CN114498749A - 主动配电系统孤岛划分和自主运行方法及系统 - Google Patents

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CN114498749A CN202210125637.8A CN202210125637A CN114498749A CN 114498749 A CN114498749 A CN 114498749A CN 202210125637 A CN202210125637 A CN 202210125637A CN 114498749 A CN114498749 A CN 114498749A
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曾一鸣
黄弘扬
施轶凡
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周升彧
庞凯元
徐桂娟
应抒扬
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Abstract

本发明公开了一种主动配电系统孤岛划分和自主运行方法及系统。本发明包括：在主动配电系统发生故障后，建立基于环路消除辐射状约束的主动配电系统的孤岛划分模型；建立基于小型水电站、燃气电站、储能系统、风电场与光伏电站的出力模型；根据孤岛划分模型和出力模型，构建考虑交流潮流与稳态安全约束的主动配电系统孤岛实时运行的自主运行模型；对所述的自主运行模型，采用计及预测误差的间歇性电源有功出力控制。本发明可以有效平衡配电孤岛内间歇性电源的出力波动，并可在相当程度内耐受分布式电源出力预测误差，且具有较高的求解效率，有利于实现所述主动配电系统恢复的在线决策。

Description

主动配电系统孤岛划分和自主运行方法及系统
技术领域
本发明涉及电力系统技术领域，具体地说是一种主动配电系统孤岛划分和自主运行方法及系统。
背景技术
近年来，因自然灾害、恶意攻击引起的电力系统停电愈加频繁，造成了巨大的经济损失和严重的社会影响。对于配电系统而言，由于上级电网在这些极端事件发生后往往也处于故障状态，难以直接通过倒闸操作利用主网对配电系统中的负荷恢复供电。
分布式电源形成配电孤岛恢复重要负荷的潜力还有待发掘。随着风电、光伏等可再生能源发电与储能的广泛接入与需求侧响应机制的实施，未来的配电系统将发展为可控、可调的主动配电系统。各类分布式电源与可控负荷接入主动配电系统对促进间歇性可再生能源发电消纳、降低碳排放具有积极意义，但也给故障后主动配电系统的恢复问题提出了新的挑战。
综上所述，如何提供一种在极端事件发生后无法利用主网恢复的主动配电系统区域利用分布式电源进行灵活孤岛划分的运行方法，是目前本领域技术人员亟待解决的问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服上述现有技术存在的缺陷，提供一种主动配电系统孤岛划分和自主运行方法及系统，用于对主动配电系统发生故障后的运行与恢复。
为此，本发明采用的一种技术方案为：主动配电系统孤岛划分和自主运行方法，其包括：
在主动配电系统发生故障后，建立基于环路消除辐射状约束的主动配电系统的孤岛划分模型；
建立基于小型水电站、燃气电站、储能系统、风电场与光伏电站的出力模型；
根据孤岛划分模型和出力模型，构建考虑交流潮流与稳态安全约束的主动配电系统孤岛实时运行的自主运行模型；
对所述的自主运行模型，采用计及预测误差的间歇性电源有功出力控制。
进一步地，在主动配电系统发生故障后，建立基于环路消除辐射状约束的主动配电系统的孤岛划分模型，具体包括：
所述主动配电系统的孤岛划分模型如下：
Figure BDA0003500380760000021
Figure BDA0003500380760000022
yij,s≤xj,s,
Figure BDA0003500380760000023
Figure BDA0003500380760000024
式中，xi,s与yij,s分别为配电孤岛s中节点i与线路ij的状态，1和0分别表示投运和断开；rs为第s个配电孤岛的根节点，对应第s个DG所在的节点；|l|为第l环路包含的配电线路数量；xrs,s取值为1表示需要构建第s个配电孤岛，0则表示第s个配电孤岛不存在，与之对应的第s个DG可被划分至其余孤岛；Ncl为重要负荷所在节点的集合；Ndg为DG所在节点的集合；S为配电孤岛的集合，其索引元素s表示第s个配电孤岛；L为配电网络所含环路的集合，其元素l为组成第l个环路的配电线路集合；N和E分别为配电系统中节点与线路的集合；
孤岛划分后主动配电系统节点及线路状态表示如下：
Figure BDA0003500380760000025
式中，xi与yij分别为主动配电系统中节点i与线路ij的状态，1和0分别表示投运和断开。
进一步地，建立基于小型水电站、燃气电站、储能系统、风电场与光伏电站的出力模型，具体包括：
将主动配电系统中分布式电源分为小型水电站与燃气电站、储能系统和风电场与光伏电站；对于小型水电站与燃气电站，根据其出力调节范围与速度建立模型；对于储能系统，根据其需满足充放电功率约束与荷电状态约束建立出力模型；对于风电场与光伏电站，根据其有功出力范围和无功出力范围建立出力模型。
进一步地，构建自主运行模型的具体内容包括：
所述的自主运行模型采用滚动优化的方法逐步地确定每个调度时段的配电孤岛运行策略，为实现相邻调度时段运行策略的配合，第t个调度时段的自主运行模型为[t,t+1,…,t+Tl]调度时段集合的联合自主运行模型，其中Tl为滚动优化的步长；
下面描述第t个调度时段的自主运行模型，自主运行模型考虑交流潮流与稳态安全约束；
基于支路潮流模型建立二阶锥松弛形式的配电系统潮流模型，其表达式为：
Figure BDA0003500380760000031
Figure BDA0003500380760000032
Figure BDA0003500380760000033
Figure BDA0003500380760000034
Figure BDA0003500380760000035
Figure BDA0003500380760000036
Figure BDA0003500380760000037
Figure BDA0003500380760000038
Figure BDA0003500380760000039
式中，Tt＝[t,t+1,…,t+Tl]为优化的调度时段集合，其元素t表示第t个调度时段；
Figure BDA0003500380760000041
与
