CN112928753B - 一种多能协同的配电网主动解列控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多能协同的配电网主动解列控制方法，包括：建立考虑多能耦合的配电网多能流网络模型，并采用交替迭代法进行求解，得到初始多能流；在初始多能流的基础上，根据耦合元件的类型，提出替代控制策略和协调控制策略，求解多能流，获取耦合元件、各分布式电源的出力以及配电网中负荷分布情况；在采用替代控制策略和协调控制策略基础上，以负荷恢复量最大为目标，以安全运行条件为约束，建立考虑多能耦合的配电网主动解列模型；采用贪心算法求解配电网主动解列模型，获取故障情况下的配电网孤岛划分方案，进而进行主动解列实现故障情况下为配电网负荷持续供电。

Description

一种多能协同的配电网主动解列控制方法

技术领域

本发明涉及电力系统领域，尤其涉及一种多能协同的配电网主动解列控制方法。

背景技术

配电网主动解列作为最有效的供电恢复策略之一^[1]，在故障情况下能够保证部分重要负荷持续供电，减少因停电造成的人身安全威胁和经济财产损失。当配电网内部或上级电网发生故障时，可通过调整分段开关及联络开关的开合状态实现主动解列，形成以分布式电源(Distribution Generation,DG)供能的电力孤岛，在保证系统供能安全性的前提下，提高系统内重要负荷供电恢复速度。针对含分布式电源的配电网，通过合理地设置解列点的位置，在故障情况下以孤岛方式运行来减少故障对配电网的不利影响、缩小停电范围，对提高配电网供能质量、供能安全性和可靠性具有重要意义^[2-4]。

目前针对含有分布式电源的配电网供电恢复策略进行研究。但分布式电源存在不确定性以及易受外界环境影响等特点，其对电网供能恢复的作用有限。此外，配电网中部分负荷是以电力驱动的能量转换设备，其作用在于将电能转换成热、冷等多种形式的能源，在故障情况下该部分电负荷可转由相应子系统进行供给。提升配电网的供能恢复能力，不仅要从配电网电源侧进行考虑，更要从配电网的多类型负荷的灵活性角度入手，通过调节配电网中能量转换设备等特殊的灵活性负荷，进一步挖掘配电网的潜在供电恢复能力。

多能耦合的能源背景下，传统的配电网正在转变为以配电网为核心，融合电、气、热等多种能源网络构成的多能耦合的能源系统^[5]，其灵活的运行方式和多能互补的特性，一方面为配电网的主动解列提供了更为优质、合理的方案，另一方面也为配电网安全控制提供了新机遇。相较于传统的主动解列策略，燃气轮机，热电联产机组(Combine Heat andPower，CHP)等元件由于其具有良好的稳定性和可控性，对配电网支撑作用明显强于光伏、风电等传统的分布式电源，可通过定量增大耦合元件出力的方式为配电网主动解列提供更有力的电源支撑；其次，电力驱动的能量转换设备可通过降低功率或直接停止工作等方式减轻配电网负荷，缺失的热冷等能量支撑可由相应能源系统进行供给，从而减少配电网待恢复负荷量。综上，考虑多能互补效应后，故障情况下多能耦合的能源系统通过协调多类型能源的方式为配电网提供电源支撑，并通过转换热、冷等网络的能量供给方式削减配电网负荷，对于提高系统故障恢复效果具有重要作用，但在此方面却鲜有研究。

因此，研究开发一种多能协同的配电网主动解列控制方法尤为重要。

发明内容

本发明提供了一种多能协同的配电网主动解列控制方法，本发明通过构建电-气-热耦合的多能流网络模型，提出了适用于多能耦合的配电网主动解列替代控制和协调控制策略；在根据系统结构选择合理控制策略的基础上，以配电网恢复供能量最大为目标，综合考虑负荷优先级及可控性，建立多能耦合的配电网主动解列模型，采用贪心算法求解考虑多能耦合的配电网主动解列控制，本发明通过考虑系统多能耦合效应，提高配电网供能恢复效果，保证系统供能的安全性和可靠性，详见下文描述：

