CN114188950B - 基于备用移动储能应急调度的配电系统韧性提升方法 - Google Patents

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Abstract

基于备用移动储能应急调度的配电系统韧性提升方法，属于配电系统韧性提升技术领域。根据极端事件后配网的性能函数，提出配电系统韧性评估指标；考虑移动储能的时空特性，建立移动储能运行模型；利用配电系统的备用移动储能，建立基于备用移动储能应急调度的配电系统韧性提升模型；分析所建韧性提升模型的特征，选择对应的求解器对该模型进行求解，根据求解结果从确定备用移动储能充放电时空特性。本基于备用移动储能应急调度的配电系统韧性提升方法解决了配电系统突发故障后对已有的备用资源进行应急调度问题，利用移动储能机动性与充放电时序性减少故障后配电系统失负荷，进而提高故障后配电系统的韧性。

Description

基于备用移动储能应急调度的配电系统韧性提升方法
技术领域
基于备用移动储能应急调度的配电系统韧性提升方法，属于配电系统韧性提升技术领域。
背景技术
近年来，配电系统因遭受极端天气、误操作、人为破坏后出现长时间、大范围的停电事故次数呈上升趋势。配电系统作为与用户直接相连的关键环节，其在遭受突发故障后能够保证正常供电是推动社会进一步发展的前提。因此，如何在配电系统遭受突发故障后维持其供电能力、减少停电损失，进而达到提升配电系统韧性的效果成为国内外学者关注的重点。
目前提高配电系统韧性的方法主要分为故障前规划措施、故障中与故障后恢复措施。由于人为破坏、误操作等极端事故往往具有难以提前预测的特点，配电系统无法在故障前进行提前规划。在发生故障时，配电系统对自身备用资源进行应急调度是减少故障损失、保证期供电能力的重要方法。移动储能作为应急调度资源，其在配电系统韧性提升领域具有重要的作用。如何对配电系统备用移动储能进行应急调度，即如何对其充放电的时空特性进行合理调度是提升配电系统的关键。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种能够获得最大限度提升配电系统韧性时的移动储能的最优容量组合、时空特性及配电系统中各分布式电源出力情况与从电网的购电情况的基于备用移动储能应急调度的配电系统韧性提升方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：该基于备用移动储能应急调度的配电系统韧性提升方法，其特征在于：包括如下步骤：
根据极端事件后配网的性能函数，提出配电系统韧性评估指标；
考虑移动储能的时空特性，建立移动储能运行模型；
利用配电系统的备用移动储能，建立基于备用移动储能应急调度的配电系统韧性提升模型；
分析所建韧性提升模型的特征，选择对应的求解器对该模型进行求解，根据求解结果从确定备用移动储能充放电时空特性。
优选的，将配电系统故障运行时的失负荷总量作为所述配电系统韧性的评估指标。
优选的，通过计算配电系统各用户的负荷需求量与实际电能获取量的差值来计算配电系统的失负荷总量。
优选的，所述的移动储能运行模型为：
其中，T为时间间隔t的集合；N为配电系统用户b的集合；K为备用移动储能系统k的集合；Nb＝setdiff(N，b)为除用户b外，配电系统剩余用户b1的集合；移动储能运行模型利用0-1变量ub，k，t表征移动储能的运行状态，当该变量为1时，t时段第k个移动储能在用户b处为充、放电状态，当为0时，t时段第k个移动储能为行驶状态；/>为t+1时段移动储能系统k在除用户b外其他用户b1的运行状态；移动储能在任意时段只能处于一种运行状态，且只有在t时段处于行驶状态时，移动储能才会在t+1时段变换位置；/>分别为充放电的最大、最小有功功率限制；/>分别为充放电的最大、最小无功功率限制；Pb，k，t为t时段移动储能k的有功充、放电量；Qb，k，t为t时段移动储能k的无功充、放电量；Soek，t、Soek，t-1为t、t-1时段移动储能的剩余电量；/>分别为移动储能k荷电状态的最大、最小值；Ck为备用移动储能k对应的容量。
优选的，所述方法还包括，在配电系统运行过程中，综合分布式电源的出力约束、电网注入功率约束、线路潮流约束、功率平衡约束、失负荷约束、移动储能运行约束，并在此基础上建立基于备用移动储能应急调度的配电系统韧性提升模型。