Figure BDA0003500380760000042
分别为节点i上DG的有功与无功出力；
Figure BDA0003500380760000043
与
Figure BDA0003500380760000044
分别为节点i上切除的负荷有功与无功功率；pij,t与qij,t分别为线路ij流过的有功与无功潮流；iij,t与vi,t分别为线路ij电流幅值的平方与节点i电压幅值的平方；
Figure BDA0003500380760000045
与
Figure BDA0003500380760000046
分别为节点i上的负荷有功与无功需求；rij与xij分别为线路ij的电阻与电抗；Mv为一充分大的常数，为使上述约束条件更加紧凑，其值可取容许的最大节点电压幅值vmax的平方；k为与节点i有相连线路的节点；pki,t与qki,t分别为线路ki流过的有功与无功潮流；iki,t为线路ki电流幅值的平方；rki与xki分别为线路ki的电阻与电抗；
考虑配电孤岛安全约束，包括线路潮流和节点电压幅值不能越限，其表达式为：
Figure BDA0003500380760000047
式中：Sij为线路ij容许流过的最大视在功率，由线路的热稳定、动态稳定条件与绝缘水平确定；vmin与vmax分别为容许的最小与最大节点电压幅值；
将主动配电系统中的负荷建模为连续变量，从而形成切负荷模型约束，其表达式为：
Figure BDA0003500380760000048
Figure BDA0003500380760000049
式中：λi,t为调度时段t中的切负荷功率关系系数；βd与βu分别为表征相邻调度时段的负荷投运与切除的调节系数。
进一步地，对所述的自主运行模型，采用计及预测误差的间歇性电源有功出力控制，具体包括：
对任意风电场或光伏电站g，计及预测误差的间歇性电源有功出力控制的目标函数为：
Figure BDA0003500380760000051
式中，
Figure BDA0003500380760000052
为风电场或光伏电站g在调度时段t中的实际有功出力；上标^为求解自主运行模型后对应变量的值；
Figure BDA0003500380760000053
表示节点g上DG的有功出力；E(·)为惩罚函数，其表达式如下：
Figure BDA0003500380760000054
式中，e为惩罚函数E(·)的阈值；
用ξg,t替换上式的目标函数
Figure BDA0003500380760000055
并引入中间变量γg,t，所述计及预测误差的间歇性电源有功出力控制的目标函数用以下线性模型表示：
Figure BDA0003500380760000056
Figure BDA0003500380760000057
其中，风电场或光伏电站g在调度时段t中的实际有功出力
Figure BDA0003500380760000058
用下式计算：
Figure BDA0003500380760000059
式中，
Figure BDA00035003807600000510
为风电场或光伏电站g中的储能系统的有功功率；
Figure BDA00035003807600000511
为风电场或光伏电站g的预测有功出力；
Figure BDA00035003807600000512
为预测误差；
对于负预测误差最小这种情况，此时预测误差为负值，取最小值表示风电场或光伏电站的实际有功出力比预测值小，且偏差最大，风电场或光伏电站的实际有功出力表达式为：
Figure BDA00035003807600000513
t∈T对于正预测误差最大，此时预测误差为正值，取最大值表示风电场或光伏电站的实际有功出力比预测值大，且偏差最大，风电场或光伏电站的实际有功出力表达式为：
Figure BDA0003500380760000061
t∈T若求解以上两种情况的处理表达式所得的最小与最大预测误差情况下的有功出力控制的目标函数值
Figure BDA0003500380760000062
与
Figure BDA0003500380760000063
均为0，则说明在此两种最坏情形下通过调节储能系统的充放电状态及功率可抵消预测误差带来的影响，此时原主动配电系统孤岛运行策略可行；
若
Figure BDA0003500380760000064
将以下表达式所描述的约束添加至自主运行模型中，以避免预测出力偏高导致自主运行策略失效，该表达式用于修正由储能系统的最大放电功率与最低储存能量限制导致自主运行策略失效的情况：
Figure BDA0003500380760000065
式中，
Figure BDA0003500380760000066
和
Figure BDA0003500380760000067
分别为储能系统g在第t个调度时段的末尾和开始所储存的能量；
Figure BDA0003500380760000068
为储能系统g的放电效率；ΔT为每个调度时段的实际时长；
若
Figure BDA0003500380760000069
则将以下表达式所描述的约束添加至自主运行模型中，以避免预测出力偏低导致自主运行策略失效，该表达式用于修正储能系统的最大充电功率与最高储存能量限制导致自主运行策略失效的情况；
Figure BDA00035003807600000610
式中，
Figure BDA00035003807600000611
为储能系统g的充电效率；
由于存在预测误差，在求解自主运行模型后需验证每个风电场与光伏电站的实际有功出力在是否可行；若不可行，则生成对应的约束并添加至自主运行模型中，并重新求解自主运行模型，直到得到的自主运行策略在计及风光出力预测误差时都可行。
本发明采用的另一种技术方案为：主动配电系统孤岛划分和自主运行系统，其用于对主动配电系统发生故障后的运行与恢复，包括：
孤岛划分模型构建单元：在主动配电系统发生故障后，建立基于环路消除辐射状约束的主动配电系统的孤岛划分模型；
出力模型构建单元：建立基于小型水电站、燃气电站、储能系统、风电场与光伏电站的出力模型；
自主运行模型构建单元：根据孤岛划分模型和出力模型，构建考虑交流潮流与稳态安全约束的主动配电系统孤岛实时运行的自主运行模型；
有功出力控制单元：对所述的自主运行模型，采用计及预测误差的间歇性电源有功出力控制。
本发明具有的有益效果如下：本发明可以有效平衡配电孤岛内间歇性电源的出力波动，并可在相当程度内耐受分布式电源出力预测误差，且具有较高的求解效率，有利于实现所述主动配电系统恢复的在线决策。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明主动配电系统孤岛划分和自主运行方法的流程示意图；
