CN108400593A - 基于分层多代理技术的主动配电网电气模型建立方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了基于分层多代理技术的主动配电网电气模型建立方法，包括如下步骤：1）对主动配电网的电气结构进行分析；2）对主动配电网的信息结构进行分析，运用分层多代理结构原理，构建配电网多代理信息结构模型；3）建立分布式发电单元模型、负荷模型和功能单元模型；4）对建立的分布式发电单元模型进行分析评估；5）通过建立的负荷模型进行分析评价；6）通过对外通信单元进行输出，并形成可研性分析报告。本发明根据电气元件不同区别，提出了可自适应调整的多代理分层技术，对配电网的电气元件进行分别建模，并进行不同模型的接入评价，得出分析评价结果，对主动配电网的入网规划提供了有力支撑。

Description

基于分层多代理技术的主动配电网电气模型建立方法

技术领域

本发明涉及主动配电网管理与应用技术领域，尤其涉及基于分层多代理技术的主动配电网电气模型建立方法。

背景技术

主动配电网能够实现自我控制、保护和管理等功能，含有分布式电源及各类可控单元，控制复杂且运行方式灵活，可以解决传统配电网随着电网规模的不断扩大而产生的可靠性不高、鲁棒性不强、灵活性不足等缺点，所以，对主动配电网的电气单元进行合理的建模，对维护正常的社会、生活和工作秩序至关重要，关系着社会的公共安全、人民的人身安全。

专利号为201610860069.0的发明专利涉及一种主动配电网规划方法，包括以下步骤：1)在所规划主动配电网覆盖区域内划分供电区域并确定每一变电站的位置；2)根据各供电区域所对应的净负荷曲线P(t)，确定任意两变电站i和j之间的互补特性参数Cij；3)根据任意两变电站i和j之间的互补特性参数Cij，计算任意两变电站i和j之间的互补特性距离Dij；4)根据任意两变电站i和j之间的互补特性距离Dij，将若干个变电站进行聚类分析，进而确定A个联合运行的变电站组；5)采用智能算法分别确定A个联合运行的变电站组中每一变电站组n个时刻t1，t2，…，tn当中每一时刻的最佳接线方案，确定整个主动配电网的最佳接线方案。该发明能够充分挖掘主动配电网下变电站之间可调互补特性，有效节约资源和成本。

专利号为201410295162.2的发明专利公开了一种主动配电网的重构方法和装置。其中，该主动配电网的重构方法包括：获取预定时间内的多个时间段；获取主动配电网中多个节点在多个时间段中每个时间段的网损；比较多个节点的网损的大小，依次获取网损最小的三个节点；对相邻两个时间段的节点进行一一配对，形成三条拓扑链，其中，三个节点按照开关动作次数由少至多依次与相邻的时间段的三个节点中开关动作次数最少的节点作为一对；以及在预定时间内形成的三条拓扑链中选择网损费用与开关费用之和最小的拓扑链作为主动配电网的重构方案，其中，开关费用为开关动作产生的费用。通过该发明，现有技术中主动配电网的重构耗时较长的问题，达到了减少主动配电网的重构耗时的效果。

上述方法或装置系统，其目的均在于规划和重构等方面改进主动配电网的管理手段，但为更好实现对主动配电网的现代化管理，适应主动配电网中场景频繁变化的需求，需要研究建立主动配电网的电气模型并对电气模型进行分析评价，从而对主动配电网及分布式电源的入网规划提供有力支撑。

发明内容

本发明目的在于提供基于分层多代理技术的主动配电网电气模型建立方法，根据组成主动配电网的电气元件不同区别，提出了可自适应调整的多代理分层技术，对配电网的电气元件进行分别建模，集中嵌套，并进行不同模型的接入评价，得出分析评价结果，对主动配电网的入网规划提供了有力支撑。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：基于分层多代理技术的主动配电网电气模型建立方法，包括如下步骤：

1)对主动配电网的电气结构进行分析，包括对主动配电网的分布式发电单元分析、主动负荷分析和功能单元分析；

2)对主动配电网的信息结构进行分析，运用分层多代理结构原理，构建配电网多代理信息结构模型，所述配电网多代理信息结构模型包括四层代理结构，分别是总控代理、分析代理、用户代理和应用代理，所述应用代理包括数据代理和传输代理，所述传输代理包括对外通信单元；

3)依据步骤1)的分析，分别建立分布式发电单元模型、负荷模型和功能单元模型，其中，功能单元模型包括配电变压器模型、电容器模型、调压器模型和配电线路模型；

4)通过步骤2)建立的配电网多代理信息结构模型，对步骤3)建立的分布式发电单元模型进行分析评估，包括电网影响度分析和综合评价分析；

5)通过步骤2)建立的配电网多代理信息结构模型，对步骤3)建立的负荷模型进行分析评价，包括负荷特性分析、承纳能力分析；

6)将步骤4)和步骤5)的分析评价结果，通过配电网多代理信息结构模型的对外通信单元进行输出，并形成可研性分析报告。

进一步地，所述电网影响度分析包括分布式发电单元模型对电能质量的分析、对电网安全的分析和对电网规划的分析，其中，对电网质量的分析包括对电压偏差的分析、对电压分布的分析和对电压波动的分析。