优选的，所述的配电系统韧性提升模型包含的约束自上而下分别为各电源有功无功出力约束、有功无功线路潮流约束、有功无功功率平衡约束、各用户实际获取的有功无功电量约束与移动储能运行约束。
优选的，所述的韧性提升模型为混合整数线性模型。
优选的，选择Gurobi求解器对韧性提升模型进行求解。
优选的，基于备用移动储能应急调度的配电系统韧性提升模型为：
其中，N为配电系统用户b的集合；Nn为非故障区域用户n的集合；Nm为故障区域用户m的集合；L为输电线路l的集合；Gpb，g，t、Gqb，g，t分别为用户b处发电机g无功出力的上下限；分别为发电机g有功出力的上下限；/>分别为用户b处发电机g无功出力的上下限；fpl，t、fql，t分别为t时段输电线路l流过的有功、无功功率；Sl为输电线路l的传输容量；ωl为0-1变量，当线路l发生故障时，ωl为0，否则为1；fpin(b)，t、fqin(b)，t为注入用户b的输电线路所传输的有功功率；fpout(b)，t、fqout(b)，t为流出用户b的输电线路所传输的有功功率；Pb，k，t、Qb，k，t分别为移动储能系统k于t时段b用户处有功、无功的充放电量；为用户b于t时段的有功、无功负荷需求；/>分别为用户b于t时段实际获取的电能。
与现有技术相比，本发明所具有的有益效果是：
本基于备用移动储能应急调度的配电系统韧性提升方法解决了配电系统突发故障后对已有的备用资源进行应急调度问题，利用移动储能机动性与充放电时序性减少故障后配电系统失负荷，进而提高故障后配电系统的韧性。最后本发明利用Julia对15节点辐射型系统进行仿真分析，验证了其在选择备用移动储能应急调度容量组合、确定移动储能应急调度策略的合理性。
附图说明
图1为基于备用移动储能应急调度的配电系统韧性提升方法流程图。
图2为配电系统故障前、故障中、故障后的供电能力的变化图。
图3为一种15节点辐射型配电系统结构图。
图4为线路1故障情况下移动储能时间特性示意图。
图5为线路1故障情况下移动储能空间特性示意图。
图6为线路1故障情况下移动储能时间特性示意图。
图7为线路1故障情况下移动储能空间特性示意图。
图8为线路1故障情况下的故障区域供电示意图。
图9为线路4故障情况下的故障区域供电示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步说明，然而熟悉本领域的人们应当了解，在这里结合附图给出的详细说明是为了更好的解释，本发明的结构必然超出了有限的这些实施例，而对于一些等同替换方案或常见手段，本文不再做详细叙述，但仍属于本申请的保护范围。
图1～9是本发明的最佳实施例，下面结合附图1～9对本发明做进一步说明。
如图1所示：基于备用移动储能应急调度的配电系统韧性提升方法，包括如下步骤：
根据极端事件后配网的性能函数，提出配电系统韧性评估指标；
考虑移动储能的时空特性，建立移动储能运行模型；
利用配电系统的备用移动储能，建立基于备用移动储能应急调度的配电系统韧性提升模型；
分析所建韧性提升模型的特征，选择对应的求解器对该模型进行求解，根据求解结果从确定备用移动储能充放电时空特性。
作为本实施例一种可能的实现方式，根据极端事件后配网的性能函数，提出配电系统韧性评估指标的过程为：
由于极端事件具有低概率、高危害的特性，在配电系统因极端事件而出现故障时，配电系统的供电能力往往大幅下降，下图为配电系统故障前、故障中、故障后的供电能力变化。
如图2所示：Y为配电系统供电能力函数，其随时间而发生变化，t0-t1为故障前时段，该时段配电系统处于正常运行期间；t1-t3为故障时段为故障中时段，该时段配电系统处于故障运行期间，其供电能力大幅下滑；t3后为配电系统故障后时段，该时段由于一系列的恢复措施，配电系统恢复其原有的供电能力。
由于配电系统的供电能力能够反应极端事件对配电系统的影响，因此本发明将配电系统故障运行时的失负荷总量作为配电系统韧性的评估指标。在相同类型的故障下，失负荷总量越小，配电系统的韧性越高。
作为本实施例一种可能的实现方式，考虑移动储能的时空特性，建立移动储能运行模型的过程为：
移动储能运行过程中，需要考虑的约束包括运行状态约束、有功无功充放电功率约束、移动储能剩余电量约束、荷电状态约束与移动储能净充电量为0约束。基于此，构建了移动储能运行模型，如下：
