纳风电能源路由器的三相不平衡主动配电网随机模糊潮流方法，包括以下步骤：
S1：建立优先消纳风电的EH与配网交换功率模型
(1)所述步骤S1具体包括：
建立含风电接入的CCHP系统EH模型，物理模型示意图见图2，含随机模糊风电性EH的输入和输出的耦合关系可用式(1)表示
式中，vw为风电供冷热分配系数；ve为EH与电网交换功率的供热/冷分配系数；ηconv.为风电转换器的效率；ηtrans.为变压器的效率；和分别为CHP机组的制电和制热/冷效率；ηAC为AC制热/冷的效率；Pg为天然气能量值；可通过式(1)求取；设为功率因数角，EH以恒功率因数运行，则对应的EH与ADN无功交换功率
考虑随机模糊风电的最大化优先消纳，对传统CCHP系统运行策略进行改进，得到满足风电优先消纳的风电供冷热分配系数计算公式如式(2)和式(3)所示
改进FTL：
改进FEL:
改进混合运行(following hybrid electric-thermal load，FHL)运行策略是改进FTL与改进FEL两种模式的结合。通过系统负荷分别确定确定电能需求与热能需求后求取电热需求比值。利用电热耦合的特性，确定一个电热需求比的临界比值，当电热需求比值大于该比值时，系统以改进FTL模式运行；反之，当比值小于该临界值时，系统以改进FEL模式运行。
(2)所述步骤S1具体还包括：
当风电供冷热分配系数按照式(2)和(3)计算的值设置，除了的情况，以上其他所有情况，风电出力全部由CCHP系统内部消纳，实现了风电的最大化就近消纳，在此基础上将风电供冷热分配系数代入EH耦合关系式(1)可得到含风电的CCHP系统EH与配网的交换功率如式(4)和(5)所示
改进FTL:
改进FEL：
采用随机模糊模拟技术模拟5000组风电加入CCHP系统EH中，根据式(4)得到5000组风电优先消纳的改进运行策略下EH与配电网交换功率，见图3。
S2：建立含风电优先消纳EH主动配电网三相不平衡随机模糊潮流模型
含风电优先消纳的三相不平衡主动配电网模型，在考虑系统静态安全约束不等式约束情况下，可由三相前推回代潮流模型和式(1)联立组成，可由式(6)表示
式中，F表示A、B、C三相的前推回代电力系统方程；x为主动配电网的常规电气变量，包括电压、相角及节点负荷等；为分布式接入的风电机组的随机模糊出力；为含随机模糊风电的EH模型变量，其中表示接入到EH的随机模糊风电，表示EH与配电网的交互功率变量。
S3：提出含风电优先消纳EH主动配电网三相不平衡随机模糊潮流算法
具体地，将直接接入配网风电机组和含风电EH作为PQ节点处理，结合随机模糊模拟、EH多能流耦合模式及前推回代算法求解含风电优先消纳EH主动配电网三相不平衡随机模糊潮流模型。
进一步地，在步骤S3中，求解模型算法步骤具体如下：
S301：采用随机模糊技术模拟W组风电出力，结合含风电EH改进多能流耦合模式及相应的电网随机模糊交换功率模型，将第w(w＝1,2,···,W)组风电出力和选定改进模式下的风电分配系数vw代入冷热电耦合式(1)，考虑风电优先消纳根据式(2)～(5)对式(1)的求解求出EH与配电网的随机模糊交换功率把第w(w＝1,2,···,W)组风电出力和EH交换功率加入到主动配电网络节点中，进入S302。
S302：设置u＝1；设主动配电网根节点的电压为将主动配电网进行三相解耦，给定A、B、C三相全网电压初值集合进入S303。
S303：根据主动配电网的结合每相各个节点的负荷及节点上加入的风电出力和EH交换功率，采用前推回代算法分别计算A、B、C三相的潮流，得到第u次迭代的三相电压集合进入S304。
