CN107508315A - 计及电源群内外部等效电气距离的配电网孤岛划分方法 - Google Patents

计及电源群内外部等效电气距离的配电网孤岛划分方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种计及电源群内外部等效电气距离的配电网孤岛划分方法,在孤岛划分过程中计及分布式电源群内部互联阻抗大小,并借助配电网中联络开关的开闭状态的改变,实现电源群内部互联阻抗的最小化,有效提升了整个电源群的整体供电能力;在负荷融合过程中,首先计算单个负荷相对于整个电源群的等效电气距离,然后按照等效电气距离从小到大顺序进行供电融合,克服了单纯考虑单个电源与单个负荷之间的电气距离的局限,考虑了孤岛范围内多电源对负荷供电的实际功率流动特点,进而从整体上降低了孤岛中的线路损耗,实现满足最大负荷需求的供电范围。

Description

计及电源群内外部等效电气距离的配电网孤岛划分方法
技术领域
本发明涉及一种分布式电源的配电网孤岛划分方法,尤其涉及一种计及电源群内外部等效电气距离的配电网孤岛划分方法。
背景技术
孤岛运行是在配电网中引入分布式电源(Distribution Generators,DG)后出现的一种新运行方式,其中计划孤岛运行是对配电网的运行方式有益的补充。根据功率平衡原则,在配电网发生故障时,充分利用分布式电源供电能力,根据分布式电源的位置、容量,将配电网划分为若干个子网,以保证重要负荷安全运行。在这种情况下,配电***的部分负荷由分布式电源进行供电,包含这部分负荷、分布式电源、储能装置以及控制***的小型配电***就称为配电网中的电力孤岛,而这种运行方式我们称为孤岛运行。
电力孤岛供电方式是配电***在引入分布式发电之后的一种新的运行方式。配电网故障后,由于DG具有单独供电能力,故障隔离前后可利用DG维持部分重要负荷供电,从而提高***的供电可靠性,因此,随着配电网内分布式电源的渗透率的增加,故障后电力孤岛运行在实现智能电网可靠供电的目标上将成为一种常态的运行方式。
目前孤岛划分方法主要以恢复负荷总量最大为目标,兼顾孤岛建设经济性、供电可靠性等因素,所采用的孤岛划分方法以描述孤岛内功率平衡为主体,但因目标函数与约束条件存在差异,所采取的求解算法也不相同,导致在求解结果上存在一定程度上的差异。目前,配电网孤岛划分算法中通常将分布式电源就近供电附近负荷的原则,进行孤岛划分,在单个电源容量大于单个负荷需求的情况下,该方法是可行的;在单个电源容量小于单个负荷需求的情况下,还需要别的分布式电源来向该负荷补充供电,这种情况下为了降低线路损耗,需要考虑该负载距离整个电源群的等效电气距离的大小。同时传统配电网孤岛划分过程未考虑整体配电网中电源群的整体供电能力,未能充分发掘电源群的整体供电潜力。
发明内容
发明目的:为了克服现有技术中存在的不足,本发明提供一种计及电源群内外部等效电气距离的配电网孤岛划分方法,在孤岛划分过程中整体考虑整个电源群的等效供电能力,并借助配电网中联络开关的开闭状态的改变,以提升整个电源群的等效供电能力;同时,在对周围供电负荷的选择上,通过计算单个负荷相对整个电源群的等效电气距离,并按照从小到大的顺序,决定其供电融合顺序,能够体现孤岛范围内多电源对负荷供电的实际特点,能够从宏观角度降低孤岛运行过程中的网损,提升电源容量的有效利用率。
技术方案:为实现上述目的,本发明采用的技术方案为:
一种计及电源群内外部等效电气距离的配电网孤岛划分方法,在孤岛划分过程中计及分布式电源群内部互联阻抗大小,并借助配电网中联络开关的开闭状态的改变,实现电源群内部互联阻抗的最小化,有效提升了整个电源群的整体供电能力;在负荷融合过程中,首先计算单个负荷相对于整个电源群的等效电气距离,然后按照等效电气距离从小到大顺序进行供电融合,克服了单纯考虑单个电源与单个负荷之间的电气距离的局限,考虑了孤岛范围内多电源对负荷供电的实际功率流动特点,进而从整体上降低了孤岛中的线路损耗,实现满足最大负荷需求的供电范围。