图2为本发明自主运行模型的求解流程图；
图3为本发明主动配电系统孤岛划分和自主运行系统的结构框图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
图1是根据一示例性实施例示出的主动配电系统孤岛划分和自主运行方法。参考图1，本发明实施例提供主动配电系统孤岛划分和自主运行方法，该方法用于对主动配电系统发生故障后的运行与恢复，包括：
步骤S1，在主动配电系统发生故障后，建立基于环路消除辐射状约束的主动配电系统的孤岛划分模型；
步骤S2，建立基于小型水电站、燃气电站、储能系统、风电场与光伏电站的出力模型；
步骤S3，根据孤岛划分模型和出力模型，构建考虑交流潮流与稳态安全约束的配电孤岛实时运行的自主运行模型；
步骤S4，对所述自主运行模型，采用计及间歇性可再生能源发电预测误差的有功出力控制。
上述步骤S1中，在主动配电系统发生故障后，建立基于环路消除辐射状约束的主动配电系统的孤岛划分模型，具体包括：
为克服基于生成树模型的缺点，消除产生环状网络的可能性，并与基于虚拟潮流辐射状约束的模型的求解效率进行对比，形成了一种基于环路消除辐射状约束的主动配电系统孤岛划分模型；
所述主动配电系统的孤岛划分模型可表示如下：
Figure BDA0003500380760000081
Figure BDA0003500380760000082
yij,s≤xj,s,
Figure BDA0003500380760000083
Figure BDA0003500380760000084
式中：xi,s与yij,s分别为配电孤岛s中节点i与线路ij的状态，1和0分别表示投运和断开；rs为第s个配电孤岛的根节点，对应第s个DG所在的节点；|l|为第l环路包含的配电线路数量。xrs,s取值为1表示需要构建第s个配电孤岛，0则表示第s个配电孤岛不存在，与之对应的第s个DG可被划分至其余孤岛。
孤岛划分后主动配电系统(AND)节点及线路状态可表示如下：
Figure BDA0003500380760000091
式中，xi与yij分别为主动配电系统(AND)中节点i与线路(i,j)的状态，1和0分别表示投运和断开。
上述步骤S2中，建立基于小型水电站、燃气电站、储能系统、风电场与光伏电站的出力模型，具体包括：
将主动配电系统中分布式电源分为小型水电站与燃气电站、电池储能系统和风电场与光伏电站。
对于小型水电站与燃气电站，根据其出力调节范围与速度建立出力模型，其表达式为：
Figure BDA0003500380760000092
Figure BDA0003500380760000093
式中：Nht与Ngt分别为水力发电机与燃气发电机节点的集合；
Figure BDA0003500380760000094
与
Figure BDA0003500380760000095
(
Figure BDA0003500380760000096
与
Figure BDA0003500380760000097
)分别为发电机g的最小与最大有功(无功)出力；
Figure BDA0003500380760000098
与
Figure BDA0003500380760000099
分别为发电机g的有功与无功爬坡速率；ΔT为每个调度时段的实际时长。
对于电池储能系统，根据其需满足充放电功率约束与荷电状态约束建立出力模型，其表达式为：
Figure BDA00035003807600000910
Figure BDA0003500380760000101
Figure BDA0003500380760000102
式中：Ness为ADN中电池储能系统的集合；
Figure BDA0003500380760000103
与
Figure BDA0003500380760000104
(
Figure BDA0003500380760000105
与
Figure BDA0003500380760000106
)分别为储能系统g的放电与充电有功(无功)功率；
Figure BDA0003500380760000107
与
Figure BDA0003500380760000108
分别为表征储能系统g的放电与充电状态的二进制变量；
Figure BDA0003500380760000109
为储能系统g所储存的能量；下标t表示第t个调度时段；
Figure BDA00035003807600001010
与
Figure BDA00035003807600001011
(
Figure BDA00035003807600001012
与
Figure BDA00035003807600001013
)分别为储能系统g的最小与最大充放电有功(无功)功率；
Figure BDA00035003807600001014
与
Figure BDA00035003807600001015
分别为储能系统g的充电与放电效率；
Figure BDA00035003807600001016
与
Figure BDA00035003807600001017
分别为储能系统g可储存的最小与最大能量。
对于风电场与光伏电站，根据其有功出力范围和无功出力范围建立出力模型，其表达式为：
Figure BDA00035003807600001018
Figure BDA00035003807600001019
Figure BDA00035003807600001020
式中：Nwf与Npv分别为ADN中风电场与光伏电站的集合；
Figure BDA00035003807600001021
与
Figure BDA00035003807600001022
分别为风电场与光伏电站g中的储能系统的有功与无功功率；
Figure BDA00035003807600001023
为风电场或光伏电站g的预测有功出力；
Figure BDA00035003807600001024
与
Figure BDA00035003807600001025
分别为风电场或光伏电站g的最小与最大无功功率。
上述步骤S3中，根据孤岛划分模型和出力模型，构建考虑交流潮流与稳态安全约束的配电孤岛实时运行的自主运行模型，具体包括：
所述的自主运行模型采用滚动优化的方法逐步地确定每个调度时段的配电系统孤岛运行策略，为实现相邻调度时段运行策略的配合，第t个调度时段的自主运行模型为[t,t+1,…,t+Tl]调度时段集合的联合自主运行模型，其中Tl为滚动优化的步长；
下面描述第t个调度时段的自主运行模型，自主运行模型考虑交流潮流与稳态安全约束；
基于支路潮流模型建立二阶锥松弛形式的配电系统潮流模型，其表达式为：
Figure BDA0003500380760000111