S304：判断三相潮流是否收敛。收敛条件是相邻两次迭代得到的全网电压偏差小于预设的收敛精度，即收敛进入S305，否则u＝u+1返回S303。
S305：判断潮流结果是否满足配电网潮流约束条件，满足进入S306，不满足调节无功补偿装置、风电和CCHP等参数，返回S302。
S306：判断w是否等于W，是潮流计算结束，否则w＝w+1返回S301。
对IEEE 33节点配网系统改进，得到改进拓扑图见图4所示，以考虑风电优先消纳的改进FTL运行策略为例，根据本发明模型和算法得到的潮流计算三相电压幅值和相角期望见图5。
S4：对三相不平衡主动配电网潮流计算结果的节点电压随机模糊特征进行提取及分析
采用核密度平均估计拟合主动配电网的母线节点电压幅值和相角的概率分布特征，发现采用三峰正态分布能较好描述其随机不确定特征，见图6，即节点电压幅值和相角可用三峰正态分布拟合函数式为：
式中，ai、bi和ci为拟合参数。
为进一步发现潮流结果随机模糊特征，本发明进行100次随机模糊潮流计算，每次潮流计算时随机模糊模拟5000组风电，从而得到100组随机模糊潮流结果，对每个节点的每组电压幅值数据进行拟合，发现100组数据中，除配电网根节点外各节点电压幅值均可用三峰正态分布进行较好的描述，但发现其拟合参数难以获取认识意义精确值即具有模糊性。以某节点为例，100组数据进行三峰正态分布拟合，获得对应的概率分布9类参数，对其进一步统计获得电压幅值和相角频率分布图如图7所示。
以图7电压幅值频率分布图为例，潮流结果的电压幅值分布参数可分别用梯形和三角形模糊数表示，以参数a3、b3为例，参数a3在某一区域[7.90,8.53]内，参数值出现频率相对集中，在该区域外的数值出现频率随着偏离中心值的距离的增大而呈现衰减趋势，采用梯形模糊变量来描述较为合适；参数b3取值近似以0.942为中心，并且随着偏离该中心距离的逐渐增大其出现频率呈现递减趋势，采用三角形模糊变量来描述较为合适。计算95％置信水平下参数的置信区间，取其置信区间最小下限和最大上限作为该分布参数的波动范围，所以参数a3可采用梯形模糊变量表示，参数b3可采用三角形模糊变量表示，根据模糊参数隶属函数式，a3、b3对应的隶属函数分别可用式(8)和(9)表示：
以分别表示各参数的模糊变量，电压幅值U则可定义为随机模糊变量ξU。则节点电压幅值三峰正态分布的机会测度密度函数如下：
据此就得到一种含优先消纳风电能源路由器的三相不平衡主动配电网随机模糊潮流方法。根据本发明得到的三相不平衡主动配电网节点电压随机模糊潮流结果与MC法结果比较见图8，从图8可以看出：本发明得到的各节点电压幅值和相角处于蒙特卡洛模拟获得的各节点幅值相角最大最小值范围之内，表明文中提出的模型和算法有效，表明文中方法在不失去随机模拟结果前提下，可获得兼顾随机性和模糊性的更加科学全面的潮流结果不确定特征信息。
以上实施方案仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的保护范畴。
Claims (6)
1.一种含优先消纳风电能源路由器的三相不平衡主动配电网随机模糊潮流方法，其特征在于：
S1：建立优先消纳风电的能量枢纽(energy hub，EH)与配网交换功率模型；
S2：建立含风电优先消纳EH主动配电网三相不平衡随机模糊潮流模型；
S3：提出含风电优先消纳EH主动配电网三相不平衡随机模糊潮流算法；
S4：对三相不平衡主动配电网潮流计算结果的节点电压随机模糊特征进行提取及分析。
