CN111371090B - 用于主动配电网的故障自愈方法、装置、设备和存储介质 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了用于主动配电网的故障自愈方法、装置、设备和存储介质,其中方法包括:S1、基于获取到的故障配电网的故障位置和网络结构,对故障位置进行隔离;S2、对网络结构基于图论进行生成树算法处理后,确定由满足预置约束条件的微电网构成的若干微电网群配置方案;S3、根据最小综合运行成本的目标函数,计算第N种微电网群配置方案对应的第N综合运行成本;S4、对比第N综合运行成本和第N‑1综合运行成本的大小,输出较小的综合运行成本;S5、使N+1为新的N,返回步骤S3后输出对应的综合运行成本;S6、当输出的综合运行成本满足预置收敛条件时,停止迭代,将综合运行成本对应的微电网群配置方案中各微电网的运行方式作为最优运行方式。
Description
技术领域
本申请涉及配电网技术领域,尤其涉及一种用于主动配电网的故障自愈方法、装置、设备和存储介质。
背景技术
配电网故障自愈,是指当配电网中发生故障后,通过调整开关状态,改变配电网的拓扑结构,及时进行故障隔离、快速恢复负荷供电。微电网是一个重要工具,它可以在配电网发生故障的情况下,对故障进行隔离,然后将仍可正常运行的分布式电源进行有效组织,形成孤岛微电网对负荷进行供电,直到故障修复,重新恢复配电网的正常运行。
现有的配电网中,主动配电网的直接负荷控制策略也为微电网的运行提供了有利支持。当微电网内的分布式电源输出功率不足以支撑微电网内的负荷需求时,可采用直接负荷控制按优先级切除负荷,保持微电网内供需平衡,从而实现经济效益最大化。
因此,通过微电网故障时微电网群的优化组织,以实现微电网内运行的优化是本领域技术人员亟需解决的技术问题。
发明内容
本申请提供了一种用于主动配电网的故障自愈方法、装置、设备和存储介质,通过微电网故障时微电网群的优化组织,以实现微电网内运行的优化。
有鉴于此,本申请第一方面提供了一种用于主动配电网的故障自愈方法,包括:
S1、基于获取到的故障配电网的故障位置和网络结构,对所述故障位置进行隔离;
S2、对所述网络结构基于图论进行生成树算法处理后,确定由满足预置约束条件的微电网构成的若干微电网群配置方案,所述预置约束条件包括:满足单向辐射状结构;
S3、根据最小综合运行成本的目标函数,计算第N种微电网群配置方案对应的第N综合运行成本;
S4、对比所述第N综合运行成本和第N-1综合运行成本的大小,输出较小的综合运行成本;
S5、使N+1为新的N,返回步骤S3后输出对应的综合运行成本;
S6、当输出的所述综合运行成本满足预置收敛条件时,停止迭代,将所述综合运行成本对应的微电网群配置方案中各微电网的运行方式作为最优运行方式。
可选地,所述目标函数为:
式中,i为电源出力节点,为微型燃气轮机的成本系数,为发电机节点i在t时刻发电产生的有功功率,csi,t为t时刻负荷在节点i的连接状态,二进制变量,CDFi,t为t时刻i节点的用户损失值,MG为微型燃气轮机,tf为故障发生时间,tc为故障清除时间,LCi,t为t时刻节点i的削负荷量,μt、λt分别为与上游电网的电力交易的买/卖状态,为t时刻从上游买电的价格,为t时刻向上游卖电的价格,Pt DSO为t时刻与上游电网交换的有功功率,T为优化时间尺度。
可选地,步骤S1具体包括:
S11、响应于故障配电网的故障指令,获取所述故障配电网的故障位置和网络结构;
S12、对所述配电网中的所述故障位置进行故障隔离。
可选地,所述预置收敛条件包括:
输出的所述综合运行成本连续多次保持不变,
或输出的所述综合运行成本小于预设阈值。
可选地,所述多次具体为5次。
可选地,所述目标函数的约束条件包括:储能系统充放电约束、微电网内的功率平衡约束、系统安全运行约束、分布式电源输出功率约束。
可选地,所述综合运行成本包括:用户停电损失、直接负荷控制成本、系统运行成本。
本申请第二方面提供了一种用于主动配电网的故障自愈装置,包括:
故障隔离单元,用于基于获取到的故障配电网的故障位置和网络结构,对所述故障位置进行隔离;
图论处理单元,用于对所述网络结构基于图论进行生成树算法处理后,确定由满足预置约束条件的微电网构成的若干微电网群配置方案,所述预置约束条件包括:满足单向辐射状结构;
计算单元,用于根据最小综合运行成本的目标函数,计算第N种微电网群配置方案对应的第N综合运行成本;
对比单元,用于对比所述第N综合运行成本和第N-1综合运行成本的大小,输出较小的综合运行成本;
返回单元,使N+1为新的N,触发所述计算单元后输出对应的综合运行成本;
停止单元,用于当输出的所述综合运行成本满足预置收敛条件时,停止迭代,将所述综合运行成本对应的微电网群配置方案中各微电网的运行方式作为最优运行方式。
本申请第三方面提供了一种用于主动配电网的故障自愈设备,包括处理器以及存储器;
所述存储器用于存储程序代码,并将所述程序代码传输给所述处理器;
所述处理器用于根据所述程序代码中的指令执行第一方面所述的用于主动配电网的故障自愈方法。
本申请第四方面提供了一种存储介质,所述存储介质用于存储程序代码,所述程序代码用于执行第一方面所述的用于主动配电网的故障自愈方法。
从以上技术方案可以看出,本申请实施例具有以下优点:
本申请提供了一种用于主动配电网的故障自愈方法,包括:S1、基于获取到的故障配电网的故障位置和网络结构,对故障位置进行隔离;S2、对网络结构基于图论进行生成树算法处理后,确定由满足预置约束条件的微电网构成的若干微电网群配置方案,预置约束条件包括:满足单向辐射状结构;S3、根据最小综合运行成本的目标函数,计算第N种微电网群配置方案对应的第N综合运行成本;S4、对比第N综合运行成本和第N-1综合运行成本的大小,输出较小的综合运行成本;S5、使N+1为新的N,返回步骤S3后输出对应的综合运行成本;S6、当输出的综合运行成本满足预置收敛条件时,停止迭代,将综合运行成本对应的微电网群配置方案中各微电网的运行方式作为最优运行方式。
本申请中分为双层求解,上层为主动配电网发生故障时,通过变换开关状态形成微电网群;下层为在上层确定微电网群的形式下,确定该微电网群下各微电网的最优运行方式,最终确定由最优运行方式的微电网构成的微电网群,进行供电恢复,降低了用户的停电损失,减少了配电网的综合运行成本,提高了主动配电网的自愈能力。
附图说明
图1为本申请实施例中一种用于主动配电网的故障自愈方法的第一实施例的流程示意图;
图2为本申请实施例中一种用于主动配电网的故障自愈方法的第二实施例的流程示意图;
图3为本申请实施例中应用例的配电网结构示意图;
图4为图3中的配电网形成的微电网群结构示意图;
图5为本申请实施例中一种用于主动配电网的故障自愈装置的结构示意图。
具体实施方式
本申请实施例提供了一种用于主动配电网的故障自愈方法、装置、设备和存储介质,通过微电网故障时微电网群的优化组织,以实现微电网内运行的优化。
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案,下面将结合本申请实施例中的附图,对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅是本申请一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本申请保护的范围。
请参阅图1,本申请实施例中一种用于主动配电网的故障自愈方法的第一实施例的流程示意图,包括:
步骤101、基于获取到的故障配电网的故障位置和网络结构,对故障位置进行隔离。
本实施例中,在对主动配电网进行自愈恢复时,首先根据获取到的故障配电网的故障位置和网络结构,对故障位置进行隔离。其中故障配电网的网络结构的获取可以是由人员输入的,也可以是由数据库中获取的。对于故障位置的确定是本领域的现有技术,在此不再详细介绍。
步骤102、对网络结构基于图论进行生成树算法处理后,确定由满足预置约束条件的微电网构成的若干微电网群配置方案,预置约束条件包括:满足单向辐射状结构。
