JP2022119184A - Active disconnection control method for multi-energy cooperative power grid - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電力システム分野に関し、特に、マルチエネルギー協同の配電網用アクティブ解列制御方法に関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to the field of electric power system, and more particularly to an active disconnection control method for multi-energy cooperative power grid.
配電網用アクティブ解列は最も効果的な給電回復ポリシーの1つ(非特許文献1)として、故障の場合に一部の重要な負荷に継続的に給電することを保証することができ、停電による人身安全への脅威と経済的財産の損失を低減させる。配電網内部または上位の送電網に故障が発生した場合、区分スイッチ及びコンタクトスイッチの開閉状態を調整することによりアクティブ解列を実現し、分散型電源(Distribution Generation、DG)で給電する電力孤島を形成し、システムにエネルギーを供給する安全性を保証する前提で、システム内の重要な負荷給電の回復速度を向上させる。分散型電源を含む配電網に対し、解列点の位置を合理的に設置することにより、故障の場合に孤島方式で運転して故障の配電網に対する悪影響を低減させ、停電範囲を縮小させ、配電網のエネルギー供給品質、エネルギー供給安全性及び信頼性の向上に重要な意味を有する(非特許文献2-4)。 Active disconnection for distribution networks is one of the most effective power restoration policies [1], as it can ensure continuous power supply to some critical loads in the event of failure, reduce threats to personal safety and loss of economic property due to When a failure occurs inside the distribution network or in the upper transmission network, active disconnection is realized by adjusting the open/closed state of the division switch and contact switch, and the island of power supplied by the distributed power supply (Distribution Generation, DG) is created. form and improve the recovery speed of critical load feeds in the system, on the premise of ensuring the safety of supplying energy to the system. By rationally setting the position of the disconnection point for the distribution network including distributed power sources, in the event of a failure, it operates in an isolated island mode to reduce the adverse effects of the failure on the distribution network, reduce the power outage range, It has important implications for improving the energy supply quality, energy supply safety and reliability of distribution networks (Non-Patent Documents 2-4).
現在分散型電源を含む配電網の給電回復ポリシーについて研究を行う。しかしながら分散型電源には不確実性及び外部環境の影響を受けやすい等の特徴があり、それは送電網のエネルギー供給回復に対する作用が限られている。また、配電網における一部の負荷は電力で駆動されるエネルギー変換装置であり、その作用は電気エネルギーを熱、冷等の様々な形式のエネルギーに変換することであり、故障の場合に該部分の電気負荷は対応するサブシステムによって供給するようになる。配電網のエネルギー供給回復能力を向上させるために、配電網の電源側から考慮するだけでなく、さらに配電網のマルチタイプ負荷の柔軟性の観点から着手すべきであり、配電網におけるエネルギー変換装置等の特殊な柔軟性負荷を調整することにより、さらに配電網の潜在的な給電回復能力を掘り起こす。 Currently, I am researching the power supply recovery policy of distribution networks including distributed power sources. However, distributed generation is characterized by uncertainties and susceptibility to external environmental influences, which have limited impact on grid energy supply restoration. Also, some loads in the distribution network are energy conversion devices driven by electricity, the function of which is to convert electrical energy into various forms of energy such as heat, cold, etc., and in case of failure the part electrical load will be supplied by the corresponding subsystem. In order to improve the energy supply recovery capacity of the distribution grid, we should not only consider from the power source side of the distribution grid, but also start from the viewpoint of the flexibility of the multi-type load of the distribution grid, and the energy conversion equipment in the distribution grid. By regulating special flexible loads such as , further exploit the potential resilience of the grid.
マルチエネルギーカップリングのエネルギー背景において、従来の配電網は配電網をコアとし、電気、ガス、熱等の多種類のエネルギーネットワークを融合して構成されるマルチエネルギーカップリングのエネルギーシステム(非特許文献5)に変換しており、その柔軟な運転方式及びマルチエネルギーの相補的な特性は、一方では、配電網用アクティブ解列により良質で、合理的な解決手段を提供し、他方では、配電網の安全制御に新たなチャンスを提供する。従来のアクティブ解列ポリシーに比べ、ガスタービン、熱電併給システム(Combine Heat and Power、CHP)等の要素はそれが良好な安定性と制御可能性を有するため、配電網に対する支持作用が太陽光、風力発電等の従来の分散型電源より顕著に強く、定量的にカップリング要素の出力を増大させる方式によって配電網用アクティブ解列により強力な電源支持を提供することができる。次に、電力駆動のエネルギー変換装置は電力を低減しまたは直接動作を停止する等の方式により配電網の負荷を軽減することができ、欠失した温冷等のエネルギー支持は対応するエネルギーシステムにより供給することができ、それにより配電網の回復待ち負荷量を低減する。以上をまとめると、マルチエネルギーの相補効果を考慮した後、故障の場合にマルチエネルギーカップリングのエネルギーシステムはマルチタイプのエネルギーを協調する方式によって配電網に電源支持を提供し、かつ熱、冷等のネットワークのエネルギー供給方式を変換することによって配電網負荷を削減し、システム故障の回復効果を向上させるために重要な役割を有し、ただし、この面では研究が少ない。 In the energy background of multi-energy coupling, the conventional power grid has the power grid as the core, and the multi-energy coupling energy system (non-patent document 5), whose flexible operation mode and multi-energy complementary characteristics provide a better and more rational solution for active grid paralleling on the one hand, and on the other hand the grid provide new opportunities for the safety control of Compared to traditional active disconnection policies, elements such as gas turbines, Combine Heat and Power (CHP), etc. have better stability and controllability, so the supporting action on the grid is more solar, Significantly stronger than conventional distributed power sources such as wind power generation, active disconnection for electrical grids can provide strong power support by means of quantitatively increasing the output of coupling elements. Second, the power-driven energy conversion device can reduce the load on the grid by reducing power or directly stopping operation, etc., and the missing energy support such as hot and cold can be replaced by the corresponding energy system. supply, thereby reducing the amount of load waiting to be restored on the grid. In summary, after considering the complementary effect of multi-energy, in case of failure, the energy system of multi-energy coupling provides power supply support to the distribution grid by coordinating multi-type energy, and heat, cold, etc. It has an important role in reducing the distribution network load and improving the recovery effect of system failure by converting the energy supply method of the network, but there are few studies in this aspect.
そのため、マルチエネルギー協同の配電網用アクティブ解列制御方法を研究開発することは特に重要である。 Therefore, it is of particular importance to research and develop active parallel-off control methods for multi-energy cooperative power grids.
本発明は、マルチエネルギー協同の配電網用アクティブ解列制御方法を提供する。 The present invention provides an active parallel-off control method for multi-energy cooperative power grid.
本発明は、電気-ガス-熱カップリングのマルチエネルギーストリームのネットワークモデルを構築することにより、マルチエネルギーカップリングに適用する配電網用アクティブ解列代替制御及び協調制御ポリシーを提案する。システム構造に基づいて合理的な制御ポリシーを選択した上で、配電網のエネルギー供給回復の最大を目標とし、負荷優先度及び制御可能性を総合的に考慮し、マルチエネルギーカップリングの配電網用アクティブ解列モデルを構築し、グリーディアルゴリズムを用いてマルチエネルギーカップリングを考慮する配電網用アクティブ解列制御を求め、本発明はシステムのマルチエネルギーカップリング効果を考慮することにより、配電網のエネルギー供給回復効果を向上させ、システムへのエネルギー供給の安全性と信頼性を保証し、詳細は以下に説明する。 By constructing a network model of electric-gas-thermal coupling multi-energy streams, the present invention proposes active parallel-off alternative control and cooperative control policies for power grids that apply to multi-energy coupling. After selecting a reasonable control policy based on the system structure, the goal is to maximize the energy supply recovery of the distribution network, comprehensively consider the load priority and controllability, and for the multi-energy coupling distribution network An active paralleling model is constructed, and a greedy algorithm is used to obtain active paralleling control for a distribution network that considers multi-energy coupling. It improves the supply recovery effect and ensures the safety and reliability of energy supply to the system, the details of which are explained below.
