CN111786377B - 一种故障场景下含多微电网的区域配电网快速供电恢复方法 - Google Patents

一种故障场景下含多微电网的区域配电网快速供电恢复方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种故障场景下含多微电网的区域配电网快速供电恢复方法，包括按顺序进行的下列步骤：配电网故障处理的步骤；配电网故障信息发布的步骤；障上游区域原有交易计划安全校验的步骤；故障上游区域原有交易计划调整的步骤；故障下游区域优化调度的步骤。该方法考虑了故障后配电网中位于不同区段的微电网对电力用户的支撑作用，提出了故障场景下含多微电网的区域配电网快速供电恢复方法，针对故障后的上游区段和下游区段，分别给出了故障后的优化调度方法，有利于指导故障后多微电网区域配电网的运行管理水平。

Description

一种故障场景下含多微电网的区域配电网快速供电恢复方法
技术领域
本发明属于微电网和智能配电网运行控制领域，考虑了故障后配电网中位于 不同区段的微电网对电力用户的支撑作用，提出了故障场景下含多微电网的区域 配电网快速供电恢复方法。
背景技术
随着化石燃料的逐渐减少和环境污染的日益严重，世界各国正在努力探索可 持续发展的能源生产模式，力求改变目前以化石燃料为主导的能源格局。为有效 治理环境污染和抑制化石燃料消耗，2012年中国成立国家可再生能源中心，并相 继出台了一系列可再生能源的发展政策来促进我国可再生能源的大力发展、全面 普及。
在提高电网可靠性、加大新能源发电投入的趋势下，分布式发电 (DistributedGeneration,DG)技术以其投资成本低、建设周期短和发电方式 灵活等优点得到了世界各国的广泛重视。虽然分布式发电技术的引入给电网带来 了众多好处，但其给电网带来的不确定性和复杂性同样不可忽视。一方面，如风 电、光伏等DG受环境因素影响功率变化随机性大，其大量联网无疑会给电网带 来了不稳定的风险；另一方面，DG的接入改变了传统配网潮流的辐射状特性，当 配网发生短路故障时其必定会改变短路点电流的大小和相位，造成继电保护装置 和重合闸装置失效，从而给电网带来安全事故。因此，为减小DG给电网带来的 不利影响，微电网应运而生。
由储能系统、本地负荷和众多DG共同构成的微电网既可在孤岛模式下利用 储能系统和DG来满足局部区域的负荷需求，也可在联网模式下协调与配电网的 交换功率来缓解配网的送电压力。两种运行模态间的灵活切换使得微电网内的DG 在兼具低污染和高效率特点的同时也具有灵活、智能的特点。在改善电能质量、 降低电网损耗和改善偏远地区及海岛用电问题上微电网具有极大的应用潜力。
当配电网发生故障时，位于故障区段下游的电力用户将失去供电，但是如果 故障下游区段连接有微电网的话，可以由微电网向这些用户提供电力供应。
为此，本发明考虑了故障后配电网中位于不同区段的微电网对电力用户的支 撑作用，提出了故障场景下含多微电网的区域配电网快速供电恢复方法，针对故 障后的上游区段和下游区段，分别给出了故障后的优化调度方法，有利于指导故 障后多微电网区域配电网的运行管理水平。
发明内容
本发明的目的是设计一种故障场景下含多微电网的区域配电网快速供电恢 复方法。
为此，本发明技术方案该方法建立在含多个微电网的区域配电网上，每个微 电网包含风电(WT)、光伏(PV)、微型燃气轮机(MT)和电池储能系统(ES)中 的一种或几种分布式电源，各个微电网通过微电网能量管理系统(Micro-grid Energy Manage System，MEMS)对自身内部可控发电单元的出力计划进行优化， 并与所在配电网的配电管理机构之间进行信息交互，配电网的配电管理机构由配 电能量管理系统(Distribution EnergyManagement System，DEMS)担当，负 责完成与各微电网之间的协同与调控。当配电网内部发生故障时，通过配电网和 微电网之间的主动协同控制减少停电影响；
一种故障场景下含多微电网的区域配电网快速供电恢复方法，包括按顺序进 行的下列步骤：
1)配电网故障处理的S1阶段：在此阶段，DEMS感知到配电网中发生故障， 并进行故障隔离，然后进入S2阶段；
2)配电网故障信息发布的S2阶段：在此阶段，DEMS根据故障发生位置识别 故障上游区域(可继续由配电网供电)的配电网部分和所连接的微电网，以及故 障下游区域(不可继续由配电网供电)的配电网部分和所连接的微电网，然后进 入S3阶段；
3)故障上游区域原有交易计划安全校验的S3阶段：在此阶段，DEMS对故障 上游微电网的原有交易计划进行安全性校验，若没有安全性问题，进入S5阶段； 若存在安全性问题，进入S4阶段；
4)故障上游区域原有交易计划调整的S4阶段：DEMS以交易计划调整量最小 为目标，重新制定故障时段上游区域各微电网的交易计划，然后进入S5阶段；
5)故障下游区域优化调度的S5阶段：在此阶段，DEMS以切负荷量最小为优 化目标，向故障下游区域内微电网MEMS(记为下游MEMS)传达新的控制指令， 为下游断电负荷进行供电，来减小整个配网的失电负荷量。
在一个实施例中，所述的步骤4中故障上游区域原有交易计划调整的优化模 型如下：
Ⅰ)故障上游区域运行优化目标函数
