一種考慮電能質(zhì)量及其不確定性約束的智能配電網(wǎng)自愈恢復(fù)優(yōu)化方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種考慮電能質(zhì)量及其不確定性約束的智能配電網(wǎng)自愈恢復(fù)優(yōu)化方 法。
【背景技術(shù)】
[0002] 對(duì)于配電網(wǎng)故障后供電恢復(fù)的研究，一直是配電網(wǎng)研究的熱點(diǎn)問(wèn)題之一。傳統(tǒng)配 電網(wǎng)在發(fā)生故障后，先通過(guò)斷開(kāi)故障點(diǎn)分段開(kāi)關(guān)隔離故障，而后對(duì)非故障電網(wǎng)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)重 構(gòu)以實(shí)現(xiàn)供電恢復(fù)。隨著分布式電源（DG)的接入，為電網(wǎng)在故障后以孤島形式保證部分負(fù) 荷的正常運(yùn)行提供了可能。傳統(tǒng)上對(duì)孤島的處理原則是：一旦系統(tǒng)發(fā)生故障，立即斷開(kāi)所有 分布式電源，以防止對(duì)于系統(tǒng)中設(shè)備可能的損壞，消除潛在的安全隱患，并沒(méi)有充分利用DG 在孤島運(yùn)行模式下的帶負(fù)荷能力。隨著DG接入容量的不斷提高以及智能配電網(wǎng)的發(fā)展，研 究在故障后不斷開(kāi)分布式電源，利用DG孤島效應(yīng)維持重要負(fù)荷供電和恢復(fù)非故障區(qū)域供 電，對(duì)提高電力系統(tǒng)抗災(zāi)防御能力具有重要意義。
[0003] 作為智能配電網(wǎng)的重要特性之一，含分布式發(fā)電裝置（DG)的自愈恢復(fù)一般被處 理為優(yōu)化問(wèn)題來(lái)分析。但現(xiàn)有方法均僅考慮孤島功率平衡約束，沒(méi)有計(jì)及電能質(zhì)量因素的 影響。由于孤島容量較小，其負(fù)序、諧波問(wèn)題相較于非孤島運(yùn)行時(shí)更為嚴(yán)重，負(fù)序分量較 大可能會(huì)導(dǎo)致分布式電源負(fù)序保護(hù)動(dòng)作、使得DG退出運(yùn)行，諧波含量較高對(duì)諸如并聯(lián)電容 器等各類(lèi)設(shè)備的安全運(yùn)行構(gòu)成威脅、可能導(dǎo)致設(shè)備損壞或者退出運(yùn)行，造成系統(tǒng)有功或者 無(wú)功不平衡，進(jìn)一步導(dǎo)致恢復(fù)失敗，難以保證供電恢復(fù)的可靠性。因此，考慮到實(shí)際電網(wǎng)中 的由諧波以及負(fù)序注入的不確定性導(dǎo)致傳播的不確定性，為減小分析誤差、避免因?yàn)殡娔?質(zhì)量問(wèn)題導(dǎo)致恢復(fù)失敗，在配電網(wǎng)自愈恢復(fù)研究中應(yīng)充分考慮電能質(zhì)量因素及其不確定性 的影響。
[0004] 針對(duì)以上不足，考慮到實(shí)際電網(wǎng)中諧波和負(fù)序的不確定性，本發(fā)明創(chuàng)造性地提出 一種考慮電能質(zhì)量及其不確定性約束的自愈恢復(fù)策略。對(duì)于每個(gè)供電恢復(fù)孤島，建立由以 高重要等級(jí)負(fù)荷優(yōu)化恢復(fù)、總恢復(fù)量最大為目標(biāo)的切負(fù)荷優(yōu)化模型，和以開(kāi)關(guān)動(dòng)作次數(shù)最 少、網(wǎng)損最小為目標(biāo)的網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)優(yōu)化模型構(gòu)成的雙層優(yōu)化模型，以最優(yōu)切負(fù)荷方案作為網(wǎng) 絡(luò)重構(gòu)優(yōu)化的輸入。特別地，在網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)優(yōu)化模型中，引入點(diǎn)估計(jì)法對(duì)相關(guān)負(fù)序、諧波分量 進(jìn)行不確定性分析，建立包含頻率約束、負(fù)序、諧波及其不確定性約束的電能質(zhì)量綜合約束 集，以改善恢復(fù)方案的電能質(zhì)量，避免恢復(fù)失敗。分別采用微分進(jìn)化算法和混合粒子群算法 求解上述雙層優(yōu)化模型以得到各個(gè)孤島的最優(yōu)恢復(fù)方案。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] -種考慮電能質(zhì)量及其不確定性約束的智能配電網(wǎng)自愈恢復(fù)優(yōu)化方法，其特征 在于，包括以下步驟：