进一步地，所述综合评价分析包括构建综合评价系统，所述综合评价系统包括四层结构，第一层为基于多代理的时间连续仿真引擎；第二层为电网模型，包括分布式发电单元及其连接网络单元；第三层为潮流计算程序；第四层为评价方案，包括指标体系的构建。

进一步地，所述指标体系包括电压质量评价、社会经济效益评价和分布式电源容纳能力评价。

进一步地，所述负荷特性分析包括符合的分辨度分析、波动性分析、差异性分析和波动性分析，所述承纳能力分析包括一般负荷接入分析、主动负荷接入分析、双接入式负荷分析和三接入式负荷分析。

进一步地，所述对外通信单元包括外部接口单元和高性能数据总线，所述外部接口单元连接电网GIS数据库和EMS外部数据库，用来获取初始化数据，所述外部接口单元通过所述高性能消息总线实现对外数据的双向传输。

进一步地，所述分布式发电单元模型包括通用模型和专用模型，所述通用模型包括逆变型分布式发电单元模型，所述专用模型包括风力发电功率外特性模型、光伏阵列功率外特性模型、微型燃气轮机功率外特性模型和储能蓄电池功率外特性模型。

进一步地，所述负荷模型包括恒阻抗模型、恒电流模型、恒功率模型中一种或几种的组合。

本发明的有益效果在于：

1、本发明基于分层多代理技术的主动配电网电气模型建立方法，采用了多代理理论中的混合式结构来构建主动配电网信息结构模型，从而构建主动配电网电气模型，包括分布式发电单元模型、负荷模型和功能单元模型，有助于用电单位灵活配合风、电、光伏等分布式能源出力，实现可再生能源的经济消纳和科学规划。

2、本发明通过建立完整的主动配电网电气模型，对主动式电网的组成结构进行分类，模型通过仿真分析及参数代入，可以使电网用户在不改变自身用能习惯的同时，模拟主动负荷系统削减用电负荷或转移用电时间，有助于改善系统负荷特性，降低系统供能成本。

3、本发明改变了传统多代理电气建模模式中由初始设定的固定单元进行代理，同时不能够适应场景的变化而做出自适应的调整的缺点，提出的“分层嵌套”思路，是对传统“多代理模型”的进一步发展和完善，使得配电网电气信息模型更加集成化、高效化和灵活化，对配电网的规划选型具有积极的指导作用，具有很强的有效性和实用性，值得广泛推广与使用。

附图说明

图1是本发明主动配电网电气模型建立方法流程图。

图2是本发明配电网多代理信息结构模型的结构示意图。

图3是本发明配电网主动配电网电气模型的结构示意图。

图4是本发明对分布式发电单元模型进行分析评估的模型组成结构图。

图5是本发明对分布式电源并网影响评价指标图。

图6是本发明实施例逆变型分布式发电单元通用模型电路图。

图7是本发明实施例配电线路模型电路图。

图8是本发明实施例变压器模型电路图。

图9是本发明实施例电容器模型电路图。

具体实施方式

实施例

如图1至图9所示，基于分层多代理技术的主动配电网电气模型建立方法，包括如下步骤：

1)对主动配电网的电气结构进行分析，包括对主动配电网的分布式发电单元分析、主动负荷分析和功能单元分析；

2)对主动配电网的信息结构进行分析，运用分层多代理结构原理，构建配电网多代理信息结构模型；

多代理技术是一种信息处理技术，系统由多个代理通过共同合作来完成某一目标，代理可以与其所在环境进行信息和行为的互动。在本方法中代理单元对应含分布式电源的配网子区。分层多代理是其一种高级存在形式，通过某种规则，将代理单元进行合并，实现多代理群的高级互动功能。在本方法中“分层”体现在：依据提出的算法规则，对电网区域进行有效“空间”尺度上的划分，由区域内的代理群形成区域代理。其技术特点在于区域代理与区域代理之间，区域代理与上层系统代理之间的信息和行为互动。其核心价值是代理群的自学习、自协调、自管理、自执行的功能，本质上具有“并行处理”和“批处理”的能力。分层多代理模型实现含分布式电源的配网按“空间”特性进行划分，该“空间”特性与配电的薄弱区域或环节密切相关，划分的结果对分布式电源并网评估点的选取进行了有效的筛选，有利于降低分布式电源并网后电网稳定性计算量，从而减少了网络的计算复杂度。

在具体操作中，本发明的配电网多代理信息结构模型包括四层代理结构，分别是总控代理、分析代理、用户代理和应用代理，应用代理包括数据代理和传输代理，传输代理包括对外通信单元，如图2所示，总控代理实现模型整体控制和统一的指令调配，分析代理用于实现对各类模型的智能分析评估，用户代理用于实现和模型使用者之间的操作处理，应用代理用于衔接其他代理之间的数据交换与传输；