由于故障点将配电网分为两个区域，因此配电网对故障点上游区域和下游区 域各有一个运行优化目标函数，故障上游区域的目标函数为
Figure BDA0002424044420000031
即为故障上游 区域供电的经济效益，具体数学表达式如下：
Figure BDA0002424044420000032
其中，
Figure BDA0002424044420000033
表示故障上游区域非微电网用户的用电功率，单位为kW；
Figure BDA0002424044420000034
表示故障上游区域微电网的个数，单位为个；αn和β仍为二进制变量，当配电网在t时 刻向第n个微电网出售电能时，αn＝1，否则，αn＝0，配电网在t时刻向上级电 网出售电能时，β＝1，否则，β＝0；
Figure BDA0002424044420000041
为t时刻，配电网与故障上游第n个微 电网的新的电力交易功率，单位为kW，当
Figure BDA0002424044420000042
时，配网向第n个微电网出售 电能，当
Figure BDA0002424044420000043
时，配网从第n个微电网购买电能；
Figure BDA0002424044420000044
为t时刻，配 电网向故障上游微电网的售电和购电新价格，单元为元/kWh；
Figure BDA0002424044420000045
为t时刻，配 电网与上级电网新的电力交易功率，单位为kW，当
Figure BDA0002424044420000046
时，配网向上级电网 出售电能，当
Figure BDA0002424044420000047
时，配网从上级电网购买电能。
II)故障上游区域运行优化约束条件
·潮流约束：
Figure BDA0002424044420000048
Figure BDA0002424044420000049
Figure BDA00024240444200000410
Figure RE-GDA00026484876300000414
Figure BDA00024240444200000412
Figure BDA00024240444200000413
·电压和支路传输功率约束：
Figure BDA00024240444200000414
Figure BDA00024240444200000415
·配电网和上级电网间交换功率约束：
Figure BDA00024240444200000416
·配电网和微电网间交换功率约束：
Figure BDA00024240444200000417
在一个实施例中，所述的步骤5中故障下游区域优化调度模型如下：
a)故障下游区域优化调度目标函数
故障下游区域优化调度目标函数为故障下游切负荷量最小，具体数学表达式 如下所示：
Figure BDA0002424044420000051
Figure BDA0002424044420000052
其中，
Figure BDA0002424044420000053
为t时刻故障下游区域第i个失去电力供应的负荷的功率，单位为kW；
Figure BDA0002424044420000054
表示故障下游非微电网用户的个数，单位为个；
Figure BDA0002424044420000055
表示故障下游微电网户的 个数，单位为个。
Figure BDA0002424044420000056
为t时刻，故障下游区域第n个购电微电网从配电网获 取的电力供应，单位为kW；
Figure BDA0002424044420000057
为t时刻，故障下游区域第n个售电微电网向 配电网提供的电力支撑，单位为kW；Pi t为t时刻，故障下游第i个节点负荷的功 率，单位为kW。
在切负荷过程中，可以根据重要程度确定故障下游区域的切负荷顺序，本发 明推荐的负荷重要等级排序为：配电网故障下游区域非重要负荷<微电网内部非 重要负荷<配电网故障下游区域重要负荷<微电网内部重要负荷。
b)故障下游区域优化调度约束条件
·潮流约束：
Figure BDA0002424044420000058
Figure BDA0002424044420000059
Figure BDA00024240444200000510
Figure RE-GDA0002648487630000062
Figure BDA00024240444200000512
Figure BDA00024240444200000513
·电压和支路传输功率约束：
Figure BDA00024240444200000514
Figure BDA00024240444200000515
·配电网和微电网间交换功率约束：
Figure BDA00024240444200000516
有益效果
本发明公开的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：对于微电网的 有序管理可以帮助电网减少故障造成的停电损失，提升电力用户的用电质量。本 方法考虑了故障后配电网中位于不同区段的微电网对电力用户的支撑作用，提出 了故障场景下含多微电网的区域配电网快速供电恢复方法，针对故障后的上游区 段和下游区段，分别给出了故障后的优化调度方法，有利于指导故障后多微电网 区域配电网的运行管理水平。