Figure BDA0003500380760000112
Figure BDA0003500380760000113
Figure BDA0003500380760000114
Figure BDA0003500380760000115
Figure BDA0003500380760000116
Figure BDA0003500380760000117
Figure BDA0003500380760000118
Figure BDA0003500380760000119
式中：Tt＝[t,t+1,…,t+Tl]为优化的调度时段集合，其元素t表示第t个调度时段；
Figure BDA00035003807600001110
与
Figure BDA00035003807600001111
分别为节点i上DG的有功与无功出力；
Figure BDA00035003807600001112
与
Figure BDA00035003807600001113
分别为节点i上切除的负荷有功与无功功率；pij,t与qij,t分别为线路ij流过的有功与无功潮流；iij,t与vi,t分别为线路ij电流幅值的平方与节点i电压幅值的平方；
Figure BDA00035003807600001114
与
Figure BDA00035003807600001115
分别为节点i上的负荷有功与无功需求；rij与xij分别为线路ij的电阻与电抗；Mv为一充分大的常数，为使上述约束更加紧凑，其值可取容许的最大节点电压幅值vmax的平方。
考虑配电孤岛安全约束，包括线路潮流和节点电压幅值不能越限，其表达式为：
Figure BDA00035003807600001116
Figure BDA00035003807600001117
式中：Sij为线路ij容许流过的最大视在功率，可由线路的热稳定、动态稳定条件与绝缘水平确定；vmin与vmax分别为容许的最小与最大节点电压幅值。
将主动配电系统中的负荷建模为连续变量，从而形成切负荷模型约束，其表达式为：
Figure BDA0003500380760000121
Figure BDA0003500380760000122
式中：λi,t为调度时段t中的切负荷功率关系系数；βd与βu分别为表征相邻调度时段的负荷投运与切除的调节系数。
上述步骤S4中，对所述自主运行模型，采用计及间歇性可再生能源发电预测误差的有功出力控制。参照图2可以完成对所述自主运行模型的求解，具体包括：
对任意风电场或光伏电站g，间歇性电源有功出力控制的目标函数为：
Figure BDA0003500380760000123
式中：
Figure BDA0003500380760000124
为风电场或光伏电站g在调度时段t中的实际有功出力；
Figure BDA0003500380760000125
表示节点g上DG的有功出力；上标^为求解自主运行模型后对应变量的值；E(·)为惩罚函数，其表达式如下：
Figure BDA0003500380760000126
式中，e为惩罚函数E(·)的阈值。
用ξg,t替换上式的目标函数
Figure BDA0003500380760000127
并引入中间变量γg,t，计及预测误差的间歇性电源有功出力控制的目标函数可用以下线性模型表示：
Figure BDA0003500380760000128
Figure BDA0003500380760000129
其中风电场或光伏电站g的实际有功出力
Figure BDA00035003807600001210
可用下式计算：
Figure BDA0003500380760000131
式中，
Figure BDA0003500380760000132
为风电场或光伏电站g中的储能系统的有功功率；
Figure BDA0003500380760000133
为风电场或光伏电站g的预测有功出力；
Figure BDA0003500380760000134
为预测误差。
Figure BDA0003500380760000135
是一个随机参数，其取值范围受所采用预测方法的精度限制，可由历史预测数据得到。
分负预测误差最小和正预测误差最大这两种情况分别考虑自主运行模型得到的风电厂与光伏电站的有功出力调度值在考虑预测误差时的可行性。
对于负预测误差最小这种情况，此时预测误差为负值，取最小值表示风电场或光伏电站的实际有功出力比预测值小，且偏差最大，风电场或光伏电站的实际出力表达式为：
Figure BDA0003500380760000136
对于正预测误差最大，此时预测误差为正值，取最大值表示风电场或光伏电站的实际有功出力比预测值大，且偏差最大，风电场或光伏电站的实际出力表达式为：
Figure BDA0003500380760000137
若求解以上两种情况的处理表达式所得的最小与最大预测误差情况下的有功出力控制目标函数值
Figure BDA0003500380760000138
与
Figure BDA0003500380760000139
均为0，则说明在此两种最坏情形下通过调节储能系统的充放电状态及功率可抵消预测误差带来的影响，此时原配电系统孤岛运行策略可行。
若
Figure BDA00035003807600001310
可将以下表达式(41)所描述的约束添加至自主运行模型中，以避免预测出力偏高导致自主运行策略失效，该表达式用于修正由储能系统的最大放电功率与最低储存能量限制导致自主运行策略失效的情况。
Figure BDA00035003807600001311
若
Figure BDA00035003807600001312
则将以下表达式(42)所描述的约束添加至自主运行模型中，以避免预测出力偏低导致自主运行策略失效，该表达式用于修正储能系统的最大充电功率与最高储存能量限制导致自主运行策略失效的情况。
Figure BDA0003500380760000141
由于存在预测误差，在求解自主运行模型后需验证每个风电场与光伏电站的实际有功出力在是否可行；若不可行，则生成对应的约束并添加至自主运行模型中，并重新求解自主运行模型，直到得到的自主运行策略在计及风光出力预测误差时都是可行的。
实施例2
图3是根据一示例性实施例示出的主动配电系统孤岛划分和自主运行系统。参考图3，本发明实施例提供主动配电系统孤岛划分和自主运行系统，该系统用于对主动配电系统发生故障后的运行与恢复，包括：
孤岛划分模型构建单元：在主动配电系统发生故障后，建立基于环路消除辐射状约束的主动配电系统的孤岛划分模型；
出力模型构建单元：建立基于小型水电站、燃气电站、储能系统、风电场与光伏电站的出力模型；