3)依据步骤1)的分析，分别建立分布式发电单元模型、负荷模型和功能单元模型，其中，功能单元模型包括配电变压器模型、电容器模型、调压器模型和配电线路模型，如图3所示；

4)通过步骤2)建立的配电网多代理信息结构模型，对步骤3)建立的分布式发电单元模型进行分析评估，包括电网影响度分析和综合评价分析；

5)通过步骤2)建立的配电网多代理信息结构模型，对步骤3)建立的负荷模型进行分析评价，包括负荷特性分析、承纳能力分析；

6)将步骤4)和步骤5)的分析评价结果，通过配电网多代理信息结构模型的对外通信单元进行输出，并形成可研性分析报告。

电网影响度分析包括分布式发电单元模型对电能质量的分析、对电网安全的分析和对电网规划的分析。分布式发电对系统电能质量的影响是由于风力发电机组、太阳能光伏电池、燃气轮机发电、燃料电池等分布式发电单元发出的电能无法直接供给交流负荷，须经一定的接口并网。分布式发电单元并网接口方式分常规旋转电机接口和电力电子逆变器接口。电力电子逆变器接口体积小、重量轻、变换效率高等优势，得到了广泛应用。然而逆变器中电力电子器件频繁的开关运行，将会给电网带来电能质量方面的问题，包括电压偏差、电压闪变、电压波动和电压不平衡等。

分布式发电对系统电网安全的影响是指当分布式发电单元接入配电网时，会装设逆功率继电器，正常运行状态下不会向电网注入功率，但当配电网发生故障时，短路瞬间会有分布式发电单元的电流注入电网，增加了配电网开关的短路电路水平，可能使配电网的开关短路电流超标。因此，大功率分布式发电单元接入电网时，必须事先进行电网分析和计算，以确定分布式发电单元对配电网短路电流水平的影响程度。

大量的分布式发电单元接入配电网后，传统单电源放射状链式网络将变多点供电网络，这将导致配电网潮流方向的改变。传统的保护系统是在假定配电网是在放射状的基础上设计的，随着大量分布式发电单元的接入，保护系统的设计基础发生了深刻改变。所以随着分布式发电单元的广泛应用，分布式发电单元的接入容量、位置、以及线路潮流方向的频繁改变对现有的配电网保护配合都有很大的影响。

分布式发电单元对电网规划的影响是指由于用户在规划区内可以根据自己的实际需要安装使用分布式发电系统，给自身及规划区内其他用户供电，与电力负荷相抵消，因此对规划区负荷增长的模型产生影响，从而更难准确预测电力负荷的增长及空间负荷分布情况。由于规划区内用户分布式发电系统安装点不确定性，可再生能源(风机、光伏)发电输出功率的随机性、间歇性，不能够为规划区用户提供稳定、持续的电力保证，使得变电站的选址、配电网络的接线、投资等规划工作更加复杂。

对电网质量的分析包括对电压偏差的分析、对电压分布的分析和对电压波动的分析。电压偏差指供配电系统运行方式改变或负荷缓慢地变化使供配电系统各点的电压也随之变化，各点的实际电压与系统的标称电压之差为电压偏差。

传统配电网成放射状链式，稳定状态运行下，电压沿馈线方向逐渐降低。分布式发电单元的接入使传统配电网由单端辐射状供电网络变为多端供电网络，配电网潮流随之发生改变，进而影响配电网电压分布。

对电压分布的影响是指分布式发电单元接入改变了配电网的潮流分布，当分布式发电单元为同步发电机时，其向电网输出的有功功率降低了线路上的损耗，其输出的无功功率也对电网起到了支撑作用，抬高了配电网各节点的电压。

在对电压波动分析时，电压波动是指电压包络线有规则的变化或一系列随机的电压波动。分布式发电单元输出的有功功率和无功功率改变了电网的电压分布，引起了电网各节点的电压波动，分布式发电单元输出功率的波动是分布式发电单元接入引起电压波动的根本原因。功率输出波动较大的分布式发电单元主要包括风机和光伏电池。风机利用风能来发电，当风速改变时，风机输出功率也将改变。光伏发电以光照为能量来源，目前的光伏机组一般都采用最大功率追踪控制方式运行，所以当太阳光照强度改变时，其输出功率必然随之改变。假设各节点负载为线性负荷，那么可以利用戴维南定理，将分布式发电单元视为供电电源，将原网络等效为负荷。

综合评价分析包括构建综合评价系统，综合评价系统包括四层结构，如图4所示，第一层为基于多代理的时间连续仿真引擎；第二层为电网模型，包括分布式发电单元及其连接网络单元；第三层为潮流计算程序；第四层为评价方案，包括指标体系的构建。