一种多能协同的配电网主动解列控制方法，所述方法包括：

建立考虑多能耦合的配电网多能流网络模型，并采用交替迭代法进行求解，得到初始多能流；

在初始多能流的基础上，根据耦合元件的类型，提出替代控制策略和协调控制策略，求解多能流，获取耦合元件、各分布式电源的出力以及配电网中负荷分布情况；

在采用替代控制策略和协调控制策略基础上，以负荷恢复量最大为目标，以安全运行条件为约束，建立考虑多能耦合的配电网主动解列模型；

采用贪心算法求解配电网主动解列模型，获取故障情况下的配电网孤岛划分方案，进而进行主动解列实现故障情况下为配电网负荷持续供电。

其中，所述替代控制策略为：

利用多能耦合效应，将供给型耦合元件所在节点负荷，转由相应能源子系统进行供能，在满足安全约束的前提下，通过非电型耦合元件或电获取型耦合元件的出力，代替电供给型耦合元件的负荷。

进一步地，所述替代控制策略的数学模型为：

式中：ΔP_ri表示可被替代电能的功率；δ_e表示电供给型耦合元件出力减少的步长；η_i表示转化效率；

表示替代电能子系统平衡节点需增加的出力；

表示非电子系统电驱动型耦合元件所在节点出力对平衡节点出力的灵敏度；n_t表示迭代次数。

其中，所述协调控制策略为：

满足安全约束前提下，增大电获取型耦合元件的电出力，为配电网主动解列提供电源支撑。

进一步地，所述协调控制策略的数学模型为：

式中：a＝1,2,…,n_p-e，n_p-e为电获取型耦合元件的数量；ΔP_a表示增发的电功率；δ表示电获取型耦合元件供给侧出力增长的步长；ΔΩ_a表示其他子系统增加的出力，ζ为转换比例；Δr_a表示抵消ΔΩ_a非电型耦合元件需改变的出力。

其中，所述采用替代控制策略求解系统初始多能流分布包括：

替代控制策略具体为：

(1)选取电驱动型耦合元件负荷侧系统中具备调节能力的耦合元件作为平衡节点；

(2)确定配电网中电供给型耦合元件所在节点负荷削减步长δ_e，计算平衡节点出力增长量

(3)计算系统多能流，判断此时系统是否满足全部约束条件，若满足，则电供给型耦合元件继续削减出力，跳转至步骤(2)，反之，得到可被替代的电负荷量。

进一步地，所述采用协调控制策略求解系统初始多能流分布具体为：

(1)在电获取型耦合元件中选择效率最高的耦合元件，并标记；

(2)确定电获取型耦合元件供给侧出力增长的步长δ，按照步长逐步增加供给侧出力，得到耦合元件负荷侧增长出力；

(3)判断此时系统是否满足全部约束条件，若满足，则跳转至步骤(2)，继续增加出力，反之，则执行步骤(4)；

(4)调整非电型耦合元件的出力，判断系统能够恢复安全运行状态，若满足，则继续执行步骤(2)，反之则执行步骤(5)；

(5)标记该耦合元件，若仍有电获取型耦合元件未被标记，则继续执行步骤(2)，反之得到耦合元件的最终运行状态。

本发明提供的技术方案的有益效果是：

1、本发明考虑系统多能协同效应，通过协调多种形式的能源，充分挖掘多能耦合系统的供能潜力，有效提高了系统供能恢复量，相较于传统仅用分布式电源进行供电恢复，本方法形成的孤岛开关动作次数更少，有利于故障消除后系统恢复正常运行；

2、本发明建立了综合考虑配电网负荷优先级、可控性及网络拓扑结构的主动解列模型，充分利用系统的拓扑结构与负荷的特性以及柔性软开关(Soft Open Point，SOP)的电压支撑能力，提高故障情况下配电网的负荷恢复量的同时，能够优先保证重要负荷的持续可靠地供电，减少因停电造成的人身安全威胁和经济财产损失；