マルチエネルギー協同の配電網用アクティブ解列制御方法であって、前記方法は、
マルチエネルギーカップリングを考慮する配電網用マルチエネルギーストリームのネットワークモデルを構築し、かつ交互反復法を用いて求め、初期のマルチエネルギーストリームを得るステップと、
初期のマルチエネルギーストリームに基づき、カップリング要素のタイプに応じて、代替制御ポリシー及び協調制御ポリシーを提案し、マルチエネルギーストリームを求め、カップリング要素、各分散型電源の出力及び配電網における負荷分布状況を取得するステップと、
代替制御ポリシー及び協調制御ポリシーを採用した上で、負荷回復量の最大を目標とし、安全運転条件を制約とし、マルチエネルギーカップリングを考慮する配電網用アクティブ解列モデルを構築するステップと、
グリーディアルゴリズムを用いて配電網用アクティブ解列モデルを求め、故障状況での配電網孤島の分割手段を取得し、さらにアクティブ解列を行って故障状況での配電網負荷への継続給電を実現するステップと、を含む。
1. An active parallel-off control method for a multi-energy cooperative power grid, the method comprising:
constructing a network model of multi-energy streams for a power grid that takes multi-energy coupling into account and using an alternating iteration method to obtain an initial multi-energy stream;
Based on the initial multi-energy stream, according to the type of coupling element, propose an alternative control policy and coordinated control policy, obtain multi-energy stream, load distribution in the coupling element, the output of each distributed generation and the distribution network. obtaining a status;
A step of constructing an active parallel-off model for a distribution network that adopts an alternative control policy and a cooperative control policy, targets the maximum amount of load recovery, constrains safe operation conditions, and considers multi-energy coupling;
Using a greedy algorithm to find an active paralleling model for a distribution network, obtain a means of dividing an isolated distribution network island in a fault situation, and perform active paralleling to realize continuous power supply to a distribution network load in a fault situation. and a step.
そのうち、前記代替制御ポリシーは、マルチエネルギーカップリング効果を利用し、供給型カップリング要素が位置するノードの負荷を、対応するエネルギーサブシステムに変換してエネルギー供給を行い、安全制約を満たす前提で、非電気型カップリング要素または電気取得型カップリング要素の出力により、電気供給型カップリング要素の負荷を代替することである。 Among them, the alternative control policy uses the multi-energy coupling effect to convert the load of the node where the supply type coupling element is located to the corresponding energy subsystem for energy supply, on the premise of satisfying the safety constraints. , the output of the non-electrical coupling element or the electrical acquisition type coupling element replaces the load of the electrical supply type coupling element.
さらに、前記代替制御ポリシーの数学モデルは、 Further, the mathematical model of said alternative control policy is:
式では、ΔPriは代替可能な電気エネルギーの電力を表し、δeは電気供給型カップリング要素の出力が減少するステップサイズを表し、ηiは変換効率を表し、Δφrは代替電気エネルギーサブシステムのバランスノードが増加する必要がある出力を表し、∂φr/∂φnodeは、非電子システム電気駆動型カップリング要素が位置するノードの出力のバランスノードの出力に対する感度を表し、ntは反復回数を表す。 In the equation, ΔP ri represents the power of the alternative electrical energy, δ e represents the step size by which the output of the electrically fed coupling element is reduced, η i represents the conversion efficiency, and Δφ r represents the alternative electrical energy sub represents the output that the balance node of the system needs to increase, ∂φ r /∂φ node represents the sensitivity of the output of the node where the non-electronic system electrically driven coupling element is located to the output of the balance node, n t represents the number of iterations.
そのうち、前記協調制御ポリシーは、安全制約を満たす前提で、電気取得型カップリング要素の電気出力を増大させ、配電網用アクティブ解列に電源支持を提供することである。 Wherein, the cooperative control policy is to increase the electric output of the electric gain coupling element to provide power support for the active disconnection for the power grid under the premise of meeting the safety constraints.
さらに、前記協調制御ポリシーの数学モデルは、 Furthermore, the mathematical model of said cooperative control policy is:
式では、a=1、2、…、np-eであり、np-eは電気取得型カップリング要素の数であり、ΔPaは増発する電力を表し、δは電気取得型カップリング要素供給側の出力増加のステップサイズを表し、ΔΩaは他のサブシステムが増加した出力を表し、ζは変換比率であり、Δraは、ΔΩaを打ち消すために変更されるべき非電気型カップリング要素の出力を表す。 In the formula , a = 1, 2, . represents the step size of the power increase on the element feed side, ΔΩ a represents the increased output of the other subsystems, ζ is the conversion ratio, and Δr a is the non-electrical type to be changed to cancel ΔΩ a . Represents the output of the coupling element.
そのうち、代替制御ポリシーを用いてシステムの初期マルチエネルギーストリームの分布を求める前記ステップは、以下のステップを含む。 Wherein, the step of determining the initial multi-energy stream distribution of the system using the alternative control policy includes the following steps.
代替制御ポリシーは、具体的には、
電気駆動型カップリング要素の負荷側システムにおける調整能力を備えるカップリング要素をバランスノードとして選択するステップ(1)と、
配電網における電気供給型カップリング要素が位置するノード負荷の削減ステップサイズδeを決定し、バランスノードの出力増加量Δφrを計算するステップ(2)と、
システムのマルチエネルギーストリームを計算し、この時のシステムが全ての制約条件を満たすか否かを判断し、満たすと、電気供給型カップリング要素が出力を削減し続け、ステップ(2)に移行し、そうでなければ、代替可能な電気負荷量を得るステップ(3)と、を含む。
Specifically, the alternative control policy is:
selecting (1) a coupling element with regulating capability in a load side system of electrically driven coupling elements as a balance node;
step (2) of determining the reduction step size δ e of the node load at which the electrically fed coupling element is located in the distribution network and calculating the power increase Δφ r of the balancing node;
Calculate the multi-energy streams of the system, determine whether the system at this time satisfies all the constraints, and if so, the electrically-fed coupling element will continue to reduce the output, and move to step (2). , otherwise obtaining alternative electrical loads (3).
さらに、協調制御ポリシーを用いてシステムの初期マルチエネルギーストリームの分布を求める前記ステップは、具体的には、
電気取得型カップリング要素の中から最も効率が高いカップリング要素を選択し、かつマークするステップ(1)と、
電気取得型カップリング要素の供給側における出力増加のステップサイズδを決定し、ステップサイズに応じて供給側の出力を徐々に増加し、カップリング要素の負荷側の増加出力を得るステップ(2)と、
この時のシステムが全ての制約条件を満たすか否かを判断し、満たすと、ステップ(2)に移行し、出力を増加し続け、そうでなければ、ステップ(4)を実行するステップ(3)と、
非電気型カップリング要素の出力を調整し、システムが安全な運転状態に回復することができると判断し、満たすと、ステップ(2)を実行し続け、そうでなければ、ステップ(5)を実行するステップ(4)と、
該カップリング要素をマークし、依然として電気取得型カップリング要素がマークされていない場合、ステップ(2)を実行し続け、そうでなければ、カップリング要素の最終的な運転状態を得るステップ(5)と、を含む。
Further, the step of determining the distribution of the initial multi-energy streams of the system using the cooperative control policy specifically comprises:
step (1) of selecting and marking the most efficient coupling element among the electrical acquisition type coupling elements;
step (2) of determining the step size δ of the power increase on the supply side of the electrical harvesting type coupling element and gradually increasing the power on the supply side according to the step size to obtain an increased power on the load side of the coupling element; When,
Determine if the system at this time satisfies all the constraints, if so, go to step (2) and continue to increase the output, else step (3) to execute step (4). )When,
Adjust the output of the non-electrical coupling element, determine that the system can be restored to a safe operating state, if satisfied, continue to execute step (2), otherwise continue to step (5). performing step (4);
Mark the coupling element, if still no electricity-obtained coupling element is marked, continue to perform step (2), else step (5) to obtain the final operating state of the coupling element ) and including.
1、本発明は、システムのマルチエネルギー協同効果を考慮し、複数の形式のエネルギーを協調することにより、マルチエネルギーカップリングシステムのエネルギー供給ポテンシャルを十分に掘り起こし、システムのエネルギー供給回復量を効果的に向上させ、従来の分散型電源のみで給電回復を行うことに比べ、本方法で形成された孤島のスイッチ動作回数がより少なく、故障が解消された後にシステムが正常運転に回復することに役立つ。 1. The present invention considers the multi-energy cooperative effect of the system, and by coordinating multiple forms of energy, fully explores the energy supply potential of the multi-energy coupling system, and effectively increases the energy supply recovery amount of the system. , and compared with the traditional distributed power supply only to restore power supply, the isolated island formed by this method has fewer switching operations, which helps the system to restore normal operation after the fault is cleared. .
