CN113364029A - 一种微网动态划分方法、系统、存储介质及计算设备 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种微网动态划分方法、系统、存储介质及计算设备，本发明根据主变供电范围进行分区划分，根据微网评估指标，获取满足微网运行条件的最优微网划分方案，实现微网动态划分，可针对不同运行方式、不同发电和负荷情况，提出合理的微网运行方案，帮助调度人员实现微网独立运行切换，支撑电网安全运行。

Description

一种微网动态划分方法、系统、存储介质及计算设备
技术领域
本发明涉及一种微网动态划分方法、系统、存储介质及计算设备，属于电力系统运行和自动化领域。
背景技术
随着电网建设的持续推进以及新能源技术的不断发展，在地区电网层面上，光伏、风电、储能、燃机等分布式电源大量接入，地区电网正在变为多源接入的源网荷储协调运行的新一代综合能源互联网，公共配电网部分区域已具备在失去系统电源的情况下独立运行的基础，呈现出一些新的运行特征，地区电网调控管理模式将发生改变，对电网安全运行带来巨大挑战。
然而，面对电网出现的这些新特性，目前的电网调控技术手段尚显不足。目前学术界在微网孤岛运行方面，主要着眼与微网划分后的运行优化和调度控制，划分方式以静态划分为主，微网的动态识别、划分理论研究尚处空白。微网的运行及协调控制，首先是微网运行场景的研究，其次是微网动态识别，核心是划分方法研究，因此急需构建微网动态划分的相关方法。
发明内容
本发明提供了一种微网动态划分方法、系统、存储介质及计算设备，解决了背景技术中披露的问题。
为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
一种微网动态划分方法，包括，
根据电网主变供电范围，对电网进行分区划分；
根据预设的微网评估指标，对分区进行合并，获得满足微网运行条件的最优微网划分方案；
根据最优的微网划分方案，向电网相应设备发出控制指令，实现微网动态划分。
微网评估指标根据微网维持其内部功率平衡及微网对外交换功率的运行标准制定，包括有功备用容量指标、无功备用容量指标、电压越限安全裕度、频率偏差、线路过载安全裕度、新能源发电占比、N-1校验结果和可持续运行时间。
有功备用容量指标公式为，
Figure BDA0003084507930000021
其中，δ为有功备用容量指标，
Figure BDA0003084507930000022
分别为微网电源可调的最大有功功率和微网电源的当前有功功率，PRES,min为微网稳定运行的最低备用容量；
无功备用容量指标公式为，
Figure BDA0003084507930000023
其中，β为无功备用容量指标，nu、nc、nPV分别为微网内机组、电容器/电抗器、以及光伏逆变器的个数，
Figure BDA0003084507930000024
分别为第i个机组的无功最大值和当前无功，
Figure BDA0003084507930000025
为第j个电容器可投容量或电抗器可切容量，
Figure BDA0003084507930000026
分别为第k个光伏逆变器的无功最大值和当前无功，QS为区域无功备用基值；
电压越限安全裕度公式为，
Figure BDA0003084507930000027
其中，ηvol为电压越限安全裕度，Umax、Umin分别为微网内母线电压上限和下限，U为微网内母线实际电压；
频率偏差公式为，
Figure BDA0003084507930000031
其中，Δf为频率偏差，ΔPGEN、ΔPDG、ΔPLOAD分别为微网内的机组N-1故障造成的有功波动、新能源发电波动以及负荷波动，PL为微网有功负荷之和，KL为微网内负荷等效调差系数，KG、PG分别为微网内电源等效调差系数和机组的有功功率；
线路过载安全裕度公式为，
Figure BDA0003084507930000032
其中，ηline为线路过载安全裕度，Ireal、IN分别为微网内线路实际电流和额定电流；
新能源发电占比公式为，
Figure BDA0003084507930000033
其中，λDG为新能源发电占比，PGEN为微网内可控机组发电，PDG为微网内新能源发电，PESS为微网内储能放电。
根据预设的微网评估指标，对分区进行合并，获得满足微网运行条件的最优微网划分方案，具体过程为，
根据预设的微网评估指标，采用图划分理论，对分区进行合并，获得若干微网划分方案；
从所有微网划分方案中筛选出满足微网运行条件的最优微网划分方案。
根据预设的微网评估指标，采用图划分理论，对分区进行合并，获得若干微网划分方案，具体过程为，