指标体系包括电压质量评价、社会经济效益评价和分布式电源容纳能力评价，如图5所示。在进行电压质量评价时，分布式发电单元并入电网会对母线和负荷节点的电压有一定提升作用，当分布式发电单元的容量过大可能会使电压越限。同时有些分布式发电单元能够提供一部分无功，缓解了变电站无功调节裕度，从而对保障母线电压稳定起到一定作用。因而，在电能质量方面，为了量化分析分布式发电单元接入对电压产生的影响，提出负荷节点电压合格率、母线电压合格率、负荷节点电压改善程度、负荷节点电压平均偏移率和负荷节点电压最大偏移率五个指标，其含义如下：

1)负荷节点电压合格率

反应负荷节点电压是否超出允许范围内的指标，值越大越好。

数据源：各个负荷节点的电压的幅值；时间：仿真时间或者指定一段时间。

2)母线电压合格率

数据源：某条母线的电压数据；时间：仿真时间或者指定一段时间。

4)负荷节点电压平均偏移率

数据源：安装分布式发电单元前后的负荷节点的电压数据；时间：某一点时间。

5)负荷节点电压最大偏移率

局部的观点反应负荷节点电压偏离额定电压程度最大的指标，值越小越好。

数据源：安装分布式发电单元前后的负荷节点的电压数据；时间：某一点时间。

在进行社会经济效益评价时，分布式发电单元系统的引入，必然会改变配电网的潮流分布，也会对网络损耗产生重大影响，而不同的接入位置、负荷容量、接入方式和运行方式对配电网造成的影响也不同。分布式发电单元发电技术清洁、环保是其得以发展应用的条件之一，因此，量化分布式发电单元带来的环境利益也是衡量分布式发电单元经济性必不可少的条件。分布式发电单元的接入也将本项目采用以下几个指标考查分布式发电单元并网的经济性。

1)系统损耗改善程度

指安装分布式发电单元前后电网损耗之比值。它是从系统的观点反应分布式发电单元接入前后网损的变化情况，值越大表明分布式发电单元降损效果越好。

数据源：安装分布式发电单元前后的整个系统的损耗，包括变压器损耗、线损；时间：仿真时间。

2)网损分配率

表征分布式发电单元并网投运后引起的网损增量占其发电有功功率的比重。

式中：L_i为第i座分布式发电单元并网对配电线路的网损贡献度(％)；ΔP_i+为第i座分布式发电单元并网时全网的有功损耗，单位kW；ΔP_i-为第i座分布式发电单元停运时全网的有功损耗，单位Kw；G_i为第i座分布式发电单元的有功出力，单位kW。

数据源：安装分布式发电单元前后的网络损耗，包括变压器损耗、线损，及其发电有功功率；时间：仿真时间。

3)分布式发电单元容量因数

描述分布式发电单元在特定一段时间的发电量的大小

式中：P_{分布式发电单元}为分布式发电单元的实际输出功率，C为分布式发电单元的安装容量

数据源：分布式发电单元的一段时间的发电量的大小。时间：仿真时间

4)CO₂排放量

CO₂＝K×(G_dg+ΔL_dg)

式中：K为电量与二氧化碳的转换系数，G_{分布式发电单元}为分布式发电单元的发电量，ΔL_{分布式发电单元}为接入分布式发电单元后网损减少量。

数据源：分布式发电单元(风电、太阳能)发电有功，转换为CO₂。

时间：仿真时间或者指定一段时间。

在进行分布式容纳能力评价时，大量的分布式发电单元接入会给现有的放射式配电网带来一系列的问题，比如系统的运行极限等问题。因此，为了量化电网系统中分布式发电单元装机容量，提出了输出波动系数、差异系数、系统波动系数和系统容纳能力四个指标，其含义如下：

1)输出波动系数

反应分布式发电单元输出功率的波动性。

式中：P_{分布式发电单元max}和P_{分布式发电单元min}表示分布式发电单元并网的最大和最小输出负荷，单位KW。

2)差异系数

系统中分布式发电单元总输出功率最大值与其总装机容量的比值，反应了分布式发电单元输出功率与装机容量之间的关系。

式中：C_total表示分布式发电单元的总装机容量，单位KW。

3)系统波动系数

反应分布式发电单元波动系数与输出波动系数的关系。

f_sf＝f_div×f_opf

式中：f_div表示差异系数；f_opf表示输出波动系数。

4)系统容纳能力

反应整个系统容纳分布式发电单元的能力。

式中：SR表示系统的备用容量，单位KW。

负荷特性分析包括符合的分辨度分析、波动性分析、差异性分析和波动性分析，承纳能力分析包括一般负荷接入分析、主动负荷接入分析、双接入式负荷分析和三接入式负荷分析。

分辨度分析是指负荷的有功消耗是一个实时变化的动态数据。对于同一个负荷在相同时间进行数据采集，不同数据采样间隔所呈现的负荷曲线是有可能不同的。例如，某户人家在下午16时至17时之间使用了洗衣机。若以1小时为采样间隔，则所形成的负荷数据将不能表述此用电行为。所以依据不同的采样间隔的数据，对负荷的评价结果也是不同的。一般来说，采样间隔越小，表述的负荷用电行为越准确。因此，对于负荷的评价必须要考虑所采集数据的分辨度。

