一種交直流混合微電網動態(tài)架構及其重組方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及交直流混合微電網技術領域，尤其涉及一種交直流混合微電網動態(tài)架 構及其重組方法。
【背景技術】
[0002] 微電網是含有分布式發(fā)電裝置、儲能裝置和負荷，并具有一定自我調節(jié)和控制能 力的小型配電子網。它既可以并網運行，也可以在大電網故障時解列為孤島運行。微電網 技術推動了可再生能源利用和分布式發(fā)電的發(fā)展，備受世界各國重視。根據母線電流形式 的不同，微電網可以分為交流微電網和直流微電網。近幾年來，隨著分布式能源和儲能技術 的發(fā)展以及負荷類型的增加，結合交流微電網和直流微電網各自優(yōu)點的交直流混合微電網 受到了人們的關注。交直流混合微電網相較于單純的交流或直流微電網具有如下優(yōu)點：① 減少了 AC/DC和DC/AC等變換環(huán)節(jié)，從而減少了多級變換帶來的能量損失；②可以用于交流 負荷和直流負荷，減少用戶設備內的變頻裝置，降低設備的制造成本。
[0003] 長期以來，對微電網的控制和運行優(yōu)化主要集中于對分布式能源出力的調整，而 忽視了網絡結構變化對微電網的影響。若能將兩者同時考慮，則能夠極大的提高微電網的 優(yōu)化運行能力。
[0004] 微電網重構是指微電網的網絡架構能夠根據實時的電源出力和負荷狀態(tài)進行動 態(tài)調整。目前國內外研究的微電網重構可分為故障條件下的重構和正常運行時的微電網重 構。在遇到故障時，微電網將迅速重構自愈，盡可能快速地恢復用戶的電力供給。在正常狀 態(tài)下，微電網重構可以通過改變網絡結構得到比傳統(tǒng)微電網更優(yōu)的能量管理結果，充分地 利用分布式發(fā)電單元。
[0005] 目前微電網重構的研究主要集中于故障條件下的重構，并且均是針對于交流微電 網CERTS微電網架構進行的重構。對于交直流混合微電網的重構尚無研究。

【發(fā)明內容】

[0006] 本發(fā)明的目的就是為了解決上述問題，提出了一種交直流混合微電網動態(tài)架構及 其重組方法，根據交直流混合微電網系統(tǒng)的環(huán)境條件動態(tài)調整光伏陣列的接入方式，從而 減少兩級變換帶來的能量損耗，減小對儲能裝置及雙向變換器的容量沖擊，保證交直流混 合微電網運行的可靠性和經濟性。
[0007] 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用采用如下技術方案：
[0008] -種交直流混合微電網動態(tài)架構，包括：
[0009] 交直流混合微電網直流母線和交流母線之間連接雙向DC/AC變換器，DC/DC變換 器、開關S1、光伏陣列單元、開關S2和DC/AC變換器依次串聯(lián)連接組成串聯(lián)支路，若干所述 串聯(lián)支路分別并聯(lián)在交直流混合微電網直流母線和交流母線之間；
[0010] 所述開關Sl和開關S2保證同一時刻每個所述光伏陣列單元只能連接在一條母線 上。
[0011] -種交直流混合微電網動態(tài)架構的重組方法，包括以下步驟：
[0012] (1)在MATLAB環(huán)境中搭建權利要求1所述的交直流混合微電網動態(tài)架構模型，并 分別建立并網模式下和孤島模式下的交直流混合微電網動態(tài)架構重組數(shù)學模型；
[0013] (2)確定交直流混合微電網動態(tài)重構的判據；
[0014] (3)建立超短期光伏輸出功率預測模型和超短期負荷預測模型；
[0015] (4)采用帶精英策略的快速非支配排序遺傳算法NSGA- II進行基于多目標優(yōu)化的 交直流混合微電網動態(tài)架構重組。
[0016] 所述步驟（1)中建立的并網模式下交直流混合微電網動態(tài)架構重組數(shù)學模型為：
[0020] 其中，DL表示直流母線上的直流負荷；X為與光伏陣列相連的的開關矩陣，X(i)= 1表示光伏陣列與直流母線相連，X(i) = 〇表示光伏陣列與交流母線相連；X。表示連接開 關的初始狀態(tài)；N為連接開關的個數(shù)；PVG表示光伏陣列的發(fā)電量矩陣；F為交直流混合微 電網動態(tài)架構重組的優(yōu)化目標，A Pd。為直流負荷與直流母線上的光伏微源發(fā)電功率差值， K為切換開關的開關次數(shù)。
[0021] 所述步驟（1)中建立的孤島模式下交直流混合微電網動態(tài)架構重組數(shù)學模型為：