在主动配电网发生故障时,故障配电网需要快速自愈。由于运行约束、间歇性分布式电源的不可控性等,使得配电网故障后微电网群的形成过程计算量巨大,而减少执行时间是配电网自愈能力的一大要求。针对上述问题,本申请利用图论建立了在故障发生条件下可能形成的微电网群模型。
根据图论理论,配电网的网络结构可等效为节点与支路组合的等效网络。首先,每个图的边缘包括配电网中的可控开关和分布式电源出力节点,其中分布式电源包括不可控的可再生电源、可控的微型燃气轮机和与输电网相连的馈线节点。
图的基本回路由一组最小回路和独立回路组成。每个回路都可以用一个集合表示,集合中的元素是构成回路的边,称为基本回路元素。且每个回路由一组可控开关组成。基本回路可分为现有回路和虚拟回路,分别由支路和可控的分布式电源—微型燃气轮机组成。
微电网为单向辐射状结构是因为,要想微电网内的分布式电源能够对微电网内的负荷进行供电,微电网的网络结构需为由分布式电源指向负荷的单向辐射状结构,若是构成了回路就没法对微电网内的负荷进行供电。
步骤103、根据最小综合运行成本的目标函数,计算第N种微电网群配置方案对应的第N综合运行成本。
可以理解的是,N的初始值为2,后续计算中,随着方法的执行,N的值发生变化。
步骤104、对比第N综合运行成本和第N-1综合运行成本的大小,输出较小的综合运行成本。
步骤104具体为:当第N综合运行成本小于第N-1综合运行成本时,输出第N综合运行成本,当第N综合运行成本大于第N-1综合运行成本时,输出第N-1综合运行成本。
步骤105、使N+1为新的N,返回步骤103后输出对应的综合运行成本。
步骤106、当输出的综合运行成本满足预置收敛条件时,停止迭代,将综合运行成本对应的微电网群配置方案中各微电网的运行方式作为最优运行方式。
步骤103至步骤106是微电网群内对应的各微电网的最优方式求解,最终确定由最优运行方式的微电网构成的微电网群。
本实施例中分为双层求解,上层为主动配电网发生故障时,通过变换开关状态形成微电网群;下层为在上层确定微电网群的形式下,确定该微电网群下各微电网的最优运行方式,最终确定由最优运行方式的微电网构成的微电网群,进行供电恢复,降低了用户的停电损失,减少了配电网的综合运行成本,提高了主动配电网的自愈能力。
以上为本申请实施例提供的一种用于主动配电网的故障自愈方法的第一实施例,以下为本申请实施例提供的一种用于主动配电网的故障自愈方法的第二实施例。
请参阅图2,本申请实施例中一种用于主动配电网的故障自愈方法的第二实施例的流程示意图,包括:
步骤201、响应于故障配电网的故障指令,获取故障配电网的故障位置和网络结构。
步骤202、对配电网中的故障位置进行故障隔离。
步骤203、对网络结构基于图论进行生成树算法处理后,确定由满足预置约束条件的微电网构成的若干微电网群配置方案,预置约束条件包括:满足单向辐射状结构。
步骤204、根据最小综合运行成本的目标函数,计算第N种微电网群配置方案对应的第N综合运行成本。
需要说明的是,目标函数为:
式中,i为电源出力节点,为微型燃气轮机的成本系数,为发电机节点i在t时刻发电产生的有功功率,csi,t为t时刻负荷在节点i的连接状态,二进制变量,CDFi,t为t时刻i节点的用户损失值,MG为微型燃气轮机,tf为故障发生时间,tc为故障清除时间,LCi,t为t时刻节点i的削负荷量,μt、λt分别为与上游电网的电力交易的买/卖状态,为t时刻从上游买电的价格,为t时刻向上游卖电的价格,Pt DSO为t时刻与上游电网交换的有功功率,T为优化时间尺度。
综合运行成本包括:用户停电损失、直接负荷控制成本、系统运行成本。上式中第一行是微型燃气轮机运行费用、向上游电网购电成本,直接负荷控制成本。直接负荷控制成本是在故障发生时,自愈模式下基于用户分级的停电损失成本计算;第二行是在故障移除后的正常运行成本。
目标函数的约束条件包括:储能系统充放电约束、微电网内的功率平衡约束、系统安全运行约束、分布式电源输出功率约束,分别为:
μt+λt≤1;
ψi,t+φi,t≤1;
上式中,为t时刻与上游电网交换的无功功率,为最大变电站容量,Pi,t为t时刻在节点i的有功功率,Vi,t为节点i在t时刻的电压幅值,Vj,t为节点j在t时刻的电压幅值,xi,j,t为支路ij在t时刻的二进制变量,Gi,j为支路ij间的电导值,Bi,j为支路ij间的电纳值,δi,j,t为Vi,t与Vj,t之间的相位差,Qi,t为t时刻在节点i的无功功率,为t时刻在储能节点i的产生的有功功率,为t时刻时可再生电源在属于R的节点i能够输出的有功功率,为t时刻节点i的有功需求,为t时刻在发电机节点i发电产生的无功功率,为t时刻时可再生电源在属于R的节点i能够输出的无功功率,为t时刻节点i的无功需求,Vi min为节点i的最小电压幅值,Vi max为节点i的最大电压幅值,为节点ij间支路允许电流通过的最小值,Iij,t为支路ij在t时刻的电流值,为节点ij间支路允许电流通过的最大值,Pi ch,max为节点i的最大充电功率,为t时刻在储能节点i的产生的有功功率,Pi dch,max为节点i的最大放电功率,ψi,t为t时刻在节点i储能的充电状态,φi,t为t时刻在节点i储能的放电状态,SOCi,t为t时刻在节点i储能的荷电状态,SOCi,t-1为t-1时刻在节点i储能的荷电状态,Wi ES为节点i的储能容量,为节点i的储能的充/放电效率,为节点i储能的最小荷电状态,为节点i储能的最大荷电状态,Si,max为节点i最大视在功率。
步骤205、对比第N综合运行成本和第N-1综合运行成本的大小,输出较小的综合运行成本。
需要说明的是,步骤205与第一实施例中的步骤104的描述相同,具体可以参见步骤104的描述,在此不再赘述。
步骤206、使N+1为新的N,返回步骤204后输出对应的综合运行成本。
步骤207、当输出的综合运行成本满足预置收敛条件时,停止迭代,将综合运行成本对应的微电网群配置方案中各微电网的运行方式作为最优运行方式。
本实施例中的预置收敛条件包括:输出的综合运行成本连续多次保持不变。可以理解的是,此处的次数可以根据需要进行设置,例如:5次、10次或其他的数量,本领域技术人员可以根据需要进行设置,在此不做赘述。可以理解的是,预置收敛条件还可以是,输出的综合运行成本小于预设阈值,该预设阈值可以灵活设置,在此不做具体限定。
本实施例中分为双层求解,上层为主动配电网发生故障时,通过变换开关状态形成微电网群,基于图论确定微电网群的最优形式,大大减少了运行计算时间;下层为在上层确定微电网群的形式下,确定该微电网群下各微电网的最优运行方式,分布式电源和储能系统的优化运行降低了综合运行成本,最终确定由最优运行方式的微电网构成的微电网群进行供电恢复,降低了用户的停电损失,减少了配电网的综合运行成本,提高了主动配电网的自愈能力。
以上为本申请实施例提供的一种用于主动配电网的故障自愈方法的第二实施例,以下为本申请实施例提供的一种用于主动配电网的故障自愈方法的应用例,请参阅图3和图4。
配电网的结构如图3所示,图中,ES为储能单元节点,WT为风力发电机节点,PV为光伏发电节点,ESS为储能节点,MT为微型燃气轮机节点,R为可再生能源节点。
以IEEE 33节点配电网标准系统为例验证本申请的方法的有效性。下表1为不可控电源参数,表2为微型燃气轮机参数,表3为储能参数,表4为用户停电损失费用。假设在节点4与节点5间的主馈线在19:00发生2小时永久性故障。按照本申请方法,系统划分为2个微电网,MG1和MG2,具体如图4所示。在自愈模式下,由于网络结构和可控电源发生变化,微型燃气轮机和储能出力重新分配,得到运行结果如表5所示,表5为自愈模式下运行情况。
表1 可再生电源参数
表2 微型燃气轮机参数
表3 储能参数
表4 用户停电损失费用
表5 自愈模式下运行情况
上述结果表明,自愈模式下,本申请中的方法能够提升主动配电网的自愈能力。
以上为本申请实施例提供的一种用于主动配电网的故障自愈方法的应用例,以下为本申请实施例提供的一种用于主动配电网的故障自愈装置的实施例,请参阅图5。