当前量测设备对数据的采集能力已经相当强大，新型的智能电表数据采集能力已经达到15.62千次\每秒。在实际应用中，鉴于有限的数据传输和处理能力，电力公司接受电表数据一般从5分钟一次到1小时一次不等，并且是有选择性的进行数据收集。结合实际的负荷数据采集情况，设定标准的分辨度为1小时，用R表示。

波动性分析是指由于负荷是实时变化的量，电网往往需要留有足够的旋转备用以应对负荷的突然攀升。波动性大的负荷会对电网的稳定性造成较大的影响。在当前电网运营模式中，电价的制定并没有考虑每一个负荷的负荷特性对电网造成的影响，而一般在相同条件下对同一种类的负荷实行统一定价。这种定价模式忽略了负荷自身对电网的价值，其公平性有待商榷。评价负荷波动性可以量化负荷对电网的影响，以此区分不同负荷对电网的价值。

设定负荷在一定时间区间T内的最大值为L_max，最小值为L_min，用户额定负荷大小为L_Rate，则负荷的波动性f_LF为：

f_LF越大，负荷的波动性越大。

用户额定负荷是指用户所有用电设备的额定功率之和。用户使用用电设备的行为是不可控的，因此很难准确采集L_Rate的大小，因此可以将该负荷一年内的最高有功功率作为额定负荷。

差异性是指某个电源点(变电站、馈线、配电变压器)下所有接入负荷在一定时间区间T内，最大总负荷占电源点额定容量的比例。表达差异性的指标称为差异系数f_DIV.

是时间区间T内电源点下的最大总负荷，C是指电源点的额定容量。差异性体现了一个电源点的承载情况。差异系数越大，表明电源点下总负荷越接近额定容量，电源点的裕度越小。

负荷的系统波动性是指某个特定负荷对其所接入的电源点的波动性影响。系统波动性系数f_SF的计算方法为：f_SF＝f_DIVgf_LF

负荷系统波动性系数可以评估电源点下每个负荷其波动性对系统的影响程度，从而区别不同负荷对维护系统稳定性所贡献的价值。

承纳能力的评价主体为电网的电源点，它可以体现一个电源点对所有接入负荷的承受能力。随着负荷大小的变化，电源点的承纳能力也会有所变化。对电源点承纳能力的评估和统计，可以分析电源点负荷的用电特性，为电源点的扩容改造以及对接入负荷进行评估提供支持。

在不同情况下，对承纳能力的评估方法不同。对于接入一般负荷的电源点，主要评价电源点应对负荷变化的能力。对于有参与需求侧响应的负荷接入的电源点，需要在考虑负荷自身的调控能力同时，评估电源点的承纳能力。而对于同时接入参与需求侧响应的负荷、分布式发电单元以及储能的电源点，其负荷行为特征更为复杂，评估方法也有所不同。

若电源点接入的负荷全部为一般负荷，则电源点的承纳能力即为电源点可以在安全情况下承受的最大负荷。在时段T内，电源点的承纳能力为：

其中，HC为电源点的承纳能力，L_max为时段T内接入的最大负荷，C为电源点的额定容量。

有主动负荷接入的电源点，由于负荷具有一定的调控能力，因此，其承纳能力的评估可以考虑可调负荷的调节潜力。在时段T内，负荷的可调节能力为L_ad，其中，L_ad＞0表示负荷降低，而L_ad＜0表示负荷升高。

双接入式负荷包括两类，一类是负荷和储能接入，对于负荷和储能都有接入的电源点，由于储能能够提供一定时间的电能供给，因此电源点的承纳能力也有所变化。在计算承纳能力时，应该考虑储能的工作状态是否是放电状态或者充电状态。在时段T内，储能可供电时间为T_s，其输出功率为P_s。

若接入的负荷为一般负荷，则时，

时，

若接入的负荷中有主动负荷，则时，

时，

另一类是指负荷和分布式发电单元的接入，分布式发电单元的大规模应用对电网带来了前所未有的挑战。由于分布式发电单元出力具有波动性以及不可控性，会对电网的稳定性和安全性造成影响。在一个电源点下接入分布式发电单元后，其承纳能力会随着分布式发电单元出力的波动而有所变化。