3、本发明针对考虑多能耦合的配电网，从多能协同角度出发，提出了适用于多能耦合配电网的替代控制策略和协调控制策略，从负荷转移与电源支撑两方面提高配电网供能恢复水平，可根据系统结构合理选择控制策略，具有较强的通用性。

附图说明

图1为一种多能协同的配电网主动解列控制方法的流程图；

图2为替代控制策略的实现过程示意图；

图3为考虑多能耦合的配电网拓扑结构示意图；

图4为配电网主动解列的示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本发明实施方式作进一步地详细描述。

实施例1

一种考虑多能耦合的配电网主动解列控制方法，参见图1，该方法包括以下步骤：

101：建立考虑多能耦合的配电网多能流网络模型，并采用交替迭代法进行求解，得到系统初始多能流；

102：在系统初始多能流的基础上，根据系统中耦合元件的类型，提出替代控制策略和协调控制策略，深入挖掘系统多能协同的作用，为配电网主动解列电源支撑，以提高配电网供电恢复量，并在此基础上求解系统多能流，获取系统中耦合元件、各分布式电源的出力以及配电网中负荷分布情况；

103：在采用替代控制策略和协调控制策略基础上，以负荷恢复量最大为目标，以系统安全运行条件为约束，建立考虑多能耦合配电网主动解列模型；

104：采用贪心算法求解配电网主动解列模型，得到故障情况下的配电网孤岛划分方案，按照求得的方案进行主动解列，实现故障情况下为配电网负荷持续供电。

综上所述，本发明实施例通过上述步骤101-步骤104实现了考虑多能耦合效应的配电网主动解列控制，从配电网电源侧以及负荷的灵活性角度进行考虑，充分挖掘配电网潜在的供电恢复能力，有效地提高配电网供能恢复水平，为配电网的故障恢复提供了新思路。

实施例2

下面结合具体的计算公式、实例对实施例1中的方案进行进一步地介绍，详见下文描述：

201：建立考虑多能耦合的配电网多能流网络模型及求解；

其中，该步骤201包括：

1)配电网模型

a)配电网拓扑结构模型

将配电网的拓扑结构以节点赋权树的形式进行表示，即T(V,E,W)。其中V、E、W分别表示节点、边、节点权值的集合。节点的权值W可表示为：

W(v_i)＝ω(S_Gi-S_Li) (1)

式中：ω为节点v_i的权重，S_Gi、S_Li分别表示节点v_i所连电源注入功率之和以及所连负荷的功率之和。

b)配电网潮流模型

配电网是多能耦合能源系统的核心，是连接其他能源子系统的枢纽。本发明实施例采用经典的交流潮流模型描述电力系统，其节点的功率表达式如下：

式中：P_i、Q_i分别为节点i的有功功率和无功功率；Y_ij为节点i、j之间导纳；U_i为节点i电压相量；U_j为节点j电压相量；“.”为相量运算，“*”为共轭运算，Re为实部运算， Im为虚部运算。

2)热力系统模型

热力系统可根据待求变量类型不同，分别建立水力模型和热力模型。水力模型包括热水在网络中流动需满足的节点流量方程以及压头损失方程，即：

式中：A_s为供热网络的节点—支路关联矩阵；m为各管道流量；m_q为各节点流出的流量；B_h为供热管网的回路—支路关联矩阵；h_f为压头损失向量。

热力模型包括：热功率方程、供回热温度方程以及节点温度混合方程，即：

式中：T_s为供热温度；T₀为输出温度；Φ为节点热功率；T_end为末端温度；T_start为始端温度；T_a为环境温度；l为管道的长度；m_out、T_out和m_in、T_in分别为流出和流入的管道中水的流量和温度；C_p为水的比热容；λ为管道的热传导系数。

3)天然气系统模型

不含压缩机的天然气网络管道流量与节点压力的关系如下：

式中：f_r为天然气管道r的稳态流量；K_r为管道参数；s_mn为符号函数，用以表示管道r内天然气的流动方向，其取值为1或-1；p_m、p_n表示节点m、n的压力。

天然气系统中节点流量方程可表示为：

A_gf＝L (6)