本申请实施例中提供的一种用于主动配电网的故障自愈装置,包括:
故障隔离单元501,用于基于获取到的故障配电网的故障位置和网络结构,对故障位置进行隔离;
图论处理单元502,用于对网络结构基于图论进行生成树算法处理后,确定由满足预置约束条件的微电网构成的若干微电网群配置方案,预置约束条件包括:满足单向辐射状结构;
计算单元503,用于根据最小综合运行成本的目标函数,计算第N种微电网群配置方案对应的第N综合运行成本;
对比单元504,用于对比第N综合运行成本和第N-1综合运行成本的大小,输出较小的综合运行成本;
返回单元505,使N+1为新的N,触发计算单元后503输出对应的综合运行成本;
停止单元506,用于当输出的综合运行成本满足预置收敛条件时,停止迭代,将综合运行成本对应的微电网群配置方案中各微电网的运行方式作为最优运行方式。
本实施例中分为双层求解,上层为主动配电网发生故障时,通过变换开关状态形成微电网群,基于图论确定微电网群的最优形式,大大减少了运行计算时间;下层为在上层确定微电网群的形式下,确定该微电网群下各微电网的最优运行方式,分布式电源和储能系统的优化运行降低了综合运行成本,最终确定由最优运行方式的微电网构成的微电网群进行供电恢复,降低了用户的停电损失,减少了配电网的综合运行成本,提高了主动配电网的自愈能力。
本申请实施例还提供了一种用于主动配电网的故障自愈设备的实施例,本实施例中包括处理器以及存储器;存储器用于存储程序代码,并将程序代码传输给处理器;处理器用于根据程序代码中的指令执行第一实施例或第二实施例的用于主动配电网的故障自愈方法。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到,为描述的方便和简洁,上述描述的装置和单元的具体工作过程,可以参考前述方法实施例中的对应过程,在此不再赘述。
本申请实施例还提供了一种存储介质,其特征在于,存储介质用于存储程序代码,程序代码用于执行第一实施例或第二实施例的用于主动配电网的故障自愈方法。
在本申请所提供的几个实施例中,应该理解到,所揭露的装置和方法,可以通过其它的方式实现。例如,以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的,例如,所述单元的划分,仅仅为一种逻辑功能划分,实际实现时可以有另外的划分方式,例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统,或一些特征可以忽略,或不执行。另一点,所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口,装置或单元的间接耦合或通信连接,可以是电性,机械或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的,作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元,即可以位于一个地方,或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外,在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中,也可以是各个单元单独物理存在,也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现,也可以采用软件功能单元的形式实现。