2、本発明は、配電網の負荷優先度、制御可能性及びネットワークトポロジー構造を総合的に考慮するアクティブ解列モデルを構築し、システムのトポロジー構造と負荷の特性及びフレキシブルソフトスイッチ(Soft Open Point、SOP)の電圧支持能力を十分に利用し、故障の場合に配電網の負荷回復量を向上させると同時に、重要な負荷の持続的で確実な給電を優先的に保証することができ、停電による人身安全への脅威と経済的財産の損失を低減させる。 2. The present invention builds an active paralleling model that comprehensively considers the load priority, controllability and network topology structure of the distribution network, and the system topology structure and load characteristics and flexible soft open point , SOP) can be fully utilized to improve the amount of load recovery of the distribution network in the event of a fault, and at the same time to ensure the continuous and reliable supply of critical loads on a priority basis. reduce threats to personal safety and loss of economic property due to
3、本発明は、マルチエネルギーカップリングを考慮する配電網に対し、マルチエネルギー協同の角度を出発点とし、マルチエネルギーカップリングの配電網に適用する代替制御ポリシー及び協調制御ポリシーを提案し、負荷移行と電源支持の両面から配電網のエネルギー供給回復レベルを向上させ、システム構造に基づいて制御ポリシーを合理的に選択することができ、比較的強い汎用性を有する。 3. The present invention takes the angle of multi-energy cooperation as a starting point for the distribution network that considers multi-energy coupling, and proposes an alternative control policy and a cooperative control policy that apply to the multi-energy coupling power distribution network. It improves the energy supply recovery level of the distribution grid from both transition and power support, can rationally select the control policy based on the system structure, and has relatively strong versatility.
本発明の目的、技術的解決手段及び利点をさらに明確にするために、以下は本発明の実施形態をさらに詳細に説明する。 In order to make the objectives, technical solutions and advantages of the present invention clearer, the following describes the embodiments of the present invention in more detail.
(実施例1)
マルチエネルギーカップリングを考慮する配電網用アクティブ解列制御方法であって、図1に示すように、該方法はステップ101~104を含む。
(Example 1)
An active parallel-off control method for a distribution network considering multi-energy coupling, the method includes steps 101-104, as shown in FIG.
ステップ101において、マルチエネルギーカップリングを考慮する配電網のマルチエネルギーストリームのネットワークモデルを構築し、かつ交互反復法を用いて求め、システムの初期マルチエネルギーストリームを得る。 In step 101, build a network model of the multi-energy streams of the distribution grid considering multi-energy coupling, and obtain the initial multi-energy streams of the system by using alternating iteration method.
ステップ102において、システムの初期マルチエネルギーストリームに基づき、システムにおけるカップリング要素のタイプに応じて、代替制御ポリシー及び協調制御ポリシーを提案し、システムのマルチエネルギー協同の作用を深く掘り起こし、配電網用アクティブ解列に電源支持を提供し、配電網の給電回復量を向上させ、かつこれに基づいてシステムのマルチエネルギーストリームを求め、システムにおけるカップリング要素、各分散型電源の出力及び配電網における負荷分布状況を取得する。 In step 102, based on the initial multi-energy stream of the system, according to the type of coupling elements in the system, propose an alternative control policy and a coordinated control policy, dig deep into the multi-energy cooperation effect of the system, and make an active Provide power support for disconnection, improve the power recovery of the power grid, and based on this, determine the multi-energy stream of the system, the coupling elements in the system, the output of each distributed power source and the load distribution in the power grid. Get status.
ステップ103において、代替制御ポリシー及び協調制御ポリシーを採用した上で、負荷回復量の最大を目標とし、システムの安全運転条件を制約とし、マルチエネルギーカップリングを考慮する配電網用アクティブ解列モデルを構築する。 In step 103, after adopting an alternative control policy and a cooperative control policy, an active disconnection model for a power distribution network is created with the goal of maximizing the amount of load recovery, with the safe operating conditions of the system as constraints, and considering multi-energy coupling. To construct.
ステップ104において、グリーディアルゴリズムを用いて配電網用アクティブ解列モデルを求め、故障の場合の配電網孤島の分割手段を得て、求められた手段に従ってアクティブ解列を行い、故障の場合の配電網負荷への継続的な給電を実現する。 In step 104, a greedy algorithm is used to obtain an active paralleling model for the distribution network, a means for dividing the distribution network island in case of failure is obtained, active paralleling is performed according to the obtained means, and a distribution network is obtained in case of failure. Provides continuous power to the load.
以上説明したように、本発明の実施例は、上記ステップ101~104によってマルチエネルギーカップリング効果を考慮する配電網用アクティブ解列制御を実現し、配電網の電源側及び負荷の柔軟性の角度から考慮し、配電網の潜在的な給電回復能力を十分に掘り起こし、配電網のエネルギー供給回復レベルを効果的に向上させ、配電網の故障回復に新たな考え方を提供する。 As described above, the embodiment of the present invention realizes the active grid disconnection control considering the multi-energy coupling effect through the above steps 101 to 104, and the flexible angles of the power supply side and the load of the power grid. Considering from the above, fully explore the potential power supply recovery capacity of the power grid, effectively improve the power supply recovery level of the power grid, and provide a new way of thinking about the fault recovery of the power grid.
(実施例2)
以下は具体的な計算式、実施例を組み合わせて実施例1における解決手段をさらに紹介し、詳細は以下の説明に示す。
(Example 2)
In the following, specific calculation formulas and examples are combined to further introduce the solution means in Example 1, and the details are shown in the following description.
ステップ201において、マルチエネルギーカップリングを考慮する配電網のマルチエネルギーストリームのネットワークモデルを構築し及び求める。 In step 201, construct and obtain a network model of the multi-energy streams of the power grid that considers the multi-energy coupling.
ここで、該ステップ201は、以下を含む。
1)配電網モデル
a)配電網のトポロジー構造モデル
配電網のトポロジー構造をノード権限付与ツリーの形で表し、すなわちT(V,E,W)であり、ここで、V、E、Wはそれぞれノード、エッジ、ノード重みの集合を表す。ノードの重みWは以下の式(1)に表すことができ、
Here, the step 201 includes:
1) Distribution network model a) Topological structure model of the distribution network Represent the topological structure of the distribution network in the form of a node authorization tree, namely T(V, E, W), where V, E, W are respectively Represents a set of nodes, edges, and node weights. The node weight W can be represented by the following equation (1),
式では、ωはノードviの重みであり、SGi、SLiはそれぞれノードviに接続された電源の注入電力の和及び接続された負荷の電力の和を表す。 In the equation, ω is the weight of node v i , S Gi , S Li represent the sum of the injected power of the sources and the sum of the power of the loads connected to node v i , respectively.
b)配電網の潮流モデル
配電網はマルチエネルギーカップリングのエネルギーシステムのコアであり、他のエネルギーサブシステムを接続するヒンジである。本発明の実施例は、古典的な交流潮流モデルを用いて電力システムを説明し、そのノードの電力式は、
b) Distribution grid power flow model The distribution grid is the core of the multi-energy coupling energy system and the hinge connecting other energy subsystems. An embodiment of the present invention describes a power system using a classical AC power flow model, whose node power equations are:
式では、Pi、Qiはそれぞれノードiの有効電力と無効電力であり、Yijはノードi、jの間のアドミタンスであり、Uiはノードiの電圧フェーザであり、Ujはノードjの電圧フェーザであり、「.」はフェーザ演算であり、「*」は共役演算であり、Reは実部演算であり、Imは虚部演算である。 In the equation, P i , Q i are the active and reactive powers of node i respectively, Y ij is the admittance between nodes i, j, U i is the voltage phasor of node i, U j is the node is the voltage phasor of j, "." is the phasor operation, "*" is the conjugate operation, Re is the real part operation, and Im is the imaginary part operation.
2)熱システムモデル
熱システムは求めようとする変数のタイプによって、それぞれ水力モデルと熱モデルを構築することができる。水力モデルは、温水がネットワークを流れることが満たす必要があるノード流量方程式及びヘッド損失方程式を含み、すなわち、
2) Thermal system model A thermal system can be constructed into a hydraulic model and a thermal model, respectively, depending on the type of variables to be obtained. The hydraulic model includes a nodal flow equation and a head loss equation that hot water flowing through the network must satisfy, i.e.
式では、Asは熱供給ネットワークのノード-ブランチ関連行列であり、mは各配管の流量であり、mqは各ノードから流出する流量であり、Bhは熱供給管網の回路-ブランチ関連行列であり、hfはヘッド損失ベクトルである。 In the formula, A s is the node-branch association matrix of the heat supply network, m is the flow rate of each pipe, m q is the flow rate out of each node, and B h is the circuit-branch of the heat supply network. is the association matrix and h f is the head loss vector.
熱モデルは、熱出力方程式、供給回収熱温度方程式及びノード温度混合方程式を含み、すなわち、 The thermal model includes a thermal power equation, a supply-recovery heat temperature equation and a nodal temperature mixing equation, i.e.