2.根据权利要求1所述的一种含优先消纳风电能源路由器的三相不平衡主动配电网随机模糊潮流方法，其特征在于，所述步骤S1建立优先消纳风电的EH与配网交换功率模型；具体包括：以典型的冷热电联供(combined cooling,heating,and power，CCHP)多能流系统为例，建立含风电接入的CCHP系统EH模型，考虑随机模糊风电的最大化优先消纳，对传统CCHP系统运行策略进行改进，得到满足风电优先消纳的风电供冷热分配系数计算公式，在此基础上将风电供冷热分配系数代入EH耦合关系式可得到含风电的CCHP系统EH与配网的交换功率
3.根据权利要求1所述的一种含优先消纳风电能源路由器的三相不平衡主动配电网随机模糊潮流方法，其特征在于，所述步骤S1建立优先消纳风电的EH与配网交换功率模型；具体还包括：得到优先消纳风电供冷热分配系数后，在此基础上将风电供冷热分配系数代入EH耦合关系式可得到含风电的CCHP系统EH与配网的交换功率
4.根据权利要求1所述的一种含优先消纳风电能源路由器的三相不平衡主动配电网随机模糊潮流方法，其特征在于，所述步骤S2中建立含风电优先消纳EH主动配电网三相不平衡随机模糊潮流模型；含风电优先消纳的三相不平衡主动配电网模型，在考虑系统静态安全约束不等式约束情况下，可由三相前推回代潮流模型和含风电的CCHP系统EH模型耦合关系式联立组成。
5.根据权利要求1所述的一种含优先消纳风电能源路由器的三相不平衡主动配电网随机模糊潮流方法，其特征在于，所述步骤S3中提出含风电优先消纳EH主动配电网三相不平衡随机模糊潮流算法；将直接接入配网风电机组和含风电EH作为PQ节点处理，结合随机模糊模拟、EH多能流耦合模式及前推回代算法求解含风电优先消纳EH主动配电网三相不平衡随机模糊潮流模型，求解模型算法步骤具体如下：
S301：采用随机模糊技术模拟W组风电出力，结合含风电EH改进多能流耦合模式及相应的电网随机模糊交换功率模型，将第w(w＝1,2,…,W)组风电出力和选定改进模式下的风电分配系数vw代入冷热电耦合式(1)，考虑风电优先消纳根据式(2)～(5)对式(1)的求解求出EH与配电网的随机模糊交换功率把第w(w＝1,2,…,W)组风电出力和EH交换功率加入到主动配电网络节点中，进入S302；
S302：设置u＝1，设主动配电网根节点的电压为将主动配电网进行三相解耦，给定A、B、C三相全网电压初值集合进入S303；
S303：根据主动配电网的结合每相各个节点的负荷及节点上加入的风电出力和EH交换功率，采用前推回代算法分别计算A、B、C三相的潮流，得到第u次迭代的三相电压集合进入S304；
S304：判断三相潮流是否收敛。收敛条件是相邻两次迭代得到的全网电压偏差小于预设的收敛精度，即收敛进入S305，否则u＝u+1返回S303；
S305：判断潮流结果是否满足配电网潮流约束条件，满足进入S306，不满足调节无功补偿装置、风电和CCHP等参数，返回S302；
S306：判断w是否等于W，是潮流计算结束，否则w＝w+1返回S301。
6.根据权利要求1所述的一种含优先消纳风电能源路由器的三相不平衡主动配电网随机模糊潮流方法，其特征在于，所述步骤S4中对三相不平衡主动配电网潮流计算结果的节点电压随机模糊特征进行提取及分析；具体地，采用核密度平均估计拟合主动配电网的母线节点电压幅值和相角的概率分布特征，发现采用三峰正态分布能较好描述其随机不确定特征，进行多组实验，对其三峰正态分布分布参数进行统计处理，发现其拟合参数难以获取认识意义精确值即具有模糊性，得到其参数频率分布图，将其分布参数用梯形模糊变量或三角形模糊变量表示，得到其隶属函数和机会测度函数。
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