自主运行模型构建单元：根据孤岛划分模型和出力模型，构建考虑交流潮流与稳态安全约束的配电孤岛实时运行的自主运行模型；
有功出力控制单元：对所述的自主运行模型，采用计及预测误差的间歇性电源有功出力控制。
在主动配电系统发生故障后，建立基于环路消除辐射状约束的主动配电系统的孤岛划分模型，具体包括：
为克服基于生成树模型的缺点，消除产生环状网络的可能性，并与基于虚拟潮流辐射状约束的模型的求解效率进行对比，形成一种基于环路消除辐射状约束的主动配电系统的孤岛划分模型；
所述主动配电系统的孤岛划分模型如下：
Figure BDA0003500380760000151
Figure BDA0003500380760000152
yij,s≤xj,s,
Figure BDA0003500380760000153
Figure BDA0003500380760000154
式中，xi,s与yij,s分别为配电孤岛s中节点i与线路ij的状态，1和0分别表示投运和断开；rs为第s个配电孤岛的根节点，对应第s个DG所在的节点；|l|为第l环路包含的配电线路数量；xrs,s取值为1表示需要构建第s个配电孤岛，0则表示第s个配电孤岛不存在，与之对应的第s个DG可被划分至其余孤岛。
孤岛划分后主动配电系统节点及线路状态表示如下：
Figure BDA0003500380760000155
式中，xi与yij分别为主动配电系统中节点i与线路ij的状态，1和0分别表示投运和断开。
建立基于小型水电站、燃气电站、储能系统、风电场与光伏电站的出力模型，具体包括：
将主动配电系统中分布式电源分为小型水电站与燃气电站、电池储能系统和风电场与光伏电站；对于小型水电站与燃气电站，根据其出力调节范围与速度建立出力模型；对于电池储能系统，根据其需满足充放电功率约束与荷电状态约束建立出力模型；对于风电场与光伏电站，根据其有功出力范围和无功出力范围建立出力模型。
构建考虑交流潮流与稳态安全约束的配电孤岛实时运行的自主运行模型，具体包括：
所述的自主运行模型采用滚动优化的方法逐步地确定每个调度时段的配电孤岛运行策略，为实现相邻调度时段运行策略的配合，第t个调度时段的自主运行模型为[t,t+1,…,t+Tl]调度时段集合的联合自主运行模型，其中Tl为滚动优化的步长；
下面描述第t个调度时段的自主运行模型，自主运行模型考虑交流潮流与稳态安全约束；
基于支路潮流模型建立二阶锥松弛形式的配电系统潮流模型，其表达式为：
Figure BDA0003500380760000161
Figure BDA0003500380760000162
Figure BDA0003500380760000163
Figure BDA0003500380760000164
Figure BDA0003500380760000165
Figure BDA0003500380760000166
Figure BDA0003500380760000167
Figure BDA0003500380760000168
Figure BDA0003500380760000169
式中，Tt＝[t,t+1,…,t+Tl]为优化的调度时段集合，其元素t表示第t个调度时段；
Figure BDA00035003807600001610
与
Figure BDA00035003807600001611
分别为节点i上DG的有功与无功出力；
Figure BDA00035003807600001612
与
Figure BDA00035003807600001613
分别为节点i上切除的负荷有功与无功功率；pij,t与qij,t分别为线路ij流过的有功与无功潮流；iij,t与vi,t分别为线路ij电流幅值的平方与节点i电压幅值的平方；
Figure BDA00035003807600001614
与
Figure BDA00035003807600001615
分别为节点i上的负荷有功与无功需求；rij与xij分别为线路ij的电阻与电抗；Mv为一充分大的常数，为使上述约束更加紧凑，其值可取容许的最大电压幅值vmax的平方。
考虑配电孤岛安全约束，包括线路潮流和节点电压幅值不能越限，其表达式为：
Figure BDA0003500380760000171
式中：Sij为线路ij容许流过的最大视在功率，由线路的热稳定、动态稳定条件与绝缘水平确定；vmin与vmax分别为容许的最小与最大节点电压幅值；
将主动配电系统中的负荷建模为连续变量，从而形成切负荷模型约束，其表达式为：
Figure BDA0003500380760000172
Figure BDA0003500380760000173
式中：λi,t为调度时段t中的切负荷功率关系系数；βd与βu分别为表征相邻调度时段的负荷投运与切除的调节系数。
对所述自主运行模型，采用计及预测误差的间歇性电源有功出力控制，具体包括：
对任意风电场或光伏电站g，间歇性电源有功出力控制的目标函数为：
Figure BDA0003500380760000174
式中，
Figure BDA0003500380760000175
为风电场或光伏电站g在调度时段t中的实际有功出力；上标^为求解自主运行模型后对应变量的值；E(·)为惩罚函数，其表达式如下：
Figure BDA0003500380760000176
式中，e为惩罚函数E(·)的阈值；
用ξg,t替换上式的目标函数
Figure BDA0003500380760000177
并引入中间变量γg,t，所述计及预测误差的间歇性电源有功出力控制的目标函数用以下线性模型表示：
Figure BDA0003500380760000178
Figure BDA0003500380760000181
其中，风电场或光伏电站g的实际有功出力
Figure BDA0003500380760000182
可用下式计算：
Figure BDA0003500380760000183
式中，
Figure BDA0003500380760000184
为预测误差。
对于负预测误差最小这种情况，此时预测误差为负值，取最小值表示风电场或光伏电站的实际有功出力比预测值小，且偏差最大，风电场或光伏电站的实际出力表达式为：
Figure BDA0003500380760000185
t∈T对于正预测误差最大，此时预测误差为正值，取最大值表示风电场或光伏电站的实际有功出力比预测值大，且偏差最大，风电场或光伏电站的实际出力表达式为：
Figure BDA0003500380760000186
t∈T若求解以上两种情况的处理表达式所得的最小与最大预测误差情况下的有功出力控制目标函数值
Figure BDA0003500380760000187
与