将分区作为点、分区间的联络设备作为边，基于图划分理论，构建图模型，获取图模型中点之间的联络关系值；
筛选出所有含有可控发电机组、并且满足目标向量要求的分区，并将筛选出的各分区作为各微网划分方案的初始值；其中，目标向量为微网评估指标阈值构成的向量；
针对每个微网划分方案，以微网划分方案中的联络关系值总和最小、并且微网划分方案中的微网满足目标向量要求为准则，向微网划分方案中增加分区，直到微网划分方案中的联络关系值总和超过阈值。
从所有微网划分方案中筛选出满足微网运行条件的最优微网划分方案，具体过程为，
判断所有微网划分方案是否满足预设的微网运行条件；
若仅有一个微网划分方案满足，则该微网划分方案为最优微网划分方案；
若有多个微网划分方案满足，则根据微网评估指标的重要性确定最优微网划分方案。
根据最优的微网划分方案，向电网相应设备发出控制指令，实现微网动态划分，具体过程为，
根据最优的微网划分方案，先向微网内分区间的联络设备发出闭合指令，然后向微网内外机组发出调整指令，降低主、微网间的联设备功率，最后向主、微网间的联络设备发出断开指令，实现微网动态划分。
一种微网动态划分系统，包括，
电网分区模块：根据电网主变供电范围，对电网进行分区划分；
最优微网划分方案获取模块：根据预设的微网评估指标，对分区进行合并，获得满足微网运行条件的最优微网划分方案；
指令发出模块：根据最优的微网划分方案，向电网相应设备发出控制指令，实现微网动态划分。
一种存储一个或多个程序的计算机可读存储介质，所述一个或多个程序包括指令，所述指令当由计算设备执行时，使得所述计算设备执行微网动态划分方法。
一种计算设备，包括一个或多个处理器、一个或多个存储器以及一个或多个程序，其中一个或多个程序存储在所述一个或多个存储器中并被配置为由所述一个或多个处理器执行，所述一个或多个程序包括用于执行微网动态划分方法的指令。
本发明所达到的有益效果：本发明根据主变供电范围进行分区划分，根据微网评估指标，获取满足微网运行条件的最优微网划分方案，实现微网动态划分，可针对不同运行方式、不同发电和负荷情况，提出合理的微网运行方案，帮助调度人员实现微网独立运行切换，支撑电网安全运行。
附图说明
图1为本发明方法的流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
如图1所示，一种微网动态划分方法，包括以下步骤：
步骤1，根据电网主变供电范围，对电网进行分区划分；
步骤2，根据预设的微网评估指标，对分区进行合并，获得满足微网运行条件的最优微网划分方案；
步骤3，根据最优的微网划分方案，向电网相应设备发出控制指令，实现微网动态划分。
上述方法根据主变供电范围进行分区划分，根据微网评估指标，获取满足微网运行条件的最优微网划分方案，实现微网动态划分，可针对不同运行方式、不同发电和负荷情况，提出合理的微网运行方案，帮助调度人员实现微网独立运行切换，支撑电网安全运行。
上述分区划分基于电网实时网络拓扑，因此在划分之前，先获取电网的实时模型和运行数据，其中运行数据包括电网设备运行有功、无功、电压等数据和开关状态等，然后根据主变运行特点，以以主变供电范围为边界，采用网架拓扑搜索方法，统计范围内所有设备，得到供电分区，即分区，作为微网划分的最小单元。
微网评估指标用以对微网进行评估，需根据电网运行和微网运行可靠性、经济性的要求制定时，具体根据微网维持其内部功率平衡及微网对外交换功率的运行标准制定，具体包括有功备用容量指标、无功备用容量指标、电压越限安全裕度、频率偏差、线路过载安全裕度、新能源发电占比、N-1校验结果和可持续运行时间。
有功备用容量指标：衡量微网经受设备随机停运、负荷波动等扰动后，维持有功平衡和频率稳定的能力，计算公式如下：
Figure BDA0003084507930000071
Figure BDA0003084507930000072
其中，PRES为微网中当前实际的备用容量，
Figure BDA0003084507930000073
分别为微网电源可调的最大有功功率和微网电源的当前有功功率；PRES,min为微网稳定运行的最低备用容量，PRES,min根据实际需求选取，一般取最大负荷的10％；δ为有功备用容量指标，根据δ计算结果，设置阈值，将微网的有功备用容量划分为正常、预警、告警、紧急4个状态，或者说是4种等级。
无功备用容量指标：衡量微网维持电压安全稳定的能力，计算公式如下：
Figure BDA0003084507930000074
其中，nu、nc、nPV分别为微网内机组、电容器/电抗器、以及光伏逆变器的个数，
Figure BDA0003084507930000075
分别为第i个机组的无功最大值和当前无功，