式中：A_g为天然气系统的节点-支路关联矩阵；f为管道天然气流量；L为各节点流出的流量。

4)耦合元件模型

耦合元件作为多能耦合能源系统中重要的能量转换设备，可以将不同品位的能源紧密耦合，是实现多能耦合的关键。多能耦合能源系统中包含：微型燃气轮机、CHP机组、燃气锅炉、电锅炉等多种类型的耦合元件，可分别按照下述模型进行表示。

CHP机组功率方程：

式中：C_CHP为CHP机组的热电比；P_CHP,e为CHP机组发出的电功率；Φ_CHP,h为CHP 机组发出的热功率。

燃气锅炉功率方程：

Φ_GB＝αH_gL_GB (8)

式中：Φ_GB表示燃气锅炉发出的热功率；L_GB表示天然气系统注入天然气的流量；α表示燃气锅炉的效率；H_g表示天然气的热值。

电锅炉功率方程：

Φ_EB＝βP_EB (9)

式中：Φ_EB表示电锅炉发出的热功率；P_EB表示电锅炉消耗的电功率；β表示电锅炉的效率。

燃气轮机功率方程：

P_GT＝γH_gL_GT (10)

式中：P_GT表示燃气轮机发出的电功率；γ表示燃气轮机的效率；L_GT表示天然气系统注入天然气的流量。

5)多能流求解方法

求解系统多能流时，耦合元件可根据其供能侧和负荷侧的能源类型，在对应能源子系统中等值为源点或负荷点；SOP根据不同的运行方式可等值为负荷节点、发电机节点或平衡节点，便于求解系统潮流。本发明实施例采用交替求解法求解多能耦合的配电网多能流，该方法计算效率高，求解灵活，易于分析和控制耦合元件的运行状态，为下文控制策略的提出奠定基础。

202：按照系统结构及耦合元件的类型提出替代控制策略和协调控制策略；

其中，该步骤202包括：

将耦合元件按照供能侧及负荷侧的能源类型将耦合元件分为三类：一是以电锅炉和 P2G等为代表的电供给型耦合元件、二是以燃气轮机、CHP机组等为代表的电获取型耦合元件、三是以燃气锅炉等为代表的非电型耦合元件。针对不同类型的耦合元件提出替代控制策略和协调控制策略，以提高配电网供能恢复质量以及系统的安全性和可靠性。

1)替代控制策略

替代控制策略是指利用多能耦合效应，将电锅炉等电供给型耦合元件所在节点负荷，转由相应能源子系统进行供能。在满足系统安全约束的前提下，通过增大燃气锅炉等非电型耦合元件或CHP机组等电获取型耦合元件的出力，来代替电锅炉等电供给型耦合元件的负荷，如利用燃气锅炉替代电锅炉为热力系统供电，使得天然气系统负荷增大，配电网负荷减少，从而实现替代配电网负荷的作用，减少配电网待恢复负荷，提升负荷恢复比例，改善配电网负荷恢复效果。

替代控制策略实现过程参见图2，系统中存在电驱动型耦合元件A、非电型耦合元件 B、C，采取替代控制策略后，当耦合元件A削减单位负荷ΔP_r时，由于其运行点由a转换至a'，导致耦合元件A的负荷侧系统出现η_iΔP_r的单位功率缺额，为保证系统安全运行，负荷侧系统中平衡节点需增大

的出力。

通常选择非电型耦合元件或能够向多个能源系统供能的电获取型耦合元件作为系统的平衡节点，如：电锅炉、CHP机组等。若耦合元件B作为负荷侧系统的平衡节点，则其运行点由b点转至b'。经多次迭代，若耦合元件B的出力达到阈值，则可选择耦合元件C 等耦合元件作为负荷侧系统的平衡节点，继续执行替代控制策略。当耦合元件A完全被替代或所有耦合元件出力达到上限时，替代过程结束。