式では、Tsは熱供給温度であり、T0は出力温度であり、Φはノード熱出力であり、Tendは末端温度であり、Tstartは始端温度であり、Taは環境温度であり、lは配管の長さであり、mout、Tout及びmin、Tinはそれぞれ流出及び流入配管における水の流量及び温度であり、Cpは水の比熱容量であり、λは配管の熱伝導率である。 In the equation, T s is the heat supply temperature, T 0 is the output temperature, Φ is the nodal heat output, T end is the end temperature, T start is the start temperature, and Ta is the ambient temperature. where l is the length of the pipe, m out , T out and min , T in are the flow rate and temperature of the water in the outflow and inflow pipes respectively, C p is the specific heat capacity of the water, and λ is the pipe is the thermal conductivity of
3)天然ガスシステムのモデル
圧縮機を含まない天然ガスネットワークの配管流量とノード圧力との関係は、
3) Natural gas system model The relationship between pipe flow rate and node pressure in a natural gas network without compressors is:
式では、frは天然ガス配管rの定常流量であり、Krは配管パラメータであり、smnは符号関数であり、配管r内の天然ガスの流れ方向を示し、その値は1または-1であり、pm、pnは、ノードm、nの圧力を表す。 In the equation, f r is the steady-state flow rate of natural gas pipe r, K r is a pipe parameter, and s mn is a sign function indicating the flow direction of natural gas in pipe r, whose value is 1 or − 1 and p m , p n represent the pressure at nodes m, n.
天然ガスシステムにおけるノード流量の方程式は、 The equation for nodal flow in a natural gas system is
に表すことができ、上式では、Agは天然ガスシステムのノード-ブランチ関連行列であり、fは配管天然ガスの流量であり、Lは各ノードから流出する流量である。 where A g is the node-branch association matrix of the natural gas system, f is the pipeline natural gas flow rate, and L is the flow rate out of each node.
4)カップリング要素のモデル
カップリング要素はマルチエネルギーカップリングのエネルギーシステムにおける重要なエネルギー変換装置として、異なる品位のエネルギーを緊密にカップリングすることができ、マルチエネルギーカップリングを実現するキーポイントである。マルチエネルギーカップリングのエネルギーシステムは、マイクロガスタービン、CHPプラント、ガスボイラ、電気ボイラ等の複数種類のカップリング要素を含み、それぞれ次のモデルで表すことができる。
4) Coupling element model Coupling element is an important energy conversion device in multi-energy coupling energy system. be. The multi-energy coupling energy system includes multiple types of coupling elements such as micro gas turbines, CHP plants, gas boilers, electric boilers, etc., and can be represented by the following models.
CHPプラントの電力方程式は、 The power equation for a CHP plant is
式では、CCHPはCHPプラントの熱電比であり、PCHP、eはCHPプラントが発する電力であり、ΦCHP、hはCHPプラントが発する熱出力である。 In the equation, C CHP is the thermoelectric ratio of the CHP plant, P CHP,e is the electrical power produced by the CHP plant, and Φ CHP,h is the thermal power produced by the CHP plant.
ガスボイラの電力方程式は、 The gas boiler power equation is
式では、ΦGBはガスボイラが発する熱出力を表し、LGBは天然ガスシステムが天然ガスを注入する流量を表し、αはガスボイラの効率を表し、Hgは天然ガスの発熱量を表す。 In the equation, ΦGB represents the thermal power produced by the gas boiler, LGB represents the flow rate at which the natural gas system injects natural gas, α represents the efficiency of the gas boiler, and Hg represents the calorific value of the natural gas.
電気ボイラの電力方程式は、 The power equation for an electric boiler is
式では、ΦEBは電気ボイラが発する熱出力を表し、PEBは、電気ボイラが消費する電力を表し、βは電気ボイラの効率を表す。 In the equation, Φ EB represents the heat output produced by the electric boiler, PE EB represents the power consumed by the electric boiler, and β represents the efficiency of the electric boiler.
ガスタービンの出力方程式は、 The gas turbine power equation is
式では、PGTはガスタービンが発する電力を表し、γはガスタービンの効率を表し、LGTは天然ガスシステムが天然ガスを注入する流量を表す。 In the equation, PGT represents the power produced by the gas turbine, γ represents the efficiency of the gas turbine, and LGT represents the flow rate at which the natural gas system injects natural gas.
5)マルチエネルギーストリームの求め方法
システムのマルチエネルギーストリームを求める時、カップリング要素はそのエネルギー供給側と負荷側のエネルギータイプに基づき、対応するエネルギーサブシステムにおいてソースポイントまたは負荷ポイントと同等にする。SOPは異なる運転方式に基づいて負荷ノード、発電機ノードまたはバランスノードと同等にすることができ、システムの潮流を求めやすい。本発明の実施例は交互解法を採用してマルチエネルギーカップリングの配電網のマルチエネルギーストリームを求め、該方法は計算効率が高く、解法が柔軟で、カップリング要素の運転状態を分析し制御しやすく、以下の制御ポリシーの提案に基礎を定める。
5) Multi-Energy Stream Determination Method When determining the multi-energy stream of the system, the coupling element is equivalent to the source point or load point in the corresponding energy subsystem based on the energy types of its energy supply side and load side. SOPs can be equated with load nodes, generator nodes or balance nodes based on different operating regimes to facilitate determination of system power flow. The embodiment of the present invention adopts the alternating solution method to obtain the multi-energy streams of the multi-energy coupling distribution network, which is computationally efficient, has a flexible solution method, and analyzes and controls the operating state of the coupling elements. For simplicity, we base ourselves on the following control policy proposals.
ステップ202において、システム構造及びカップリング要素のタイプに応じて代替制御ポリシー及び協調制御ポリシーを提案する。 At step 202, an alternative control policy and a cooperative control policy are proposed according to the system architecture and the type of coupling element.
ここで、該ステップ202は、以下を含む。 Here, the step 202 includes:
カップリング要素をエネルギー供給側及び負荷側のエネルギータイプに応じてカップリング要素を3つの種類に分け、一つ目は電気ボイラ及びP2G等に代表される電気供給型カップリング要素であり、二つ目はガスタービン、CHPプラント等に代表される電気取得型カップリング要素であり、三つ目はガスボイラ等に代表される非電気型カップリング要素である。異なるタイプのカップリング要素に対して代替制御ポリシー及び協調制御ポリシーを提案し、それによって配電網の給電回復品質及びシステムの安全性及び信頼性を向上させる。 Coupling elements are divided into three types according to the energy types on the energy supply side and the load side. The first is an electric coupling element typified by gas turbines, CHP plants and the like, and the third is a non-electrical coupling element typified by gas boilers and the like. Alternative control policies and coordinated control policies are proposed for different types of coupling elements, thereby improving the power restoration quality of the distribution network and the safety and reliability of the system.
1)代替制御ポリシー
代替制御ポリシーとは、マルチエネルギーカップリング効果を利用し、電気ボイラ等の電気供給型カップリング要素が位置するノードの負荷を、対応するエネルギーサブシステムに変換してエネルギー供給を行うことである。システム安全制約を満たす前提で、ガスボイラ等の非電気型カップリング要素またはCHPプラント等の電気取得型カップリング要素の出力を増大させることにより、電気ボイラ等の電気供給型カップリング要素の負荷を代替し、例えばガスボイラで電気ボイラを代替して熱システムに給電し、天然ガスシステムの負荷を増大させ、配電網の負荷を減少させ、それにより配電網の負荷を代替する作用を実現し、配電網の回復待ち負荷を減少させ、負荷の回復割合を向上させ、配電網の負荷回復効果を改善する。
1) Alternate control policy The alternate control policy uses the multi-energy coupling effect to convert the load of the node where the electric boiler or other electric supply type coupling element is located to the corresponding energy subsystem to supply energy. is to do. Under the premise that system safety constraints are satisfied, by increasing the output of non-electrical coupling elements such as gas boilers or electrical acquisition type coupling elements such as CHP plants, the load of electric supply type coupling elements such as electric boilers can be replaced. and, for example, a gas boiler to replace an electric boiler to power the heat system, increase the load on the natural gas system, reduce the load on the grid, thereby realizing the effect of replacing the load on the grid, reduce the load waiting to be restored, improve the rate of load restoration, and improve the load restoration effect of the distribution network.
代替制御ポリシーの実現過程は、図2に示すように、システムに電気駆動型カップリング要素A、非電気型カップリング要素B、Cが存在し、代替制御ポリシーを採用した後、カップリング要素Aが単位負荷ΔPrを削減する場合、その運転点がaからa′に変換されるため、カップリング要素Aの負荷側システムにηiΔPrの単位電力の不足が発生し、システムの安全運転を保証するため、負荷側システムにおけるバランスノードはΔφrの出力を増大させる必要がある。 The process of implementing the alternative control policy is as shown in FIG. reduces the unit load ΔP r , the operating point is changed from a to a ′ , so the system on the load side of coupling element A suffers a unit power shortage of η i ΔP r , and the safe operation of the system In order to ensure
一般的には、非電気型カップリング要素または複数のエネルギーシステムにエネルギーを供給することができる電気ボイラ、CHPプラント等のような電気取得型カップリング要素をシステムのバランスノードとして選択する。カップリング要素Bが負荷側システムのバランスノードとなると、その運転点はb点からb′に変わる。複数回の反復を経て、カップリング要素Bの出力が閾値に達すると、カップリング要素C等のカップリング要素を負荷側システムのバランスノードとして選択することができ、代替制御ポリシーを実行し続ける。カップリング要素Aが完全に代替されるか、または全てのカップリング要素の出力が上限に達すると、代替プロセスは終了する。 In general, non-electrical coupling elements or electrical harvesting coupling elements such as electric boilers, CHP plants, etc. that can supply energy to multiple energy systems are selected as balancing nodes of the system. When coupling element B becomes the balance node of the load side system, its operating point changes from point b to point b'. After multiple iterations, when the output of coupling element B reaches a threshold, a coupling element such as coupling element C can be selected as the balance node of the load side system to continue executing the alternate control policy. The replacement process ends when coupling element A is completely replaced or the output of all coupling elements reaches the upper limit.