若分布式发电单元的额定发电能力为G_DG，在T时间内的最大出力为G_max，最小出力为G_min。则分布式发电单元的出力波动系数f_DGF为：

一个电源点下有N个分布式发电单元接入。则分布式发电单元的系统波动性系数为：

其中，为电源点下所有接入的分布式发电单元的额定发电能力，G_Smax为电源点下所有分布式发电单元的最大出力。

则电源点接入分布式发电单元、一般负荷时的承纳能力为：

电源点接入分布式发电单元、主动负荷时的承纳能力为：

三接入式负荷分析是指负荷、储能和分布式发电单元接入，综合考虑电源点下负荷、储能以及分布式发电单元的接入，则时段T内的承纳能力为：

一般负荷接入下，当时，

当时，

主动负荷接入下，当时，

当时，

对外通信单元包括外部接口单元和高性能数据总线，外部接口单元连接电网GIS数据库和EMS外部数据库，用来获取初始化数据，外部接口单元通过高性能消息总线实现对外数据的双向传输。

分布式发电单元模型包括通用模型和专用模型，通用模型包括逆变型分布式发电单元模型，专用模型包括风力发电功率外特性模型、光伏阵列功率外特性模型、微型燃气轮机功率外特性模型和储能蓄电池功率外特性模型。分布式发电通常是指发电功率在几千瓦至数百兆瓦的小型模块化、分散式、布置在用户附近的高效、可靠的发电单元。主要包括:以液体或气体为燃料的内燃机、微型燃气轮机、太阳能发电(光伏电池、光热发电)、风力发电、生物质能发电、小水电和垃圾电站等。分布式发电单元接入后，配电网潮流不再像以往从变电站向负荷单方向流动，可能出现回流的情况。

对于逆变型分布式发电单元进行统一建模时，其等值电路如图6所示。在图6中，i_c为原动机侧等效注入电流，对于MTG、DPMSG则是其整流器输出电流，对于PV、SOFC则为PV板、SOFC堆输出的总电流；R，L分别为逆变器出口至PCC点的等值电阻和等值电感(包括滤波器、隔离变压器、线路阻抗等)，U_dc为直流稳压电容电压，C为直流稳压电容，i_s为逆变器注入电流，为网侧三相基波正序电压向量，为注入电网基波正序电流向量，为逆变器出口侧三相基波正序电压向量，其幅值和相位受开关函数和直流稳压电容电压控制，如下式。

式中，为平均开关函数，P_s为原动机输入功率。为简化分析，对上式进行Park变换即得下式，使两者处于同一dq坐标系下便于分析计算，这也与逆变器控制策略相对应。

式中，为相对应的dq坐标系下分量的合成向量，S_d、S_q为dq坐标系下的开关分量。

专用模型包括风力发电功率外特性模型、光伏阵列功率外特性模型、微型燃气轮机功率外特性模型和储能蓄电池功率外特性模型。

建立风力发电功率外特性模型时，主要考虑目前应用范围比较广泛的两类变速恒频风力发电机组，即双馈感应异步发电机和多极直驱式永磁同步发电机。在系统运行控制过程中，当实际风速小于切入风速v_in时，WG的发电功率输出为0；当实际风速大于切入风速v_in并小于额定风速v_r时，WG的发电功率输出与风速间关系为一曲线；当实际风速大于额定风速v_r但小于切出风速v_out时，WG以额定功率P_rate输出电能；而当实际风速大于切出风速v_out时，为防止叶片失速出现安全故障将停机，WG的发电功率输出亦为0。综上所述，风力发电机组的的输出功率P_WG和轮毂高度处的风速v之间的关系可近似表示：

建立光伏阵列功率外特性模型时，并网光伏发电系统由控制器控制逆变器并网的功率和电流的波形、光伏阵列最大功率点跟踪，从而使光伏阵列模块所发出的最大电能功率与向电网输送的功率平衡。在最大功率跟踪模式下，综合考虑光伏组件温度、日照强度及安装倾角等因素，PV的最佳工作点电流、电压可表示为：

C₁＝(1-I_mp/I_sc)·exp[-V_mp/(C₂·V_oc)]

ΔT＝T_A+0.02·H_T-25

ΔV＝V_PV-V_mp

式中：V_PV代表任意条件下光伏电池的最佳工作点电压；V_oc代表光伏电池的开路电压；I_PV代表任意条件下光伏电池的最佳工作点电流；I_sc代表光伏电池的短路电流；V_mp代表光伏电池的最大功率点电压；I_mp代表光伏电池的最大功率点电流；α代表光伏电池组件电流温度系数；β代表光伏电池组件电压温度系数；T_A代表环境温度。因此，太阳能光伏阵列t时刻的输出功率为P_PV(t)＝I_PV(t)·V_PV(t)。

建立微型燃气轮机功率外特性模型时，微型燃气轮机发电系统包括永磁同步发电机、微型燃气轮机、电力电子变换装置、供热和制冷机组。燃料控制系统将燃气输送至燃烧室，并与压缩机送至的高压气体充分燃烧，形成驱动压缩机和发电机的高品质燃气。排除的高温尾气可以用来预热进入燃烧室的压缩空气，提高系统能源的综合利用效率。回热器排出的尾气可以通过溴化锂制冷机或热交换器满足冷热负荷的需求。燃气涡轮驱动高能永磁材料的永磁同步发电机，其产生的高频交流电通过电力电子变换装置转化为工频交流电送至电网。