若能源网络中存在电供给型耦合元件，可采用替代控制策略进行供能恢复。对于任一电供给型耦合元件，其替代控制策略的数学模型如下所示：

式中：ΔP_ri表示可被替代电能的功率；δ_e表示电供给型耦合元件出力减少的步长；η_i表示转化效率；

表示替代电能子系统平衡节点需增加的出力；

表示非电子系统电驱动型耦合元件所在节点出力对平衡节点出力的灵敏度；n_t表示迭代次数。

2)协调控制策略

协调控制策略是指在满足网络安全约束前提下，增大燃气轮机、CHP机组等电获取型耦合元件的电出力，为配电网主动解列提供电源支撑。对于能源系统中可增发电功率的电获取型耦合元件，若负荷侧仅为电力负荷，则仅需在满足系统安全约束的前提下增加电出力；若负荷侧存在多类负荷(如：CHP机组等)，在增加电出力的同时，非电子系统负荷侧的出力也随之增加，选择非电子系统中非电型耦合元件为平衡节点，用以平衡电获取型耦合元件增发功率。如增加CHP机组的电出力，CHP机组的热出力也随之增大，为满足热力系统安全运行约束，需减小燃气锅炉等非电型耦合元件的热出力。

若系统内存在可增大电出力的电获取型耦合元件，则可采取协调控制策略。对于任一电获取型耦合元件，其协调控制策略的数学模型如公式(12)所示：

式中：a＝1,2,…,n_p-e，n_p-e为电获取型耦合元件的数量；ΔP_a表示增发的电功率；δ表示电获取型耦合元件供给侧出力增长的步长；ΔΩ_a表示其他子系统增加的出力，若负荷侧仅有配电网则ΔΩ_a＝0；ζ为转换比例；Δr_a表示抵消ΔΩ_a非电型耦合元件需改变的出力。

203：考虑多能耦合的配电网主动解列模型主要由主动解列目标函数以及安全运行条件构成；

其中，步骤203包括：

1)主动解列模型目标函数

考虑多能耦合的配电网主动解列的目标为恢复供电的负荷量最大，可表示为：

式中：Π为最终形成的孤岛；b为孤岛内的节点；ω_b为节点b权重；P_i表示节点b所连的负荷功率。

2)主动解列模型约束条件

配电网作为多能耦合能源系统的基础，由于其运行方式灵活、运行设备复杂，为充分考虑电力系统安全运行条件，可将电力系统安全约束分为：孤岛内功率平衡约束、节点电压约束、热稳定约束以及SOP运行条件约束。

孤岛内功率平衡约束为：

式中：P_Gi、Q_Gi、P_Li、Q_Li分别表示所形成的孤岛内电源节点的有功和无功功率以及负荷节点的有功和无功功率，n为孤岛中分布式电源的数量，k为孤岛内负荷节点的数量。

节点电压约束为：

U_cmin≤U_c≤U_cmax (15)

式中：U_c为节点c的电压幅值；U_cmin、U_cmax为节点电压幅值的上下限；c＝1,2,…,n_e；n_e为孤岛内节点总数。

热稳定约束为：

式中：P_min、P_max、Q_min、Q_max为电力线路传输有功功率和无功功率的最大值和最小值；P_xy、Q_xy表示节点x至节点y之间传输的有功功率和无功功率；x,y＝1,2,…,n_e。

热力系统安全约束包括：管道流量约束和供回热温度约束。

管道流量约束为：

m_min≤m_pq≤m_max (17)

式中：m_pq表示节点p至节点q之间传输水的质量流量；m_min、m_max表示热力系统管道质量流量的上下限；p，q＝1,2,…,n_h；n_h为热力系统中节点总数。

在实际运行的热力系统中，节点供回热温度跌落小，均在安全限制内，此处可忽略温度的安全约束。

天然气系统安全约束包括：管道流量约束和节点压力约束等。

节点压力约束为：

f_min≤f_cn≤f_max (18)

式中：f_mn表示节点c至节点n之间传输的气流量；f_min、f_max表示天然气管道气流量的上下限；c，n＝1,2,…,n_g。

节点压力约束为：

p_min≤p_o≤p_max (19)