Figure BDA0003084507930000076
为第j个电容器可投容量或电抗器可切容量，
Figure BDA0003084507930000077
分别为第k个光伏逆变器的无功最大值和当前无功；QS为区域无功备用基值，根据网架要求选取，一般取微网最大有功负荷的12％；β为无功备用容量指标，根据β计算结果，设置阈值，将微网的无功备用容量划分为正常、预警、告警、紧急4个状态。
电压越限安全裕度：反映系统中各母线电压距离或偏离安全运行限值的情况，计算公式如下：
Figure BDA0003084507930000078
其中，Umax、Umin分别为微网内母线电压上限和下限，U为微网内母线实际电压；ηvol为电压越限安全裕度，根据ηvol计算结果，设置阈值，将微网的电压越限安全裕度划分为正常、预警、告警、紧急4个状态。
频率偏差：反映微网安全稳定运行状态的关键量，也能反映微网运行管理水平，计算公式如下：
Δf＝ΔP/KS
ΔP＝max{ΔPGEN,ΔPDG,ΔPLOAD}
KS＝(∑KGPG)/PL+KL
其中，ΔP为有功波动；ΔPGEN、ΔPDG、ΔPLOAD分别为微网内的机组N-1故障造成的有功波动、新能源发电波动以及负荷波动，为造成有功波动的三种主要原因；KS为整个微网的等效调差系数；KG、PG分别为微网内电源等效调差系数和机组的有功功率，KG功率变化量除以频率变化量整定获得；KL为微网内负荷等效调差系数，难以获取时可以取0；PL为微网有功负荷之和；Δf为频率偏差，根据Δf计算结果，设置阈值，将微网的频率偏差划分为正常、预警、告警、紧急4个状态。
线路过载安全裕度：反映微网输电线路负载率距离或偏离安全运行限值的程度，防止线路在运行当中过载，计算公式如下：
Figure BDA0003084507930000081
其中，Ireal、IN分别为微网内线路实际电流和额定电流；ηline为线路过载安全裕度，根据ηline计算结果，设置阈值，将微网的线路过载安全裕度划分为正常、预警、告警、紧急4个状态。
新能源发电占比：随着国家能源结构调整，新能源消纳越来越受到重视，新能源占比越高，微网的经济性更好，但是新能源出力又难以控制，故制订该指标衡量新能源占比，计算公式如下：
Figure BDA0003084507930000091
Psys＝∑PGEN+∑PDG+∑PESS
其中，PGEN为微网内可控机组发电，PDG为微网内新能源发电，PESS为微网内储能放电；λDG为新能源发电占比，根据λDG计算结果，设置阈值，将微网的新能源发电占比划分为占比合理、占比低、紧急3个状态。
N-1校验结果α：微网在运行中，同样需要考虑发生故障后保持运行的问题，使用N-1校验，计算相关指标，具体参考不同地区电网相关规定；若校验结果满足要求，取1，反之取0。
可持续运行时间Tkeep：微网独立运行和并网运行方式切换不宜频繁，在独立运行期间，持续时间根据不同电网情况确定，一般不少于2小时。使用微网内相关设备未来2小时预测数据，每15分钟获取一个断面，共计8个断面，针对微网，核验上述指标，当某个断面不满足时，Tkeep取前一个断面对应时间标签，可能的取值包括{0,15,30,45,60,75,90,105,120}。
根据上述微网评估指标，对分区进行合并，获得满足微网运行条件的最优微网划分方案，具体过程如下：
1)根据预设的微网评估指标，采用图划分理论，对分区进行合并，获得若干微网划分方案；
11)将分区作为点、分区间的联络设备作为边，基于图划分理论，构建图模型，获取图模型中点之间的联络关系值；
对分区进行编号，将一个分区作为整体，视为一个点，将分区间的联络设备视为边，基于图划分理论，构建图模型G＝(V，E)，其中V为点集，E为图的边集，图模型中点之间的联络关系值可构成联络关系矩阵M，
Figure BDA0003084507930000101
其中，eij表示第i个分区和第j个分区之间的联络设备，即第i个点和第j个点之间的边，Mij表示联络关系矩阵M的i行j列，即第i个分区和第j个分区之间联络关系值，ρij＝Xpu为边对应联络线电抗标幺值；
12)筛选出所有含有可控发电机组、并且满足目标向量要求的分区，并将筛选出的各分区作为各微网划分方案的初始值；其中，目标向量为微网评估指标阈值构成的向量；
含有可控发电机组的分区a，假设分区a作为微网，那么该微网的微网评估指标阈值构成的目标向量为
Figure BDA0003084507930000102
其中，δ0、β0、
Figure BDA0003084507930000103
Δf0、
Figure BDA0003084507930000104
α0、