Figure BDA0003500380760000188
均为0，则说明在此两种最坏情形下通过调节储能系统的充放电状态及功率可抵消预测误差带来的影响，此时原自主运行方法可行；若
Figure BDA0003500380760000189
可将以下表达式所描述的约束添加至自主运行模型中，以避免预测出力偏高导致自主运行策略失效，该表达式用于修正由储能系统的最大放电功率与最低储存能量限制导致自主运行策略失效的情况：
Figure BDA00035003807600001810
若
Figure BDA00035003807600001811
则将以下表达式所描述的约束添加至自主运行模型中，以避免预测出力偏低导致自主运行策略失效，该表达式用于修正储能系统的最大充电功率与最高储存能量限制导致自主运行策略失效的情况；
Figure BDA0003500380760000191
由于存在预测误差，在求解自主运行模型后需验证每个风电场与光伏电站的有功出力在是否可行；若不可行，则生成对应的约束并添加至自主运行模型中，并重新求解自主运行模型，直到得到的自主运行策略在计及风光出力预测误差时都可行。
以上对本发明进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.主动配电系统孤岛划分和自主运行方法，其特征在于，该方法包括：
在主动配电系统发生故障后，建立基于环路消除辐射状约束的主动配电系统的孤岛划分模型；
建立基于小型水电站、燃气电站、储能系统、风电场与光伏电站的出力模型；
根据孤岛划分模型和出力模型，构建考虑交流潮流与稳态安全约束的主动配电系统孤岛实时运行的自主运行模型；
对所述的自主运行模型，采用计及预测误差的间歇性电源有功出力控制。
2.根据权利要求1所述的主动配电系统孤岛划分和自主运行方法，其特征在于，在主动配电系统发生故障后，建立基于环路消除辐射状约束的主动配电系统的孤岛划分模型，具体包括：
所述主动配电系统的孤岛划分模型如下：
Figure FDA0003500380750000011
Figure FDA0003500380750000012
Figure FDA0003500380750000013
Figure FDA0003500380750000014
式中，xi,s与yij,s分别为配电孤岛s中节点i与线路ij的状态，1和0分别表示投运和断开；rs为第s个配电孤岛的根节点，对应第s个DG所在的节点；|l|为第l环路包含的配电线路数量；xrs,s取值为1表示需要构建第s个配电孤岛，0则表示第s个配电孤岛不存在，与之对应的第s个DG可被划分至其余孤岛；Ncl为重要负荷所在节点的集合；Ndg为DG所在节点的集合；S为配电孤岛的集合，其索引元素s表示第s个配电孤岛；L为配电网络所含环路的集合，其元素l为组成第l个环路的配电线路集合；N和E分别为配电系统中节点与线路的集合；
孤岛划分后主动配电系统节点及线路状态表示如下：
Figure FDA0003500380750000021
式中，xi与yij分别为主动配电系统中节点i与线路ij的状态，1和0分别表示投运和断开。
3.根据权利要求1所述的主动配电系统孤岛划分和自主运行方法，其特征在于，建立基于小型水电站、燃气电站、储能系统、风电场与光伏电站的出力模型，具体包括：
将主动配电系统中分布式电源分为小型水电站与燃气电站、储能系统和风电场与光伏电站；对于小型水电站与燃气电站，根据其出力调节范围与速度建立模型；对于储能系统，根据其需满足充放电功率约束与荷电状态约束建立出力模型；对于风电场与光伏电站，根据其有功出力范围和无功出力范围建立出力模型。
4.根据权利要求2所述的主动配电系统孤岛划分和自主运行方法，其特征在于，构建自主运行模型的具体内容包括：
所述的自主运行模型采用滚动优化的方法逐步地确定每个调度时段的配电孤岛运行策略，为实现相邻调度时段运行策略的配合，第t个调度时段的自主运行模型为[t,t+1,…,t+Tl]调度时段集合的联合自主运行模型，其中Tl为滚动优化的步长；
下面描述第t个调度时段的自主运行模型，自主运行模型考虑交流潮流与稳态安全约束；
基于支路潮流模型建立二阶锥松弛形式的配电系统潮流模型，其表达式为：
Figure FDA0003500380750000022
Figure FDA0003500380750000023
Figure FDA0003500380750000024
Figure FDA0003500380750000025
Figure FDA0003500380750000031
Figure FDA0003500380750000032
Figure FDA0003500380750000033
式中，Tt＝[t,t+1,…,t+Tl]为优化的调度时段集合，其元素t表示第t个调度时段；
Figure FDA0003500380750000034
与
Figure FDA0003500380750000035
分别为节点i上DG的有功与无功出力；
Figure FDA0003500380750000036
与
Figure FDA0003500380750000037
分别为节点i上切除的负荷有功与无功功率；pij,t与qij,t分别为线路ij流过的有功与无功潮流；iij,t与vi,t分别为线路ij电流幅值的平方与节点i电压幅值的平方；
Figure FDA0003500380750000038
与
Figure FDA0003500380750000039
分别为节点i上的负荷有功与无功需求；rij与xij分别为线路ij的电阻与电抗；Mv为一充分大的常数，为使上述约束条件更加紧凑，其值可取容许的最大节点电压幅值vmax的平方；k为与节点i有相连线路的节点；pki,t与qki,t分别为线路ki流过的有功与无功潮流；iki,t为线路ki电流幅值的平方；rki与xki分别为线路ki的电阻与电抗；
考虑配电孤岛安全约束，包括线路潮流和节点电压幅值不能越限，其表达式为：
Figure FDA00035003807500000310
式中：Sij为线路ij容许流过的最大视在功率，由线路的热稳定、动态稳定条件与绝缘水平确定；vmin与vmax分别为容许的最小与最大节点电压幅值；
将主动配电系统中的负荷建模为连续变量，从而形成切负荷模型约束，其表达式为：
Figure FDA00035003807500000311
Figure FDA0003500380750000041
式中：λi,t为调度时段t中的切负荷功率关系系数；βd与βu分别为表征相邻调度时段的负荷投运与切除的调节系数。
5.根据权利要求4所述的主动配电系统孤岛划分和自主运行方法，其特征在于，对所述的自主运行模型，采用计及预测误差的间歇性电源有功出力控制，具体包括：