式中：p_t表示节点o的压力；p_min、p_max表示天然气节点压力的上下限；o＝1,2,…,n_g。

204：采用贪心算法求解建立的多能耦合配电网主动解列模型；

其中，步骤204包括：

S1：求解系统初始多能流分布

根据多能耦合能源系统内的耦合元件，确定是否采取替代控制策略或协调控制策略；采用步骤201中的子步骤5)中所提的交替求解算法，计算出考虑多能耦合配电网的多能流，得到耦合元件的出力、分布式电源的容量以及配电网负荷分布。

采取替代控制策略的算法流程如下：

(1)选取电驱动型耦合元件负荷侧系统中具备调节能力的耦合元件作为平衡节点；

(2)确定配电网中电供给型耦合元件所在节点负荷削减步长δ_e，计算平衡节点出力增长量

(3)计算系统多能流，判断此时系统是否满足步骤203中所提全部约束条件，若满足，则电供给型耦合元件继续削减出力，跳转至步骤(2)，反之，则保留上次运行结果；

(4)得到可被替代的电负荷量。

采取协调控制策略的算法流程如下：

(1)在电获取型耦合元件中选择效率最高的耦合元件，并标记；

(2)确定电获取型耦合元件供给侧出力增长的步长δ，按照步长逐步增加供给侧出力，得到耦合元件负荷侧增长出力；

(3)判断此时系统是否满足步骤203中所提约束条件，若满足，则跳转至步骤(2)，继续增加出力，反之，则执行步骤(4)；

(4)调整非电型耦合元件的出力，判断系统能够恢复安全运行状态，若满足，则继续执行步骤(2)，反之则执行步骤(5)；

(5)标记该耦合元件，若仍有电获取型耦合元件未被标记，则继续执行步骤(2)，反之则继续执行；

(6)得到耦合元件的最终运行状态。

S2：确定初始孤岛划分方案

(1)采用贪心算法求解孤岛划分子方案，求解流程为：

①将故障点隔离，根据节点类型、系统结构，构建考虑多能耦合的配电网拓扑模型，各节点的权重和负荷需求分别为w_i和P_i。

②将系统中未被标记的DG且出力最大的节点作为初始节点，记Z＝{v₀}，并标记该DG。

③并按照公式(20)-(22)计算此时孤岛内所有节点的功率之和P_Z、孤岛内所有节点的权重之和B_Z以及剩余电源容量C_R，并校验此时系统是否满足电力系统安全运行条件，若满足则继续执行，反之则转至步骤⑦。

C_R＝C-P_Z (22)

④计算已形成孤岛Z中节点元素i和与之相连节点元素j的权重w_i(j)；

⑤选取权重最大的节点，记为m，若B_m不为0，则将节点m添加至孤岛内，记Z＝{Z，m}；反之则转至步骤⑦；

⑥若P_z<C_R，则跳至③；反之则继续进行下一步；

⑦计算P_Z、B_Z，得到初始的孤岛划分方案。

(2)重构拓扑结构图，将形成的孤岛方案中的节点压缩为一个新的节点，并记为n_e+i_c号节点(i_c为形成孤岛的个数)；

(3)若系统中存在未被标记的电源点，则返回步骤(2)，继续生成孤岛；反之则转至下一步；

S3：计算初始孤岛划分方案中所有孤岛的剩余功率，若存在剩余功率不为0的孤岛，则选择将与该孤岛相邻的节点中部分可控负荷添加至该孤岛内；

S4：利用交替求解法进行多能流计算，若多能流计算结果不符合系统安全约束或孤岛内平衡节点功率越限，则切除该孤岛内部分优先级低的可控负荷，得到配电网最终的孤岛划分方案。根据各孤岛内负荷的添加顺序，确定各开关的开合状态，对系统进行重构，得到最终的配电网主动解列策略。