エネルギーネットワークに電気供給型カップリング要素が存在すれば、代替制御ポリシーを用いてエネルギー供給の回復を行うことができる。いずれかの電気供給型カップリング要素について、その代替制御ポリシーの数学モデルは、 If an electrically powered coupling element is present in the energy network, an alternative control policy can be used to restore the energy supply. A mathematical model of the alternative control policy for any electrically-fed coupling element is
式では、ΔPriは代替可能な電気エネルギーの電力を表し、δeは電気供給型カップリング要素の出力が減少するステップサイズを表し、ηiは変換効率を表し、Δφrは代替電気エネルギーサブシステムのバランスノードが増加する必要がある出力を表し、∂φr/∂φnodeは、非電子システム電気駆動型カップリング要素が位置するノードの出力のバランスノードの出力に対する感度を表し、ntは反復回数を表す。 In the equation, ΔP ri represents the power of the alternative electrical energy, δ e represents the step size by which the output of the electrically fed coupling element is reduced, η i represents the conversion efficiency, and Δφ r represents the alternative electrical energy sub represents the output that the balance node of the system needs to increase, ∂φ r /∂φ node represents the sensitivity of the output of the node where the non-electronic system electrically driven coupling element is located to the output of the balance node, n t represents the number of iterations.
2)協調制御ポリシー
協調制御ポリシーとは、ネットワーク安全制約を満たす前提で、ガスタービン、CHPプラント等の電気取得型カップリング要素の電気出力を増大させ、配電網用アクティブ解列に電源支持を提供することである。エネルギーシステムにおいて、電力を増発することができる電気取得型カップリング要素に対し、負荷側が電力負荷のみであれば、システム安全制約を満たす前提で電気出力を増加するだけでよい。負荷側に複数種類の負荷が存在する場合(例えば、CHPプラント等)は、電気出力を増加させると同時に、非電子システム負荷側の出力もそれに伴って増加させ、非電子システムにおける非電気型カップリング要素をバランスノードとして選択し、電気取得型カップリング要素の増発電力を平衡させるために用いられる。CHPプラントの電気出力を増加させると、CHPプラントの熱出力もそれに伴って増大し、熱システムの安全運転制約を満たすために、ガスボイラ等の非電気型カップリング要素の熱出力を減少させる必要がある。
2) Coordinated control policy Coordinated control policy increases the electrical output of electricity harvesting coupling elements such as gas turbines, CHP plants, etc., and provides power support for active disconnection for the grid, subject to network safety constraints. It is to be. In the energy system, if the load side is only an electric power load, the electric power output can be increased on the premise that the system safety constraints are satisfied, as opposed to the electric power acquisition type coupling element that can increase electric power. When there are multiple types of loads on the load side (for example, CHP plants, etc.), the electrical output is increased and the output of the non-electronic system load side is increased accordingly, and the non-electric type cup in the non-electronic system is increased. A ring element is selected as the balance node and used to balance the increased power of the electric gain coupling element. As the electrical output of a CHP plant increases, the thermal output of the CHP plant also increases accordingly, requiring a reduction in the thermal output of non-electrical coupling elements such as gas boilers in order to meet the safe operation constraints of the thermal system. be.
システム内に電気出力を増大させることができる電気取得型カップリング要素が存在する場合、協調制御ポリシーを用いることができる。いずれかの電気取得型カップリング要素について、その協調制御ポリシーの数学モデルは式(12)に示すとおりであり、 Coordinated control policies can be used when there is an electrical gain coupling element in the system that can increase the electrical output. For any electrical acquisition type coupling element, the mathematical model of its cooperative control policy is as shown in equation (12),
式では、a=1、2、…、np-eであり、np-eは電気取得型カップリング要素の数であり、ΔPaは増発する電力を表し、δは電気取得型カップリング要素供給側の出力増加のステップサイズを表し、ΔΩaは他のサブシステムが増加した出力を表し、負荷側には配電網のみがあれば、ΔΩa=0であり、ζは変換比率であり、Δraは、ΔΩaを打ち消すために変更されるべき非電気型カップリング要素の出力を表す。 In the formula , a = 1, 2, . If ΔΩ a represents the step size of the power increase on the element supply side, ΔΩ a represents the increased output of the other subsystems, and there is only the grid on the load side, then ΔΩ a =0 and ζ is the conversion ratio. , Δr a represents the output of the non-electrical coupling element to be modified to cancel ΔΩ a .
ステップ203において、マルチエネルギーカップリングを考慮する配電網用アクティブ解列モデルは、主にアクティブ解列目標関数及び安全運転条件で構成される。 In step 203, the grid active paralleling model considering multi-energy coupling is mainly composed of the active paralleling target function and safe driving conditions.
ここで、ステップ203は、以下を含む。 Here, step 203 includes:
1)アクティブ解列モデルの目標関数
マルチエネルギーカップリングを考慮する配電網用アクティブ解列の目標は復電の負荷量を最大にすることであり、以下のように表すことができ、
1) Goal function of active paralleling model The goal of active paralleling for power distribution networks considering multi-energy coupling is to maximize the amount of power restoration load, which can be expressed as follows:
式では、Πは最終的に形成される孤島であり、bは孤島内のノードであり、ωbはノードbの重みであり、Piはノードbに接続される負荷電力を表す。 In the equation, Π is the island finally formed, b is the node in the island, ω b is the weight of node b, and P i represents the load power connected to node b.
2)アクティブ解列モデルの制約条件
配電網はマルチエネルギーカップリングのエネルギーシステムの基礎として、その運転方式が柔軟で、運転設備が複雑であるため、電力システムの安全運転条件を十分に考慮するために、電力システムの安全制約を、孤島内の電力バランス制約、ノード電圧制約、熱安定制約及びSOP運転条件制約に分けることができる。
2) Constraints of the active disconnection model As the distribution network is the basis of the multi-energy coupling energy system, its operation method is flexible and the operation equipment is complicated. In addition, power system safety constraints can be divided into island power balance constraints, node voltage constraints, thermal stability constraints and SOP operating condition constraints.
孤島内の電力バランス制約は、 The power balance constraint within the isolated island is
式では、PGi、QGi、PLi、QLiはそれぞれ形成された孤島内の電源ノードの有効と無効電力及び負荷ノードの有効と無効電力を表し、nは孤島における分散型電源の数であり、kは孤島内の負荷ノードの数である。 In the formula, P Gi , Q Gi , P Li , Q Li represent the active and reactive power of the source node and the active and reactive power of the load node in the formed island respectively, and n is the number of distributed power sources in the island. , where k is the number of load nodes in the island.
ノード電圧の制約は、 The node voltage constraint is
式では、Ucはノードcの電圧振幅であり、Ucmin、Ucmaxはノード電圧振幅の上下限であり、c=1、2、…、neであり、neは孤島内のノード総数である。 In the equation, U c is the voltage amplitude of node c, U cmin , U cmax are the upper and lower bounds of the node voltage amplitude, c=1, 2, . is.
熱安定の制約は、 The thermal stability constraint is
式では、Pmin、Pmax、Qmin、Qmaxは電力線路伝送の有効電力と無効電力の最大値と最小値であり、Pxy、Qxyはノードxからノードyまでの間に伝送された有効電力と無効電力を表し、x、y=1、2、…、neである。 In the equation, P min , P max , Q min , Q max are the maximum and minimum values of active and reactive power in power line transmission, P xy , Q xy are transmitted from node x to node y. , where x, y =1, 2, . . . , ne.
熱システムの安全制約は、配管流量制約及び供給回収温度制約を含む。 Thermal system safety constraints include piping flow constraints and supply and recovery temperature constraints.
配管流量の制約は、 Constraints on piping flow are
式では、mpqはノードpからノードqまでの間に水を輸送する質量流量を表し、mmin、mmaxは熱システム配管の質量流量の上下限を表し、p、q=1、2、…、nhであり、nhは熱システムにおけるノード総数である。 In the equation, m pq represents the mass flow rate of transporting water from node p to node q, m min , m max represent the upper and lower limits of the mass flow rate of the thermal system piping, p, q=1, 2, , nh , where nh is the total number of nodes in the thermal system.