所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时,可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解,本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来,该计算机软件产品存储在一个存储介质中,包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机,服务器,或者网络设备等)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括:U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM,Read-OnlyMemory)、随机存取存储器(RAM,Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所述,以上实施例仅用以说明本申请的技术方案,而非对其限制;尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (9)
1.一种用于主动配电网的故障自愈方法,其特征在于,包括:
S1、基于获取到的故障配电网的故障位置和网络结构,对所述故障位置进行隔离;
S2、对所述网络结构基于图论进行生成树算法处理后,确定由满足预置约束条件的微电网构成的若干微电网群配置方案,所述预置约束条件包括:满足单向辐射状结构;
S3、根据最小综合运行成本的目标函数,计算第N种微电网群配置方案对应的第N综合运行成本;
S4、对比所述第N综合运行成本和第N-1综合运行成本的大小,输出较小的综合运行成本;
S5、使N+1为新的N,返回步骤S3后输出对应的综合运行成本;
S6、当输出的所述综合运行成本满足预置收敛条件时,停止迭代,将所述综合运行成本对应的微电网群配置方案中各微电网的运行方式作为最优运行方式;
所述目标函数为:
2.根据权利要求1所述的用于主动配电网的故障自愈方法,其特征在于,步骤S1具体包括:
S11、响应于故障配电网的故障指令,获取所述故障配电网的故障位置和网络结构;
S12、对所述配电网中的所述故障位置进行故障隔离。
3.根据权利要求1所述的用于主动配电网的故障自愈方法,其特征在于,所述预置收敛条件包括:
输出的所述综合运行成本连续多次保持不变,
或输出的所述综合运行成本小于预设阈值。
4.根据权利要求3所述的用于主动配电网的故障自愈方法,其特征在于,所述多次具体为5次。
5.根据权利要求1所述的用于主动配电网的故障自愈方法,其特征在于,所述目标函数的约束条件包括:储能系统充放电约束、微电网内的功率平衡约束、系统安全运行约束、分布式电源输出功率约束。
6.根据权利要求1所述的用于主动配电网的故障自愈方法,其特征在于,所述综合运行成本包括:用户停电损失、直接负荷控制成本、系统运行成本。
7.一种用于主动配电网的故障自愈装置,其特征在于,包括:
故障隔离单元,用于基于获取到的故障配电网的故障位置和网络结构,对所述故障位置进行隔离;
图论处理单元,用于对所述网络结构基于图论进行生成树算法处理后,确定由满足预置约束条件的微电网构成的若干微电网群配置方案,所述预置约束条件包括:满足单向辐射状结构;
计算单元,用于根据最小综合运行成本的目标函数,计算第N种微电网群配置方案对应的第N综合运行成本;
对比单元,用于对比所述第N综合运行成本和第N-1综合运行成本的大小,输出较小的综合运行成本;
返回单元,使N+1为新的N,触发所述计算单元后输出对应的综合运行成本;
停止单元,用于当输出的所述综合运行成本满足预置收敛条件时,停止迭代,将所述综合运行成本对应的微电网群配置方案中各微电网的运行方式作为最优运行方式;
所述目标函数为:
8.一种用于主动配电网的故障自愈设备,其特征在于,包括处理器以及存储器;
所述存储器用于存储程序代码,并将所述程序代码传输给所述处理器;
所述处理器用于根据所述程序代码中的指令执行权利要求1至6中任一项所述的用于主动配电网的故障自愈方法。
9.一种存储介质,其特征在于,所述存储介质用于存储程序代码,所述程序代码用于执行权利要求1至6中任一项所述的用于主动配电网的故障自愈方法。
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