综上所述，本发明实施例通过上述步骤201-步骤204，考虑系统多能协同效应，通过协调多种形式的能源，充分挖掘多能耦合系统的供能潜力，有效提高了系统供能恢复量，相较于传统仅用分布式电源进行供电恢复，所提方法形成的孤岛开关动作次数更少，有利于故障消除后系统恢复正常运行在考虑多能耦合配电网稳态模型基础上，从多能协同角度出发，提出了适用于多能耦合配电网的替代控制策略和协调控制策略，从负荷转移与电源支撑两方面提高配电网供能恢复水平，对提高系统供能安全性和可靠性具有重要意义。

实施例3

下面结合具体的实例对实施例1和2中的方案进行可行性验证，详见下文描述：

本方法以图3所示通过SOP与IEEE33节点配电系统相连的PG&E69节点配电系统、32节点热力系统、11节点天然气系统构成的考虑多能耦合配电网为例，来验证所提配电网主动解列策略的准确性和有效性。图3所示系统中的耦合元件包括燃气轮机、CHP机组、电锅炉和燃气锅炉，其分布情况如下表1所示；PG&E69节点配电系统中节点5和节点36 连接光伏电源。系统中安全约束条件为：电力系统电压约束为0.95-1.05p.u.；天然气系统压力约束为20-75mBar，管道流量约束为1400m³/h；热力系统管道质量流量约束为5kg/s，由于热力系统节点温度变化均在安全范围内，可忽略节点温度约束。

表1耦合元件分布情况

PG&E69节点配电系统2-3线路发生故障，此时上级电源不能为配电网进行供电，配电网出现大量功率缺额，不能安全运行，需进行解列以保证部分负荷持续供电，系统待恢复负荷量为3802.19kW。PG&E69节点配电系统中负荷优先级和可控性如下表2所示。此时，光伏电源出力为250kW和50kW。

分别分析以下五种场景的供电恢复策略：

场景1：基于传统分布式电源的配电网主动解列控制策略分析；

场景2：考虑系统多能耦合效应的配电网主动解列控制策略分析；

场景3：综合考虑多能耦合效应与SOP配电的配电网主动解列控制策略分析。

表2 PG&E69节点系统负荷可控类型

为验证本发明所提方法的准确性，运用本方法，在场景1-2下分别求解配电网主动解列方案，具体孤岛划分方案如图4所示，两种场景下耦合元件出力情况以及负荷恢复情况分别如表3所示。

表3四种场景下耦合元件出力

由上述解列方案对比可知，综合考虑多能互补作用后，多能耦合能源系统通过协调多种形式的能源，实现配电网负荷转移，实现电能替代量为566.18kW；减轻配电网供能压力，并调节电获取型耦合元件的出力，耦合元件增发的电出力为156.77kW，为配电网提供电源支撑。

场景3利用安装在IEEE33节点系统中22与PG&E69节点系统中35之间的SOP进行含分布式电源的失电区域供电恢复，在此种负荷恢复策略下，仅节点39全部负荷失电，节点38恢复218kW负荷，其余负荷均可全部恢复。

表4负荷恢复情况

由图4和表4可知。场景1仅通过分布式电源恢复供电，由于分布式电源出力以及负荷分布制约，导致恢复负荷量较低。而且，需要操作的开关数量多，影响到开关的使用寿命，不利于系统的安全运行，增大运行成本。场景2综合考虑多能互补作用后，多能耦合能源系统通过协调多种形式的能源，实现配电网负荷转移，减轻配电网供能压力，并调节电获取型耦合元件的出力，为配电网提供电源支撑，综合考虑多能互补效应能够显著提高配电网负荷恢复量，负荷恢复比例提高近19％。场景3考虑SOP后，对于配电网解列方案有着积极的影响。在考虑SOP时，由于其两侧潮流可控，可以改善配电网的潮流分布，为配电网孤岛提供电压支撑，同时也能为配电网提供部分有功功率，起到电源支撑的作用。

综上，考虑系统多能协同效应后，通过协调多种形式的能源，充分挖掘多能耦合系统的供能潜力，有效提高了系统供能恢复量，对提高系统供能的安全性和可靠性具有重要作用。在考虑配电网多能耦合效应的基础上，借助SOP可进一步提高配电网的供电恢复能力，提高配电网负荷恢复水平。

参考文献

[1]IEEE standard for interconnection distributed resources withelectric power system:IEEE Std 1547[S].Iscataway,NJ,USA:IEEE Press,2003.