附图说明
图1为含三个微电网的IEEE-33节点配电系统网络结构图；
图2为微电网结构图；
图3为微电网日负荷曲线；
图4为微电网太阳辐照度预测曲线；
图5为微电网风速预测曲线；
图6为配电网日负荷曲线；
图7为故障下游区域电压节点的示意图；
图8为故障下游区域支路电流的示意图；
图9为故障下游区域各节点供电情况的示意图；
图10为故障场景下含多微电网的区域配电网快速供电恢复方法步骤流程图；
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步的说明，但下述实施例绝非对 本发明有任何限制。
图1为一个包含三个微电网的IEEE-33节点配电系统结构图。其中，红色节 点负荷为重要负荷，灰色节点负荷为非重要负荷。
图2为各微电网的结构图，图3为微电网日负荷曲线，微电网I、II、III 重要负荷占比分别为55％、50％、60％，无特别重要负荷。图4为微电网太阳辐照 度预测曲线。图5为微电网风速预测曲线。表2为微电网设备参数。
表2微电网设备参数
Figure BDA0002424044420000071
图6为配电网日负荷曲线，表3为日最大负荷处各节点的负荷值。
表3 IEEE-33节点负荷值
Figure BDA0002424044420000081
S1阶段：设定在t＝16时刻支路6-7发生断线故障，配电网断开线路两端的 断路器，将该故障隔离，然后进入S2阶段；
S2阶段：DEMS根据故障发生位置识别故障上游区域的配电网，包括节点0- 节点6，节点18-节点32所在部分，以及微电网I和II；故障下游区域配电网部 分，包括节点7-节点17所在部分，以及微电网III，然后进入S3阶段；
S3阶段：DEMS对微电网I和II的原有交易计划在故障上游配电网中进行 安全性校验，若没有安全性问题，进入S5阶段；若存在安全性问题，进入S4阶 段；
S4阶段：DEMS以交易计划调整量最小为目标，重新制定故障时段微电网I 和II的交易计划，然后进入S5阶段；
S5阶段：在此阶段，DEMS以切负荷量最小为优化目标，向微电网III的MEMS 下达新的控制指令。
实施例一：故障场景下含多微电网的区域配电网快速供电恢复
根据图1的模型提供的实施例如下：
假设在t＝16时刻支路6-7发生断线故障，由于故障下游区域内存在微电网 III，DEMS向微电网III的MEMS传达新的控制指令，以故障下游区域失电负荷量 最小为目标，为其附近的断电负荷进行供电。其中，故障下游区域的切负荷顺序 为：配电网故障下游区域非重要负荷、微电网内部非重要负荷、配电网故障下游 区域重要负荷、微电网内部重要负荷。
经估算，在微电网III微燃机满发的情况下，供电设备满发也无法供给全部 的配电网故障下游区域及微电网内的重要负荷，故需要进一步切除部分配电网故 障下游区域重要负荷，以故障下游区域失电负荷量最小为目标对配电网故障下游 区域及微电网进行优化调度，微电网调度结果如表4所示，节点7～17运行状态 如图7所示，其中，假定此时节点13为平衡节点，U13＝1p.u.。
表4微电网调度结果
光伏出力/kW 19.945
风机出力/kW 80
内燃机出力/kW 120
蓄电池出力/kW 0
微电网重要负荷供电量/kWh 69.882
配电网重要负荷供电量/kWh 88.5136
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的公开后，将容易想到本公开 的其它实施方案。本申请旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这 些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本 技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本 公开的真正范围和精神由所附的权利要求指出。
应当理解的是，本公开并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结 构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本公开的范围应由所附的权 利要求来限制。

Claims (4)

1.一种故障场景下含多微电网的区域配电网快速供电恢复方法，其特征在于，该方法包括按顺序进行的以下步骤：
配电网故障处理的步骤；
配电网故障信息发布的步骤；
故障上游区域原有交易计划安全校验的步骤；
故障上游区域原有交易计划调整的步骤；故障上游区域原有交易计划调整的优化模型如下：
I)故障上游区域运行优化目标函数
由于故障点将配电网分为两个区域，因此配电网对故障点上游区域和下游区域各有一个运行优化目标函数，故障上游区域的目标函数为
Figure FDA0003610686580000011
即为故障上游区域供电的经济效益，具体数学表达式如下：
Figure FDA0003610686580000012
其中，
Figure FDA0003610686580000013
表示故障上游区域非微电网用户的用电功率，单位为kW；
Figure FDA0003610686580000014