[0006] 步驟1 :以各個(gè)負(fù)荷的切除狀態(tài)為優(yōu)化變量，具體為0-1型，建立每個(gè)孤島的智能 切負(fù)荷優(yōu)化模型，采用微分進(jìn)化算法確定最優(yōu)切負(fù)荷方案；
[0007] 步驟2 :根據(jù)步驟1的結(jié)果，進(jìn)一步地，以各個(gè)開(kāi)關(guān)的動(dòng)作（0-1型）與否以及各個(gè) 無(wú)功補(bǔ)償電容器的無(wú)功補(bǔ)償量（離散型）為優(yōu)化變量，建立綜合考慮系統(tǒng)頻率偏移、注入各 個(gè)DG的負(fù)序電流以及各節(jié)點(diǎn)的總諧波電壓畸變率，并計(jì)及負(fù)序、諧波的不確定性的每個(gè)孤 島的網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)優(yōu)化模型，采用混合粒子群算法求解，來(lái)確定需要操作的開(kāi)關(guān)和電容器組的 無(wú)功補(bǔ)償量，得到最優(yōu)網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)方案；
[0008] 其中，網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)優(yōu)化模型是以開(kāi)關(guān)動(dòng)作次數(shù)最小前提下網(wǎng)損最小為目標(biāo)建立的目 標(biāo)函數(shù)：
[0009]
[0010] 上式中別為第i個(gè)分段開(kāi)關(guān)的優(yōu)化狀態(tài)和初始狀態(tài)；Οj、Ojlnl分別為第 j個(gè)聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)的優(yōu)化狀態(tài)和初始狀態(tài)，m為系統(tǒng)中分段開(kāi)關(guān)的數(shù)量，η為聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)的數(shù)量。 Plcis(Cl，〇]，Qck)為系統(tǒng)網(wǎng)損標(biāo)幺值，其中，Qck為第k個(gè)無(wú)功補(bǔ)償裝置的無(wú)功補(bǔ)償量?；谙?述約束條件：
[0011] 約束條件一：
[0012] SGl^SGinax
[0013] V, ηιη^V^V,nax
[0014] S,nax
[0015] 上式中_是第i個(gè)分布式電源的實(shí)際視在功率及其最大容許視在功率 值A(chǔ)_、Vj_分別為節(jié)點(diǎn)i允許的電壓上下界；S廊Si_是第i條支路流過(guò)的傳輸功率 及其最大容許值。
[0016] 約束條件二：在網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)優(yōu)化模型的約束條件中綜合考慮系統(tǒng)頻率偏移、注入各 個(gè)DG的負(fù)序電流以及各節(jié)點(diǎn)的總諧波電壓畸變率，并計(jì)及負(fù)序、諧波的不確定性、要求其 分布范圍的上限不超標(biāo)，建立了包含頻率約束、負(fù)序、諧波及其不確定性約束的電能質(zhì)量綜 合約束集：
[0017]
[0018] 其中
[0019] Cu-me^Ineg-mei/Ingi，Cu-ul^Ineg-ul;/1呢
[0020] 上式中，Af、Cu-mei、THD-me$確定性指標(biāo)，Cu-ul;、THD-ul$不確定性指標(biāo)，具 體說(shuō)明如下：
[0021] 1)Δf為系統(tǒng)頻率相對(duì)50Hz基準(zhǔn)值的偏移量，Δf_為最大允許頻偏，參考國(guó)標(biāo)， 定為0. 5Hz;