其中，T为时间间隔t的集合；N为配电系统用户b的集合；K为备用移动储能系统k的集合；Nb＝setdiff(N，b)为除用户b外，配电系统剩余用户b1的集合；移动储能运行模型利用0-1变量ub，k，t表征移动储能的运行状态，当该变量为1时，t时段第k个移动储能在用户b处为充、放电状态，当为0时，t时段第k个移动储能为行驶状态；/>为t+1时段移动储能系统k在除用户b外其他用户b1的运行状态；移动储能在任意时段只能处于一种运行状态，且只有在t时段处于行驶状态时，移动储能才会在t+1时段变换位置；/>分别为充放电的最大、最小有功功率限制；/>分别为充放电的最大、最小无功功率限制；Pb，k，t为t时段移动储能k的有功充、放电量；Qb，k，t为t时段移动储能k的无功充、放电量；Soek，t、Soek，t-1为t、t-1时段移动储能的剩余电量；/>分别为移动储能k荷电状态的最大、最小值；Ck为备用移动储能k对应的容量。
作为本实施例一种可能的实现方式，建立基于备用移动储能应急调度的配电系统韧性提升模型的过程为：
本发明利用最小化配电系统故障运行期间的失负荷总量作为其韧性提升模型的目标函数，在配电系统运行过程中，考虑其分布式电源的出力约束、电网注入功率约束、线路潮流约束、功率平衡约束、失负荷约束、移动储能运行约束，在此基础上建立基于备用移动储能应急调度的配电系统韧性提升模型，该模型如下所示：
其中，N为配电系统用户b的集合；Nn为非故障区域用户n的集合；Nm为故障区域用户m的集合；L为输电线路l的集合；Gpb，g，t、Gqb，g，t分别为用户b处发电机g无功出力的上下限；分别为发电机g有功出力的上下限；/>分别为用户b处发电机g无功出力的上下限；fpl，t、fql，t分别为t时段输电线路l流过的有功、无功功率；Sl为输电线路l的传输容量；ωl为0-1变量，当线路l发生故障时，ωl为0，否则为1；fpin(b)，t、fqin(b)，t为注入用户b的输电线路所传输的有功功率；fpout(b)，t、fqout(b)，t为流出用户b的输电线路所传输的有功功率；Pb，k，t、Qb，k，t分别为移动储能系统k于t时段b用户处有功、无功的充放电量；为用户b于t时段的有功、无功负荷需求；/>分别为用户b于t时段实际获取的电能。配电系统故障后，由于故障区域供电能力不足，因此该区域用户获取的电能可能低于实际的电能需求，从而产生一定的失负荷。
由以上模型可知，本发明通过计算配电系统各用户的负荷需求量与实际电能获取量的差值来计算配电系统的失负荷总量。该模型包含的约束自上而下分别为各电源有功无功出力约束、有功无功线路潮流约束、有功无功功率平衡约束、各用户实际获取的有功无功电量约束与移动储能运行约束。
选择对应的求解器对该模型进行求解，根据求解结果从确定备用移动储能充放电时空特性为：
由于以上建立的韧性提升模型为线性模型，且运用了大量0-1变量，因此该模型为混合整数线性模型。在对该模型求解过程中选择Gurobi求解器进行求解。确定不同类型故障下的备用移动储能应急调度策略。
下面以一个实例具体说明本发明基于备用移动储能应急调度的配电系统韧性提升策略，该实例的用户、线路、分布式电源等参数如表1～表3所示。配电系统中备用移动储能初始位置位于节点1处，其荷电状态允许变化范围为20％-100％，每小时最大充放电量为0.3WMh，且本案例设置该配电系统具有两个备用的移动储能，其容量均为4MWh，初始荷电状态均为60％。
表1 15节点辐射型配电系统线路参数
表2 15节点辐射型配电系统分布式发电机参数
表3 15节点辐射型配电系统各节点参数
图3给出了‘AP15busDN’配电系统结构图，包含2个分布式电源，分别位于用户1与用户8处，用户1处的节点为根节点，其直接与上级电网相连，上级电网通过节点1将电能注入配电网，此外该配电系统包括10条输电线路。
图4～7分别给出了配电系统线路1、线路4故障下备用移动储能的参与应急调度过程中的时空特性。由于线路1故障时，故障区域存在分布式电源，其可以为故障区域提供一定的电能资源，但由于该故障情况下负荷需求较大，因此该故障情况参与应急调度的备用移动储能利用率较高。线路4故障后，故障区域不存在分布式电源，该故障情况只能靠备用移动储能获取电能，而由于该故障情况负荷需求较少，因此参与应急调度的移动储能的利用率较低。