Figure BDA0003084507930000105
分别为δ、β、ηvol、Δf、ηline、λDG、α、Tkeep的阈值，若微网满足J0的要求，那么分区a将作为一微网划分方案的初始值{a}；
13)针对每个微网划分方案，以微网划分方案中的联络关系值总和最小、并且微网划分方案中的微网满足目标向量要求为准则，向微网划分方案中增加分区，直到微网划分方案中的联络关系值总和超过阈值；
以分区a初始值，在M中对应行中查找分区b，即与分区a有联络的关系的分区b，使得sum1＝Mab的值最小，并且微网划分方案{a,b}满足目标向量的要求；然后在{a,b}的基础上在增加分区c，同理，使得
Figure BDA0003084507930000111
的值最小，并且微网划分方案{a,b,c}满足的目标向量的要求；重复上述过程，直到sumn的值大于设定的阈值。
在微网划分方案获取过程中，若δ、β、ηvol、Δf、ηline、λDG任意一个为“紧急”、α＝0、Tkeep＜100，满足其中任何一个条件，则该方案不满足目标向量要求，即目标向量要求为δ、β、ηvol、Δf、ηline、λDG任意均为“紧急”、α≠0、Tkeep≥100；
2)从所有微网划分方案中筛选出满足微网运行条件的最优微网划分方案。
21)判断所有微网划分方案是否满足预设的微网运行条件；
22)若没有一个微网划分方案满足，则输出当前无发微网运行；
若仅有一个微网划分方案满足，则该微网划分方案为最优微网划分方案；
若有多个微网划分方案满足，则根据微网评估指标的重要性确定最优微网划分方案；
当有多个方案时，按照如下原则选择：首先排除δ、β、ηvol、Δf、ηline中为“告警”的方案，其次优先选择λDG为“占比合理”的方案，最后根据Tkeep选择值最大选择方案。
获得最优的微网划分方案后，需要根据该方案进行电网设备调整，即根据最优的微网划分方案，先向微网内分区间的联络设备发出闭合指令，将微网真正连接为一个整体，然后向微网内外机组发出调整指令，降低主、微网间的联络设备功率，最后向主、微网间的联络设备发出断开指令，实现微网动态划分；具体过程如下：
1)查找微网内不同分区间断开的联络设备，依次闭合，将微网连接成整体；
2)查找微网和主网间联络设备；
3)确定目标函数，让联络设备功率降低；’
4)采用灵敏度分析方法，获取不同机组对联络设备功率的灵敏度；
5)采用线性规划方法，计算并调整部分发电机组功率；
6)按照联络设备功率由小到大的顺序，依次断开各设备。
本发明根据电网实时模型和运行数据，采用全面合理的微网评估指标，基于供电分区合并，提出微网运行方案，并在方案确定后给出机组调整方案和联络设备操作建议；该方法在考虑微网划分合理性的同时，尽可能减少联络设备操作数量，兼顾了调度运维的便捷性，降低了微网独立运行和并网运行切换时的风险。
一种微网动态划分系统，包括：
电网分区模块：根据电网主变供电范围，对电网进行分区划分；
最优微网划分方案获取模块：根据预设的微网评估指标，对分区进行合并，获得满足微网运行条件的最优微网划分方案；
指令发出模块：根据最优的微网划分方案，向电网相应设备发出控制指令，实现微网动态划分。
一种存储一个或多个程序的计算机可读存储介质，所述一个或多个程序包括指令，所述指令当由计算设备执行时，使得所述计算设备执行微网动态划分方法。
一种计算设备，包括一个或多个处理器、一个或多个存储器以及一个或多个程序，其中一个或多个程序存储在所述一个或多个存储器中并被配置为由所述一个或多个处理器执行，所述一个或多个程序包括用于执行微网动态划分方法的指令。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
以上仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均包含在申请待批的本发明的权利要求范围之内。

Claims (10)

1.一种微网动态划分方法，其特征在于：包括，
根据电网主变供电范围，对电网进行分区划分；
根据预设的微网评估指标，对分区进行合并，获得满足微网运行条件的最优微网划分方案；
根据最优的微网划分方案，向电网相应设备发出控制指令，实现微网动态划分。
2.根据权利要求1所述的一种微网动态划分方法，其特征在于：微网评估指标根据微网维持其内部功率平衡及微网对外交换功率的运行标准制定，包括有功备用容量指标、无功备用容量指标、电压越限安全裕度、频率偏差、线路过载安全裕度、新能源发电占比、N-1校验结果和可持续运行时间。
3.根据权利要求2所述的一种微网动态划分方法，其特征在于：有功备用容量指标公式为，
Figure FDA0003084507920000011