[0022] 2)Ineg-mei、Ineg-ul;分別為注入第i臺(tái)DG的負(fù)序電流的均值和分布范圍的上限， Ingi為其額定電流，Cu-me;、Cu-ulAv別為第i臺(tái)DG負(fù)序電流指標(biāo)的均值和分布范圍的上 限，Cumax為最大允許負(fù)序電流系數(shù)；
[0023] 3)THD-mei、THD-uh分別為節(jié)點(diǎn)i的電壓總畸變率的均值和分布范圍的上限， THD_為電壓最大允許總畸變率。
[0024] 步驟3 :根據(jù)步驟1的結(jié)果、步驟2的結(jié)果得到最優(yōu)恢復(fù)方案，并進(jìn)行計(jì)算校核，如 果各約束條件均滿足，則輸出最優(yōu)供電恢復(fù)方案，否則轉(zhuǎn)步驟1重新搜索。
[0025] 在上述的一種考慮電能質(zhì)量及其不確定性約束的智能配電網(wǎng)自愈恢復(fù)優(yōu)化方法， 所述步驟1，獲得各個(gè)負(fù)荷的切除狀態(tài)的具體方法是：
[0026] 步驟1 :基于配電自動(dòng)化系統(tǒng)實(shí)時(shí)分析智能配電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)；
[0027] 步驟2 :如果判別出系統(tǒng)發(fā)生故障，則首先進(jìn)行基于快速連通性檢驗(yàn)的供電孤島 劃分，得到孤島的數(shù)量，并確定各個(gè)孤島內(nèi)的具體構(gòu)成；
[0028] 步驟3 :以各分布式電源的額定功率為基準(zhǔn)，按照其頻率特性計(jì)算頻率為49. 5Hz 時(shí)分布式電源的功率，作為其最大功率；
[0029] 步驟4 :計(jì)算49. 5Hz情況下的初始網(wǎng)損Plc]S。及系統(tǒng)功率缺額ΔP其中，獲取功率 缺額△Pt；的具體方法為：
[0030] 步驟4. 1 :首先根據(jù)分布式電源的有功功率一頻率特性：
[0031] PGfi=PGi[l+KPfi*(fN-f)/fN]
[0032] 上式中：Ρω、KPfl分別為第i臺(tái)DG在額定頻率fN時(shí)的額定輸出功率及其頻率-有 功功率調(diào)節(jié)系數(shù)；i臺(tái)DG在頻率f時(shí)的實(shí)際輸出功率。根據(jù)國(guó)標(biāo)GB/T15945-2008規(guī) 定，本發(fā)明在分析時(shí)將孤島額定頻率以及允許頻率下限分別定為50Hz和49. 5Hz。
[0033] 步驟4. 2 :計(jì)算有功率缺額ΔPs:
[0034]
[0035] 上式中：i= 1，2,. . .，n，n是孤島內(nèi)分布式電源的個(gè)數(shù)；Plcis。是未出現(xiàn)故障之前系 統(tǒng)的初始網(wǎng)損；ΡΜ1為第i臺(tái)DG在頻率為f時(shí)的實(shí)際輸出功率。為了最大化供電恢復(fù)量，在 計(jì)算功率缺額時(shí)以49. 5Hz為參考頻率進(jìn)行PMl分析。
[0036] 在上述的一種考慮電能質(zhì)量及其不確定性約束的智能配電網(wǎng)自愈恢復(fù)優(yōu)化方法， 所述的步驟1中，進(jìn)行智能切負(fù)荷優(yōu)化基于針對(duì)每個(gè)孤島建立的一個(gè)智能切負(fù)荷優(yōu)化模 型，該模型基于目標(biāo)函數(shù)和約束條件：
[0037] 目標(biāo)函數(shù)：
[0038] 上式子中，m代表負(fù)荷個(gè)數(shù);代表第p個(gè)負(fù)荷的有功功率；xp代表該負(fù)荷的切除 狀態(tài)，1為被切除，〇為未被切除；Kp代表該負(fù)荷的權(quán)重系數(shù)，具體地，本發(fā)明中將重要負(fù)荷 仏2級(jí)別負(fù)荷）、次重要負(fù)荷^^級(jí)別負(fù)荷）和一般負(fù)荷（L。級(jí)別負(fù)荷）的權(quán)重系數(shù)分別設(shè) 置為 100、10、1。
[0039] 約束條件：對(duì)于切負(fù)荷優(yōu)化模型，要求所切除的總負(fù)荷切除量大于或等于有功功 率缺額，即：
[0040]
[0041] 上式中，δPs為根據(jù)步驟4. 2計(jì)算出的有功功率缺額;m代表負(fù)荷個(gè)數(shù)，Pb代表第 P個(gè)負(fù)荷的有功功率；Xp代表該負(fù)