実際に運転する熱力システムにおいて、ノードの熱供給回収温度の降下が小さく、いずれも安全制限内にあり、ここで温度の安全制約を無視することができる。 In a practically operating thermal power system, the node heat supply and recovery temperature drop is small and both are within safety limits, where temperature safety constraints can be ignored.
天然ガスシステムの安全制約は、配管流量制約及びノード圧力の制約等を含む。 Natural gas system safety constraints include pipe flow constraints, node pressure constraints, and the like.
ノード圧力の制約は、 The node pressure constraint is
式では、fmnはノードcからノードnまでの間に輸送するガスの流量であり、fmin、fmaxは天然ガス配管のガス流量の上下限を表し、c、n=1、2、…、ngである。 In the equation, f mn is the flow rate of gas transported from node c to node n, f min , f max represent the upper and lower limits of the gas flow rate in the natural gas pipeline, c, n=1, 2, . , ng .
ノード圧力の制約は、 The node pressure constraint is
式では、ptはノードoの圧力を表し、pmin、pmaxは天然ガスノード圧力の上下限を表し、o=1、2、…、ngである。
ステップ204において、グリーディアルゴリズムを用いて構築されたマルチエネルギーカップリングの配電網用アクティブ解列モデルを求める。
In the equation, p t represents the pressure at node o, p min , p max represent the upper and lower limits of the natural gas node pressure, o=1, 2, . . . , ng .
At step 204, a multi-energy coupling active grid model constructed using a greedy algorithm is determined.
ここで、ステップ204は、S1~S4を含む。 Here, step 204 includes S1-S4.
S1:システムの初期マルチエネルギーのストリーム分布を求める。 S1: Obtain the initial multi-energy stream distribution of the system.
マルチエネルギーカップリングのエネルギーシステム内のカップリング要素に基づき、代替制御ポリシーまたは協調制御ポリシーを採用するか否かを決定する。ステップ201のサブステップ5)で言及された交互解法アルゴリズムを採用し、マルチエネルギーカップリング配電網を考慮するマルチエネルギーストリームを計算し、カップリング要素の出力、分散型電源の容量及び配電網の負荷分布を得る。 Based on the coupling elements in the multi-energy coupling energy system, it is determined whether to adopt an alternative control policy or a coordinated control policy. Employing the alternating solution algorithm mentioned in sub-step 5) of step 201 to calculate the multi-energy streams taking into account the multi-energy coupling grid, the output of the coupling element, the capacity of the distributed generation and the load of the grid get the distribution.
代替制御ポリシーを採用するアルゴリズムフローは、
電気駆動型カップリング要素の負荷側システムにおける調整能力を備えるカップリング要素をバランスノードとして選択するステップ(1)と、
配電網における電気供給型カップリング要素が位置するノード負荷の削減ステップサイズδeeを決定し、バランスノードの出力増加量Δφrを計算するステップ(2)と、
システムのマルチエネルギーストリームを計算し、この時のシステムがステップ203に言及された全ての制約条件を満たすか否かを判断し、満たすと、電気供給型カップリング要素が出力を削減し続け、ステップ(2)に移行し、そうでなければ、前回の運転結果を保留するステップ(3)と、
代替可能な電気負荷量を得るステップ(4)と、を含む。
An algorithmic flow that employs an alternative control policy is
selecting (1) a coupling element with regulating capability in a load side system of electrically driven coupling elements as a balance node;
step (2) of determining the reduction step size δ ee of the node load at which the electrically fed coupling element is located in the distribution network and calculating the power increase Δφ r of the balancing node;
Calculate the multi-energy streams of the system and determine if the system at this time satisfies all the constraints mentioned in step 203; Step (3) of moving to (2), otherwise suspending the previous operation result;
and (4) obtaining an alternative electrical load quantity.
協調制御ポリシーを採用するアルゴリズムフローは、
電気取得型カップリング要素の中から最も効率が高いカップリング要素を選択し、かつマークするステップ(1)と、
電気取得型カップリング要素の供給側における出力増加のステップサイズδを決定し、ステップサイズに応じて供給側の出力を徐々に増加し、カップリング要素の負荷側の増加出力を得るステップ(2)と、
この時のシステムがステップ203に言及された制約条件を満たすか否かを判断し、満たすと、ステップ(2)に移行し、出力を増加し続け、そうでなければ、ステップ(4)を実行するステップ(3)と、
非電気型カップリング要素の出力を調整し、システムが安全な運転状態に回復することができると判断し、満たすと、ステップ(2)を実行し続け、そうでなければ、ステップ(5)を実行するステップ(4)と、
該カップリング要素をマークし、依然として電気取得型カップリング要素がマークされていない場合、ステップ(2)を実行し続け、そうでなければ、実行し続けるステップ(5)と、
カップリング要素の最終的な運転状態を得るステップ(6)と、を含む。
An algorithmic flow that employs a cooperative control policy is
step (1) of selecting and marking the most efficient coupling element among the electrical acquisition type coupling elements;
step (2) of determining the step size δ of the power increase on the supply side of the electrical harvesting type coupling element and gradually increasing the power on the supply side according to the step size to obtain an increased power on the load side of the coupling element; When,
Determine if the system at this time satisfies the constraints mentioned in step 203, and if so, go to step (2) and continue increasing the output, else execute step (4). a step (3) of
Adjust the output of the non-electrical coupling element, determine that the system can be restored to a safe operating state, if satisfied, continue to execute step (2), otherwise continue to step (5). performing step (4);
step (5) of marking the coupling element and continuing to perform step (2) if there is still no electrified coupling element marked; otherwise continuing to perform step (5);
and (6) obtaining the final operating state of the coupling element.
S2:初期の孤島分割手段を決定する。 S2: Determine the initial island dividing means.
(1)グリーディアルゴリズムを用いて孤島分割のサブ手段を求め、求めるフローは以下のとおりである。 (1) A greedy algorithm is used to find sub-means for splitting islands, and the flow for finding them is as follows.
i)故障点を隔離し、ノードタイプ、システム構造に基づき、マルチエネルギーカップリングを考慮する配電網のトポロジーモデルを構築し、各ノードの重み及び負荷需要はそれぞれwiとPiである。 i) Isolate fault points, build a topology model of distribution network considering multi-energy coupling based on node type, system structure, weight and load demand of each node are w i and P i respectively.
ii)システムにマークされていないDGかつ出力が最大のノードを初期ノードとし、Z={v0}と記し、かつ該DGをマークする。 ii) Let the DG that is not marked in the system and the node with the maximum output be the initial node, write Z={v 0 }, and mark the DG.
iii)かつ式(20)~(22)に従ってこの時の孤島内における全てのノードの電力の和PZ、孤島内における全てのノードの重みの和BZ及び残りの電源容量CRを計算し、かつこの時のシステムが電力システムの安全運転条件を満たすか否かをチェックし、満たすと実行し続け、そうでなければ、ステップ(7)に移行する。 iii) Calculate the sum P Z of power of all nodes in the isolated island, the sum B Z of weights of all nodes in the isolated island, and the remaining power supply capacity C R according to formulas (20) to (22) at this time. , and check whether the system at this time satisfies the safe operation conditions of the power system; if so, continue running; otherwise, go to step (7);
iv)既に形成された孤島Zにおけるノード要素iとそれに接続するノード要素jの重みwi(j)を計算する。 iv) Compute the weight w i (j) of the node element i and the node element j connected to it in the isolated island Z that has already been formed.
v)重みが最大であるノードを選択し、mと記し、Bmが0でなければ、ノードmを孤島内に添加し、Z={Z,m}と記す。そうでなければ、ステップ(7)に移行する。 v) Choose the node with the largest weight, denote m, and add node m into the island if B m is not 0, denote Z={Z, m}. Otherwise, go to step (7).
vi)Pz<CRであれば、ステップ(3)に移行する。そうでなければ、次のステップを引き続き行う。 vi) If P z <C R , go to step (3). Otherwise, continue with the next step.
vii)PZ、BZを計算し、初期の孤島分割手段を得る。 vii) Calculate P Z , B Z to obtain the initial island partitioning means.
(2)トポロジー構造図を再構成し、形成された孤島手段におけるノードを1つの新しいノードに圧縮し、かつne+ic番号のノード(icは孤島を形成する個数)と記す。 (2) reconstructing the topology structure diagram, compressing the nodes in the formed island means into one new node, and denoting the node with n e +i c number (i c is the number forming the island);
(3)システムにマークされていない電源点が存在すれば、ステップ(2)に戻り、孤島を生成し続ける。そうでなければ、次のステップに移行する。 (3) If there is an unmarked power point in the system, go back to step (2) and continue creating isolated islands. Otherwise, move to the next step.