对任意风电场或光伏电站g，计及预测误差的间歇性电源有功出力控制的目标函数为：
Figure FDA0003500380750000042
式中，
Figure FDA0003500380750000043
为风电场或光伏电站g在调度时段t中的实际有功出力；上标^为求解自主运行模型后对应变量的值；
Figure FDA0003500380750000044
表示节点g上DG的有功出力；E(·)为惩罚函数，其表达式如下：
Figure FDA0003500380750000045
用ξg,t替换上式的目标函数
Figure FDA0003500380750000046
并引入中间变量γg,t，所述计及预测误差的间歇性电源有功出力控制的目标函数用以下线性模型表示：
Figure FDA0003500380750000047
Figure FDA0003500380750000048
其中，风电场或光伏电站g在调度时段t中的实际有功出力
Figure FDA0003500380750000049
用下式计算：
Figure FDA00035003807500000410
式中，
Figure FDA00035003807500000411
为风电场或光伏电站g中的储能系统的有功功率；
Figure FDA0003500380750000051
为风电场或光伏电站g的预测有功出力；
Figure FDA0003500380750000052
为预测误差；
对于负预测误差最小这种情况，此时预测误差为负值，取最小值表示风电场或光伏电站的实际有功出力比预测值小，且偏差最大，风电场或光伏电站的实际有功出力表达式为：
Figure FDA0003500380750000053
对于正预测误差最大，此时预测误差为正值，取最大值表示风电场或光伏电站的实际有功出力比预测值大，且偏差最大，风电场或光伏电站的实际有功出力表达式为：
Figure FDA0003500380750000054
若求解以上两种情况的处理表达式所得的最小与最大预测误差情况下的有功出力控制的目标函数值
Figure FDA0003500380750000055
与
Figure FDA0003500380750000056
均为0，则说明在此两种最坏情形下通过调节储能系统的充放电状态及功率可抵消预测误差带来的影响，此时原主动配电系统孤岛运行策略可行；
若
Figure FDA0003500380750000057
将以下表达式所描述的约束添加至自主运行模型中，以避免预测出力偏高导致自主运行策略失效，该表达式用于修正由储能系统的最大放电功率与最低储存能量限制导致自主运行策略失效的情况：
Figure FDA0003500380750000058
式中，
Figure FDA0003500380750000059
和
Figure FDA00035003807500000510
分别为储能系统g在第t个调度时段的末尾和开始所储存的能量；
Figure FDA00035003807500000511
为储能系统g的放电效率；ΔT为每个调度时段的实际时长；
若
Figure FDA00035003807500000512
则将以下表达式所描述的约束添加至自主运行模型中，以避免预测出力偏低导致自主运行策略失效，该表达式用于修正储能系统的最大充电功率与最高储存能量限制导致自主运行策略失效的情况；
Figure FDA0003500380750000061
式中，
Figure FDA0003500380750000062
为储能系统g的充电效率；
由于存在预测误差，在求解自主运行模型后需验证每个风电场与光伏电站的实际有功出力在是否可行；若不可行，则生成对应的约束并添加至自主运行模型中，并重新求解自主运行模型，直到得到的自主运行策略在计及风光出力预测误差时都可行。
6.主动配电系统孤岛划分和自主运行系统，其特征在于，该系统用于对主动配电系统发生故障后的运行与恢复，包括：
孤岛划分模型构建单元：在主动配电系统发生故障后，建立基于环路消除辐射状约束的主动配电系统的孤岛划分模型；
出力模型构建单元：建立基于小型水电站、燃气电站、储能系统、风电场与光伏电站的出力模型；
自主运行模型构建单元：根据孤岛划分模型和出力模型，构建考虑交流潮流与稳态安全约束的主动配电系统孤岛实时运行的自主运行模型；
有功出力控制单元：对所述的自主运行模型，采用计及预测误差的间歇性电源有功出力控制。
7.根据权利要求6所述的主动配电系统孤岛划分和自主运行系统，其特征在于，所述孤岛划分模型构建单元的具体内容包括：
所述主动配电系统的孤岛划分模型如下：
Figure FDA0003500380750000063
Figure FDA0003500380750000064
Figure FDA0003500380750000065
Figure FDA0003500380750000066
式中，xi,s与yij,s分别为配电孤岛s中节点i与线路ij的状态，1和0分别表示投运和断开；rs为第s个配电孤岛的根节点，对应第s个DG所在的节点；|l|为第l环路包含的配电线路数量；xrs,s取值为1表示需要构建第s个配电孤岛，0则表示第s个配电孤岛不存在，与之对应的第s个DG可被划分至其余孤岛；Ncl为重要负荷所在节点的集合；Ndg为DG所在节点的集合；S为配电孤岛的集合，其索引元素s表示第s个配电孤岛；L为配电网络所含环路的集合，其元素l为组成第l个环路的配电线路集合；N和E分别为配电系统中节点与线路的集合；
孤岛划分后主动配电系统节点及线路状态表示如下：
Figure FDA0003500380750000071
式中，xi与yij分别为主动配电系统中节点i与线路ij的状态，1和0分别表示投运和断开。
8.根据权利要求6所述的主动配电系统孤岛划分和自主运行系统，其特征在于，所述出力模型构建单元的具体内容包括：
将主动配电系统中分布式电源分为小型水电站与燃气电站、电池储能系统和风电场与光伏电站；对于小型水电站与燃气电站，根据其出力调节范围与速度建立出力模型；对于电池储能系统，根据其需满足充放电功率约束与荷电状态约束建立出力模型；对于风电场与光伏电站，根据其有功出力范围和无功出力范围建立出力模型。
9.根据权利要求7所述的主动配电系统孤岛划分和自主运行系统，其特征在于，所述自主运行模型构建单元的具体内容包括：
所述的自主运行模型采用滚动优化的方法逐步地确定每个调度时段的配电孤岛运行策略，为实现相邻调度时段运行策略的配合，第t个调度时段的自主运行模型为[t,t+1,…,t+Tl]调度时段集合的联合自主运行模型，其中Tl为滚动优化的步长；