以C200型微型燃气轮机组全工况运行为例，供应电负荷的同时满足用户的冷热负荷需求。微型燃气轮机t时刻的输出功率

P_MT(t)＝ρ·V_in(t)·LHV_f+C_P·ρ·V_in(t)·(T₂(t)-T₁(t))

P'_MT(t)＝COP·C_P·ρ·V_cx(t)·(T₂(t)-T₃(t))

式中：P_MT代表全工况运行时输出功率；V_in为燃料进气流量；P'_MT代表被回收的热量；LHV_f为低热值；V_cx为排烟流量；COP为热力系数；T₁为燃料进气温度；T₂为排气温度；T₃为饱和蒸汽的出口温度；ρ为气体的密度；C_P为比热容。

建立储能蓄电池功率外特性模型时，根据微网系统运行方式的不同，储能设备的功能定位也不同，主要集中在4个方面：①保证独立运行微网持续供电功能；②平抑分布式发电单元有功功率的波动功能；③综合能量型+功率型储能功能；④其他功能，如保持联络线功率恒定、削峰填谷、保持系统稳定性、并孤网无缝转换等。本发明选择蓄电池作为储能设备，主要从微网系统连续供电角度配置储能设备。

假定铅酸蓄电池组，t时刻的状态与t-1时刻的状态和t-1时刻到t时刻电量的供求状况有关。当分布式发电单元的总输出电量大于负载用电量时，蓄电池组处于充电状态，否则，蓄电池组处于放电状态。t时刻蓄电池组的荷电量可表示为：

P_total(t)＝P_wind(t)+P_PV(t)+P_MT(t)

式中：P_SB(t)为t时刻的储能量；P_load1(t)为t时刻所需电负荷；P_total(t)为微网系统t时刻的供电量；η_inv，η_sb分别为逆变器的效率和SB的充电效率。

负荷模型包括恒阻抗模型、恒电流模型、恒功率模型中一种或几种的组合。在配电系统分析中，常用的负荷模型为恒阻抗模型(Z)、恒电流模型(I)、恒功率模型(P)及其组合。三相负荷可以是平衡或不平衡、星形接地或星形不接地和三角形。此外，负荷可以为单相或两相接地。通常负荷以功率、ZIP百分比以及功率因数的形式给出。在配电系统分析中，通过节点电压和给定的负荷参数，等值负荷功率可以计算如下：

式中，α_i、β_i、γ_i分别为恒阻抗、恒电流、恒功率分量所占的比例，且满足α_i+β_i+γ_i＝1.0，φ_Z、φ_I、φ_P分别为恒阻抗、恒电流、恒功率分量的功率因数，

本发明的电气模型除了分布式发电单元模型、负荷模型外，还包括功能单元模型，功能单元模型具体包括配电变压器模型、电容器模型、调压器模型和配电线路模型。配电线路模型如图7所示，配电变压器模型如图8所示，电容器模型如图9所示。

在具体实施时，配电线路分为架空线和地下电缆两种类型，均可用三相π型等值电路描述，其中，Y_ck表示配电线路的并联对地导纳，Z_k表示线路的串联阻抗。Y_ck、Z_k均为3×3阶的复矩阵，可统一表示单相线路、两相线路和三相线路。在配电系统分析中，线路的导纳矩阵可表示为：

配电系统中的开关元件，包括馈线开关、联络开关、负荷开关等，均可以采用配电线路相似的数学模型。

配电变压器的建模需要考虑变压器的连接方式、分接头的位置、变压器漏抗和铁芯损耗等。根据两侧绕组的连接方式，配电变压器存在多种模型组合。图8为一种适用于潮流计算和短路电流计算的通用变压器模型。在该模型中，变压器由一个6×6的导纳矩阵和损耗模块表示，其中导纳矩阵为：

式中，和分别表示一次侧和二次侧的自导纳；和表示相应的互导纳；上标p表示一次侧，s表示二次侧导纳矩阵和铁芯损耗的计算方法。变压器的连接形式和其导纳矩阵是对应的。三相变压器组连接方式包括星型接地、星形不接地和三角形。对于不接地情况，由于采用线电压为状态变量，独立变量减少一个，相应的导纳矩阵的维数也减少一维。

对于电容器模型的建立，随着馈线上负荷的变化，用户端的电压也会变化，必须采取控制措施维持用户端电压，可投切电容器是馈线电压控制的主要手段之一。在配电网中，广泛采用投切并联电容器组进行基波无功补偿。配电电容器组有两种典型的接线方式，一种是采用接地星型接法，另一种是采用不接地三角型接法，如图9所示。配电电容器可用在额定电压下的注入无功值来给定。该电容的电抗值计算如下：