S3:初期孤島分割手段における全ての孤島の余剰電力を計算し、余剰電力が0でない孤島が存在すれば、該孤島に隣接するノードにおける一部の制御可能な負荷を選択して該孤島に添加する。 S3: Calculate the surplus power of all the isolated islands in the initial island dividing means, and if there is an isolated island whose surplus power is not 0, select a part of the controllable load at the node adjacent to the isolated island and add it to the isolated island. do.
S4:交互解法を利用してマルチエネルギーストリームの計算を行い、マルチエネルギーストリームの計算結果がシステム安全制約に合致しないかまたは孤島内のバランスノードの電力が制限を超えると、該孤島内の一部の優先度が低い制御可能な負荷を切除し、配電網の最終的な孤島分割手段を得る。各孤島内の負荷の添加順序に応じて、各スイッチの開閉状態を決定し、システムを再構成し、最終的な配電網用アクティブ解列ポリシーを得る。 S4: Perform multi-energy stream calculation using the alternate solution method, and if the multi-energy stream calculation result does not meet the system safety constraint or the power of the balance node in the island exceeds the limit, the part of the island pruning controllable loads with low priority to obtain the final island partitioning means of the grid. According to the load addition order in each isolated island, the open/close state of each switch is determined, the system is reconfigured, and the final active disconnection policy for the distribution network is obtained.
以上説明したように、本発明の実施例は、上記ステップ201~ステップ204により、システムのマルチエネルギーの協同効果を考慮し、複数の形式のエネルギーを協調することにより、マルチエネルギーカップリングシステムのエネルギー供給ポテンシャルを十分に掘り起こし、システムのエネルギー供給回復量を効果的に向上させ、従来の分散型電源のみで給電回復を行うことに比べ、言及された方法により形成される孤島のスイッチ動作回数がより少なく、故障が解消された後のシステムの正常運転回復に役立つ。マルチエネルギーカップリングの配電網の定常モデルを考慮した上、マルチエネルギー協同の観点から、マルチエネルギーカップリングの配電網に適用する代替制御ポリシー及び協調制御ポリシーを提案し、負荷移行と電源支持の両面から配電網のエネルギー供給回復レベルを向上させ、システムのエネルギー供給安全性と信頼性を向上させることに重要な意味を有する。 As described above, according to the above steps 201 to 204, the embodiment of the present invention considers the cooperative effect of multi-energy in the system and coordinates multiple forms of energy, thereby obtaining energy of the multi-energy coupling system. The supply potential is fully explored, and the energy supply recovery amount of the system is effectively improved. Compared with the traditional distributed power supply only, the switch operation times of the isolated island formed by the mentioned method are more. less and helps restore normal operation of the system after the fault is cleared. Considering the stationary model of the multi-energy coupling distribution network, from the perspective of multi-energy cooperation, we propose alternative control policies and coordinated control policies applied to the multi-energy coupling distribution network, both for load shifting and power supply support. It is of great significance to improve the energy supply recovery level of the power distribution grid and improve the system's energy supply safety and reliability.
(実施例3)
以下は具体的な実施例を組み合わせて実施例1及び2における解決手段に対して実行可能性検証を行い、詳細は以下の説明に示す。
(Example 3)
In the following, specific examples are combined to verify the feasibility of the solutions in Examples 1 and 2, and the details are shown in the following description.
本方法は、図3に示すように、SOPを介してIEEE33ノード配電システムに接続されたPG&E69ノード配電システム、32ノード熱システム、11ノード天然ガスシステムで構成されたマルチエネルギーカップリングを考慮する配電網を例とし、提出された配電網用アクティブ解列ポリシーの正確性と有効性を検証する。図3に示すシステムにおけるカップリング要素は、ガスタービン、CHPプラント、電気ボイラ及びガスボイラを含み、その分布状況は以下の表1に示すとおりである。PG&E69ノード配電システムにおけるノード5及びノード36は太陽光電源に接続される。システムにおける安全制約条件は、電力システムの電圧制約が0.95~1.05p.u.であり、天然ガスシステムの圧力制約が20~75mBarであり、配管流量の制約が1400m3/hであり、熱システム配管の質量流量制約が5kg/sであり、熱システムのノード温度変化がいずれも安全範囲内にあるため、ノード温度制約を無視することができる。
The method considers a multi-energy coupling consisting of a PG&E 69-node power distribution system, a 32-node thermal system, and an 11-node natural gas system connected to an IEEE 33-node power distribution system via SOPs, as shown in Figure 3. A network is taken as an example to verify the accuracy and effectiveness of the proposed active disconnection policy for distribution networks. The coupling elements in the system shown in FIG. 3 include gas turbines, CHP plants, electric boilers and gas boilers, and their distribution is shown in Table 1 below.
PG&E69ノード配電システム2-3回線に故障が発生し、このとき上位電源は配電網に給電することができず、配電網に大量の電力不足が発生し、安全に運転することができず、解列を行って一部の負荷に給電し続けることを保証する必要があり、システムの回復待ち負荷量は3802.19kWである。PG&E69ノード配電システムにおける負荷優先度及び制御可能性は以下の表2に示す。このときの太陽光発電出力は、250kW、50kWである。
PG&E69 node power distribution system 2-3 line failure occurs, at this time the upper power source can not supply power to the distribution network, causing a large amount of power shortage in the distribution network, can not operate safely, will be solved It is necessary to line up to ensure that some loads remain powered, and the system's load waiting to be restored is 3802.19 kW. The load priorities and controllability in the
以下の5つのシーンの給電回復ポリシーをそれぞれ分析する。 The following five scene power restoration policies are analyzed respectively.
シーン1:従来の分散型電源に基づく配電網用アクティブ解列制御ポリシー分析である。 Scene 1: Active parallel control policy analysis for distribution network based on conventional distributed generation.
シーン2:システムのマルチエネルギーカップリング効果を考慮する配電網用アクティブ解列制御ポリシー分析である。 Scene 2: Active parallel control policy analysis for distribution grid considering multi-energy coupling effects of the system.
シーン3:マルチエネルギーカップリング効果とSOP配電を総合的に考慮する配電網用アクティブ解列制御ポリシー分析である。 Scene 3: Active parallel-off control policy analysis for distribution networks that comprehensively considers multi-energy coupling effects and SOP distribution.
本発明の提供する方法の正確性を検証するために、本方法を運用し、シーン1~2でそれぞれ配電網用アクティブ解列手段を求め、具体的な孤島分割手段は以下の図4に示し、2種類のシーンでカップリング要素の出力状況及び負荷の回復状況はそれぞれ表3に示す。
In order to verify the accuracy of the method provided by the present invention, the method is applied to find the active paralleling means for the distribution network in
上記解列解決手段の比較から分かるように、マルチエネルギー相補作用を総合的に考慮した後、マルチエネルギーカップリングエネルギーシステムは複数の形式のエネルギーを協調することにより、配電網負荷移行を実現し、566.18kWの電気エネルギー代替量を実現し、配電網のエネルギー供給圧力を軽減し、かつ電気取得型カップリング要素の出力を調整し、カップリング要素が増発する電気出力は、156.77kWであり、配電網に電源支持を提供する。 It can be seen from the comparison of the above paralleling solutions that, after comprehensively considering the multi-energy complementary effect, the multi-energy coupling energy system realizes grid load transfer by coordinating multiple forms of energy, Realize 566.18 kW of electric energy substitution, reduce the energy supply pressure of the power grid, and adjust the output of the electricity acquisition type coupling element, the increase of the electric output of the coupling element is 156.77 kW. , which provides power support for the electrical grid.
シーン3は、IEEE33ノードシステムにおける22とPG&E69ノードシステムにおける35との間に取り付けられたSOPを利用して分散型電源を含む停電領域の給電回復を行い、このような負荷回復ポリシーでは、ノード39のみが全ての負荷を停電させ、ノード38は218kWの負荷を回復し、残りの負荷は全て回復することができる。
上記図4及び表4から分かるように、シーン1は分散型電源のみによって給電を回復し、分散型電源の出力及び負荷分布の制約により、回復負荷量が低い。また、操作する必要があるスイッチの数が多く、スイッチの耐用年数に影響を与え、システムの安全運転に不利であり、運転コストを増大させる。シーン2は、マルチエネルギーの相補作用を総合的に考慮した後、マルチエネルギーカップリングのエネルギーシステムは複数の形式のエネルギーを協調することにより、配電網の負荷移行を実現し、配電網のエネルギー供給圧力を軽減し、かつ電気取得型カップリング要素の出力を調整し、配電網に電源支持を提供し、マルチエネルギーの相補効果を総合的に考慮して配電網の負荷回復量を顕著に向上させることができ、負荷の回復割合が約19%を高める。シーン3は、SOPを考慮した後、配電網の解列解決手段に対して積極的な影響を有する。SOPを考慮する時、その両側の潮流が制御可能であるため、配電網の潮流分布を改善することができ、配電網孤島に電圧支持を提供し、同時に配電網に一部の有効電力を提供することができ、電源支持の役割を果たす。
As can be seen from FIG. 4 and Table 4 above,
以上説明したように、システムのマルチエネルギー協同効果を考慮した後、複数の形式のエネルギーを協調することにより、マルチエネルギーカップリングシステムのエネルギー供給ポテンシャルを十分に掘り起こし、システムのエネルギー供給回復量を効果的に向上させ、システムのエネルギー供給の安全性及び信頼性の向上に重要な役割を有する。配電網のマルチエネルギーカップリング効果を考慮した上で、SOPにより配電網の給電回復能力をさらに向上させ、配電網の負荷回復レベルを向上させることができる。 As explained above, after considering the multi-energy cooperation effect of the system, by coordinating multiple forms of energy, the energy supply potential of the multi-energy coupling system can be fully explored, and the energy supply recovery amount of the system can be effectively achieved. and play an important role in improving the safety and reliability of the system's energy supply. Taking into account the multi-energy coupling effect of the distribution network, the SOP can further improve the power supply recovery capability of the distribution network and improve the load recovery level of the distribution network.