下面描述第t个调度时段的自主运行模型，自主运行模型考虑交流潮流与稳态安全约束；
基于支路潮流模型建立二阶锥松弛形式的配电系统潮流模型，其表达式为：
Figure FDA0003500380750000081
Figure FDA0003500380750000082
Figure FDA0003500380750000083
Figure FDA0003500380750000084
Figure FDA0003500380750000085
Figure FDA0003500380750000086
Figure FDA0003500380750000087
式中，Tt＝[t,t+1,…,t+Tl]为优化的调度时段集合，其元素t表示第t个调度时段；
Figure FDA0003500380750000088
与
Figure FDA0003500380750000089
分别为节点i上DG的有功与无功出力；
Figure FDA00035003807500000810
与
Figure FDA00035003807500000811
分别为节点i上切除的负荷有功与无功功率；pij,t与qij,t分别为线路ij流过的有功与无功潮流；iij,t与vi,t分别为线路ij电流幅值的平方与节点i电压幅值的平方；
Figure FDA00035003807500000812
与
Figure FDA00035003807500000813
分别为节点i上的负荷有功与无功需求；rij与xij分别为线路ij的电阻与电抗；Mv为一充分大的常数，为使上述约束更加紧凑，其值可取容许的最大节点电压幅值vmax的平方；k为与节点i有相连线路的节点；pki,t与qki,t分别为线路ki流过的有功与无功潮流；iki,t为线路ki电流幅值的平方；rki与xki分别为线路ki的电阻与电抗；
考虑配电孤岛安全约束，包括线路潮流和节点电压幅值不能越限，其表达式为：
Figure FDA0003500380750000091
式中：Sij为线路ij容许流过的最大视在功率，由线路的热稳定、动态稳定条件与绝缘水平确定；vmin与vmax分别为容许的最小与最大节点电压幅值；
将主动配电系统中的负荷建模为连续变量，从而形成切负荷模型约束，其表达式为：
Figure FDA0003500380750000092
Figure FDA0003500380750000093
式中：λi,t为调度时段t中的切负荷功率关系系数；βd与βu分别为表征相邻调度时段的负荷投运与切除的调节系数。
10.根据权利要求6所述的主动配电系统孤岛划分和自主运行系统，其特征在于，所述有功出力控制单元的具体内容包括：
对任意风电场或光伏电站g，计及预测误差的间歇性电源有功出力控制的目标函数为：
Figure FDA0003500380750000094
式中，
Figure FDA0003500380750000095
为风电场或光伏电站g在调度时段t中的实际有功出力；上标^为求解自主运行模型后对应变量的值；
Figure FDA0003500380750000096
表示节点g上DG的有功出力；E(·)为惩罚函数，其表达式如下：
Figure FDA0003500380750000097
式中，e为惩罚函数E(·)的阈值；
用ξg,t替换上式的目标函数
Figure FDA0003500380750000098
并引入中间变量γg,t，所述计及预测误差的间歇性电源有功出力控制的目标函数用以下线性模型表示：
Figure FDA0003500380750000099
Figure FDA0003500380750000101
其中，风电场或光伏电站g在调度时段t中的实际有功出力
Figure FDA0003500380750000102
用下式计算：
Figure FDA0003500380750000103
式中，
Figure FDA0003500380750000104
为风电场或光伏电站g中的储能系统的有功功率；
Figure FDA0003500380750000105
为风电场或光伏电站g的预测有功出力；
Figure FDA0003500380750000106
为预测误差；
对于负预测误差最小这种情况，此时预测误差为负值，取最小值表示风电场或光伏电站的实际有功出力比预测值小，且偏差最大，风电场或光伏电站的实际有功出力表达式为：
Figure FDA0003500380750000107
对于正预测误差最大，此时预测误差为正值，取最大值表示风电场或光伏电站的实际有功出力比预测值大，且偏差最大，风电场或光伏电站的实际有功出力表达式为：
Figure FDA0003500380750000108
若求解以上两种情况的处理表达式所得的最小与最大预测误差情况下的有功出力控制的目标函数值
Figure FDA0003500380750000109
与
Figure FDA00035003807500001010
均为0，则说明在此两种最坏情形下通过调节储能系统的充放电状态及功率可抵消预测误差带来的影响，此时原主动配电系统孤岛运行策略可行；
若
Figure FDA00035003807500001011
将以下表达式所描述的约束添加至自主运行模型中，以避免预测出力偏高导致自主运行策略失效，该表达式用于修正由储能系统的最大放电功率与最低储存能量限制导致自主运行策略失效的情况：
Figure FDA0003500380750000111
式中，
Figure FDA0003500380750000112
和
Figure FDA0003500380750000113
分别为储能系统g在第t个调度时段的末尾和开始所储存的能量；
Figure FDA0003500380750000117
为储能系统g的放电效率；ΔT为每个调度时段的实际时长；
若
Figure FDA0003500380750000114
则将以下表达式所描述的约束添加至自主运行模型中，以避免预测出力偏低导致自主运行策略失效，该表达式用于修正储能系统的最大充电功率与最高储存能量限制导致自主运行策略失效的情况；
Figure FDA0003500380750000115
式中，
Figure FDA0003500380750000116
为储能系统g的充电效率；
由于存在预测误差，在求解自主运行模型后需验证每个风电场与光伏电站的实际有功出力在是否可行；若不可行，则生成对应的约束并添加至自主运行模型中，并重新求解自主运行模型，直到得到的自主运行策略在计及风光出力预测误差时都可行。
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