[2]Xu Y,Liu C,Schneider K P,et al.Microgrids for servicerestorationto critical load in a resilient distribution system[J].IEEETransactions on Smart Grid,2018,9(1):426-437.

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[5]周长城,马溪原,郭祚刚,等.面向工程应用的用户级综合能源系统规划[J].电工技术学报,2020,35(13):2843-2854.

本发明实施例对各器件的型号除做特殊说明的以外，其他器件的型号不做限制，只要能完成上述功能的器件均可。

本领域技术人员可以理解附图只是一个优选实施例的示意图，上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种多能协同的配电网主动解列控制方法，其特征在于，所述方法包括：

建立考虑多能耦合的配电网多能流网络模型，并采用交替迭代法进行求解，得到初始多能流；

在初始多能流的基础上，根据耦合元件的类型，提出替代控制策略和协调控制策略，求解多能流，获取耦合元件、各分布式电源的出力以及配电网中负荷分布情况；

在采用替代控制策略和协调控制策略基础上，以负荷恢复量最大为目标，以安全运行条件为约束，建立考虑多能耦合的配电网主动解列模型；

采用贪心算法求解配电网主动解列模型，获取故障情况下的配电网孤岛划分方案，进而进行主动解列实现故障情况下为配电网负荷持续供电；

其中，所述替代控制策略为：

利用多能耦合效应，将供给型耦合元件所在节点负荷，转由相应能源子系统进行供能，在满足安全约束的前提下，通过非电型耦合元件或电获取型耦合元件的出力，代替电供给型耦合元件的负荷；

所述替代控制策略的数学模型为：

式中：ΔP_ri表示可被替代电能的功率；δ_e表示电供给型耦合元件出力减少的步长；η_i表示转化效率；

表示替代电能子系统平衡节点需增加的出力；

表示非电子系统电驱动型耦合元件所在节点出力对平衡节点出力的灵敏度；n_t表示迭代次数；

所述协调控制策略为：

满足安全约束前提下，增大电获取型耦合元件的电出力，为配电网主动解列提供电源支撑；

所述协调控制策略的数学模型为：

式中：a＝1,2,…,n_p-e，n_p-e为电获取型耦合元件的数量；ΔP_a表示增发的电功率；δ表示电获取型耦合元件供给侧出力增长的步长；ΔΩ_a表示其他子系统增加的出力，ξ为转换比例；Δr_a表示抵消ΔΩ_a非电型耦合元件需改变的出力。

2.根据权利要求1所述的一种多能协同的配电网主动解列控制方法，其特征在于，所述采用替代控制策略求解系统初始多能流分布包括：

(1)选取电驱动型耦合元件负荷侧系统中具备调节能力的耦合元件作为平衡节点；

(2)确定配电网中电供给型耦合元件所在节点负荷削减步长δ_e，计算平衡节点出力增长量

(3)计算系统多能流，判断此时系统是否满足全部约束条件，若满足，则电供给型耦合元件继续削减出力，跳转至步骤(2)，反之，得到可被替代的电负荷量。

3.根据权利要求1所述的一种多能协同的配电网主动解列控制方法，其特征在于，所述采用协调控制策略求解系统初始多能流分布具体为：

(1)在电获取型耦合元件中选择效率最高的耦合元件，并标记；

(2)确定电获取型耦合元件供给侧出力增长的步长δ，按照步长逐步增加供给侧出力，得到耦合元件负荷侧增长出力；

(3)判断此时系统是否满足全部约束条件，若满足，则跳转至步骤(2)，继续增加出力，反之，则执行步骤(4)；

(4)调整非电型耦合元件的出力，判断系统能够恢复安全运行状态，若满足，则继续执行步骤(2)，反之则执行步骤(5)；

(5)标记该耦合元件，若仍有电获取型耦合元件未被标记，则继续执行步骤(2)，反之得到耦合元件的最终运行状态。

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