图8、9分别为配电系统线路1、线路4故障下故障区域的电能供给情况，由于线路1故障后，故障区域中用户8处存在分布式发电机，因此该区域可由分布式发电机与备用MES供电。而线路4故障后不存在分布式电源，因此故障后只能由备用MES供电。由图所示，基于备用的MES应急调度策略能够在不同故障类型下均能发挥减少故障失负荷、提高配电系统韧性的作用。
表4不同故障场景下应急调度数据
通过表4可以看出，本发明提出的韧性提升策略在线路1故障时能够较大程度的减少配电系统故障失负荷，但由于其负荷需求较大，该故障情况仍存在一定的失负荷。而线路4故障后，即便是其负荷需求较小，但经备用移动储能应急调度后仍存在少量的失负荷，这是因为移动储能在充电或行驶状态时，故障区域无法获取电能，因此故障区域存在少量失负荷。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (5)

1.基于备用移动储能应急调度的配电系统韧性提升方法，其特征在于：包括如下步骤：
根据极端事件后配网的性能函数，提出配电系统韧性评估指标；
考虑移动储能的时空特性，建立移动储能运行模型；
利用配电系统的备用移动储能，建立基于备用移动储能应急调度的配电系统韧性提升模型；
分析所建韧性提升模型的特征，选择对应的求解器对该模型进行求解，根据求解结果从确定备用移动储能充放电时空特性；
将配电系统故障运行时的失负荷总量作为所述配电系统韧性的评估指标；
通过计算配电系统各用户的负荷需求量与实际电能获取量的差值来计算配电系统的失负荷总量；
所述的移动储能运行模型为：
其中，T为时间间隔t的集合；N为配电系统用户b的集合；K为备用移动储能系统k的集合；Nb＝setdiff(N，b)为除用户b外，配电系统剩余用户b1的集合；移动储能运行模型利用0-1变量ub，k，t表征移动储能的运行状态，当该变量为1时，t时段第k个移动储能在用户b处为充、放电状态，当为0时，t时段第k个移动储能为行驶状态；/>为t+1时段移动储能系统k在除用户b外其他用户b1的运行状态；移动储能在任意时段只能处于一种运行状态，且只有在t时段处于行驶状态时，移动储能才会在t+1时段变换位置；/>分别为充放电的最大、最小有功功率限制；/>分别为充放电的最大、最小无功功率限制；Pb，k，t为t时段移动储能k的有功充、放电量；Qb，k，t为t时段移动储能k的无功充、放电量；Soek，t、Soek，t-1为t、t-1时段移动储能的剩余电量；/>分别为移动储能k荷电状态的最大、最小值；Ck为备用移动储能k对应的容量；
基于备用移动储能应急调度的配电系统韧性提升模型为：
其中，N为配电系统用户b的集合；Nn为非故障区域用户n的集合；Nm为故障区域用户m的集合；L为输电线路l的集合；Gpb，g，t、Gqb，g，t分别为用户b处发电机g无功出力的上下限；分别为发电机g有功出力的上下限；/>分别为用户b处发电机g无功出力的上下限；fpl，t、fql，t分别为t时段输电线路1流过的有功、无功功率；Sl为输电线路l的传输容量；ωl为0-1变量，当线路l发生故障时，ωl为0，否则为1；fpin(b)，t、fqin(b)，t为注入用户b的输电线路所传输的有功功率；fpout(b)，t、fqout(b)，t为流出用户b的输电线路所传输的有功功率；Pb，k，t、Qb，k，t分别为移动储能系统k于t时段b用户处有功、无功的充放电量；为用户b于t时段的有功、无功负荷需求；/>分别为用户b于t时段实际获取的电能。
2.根据权利要求1所述的基于备用移动储能应急调度的配电系统韧性提升方法，其特征在于：所述方法还包括，在配电系统运行过程中，综合分布式电源的出力约束、电网注入功率约束、线路潮流约束、功率平衡约束、失负荷约束、移动储能运行约束，并在此基础上建立基于备用移动储能应急调度的配电系统韧性提升模型。
3.根据权利要求1或2所述的基于备用移动储能应急调度的配电系统韧性提升方法，其特征在于：所述的配电系统韧性提升模型包含的约束自上而下分别为各电源有功无功出力约束、有功无功线路潮流约束、有功无功功率平衡约束、各用户实际获取的有功无功电量约束与移动储能运行约束。
4.根据权利要求3所述的基于备用移动储能应急调度的配电系统韧性提升方法，其特征在于：所述的韧性提升模型为混合整数线性模型。
5.根据权利要求1所述的基于备用移动储能应急调度的配电系统韧性提升方法，其特征在于：选择Gurobi求解器对韧性提升模型进行求解。
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