表示故障上游区域微电网的个数，单位为个；αn和β为二进制变量，当配电网在t时刻向第n个微电网出售电能时，αn＝1，否则，αn＝0，配电网在t时刻向上级电网出售电能时，β＝1，否则，β＝0；
Figure FDA0003610686580000015
为t时刻，配电网与故障上游区域第n个微电网的新的电力交易功率，单位为kW，当
Figure FDA0003610686580000016
时，配电网向第n个微电网出售电能，当
Figure FDA0003610686580000017
时，配电网从第n个微电网购买电能；
Figure FDA0003610686580000018
为t时刻，配电网向故障上游区域微电网的售电和购电新价格，单元为元/kWh；
Figure FDA0003610686580000019
为t时刻，配电网与上级电网新的电力交易功率，单位为kW，当
Figure FDA00036106865800000110
时，配电网向上级电网出售电能，当
Figure FDA00036106865800000111
时，配电网从上级电网购买电能；
II)故障上游区域运行优化约束条件
·潮流约束：
Figure FDA0003610686580000021
Figure FDA0003610686580000022
Figure FDA0003610686580000023
Figure FDA0003610686580000024
Figure FDA0003610686580000025
Figure FDA0003610686580000026
·电压和支路传输功率约束：
Figure FDA0003610686580000027
Figure FDA0003610686580000028
·配电网和上级电网间交换功率约束：
Figure FDA0003610686580000029
·配电网和微电网间交换功率约束：
Figure FDA00036106865800000210
故障下游区域优化调度的步骤；故障下游区域优化调度模型如下：
a)故障下游区域优化调度目标函数
故障下游区域优化调度目标函数为故障下游区域切负荷量最小，具体数学表达式如下所示：
Figure FDA00036106865800000211
Figure FDA00036106865800000212
其中，
Figure FDA00036106865800000213
为t时刻故障下游区域第i个失去电力供应的负荷的功率，单位为kW；
Figure FDA00036106865800000214
表示故障下游区域非微电网用户的个数，单位为个；
Figure FDA00036106865800000215
表示故障下游区域微电网户的个数，单位为个；
Figure FDA00036106865800000216
为t时刻，故障下游区域第n个购电微电网从配电网获取的电力供应，单位为kW；
Figure FDA0003610686580000031
为t时刻，故障下游区域第n个售电微电网向配电网提供的电力支撑，单位为kW；Pi t为t时刻，故障下游区域第i个节点负荷的功率，单位为kW；
b)故障下游区域优化调度约束条件
·潮流约束：
Figure FDA0003610686580000032
Figure FDA0003610686580000033
Figure FDA0003610686580000034
Figure FDA0003610686580000035
Figure FDA0003610686580000036
Figure FDA0003610686580000037
·电压和支路传输功率约束：
Figure FDA0003610686580000038
Figure FDA0003610686580000039
·配电网和微电网间交换功率约束：
Figure FDA00036106865800000310
2.根据权利要求1所述的故障场景下含多微电网的区域配电网快速供电恢复方法，其特征在于，所述配电网故障处理的步骤中：其具体为，DEMS感知到配电网中发生故障，并进行故障隔离。
3.根据权利要求1所述的故障场景下含多微电网的区域配电网快速供电恢复方法，其特征在于，所述配电网故障信息发布的步骤中，其具体为，
在此阶段，DEMS根据故障发生位置识别可继续由配电网供电的故障上游区域的配电网部分和所连接的微电网，以及不可继续由配电网供电故障下游区域的配电网部分和所连接的微电网。
4.根据权利要求1所述的故障场景下含多微电网的区域配电网快速供电恢复方法，其特征在于，所述故障上游区域原有交易计划安全校验的步骤中，其具体为，DEMS对故障上游区域微电网的原有交易计划进行安全性校验，若没有安全性问题，进入故障下游区域优化调度的步骤；若存在安全性问题，进入故障上游区域原有交易计划调整的步骤。
CN202010214834.8A 2020-03-24 2020-03-24 一种故障场景下含多微电网的区域配电网快速供电恢复方法 Active CN111786377B (zh)

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