其中，δ为有功备用容量指标，
Figure FDA0003084507920000012
分别为微网电源可调的最大有功功率和微网电源的当前有功功率，PRES,min为微网稳定运行的最低备用容量；
无功备用容量指标公式为，
Figure FDA0003084507920000013
其中，β为无功备用容量指标，nu、nc、nPV分别为微网内机组、电容器/电抗器、以及光伏逆变器的个数，
Figure FDA0003084507920000021
分别为第i个机组的无功最大值和当前无功，
Figure FDA0003084507920000022
为第j个电容器可投容量或电抗器可切容量，
Figure FDA0003084507920000023
分别为第k个光伏逆变器的无功最大值和当前无功，QS为区域无功备用基值；
电压越限安全裕度公式为，
Figure FDA0003084507920000024
其中，ηvol为电压越限安全裕度，Umax、Umin分别为微网内母线电压上限和下限，U为微网内母线实际电压；
频率偏差公式为，
Figure FDA0003084507920000025
其中，Δf为频率偏差，ΔPGEN、ΔPDG、ΔPLOAD分别为微网内的机组N-1故障造成的有功波动、新能源发电波动以及负荷波动，PL为微网有功负荷之和，KL为微网内负荷等效调差系数，KG、PG分别为微网内电源等效调差系数和机组的有功功率；
线路过载安全裕度公式为，
Figure FDA0003084507920000026
其中，ηline为线路过载安全裕度，Ireal、IN分别为微网内线路实际电流和额定电流；
新能源发电占比公式为，
Figure FDA0003084507920000031
其中，λDG为新能源发电占比，PGEN为微网内可控机组发电，PDG为微网内新能源发电，PESS为微网内储能放电。
4.根据权利要求1所述的一种微网动态划分方法，其特征在于：根据预设的微网评估指标，对分区进行合并，获得满足微网运行条件的最优微网划分方案，具体过程为，
根据预设的微网评估指标，采用图划分理论，对分区进行合并，获得若干微网划分方案；
从所有微网划分方案中筛选出满足微网运行条件的最优微网划分方案。
5.根据权利要求4所述的一种微网动态划分方法，其特征在于：根据预设的微网评估指标，采用图划分理论，对分区进行合并，获得若干微网划分方案，具体过程为，
将分区作为点、分区间的联络设备作为边，基于图划分理论，构建图模型，获取图模型中点之间的联络关系值；
筛选出所有含有可控发电机组、并且满足目标向量要求的分区，并将筛选出的各分区作为各微网划分方案的初始值；其中，目标向量与微网评估指标阈值构成的向量；
针对每个微网划分方案，以微网划分方案中的联络关系值总和最小、并且微网划分方案中的微网满足目标向量要求为准则，向微网划分方案中增加分区，直到微网划分方案中的联络关系值总和超过阈值。
6.根据权利要求4所述的一种微网动态划分方法，其特征在于：从所有微网划分方案中筛选出满足微网运行条件的最优微网划分方案，具体过程为，
判断所有微网划分方案是否满足预设的微网运行条件；
若仅有一个微网划分方案满足，则该微网划分方案为最优微网划分方案；
若有多个微网划分方案满足，则根据微网评估指标的重要性确定最优微网划分方案。
7.根据权利要求1所述的一种微网动态划分方法，其特征在于：根据最优的微网划分方案，向电网相应设备发出控制指令，实现微网动态划分，具体过程为，
根据最优的微网划分方案，先向微网内分区间的联络设备发出闭合指令，然后向微网内外机组发出调整指令，降低主、微网间的联设备功率，最后向主、微网间的联络设备发出断开指令，实现微网动态划分。
8.一种微网动态划分系统，其特征在于：包括，
电网分区模块：根据电网主变供电范围，对电网进行分区划分；
最优微网划分方案获取模块：根据预设的微网评估指标，对分区进行合并，获得满足微网运行条件的最优微网划分方案；
指令发出模块：根据最优的微网划分方案，向电网相应设备发出控制指令，实现微网动态划分。
9.一种存储一个或多个程序的计算机可读存储介质，其特征在于：所述一个或多个程序包括指令，所述指令当由计算设备执行时，使得所述计算设备执行根据权利要求1至7所述的方法中的任一方法。
10.一种计算设备，其特征在于，包括：
一个或多个处理器、一个或多个存储器以及一个或多个程序，其中一个或多个程序存储在所述一个或多个存储器中并被配置为由所述一个或多个处理器执行，所述一个或多个程序包括用于执行根据权利要求1至7所述的方法中的任一方法的指令。
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