[0025] 其中，AL表示交流母線上的交流負荷；X為與光伏陣列相連的開關矩陣，~X表示 對X進行取反，X (i) = 1表示光伏陣列與交流母線相連，X (i) = 0表示光伏陣列與直流母 線相連；XJi)表示連接開關的初始狀態(tài)；N為連接開關的個數(shù)；PVG表示光伏陣列的發(fā)電量 矩陣。
[0026] 為保證交直流混合微電網動態(tài)架構重組數(shù)學模型的合理性，除了要保證系統(tǒng)的功 率平衡外，還應滿足如下的不等式約束：
[0027] PVG⑴咖彡PVG⑴彡PVG⑴ΜΧ
[0028] 0^P(t)b^Pb,nax
[0029] 0 < K 彡 K_
[0030] 其中，η為光伏陣列單元個數(shù)，i = 1，2,3, ···，!! ；PVG(UPPVG(i) _為光伏陣列 單元的最小輸出功率和最大輸出功率；P (t)b為t時刻蓄電池的存儲量，Pbinax為蓄電池最大 儲能；Kmax為開關的最大開關次數(shù)。
[0031] 所述步驟（2)中交直流混合微電網動態(tài)重構的判據具體為：
[0032] 并網模式下：
[0033] 與直流母線相連接的光伏陣列單元的輸出功率發(fā)生波動或者直流負荷波動超過 設定范圍；
[0034] 孤島模式下：
[0035] 與交流母線相連接的光伏陣列單元的輸出功率發(fā)生波動或者交流負荷波動超過 設定范圍。
[0036] 所述步驟（3)中建立超短期負荷預測模型的具體方法為：
[0037] 1)從光伏電站中獲取負荷數(shù)據，并采用相關系數(shù)法選擇出特征樣本數(shù)據，剔除異 常值；
[0038] 2)根據下式對樣本數(shù)據進行歸一化處理；并隨機劃分訓練集和測試集；
[0040] 式中，X為歸一化前的變量，x_和X _分別為X的最小和最大值，X'為歸一化后 的變量；
[0041] 3)選用如下式的徑向基RBF核函數(shù)，并采用交叉驗證法對徑向基核函數(shù)的參數(shù)進 行尋優(yōu)；
[0043] 式中，K (X，y)為徑向基RBF核函數(shù)，X，y分別為輸入和輸出量，〇為徑向基RBF核 函數(shù)的參數(shù)。
[0044] 4)基于支持向量機建立超短期負荷預測模型：通過非線性映射Φ，將輸入數(shù)據X 映射到高維特征空間F，然后在此特征空間中進行線性逼近，得到相應的超短期負荷預測 模型。
[0045] 所述步驟（4)的具體方法為：
[0046] 1)在解空間內隨機產生大小為N的初始種群：交直流混合微電網動態(tài)架構重組的 優(yōu)化變量是與m個光伏陣列相連接的開關，因此采用二進制種群，每條染色體由m個0和1 組合而成；
[0047] 2)對初始種群Pt進行非支配排序和擁擠度計算；
[0048] 3)執(zhí)行選擇、交叉和變異操作得到新種群Qt ;
[0049] 4)精英策略：將子代種群Qt與父代種群Pt合并，生成2N大小的種群Rt，對其進 行非支配排序得到一系列非支配解前端，并計算擁擠度，從中選出擁擠度較大的N個個體 進行交叉、選擇、變異產生新的子代種群Qt+Ι ;
[0050] 5)終止條件：判斷是否為最大迭代次數(shù)，若是，則停止運算，輸出多目標優(yōu)化的 Pareto解，即得到了交直流混合微電網動態(tài)架構重組中切換開關的狀態(tài)。否則轉到步驟 4)〇
[0051] 本發(fā)明的有益效果是：
[0052] 1、本發(fā)明減少了交流母線和直流母線之間的能量交換，從而減少了能量的兩級變 換，減小能量損耗。
[0053] 2、光伏陣列與逆變器和變換器之間均有連接開關，連接開關保證同一時刻每個光 伏陣列單元只能連接在一條母線上，因此可以將光伏陣列根據環(huán)境條件的改變而動態(tài)的調 整其連接方式減小對儲能裝置及雙向變換器的容量沖擊，保證交直流混合微電網運行的可 靠性和經濟性。
【附圖說明】
[0054] 圖1為交直流混合微電網架構重組示意圖；
[0055] 圖2為交直流混合微電網架構圖；
[0056] 圖3為本發(fā)明實施例2015年2月4號的光伏陣列單元的輸出功率預測曲線；
[0057] 圖4為本發(fā)明實施例2015年2月4號的用戶負荷預測曲線。
【具體實施方式】
[0058] 下面結合附圖與實例對本發(fā)明做進一步說明。
[0059] 圖1為交直流混合微電網架構重組示意圖，交直流混合微電網動態(tài)構架重組根據 交直流混合微電網系統(tǒng)的環(huán)境條件動態(tài)調整光伏陣列的接入方式，從而減少兩級變換帶來 的能量損耗。
[0060] 圖2為交直流混合微電網架構圖，現(xiàn)有的交直流混合微電網直流母線和交流母線 之間通過雙向變換器連接。而本發(fā)明提出的架構特點在于光伏陣列與逆變器和變換器之間 均有連接開關，連接開關為單刀雙擲開關，保證同一時刻每個光伏