其中，U_B为电容所在节点的额定电压，S_B为系统额定功率电容的连接形式是接地星型时：p＝a,b,c；不接地三角型时：p＝ab,bc,ca。

电压调节器是配电馈线电压调节的另一种有效的手段。包括有载调压变压器(Load Tap Changing Transformer，缩写LTC)和线路压降补偿器(Line-dropCompensator，缩写LDC)。电压调节器是一个具有可调分接头的自动变压器。通过调整分接头的档位实现电压的调节，补偿电路用来决定分接头的位置。根据ANS/IEEE标准，通过反向开关保证电压调节器具备双向±10％的调节范围，档位级差为0.00625或0.75V。电压调节器的等值电路与两绕组的变压器相似，因此，变压器的导纳矩阵同样适用与电压调节器。电压调节器原理如下：

LTC通过控制调节器的端电压V_reg，使其位于规定的范围内，即V_min≤V_reg≤V_max。

LDC是通过控制调节器端到负荷中心节点电压降来实现电压的控制。LDC控制参数包括：

(1)电压水平，即负荷中心的期望电压水平。负荷中心可能是调节器的输出端或馈线的终端。

(2)带宽，即负荷中心电压允许偏移其期望电压的范围，允许的偏移一般为±0.5倍的带宽。例如，如果期望电压为120V，带宽为2V，那么只有当负荷中心的电压超出121V～123V时才会调整分接头。

(3)补偿电阻R_V和电抗X_V：从负荷中心到调节器末端的电阻与电抗。如果调节器的末端就是负荷中心，那么两个参数均为零。

(4)变比:电压变换器的变比N_PT。

补偿电压可以通过公式下列计算：

其中，V_reg，I_reg为调节器控制端的电压和电流，V_N为线路的相电压。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，本领域的一般技术人员将认识到，使用本发明的方案还可以实现许多可选的实施例。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.基于分层多代理技术的主动配电网电气模型建立方法，其特征在于，包括如下步骤：

1）对主动配电网的电气结构进行分析，包括对主动配电网的分布式发电单元分析、主动负荷分析和功能单元分析；

2）对主动配电网的信息结构进行分析，运用分层多代理结构原理，构建配电网多代理信息结构模型，所述配电网多代理信息结构模型包括四层代理结构，分别是总控代理、分析代理、用户代理和应用代理，所述应用代理包括数据代理和传输代理，所述传输代理包括对外通信单元；

3）依据步骤1）的分析，分别建立分布式发电单元模型、负荷模型和功能单元模型，其中，功能单元模型包括配电变压器模型、电容器模型、调压器模型和配电线路模型；

4）通过步骤2）建立的配电网多代理信息结构模型，对步骤3）建立的分布式发电单元模型进行分析评估，包括电网影响度分析和综合评价分析；

5）通过步骤2）建立的配电网多代理信息结构模型，对步骤3）建立的负荷模型进行分析评价，包括负荷特性分析、承纳能力分析；

6）将步骤4）和步骤5）的分析评价结果，通过配电网多代理信息结构模型的对外通信单元进行输出，并形成可研性分析报告。

2.如权利要求1所述的主动配电网电气模型建立方法，其特征在于：所述电网影响度分析包括分布式发电单元模型对电能质量的分析、对电网安全的分析和对电网规划的分析，其中，对电网质量的分析包括对电压偏差的分析、对电压分布的分析和对电压波动的分析。

3.如权利要求1所述的主动配电网电气模型建立方法，其特征在于：所述综合评价分析包括构建综合评价系统，所述综合评价系统包括四层结构，第一层为基于多代理的时间连续仿真引擎；第二层为电网模型，包括分布式发电单元及其连接网络单元；第三层为潮流计算程序；第四层为评价方案，包括指标体系的构建。

4.如权利要求3所述的主动配电网电气模型建立方法，其特征在于：所述指标体系包括电压质量评价、社会经济效益评价和分布式电源容纳能力评价。

5.如权利要求1所述的主动配电网电气模型建立方法，其特征在于：所述负荷特性分析包括符合的分辨度分析、波动性分析、差异性分析和波动性分析，所述承纳能力分析包括一般负荷接入分析、主动负荷接入分析、双接入式负荷分析和三接入式负荷分析。

6.如权利要求1所述的主动配电网电气模型建立方法，其特征在于：所述对外通信单元包括外部接口单元和高性能数据总线，所述外部接口单元连接电网GIS数据库和EMS外部数据库，用来获取初始化数据，所述外部接口单元通过所述高性能消息总线实现对外数据的双向传输。

7.如权利要求1所述的主动配电网电气模型建立方法，其特征在于：所述分布式发电单元模型包括通用模型和专用模型，所述通用模型包括逆变型分布式发电单元模型，所述专用模型包括风力发电功率外特性模型、光伏阵列功率外特性模型、微型燃气轮机功率外特性模型和储能蓄电池功率外特性模型。

8.如权利要求1所述的主动配电网电气模型建立方法，其特征在于：所述负荷模型包括恒阻抗模型、恒电流模型、恒功率模型中一种或几种的组合。