本発明の実施例は、各デバイスの型番を特別に説明する以外、他のデバイスの型番を制限せず、上記機能を完了することができるデバイスであればよい。 Embodiments of the present invention do not limit the model numbers of other devices, as long as they are capable of completing the above functions, except that the model number of each device is specifically described.
当業者であれば理解できるように、図面は1つの好ましい実施例の概略図にすぎず、上記本発明の実施例の番号は説明のためだけであり、実施例の優劣を表さない。 It should be understood by those skilled in the art that the drawings are only schematic diagrams of one preferred embodiment, and the numbers of the above embodiments of the present invention are for illustrative purposes only and do not represent the superiority or inferiority of the embodiments.
以上に記載の内容は本発明の好ましい実施例にすぎず、本発明を限定するものではなく、本発明の精神及び原則の範囲内で行われる任意の修正、同等の置換及び改善等は、いずれも本発明の保護範囲に含まれる。
The above descriptions are only preferred embodiments of the present invention, and are not intended to limit the present invention. is also included in the protection scope of the present invention.
Claims (7)
マルチエネルギーカップリングを考慮する配電網用マルチエネルギーストリームのネットワークモデルを構築し、かつ交互反復法を用いて求め、初期のマルチエネルギーストリームを得るステップと、
初期のマルチエネルギーストリームに基づき、カップリング要素のタイプに応じて、代替制御ポリシー及び協調制御ポリシーを提案し、マルチエネルギーストリームを求め、カップリング要素、各分散型電源の出力及び配電網における負荷分布状況を取得するステップと、
代替制御ポリシー及び協調制御ポリシーを採用した上で、負荷回復量の最大を目標とし、安全運転条件を制約とし、マルチエネルギーカップリングを考慮する配電網用アクティブ解列モデルを構築するステップと、
グリーディアルゴリズムを用いて配電網用アクティブ解列モデルを求め、故障状況での配電網孤島の分割手段を取得し、さらにアクティブ解列を行って故障状況での配電網負荷への継続給電を実現するステップと、を含む
ことを特徴とするマルチエネルギー協同の配電網用アクティブ解列制御方法。 An active disconnection control method for a multi-energy cooperative power grid, comprising:
constructing a network model of multi-energy streams for a power grid that takes multi-energy coupling into account and using an alternating iteration method to obtain an initial multi-energy stream;
Based on the initial multi-energy stream, according to the type of coupling element, propose an alternative control policy and coordinated control policy, obtain multi-energy stream, load distribution in the coupling element, the output of each distributed generation and the distribution network. obtaining a status;
A step of constructing an active parallel-off model for a distribution network that adopts an alternative control policy and a cooperative control policy, targets the maximum amount of load recovery, constrains safe operation conditions, and considers multi-energy coupling;
The greedy algorithm is used to find the active paralleling model for the distribution network, the method for dividing the isolated islands of the distribution network under fault conditions is obtained, and active paralleling is performed to realize continuous power supply to the distribution network load under fault conditions. An active parallel-off control method for a multi-energy cooperative power grid, comprising the steps of:
マルチエネルギーカップリング効果を利用し、供給型カップリング要素が位置するノードの負荷を、対応するエネルギーサブシステムに変換してエネルギー供給を行い、安全制約を満たす前提で、非電気型カップリング要素または電気取得型カップリング要素の出力により、電気供給型カップリング要素の負荷を代替することである
請求項1に記載のマルチエネルギー協同の配電網用アクティブ解列制御方法。 The alternative control policy is
Utilizing the multi-energy coupling effect, the load of the node where the supply type coupling element is located is converted to the corresponding energy subsystem for energy supply, and on the premise of satisfying the safety constraints, the non-electrical coupling element or The active parallel-off control method for multi-energy cooperative power grid as claimed in claim 1, wherein the output of the electricity-obtaining coupling element replaces the load of the electricity-supplying coupling element.
である
請求項1または2に記載のマルチエネルギー協同の配電網用アクティブ解列制御方法。 A mathematical model of the alternative control policy is:
The active parallel-off control method for multi-energy cooperative power grid according to claim 1 or 2.
安全制約を満たす前提で、電気取得型カップリング要素の電気出力を増大させ、配電網用アクティブ解列に電源支持を提供することである
請求項1に記載のマルチエネルギー協同の配電網用アクティブ解列制御方法。 The cooperative control policy is
The active solution for multi-energy cooperative grid according to claim 1, which is to increase the electrical output of the electrical gain coupling element to provide power support for the active grid disconnection, subject to safety constraints. Column control method.
である
請求項1または4に記載のマルチエネルギー協同の配電網用アクティブ解列制御方法。 A mathematical model of the cooperative control policy is:
The active parallel-off control method for multi-energy cooperative power grid according to claim 1 or 4, wherein:
電気駆動型カップリング要素の負荷側システムにおける調整能力を備えるカップリング要素をバランスノードとして選択するステップ(1)と、
配電網における電気供給型カップリング要素が位置するノード負荷の削減ステップサイズδeを決定し、バランスノードの出力増加量Δφrを計算するステップ(2)と、
システムのマルチエネルギーストリームを計算し、この時のシステムが全ての制約条件を満たすか否かを判断し、満たすと、電気供給型カップリング要素が出力を削減し続け、ステップ(2)に移行し、そうでなければ、代替可能な電気負荷量を得るステップ(3)と、を含む
請求項2に記載のマルチエネルギー協同の配電網用アクティブ解列制御方法。 The step of determining an initial multi-energy stream distribution for the system using an alternative control policy comprises:
selecting (1) a coupling element with regulating capability in a load side system of electrically driven coupling elements as a balance node;
step (2) of determining the reduction step size δ e of the node load at which the electrically fed coupling element is located in the distribution network and calculating the power increase Δφ r of the balancing node;
Calculate the multi-energy streams of the system, determine whether the system at this time satisfies all the constraints, and if so, the electrically-fed coupling element will continue to reduce the output, and move to step (2). , otherwise obtaining the alternative electric load quantity (3).
電気取得型カップリング要素の中から最も効率が高いカップリング要素を選択し、かつマークするステップ(1)と、
電気取得型カップリング要素の供給側における出力増加のステップサイズδを決定し、ステップサイズに応じて供給側の出力を徐々に増加し、カップリング要素の負荷側の増加出力を得るステップ(2)と、
この時のシステムが全ての制約条件を満たすか否かを判断し、満たすと、ステップ(2)に移行し、出力を増加し続け、そうでなければ、ステップ(4)を実行するステップ(3)と、
非電気型カップリング要素の出力を調整し、システムが安全な運転状態に回復することができると判断し、満たすと、ステップ(2)を実行し続け、そうでなければ、ステップ(5)を実行するステップ(4)と、
該カップリング要素をマークし、依然として電気取得型カップリング要素がマークされていない場合、ステップ(2)を実行し続け、そうでなければ、カップリング要素の最終的な運転状態を得るステップ(5)と、を含む
請求項2に記載のマルチエネルギー協同の配電網用アクティブ解列制御方法。
The step of determining an initial multi-energy stream distribution of the system using a cooperative control policy comprises:
step (1) of selecting and marking the most efficient coupling element among the electrical acquisition type coupling elements;
step (2) of determining the step size δ of the power increase on the supply side of the electrical harvesting type coupling element and gradually increasing the power on the supply side according to the step size to obtain an increased power on the load side of the coupling element; When,
Determine if the system at this time satisfies all the constraints, if so, go to step (2) and continue to increase the output, else step (3) to execute step (4). )When,
Adjust the output of the non-electrical coupling element, determine that the system can be restored to a safe operating state, if satisfied, continue to execute step (2), otherwise continue to step (5). performing step (4);
Mark the coupling element, if still no electricity-obtained coupling element is marked, continue to perform step (2), else step (5) to obtain the final operating state of the coupling element ).
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