该方法包括如下步骤:
步骤1:输入各分布式电源的最大输出功率和接入位置,输入各负荷的功率需求和接入位置,输入配电网的拓扑信息和配电线路阻抗;
步骤2:对于闭环拓扑设计、开环拓扑运行的配电网,利用穷举法或智能群进化算法(凡事能够保证在开环拓扑运行情况下解算出所有联络开关的开闭状态的算法都可以)求解每一种开环拓扑运行情况下所有联络开关的开闭状态,并记忆不同开环拓扑情况下联络开关的所有开闭状态组合,每一种开环拓扑运行情况对应一种联络开关开闭状态组合(即所有联络开关的开闭状态);
步骤3:对每一种联络开关开闭状态组合,计算其对应的节点阻抗矩阵,进而获得其对应的各分布式电源之间的等效电气距离之和,将该等效电气距离之和作为该联络开关开闭状态组合情况下电源群内部互联阻抗大小的衡量指标;
步骤4:比较不同联络开关开闭状态组合情况下电源群内部互联阻抗大小,存储电源群内部互联阻抗最小时对应的联络开关开闭状态组合;
步骤5:对于电源群内部互联阻抗最小时对应的联络开关开闭状态组合,计算负荷节点到电源群的等效电气距离,进入步骤6;
步骤6:孤岛划分过程中,按照负荷节点到电源群的等效电气距离由小到大的顺序,依次逐个将各负荷节点纳入供电范围;具备包括如下步骤:
步骤61:判断所有分布式电源节点发电容量总和是否大于纳入供电范围的负荷节点需求容量总和则进入步骤62;否则,进入步骤64;其中PG,i为分布式电源节点i的发电有功功率,PL,j为纳入供电范围的负荷节点j的有功功率需求,NL为供电范围;
步骤62:进行孤岛潮流计算,并校验纳入供电范围内的所有负荷节点是否均满足各自的电压上下限要求:若满足,则进入步骤64;否则,进步步骤63;
步骤63:将最后纳入供电范围NL的负荷节点从供电范围NL内删除,进入步骤64;
步骤64:若存在未检验过的负荷节点,将其中到电源群等的效距离最小的负荷节点纳入供电范围NL,返回步骤61;否则孤岛划分过程停止,最终保留的供电范围NL即为最终的孤岛供电范围。
一般来说,能够解算某联络开关开闭状态组合情况下,各节点间的电气距离的算法都能够适用本发明方法;本案优选的,某一种联络开关开闭状态组合情况下,节点m、节点n之间的电气距离Zmn,equ采用其对应的节点阻抗矩阵Z中的参数来计算,Zmn,equ=Zmm+Znn-2Zmn,其中Zmm为Z的第m行m列元素,Zmn为Z的第m行n列元素,Znn为Z的第n行n列元素。
一般来说,能够表征配电网电源群内部电气联系强弱程度的衡量算法或指标都能够适用本发明方法;本案优选的,设配电网中存在N个节点,前M个为分布式电源节点,后(N-M)个为负荷节点;某联络开关开闭状态组合情况下电源群内部互联阻抗大小ZDG∑表示为:
其中,Zij,equ为节点i、节点j之间的电气距离。
一般来说,能够表征负荷节点与电源群之间电气联系强弱程度的衡量算法或指标都能够适用本发明方法;本案优选的,设配电网中存在N个节点,前M个为分布式电源节点,后(N-M)个为负荷节点;某联络开关开闭状态组合情况下负荷节点k到电源群的等效电气距离ZLoad.k表示为:
其中,Zik,equ为节点i、节点k之间的电气距离。
有益效果:本发明提供的计及电源群内外部等效电气距离的配电网孤岛划分方法,相对于现有技术,具有如下优势:1、孤岛划分过程计及了分布式电源群内部互联阻抗大小;电源群内部互联阻抗越小,由分布式电源群等效获得的等值电源内部阻抗越小,等值电源端电压越稳定,其电源容量可以获得最大化的利用。2、孤岛划分过程中按各负荷节点和电源群等效电气距离的大小进行孤岛供电范围的拓展,而不是按各负荷节点与单个DG的电气距离大小排序,在于单个电源容量与单个负荷需求不匹配情况下,即单个电源容量无法满足最近的单个负荷需求情况下,还需要别的DG向该负荷节点进行额外的功率补充;此时,若只考虑单个DG与单个负荷之间的等效电气距离不够全面,需要综合考虑,以降低线路上功率损耗,实现满足最大负荷需求的供电范围。
附图说明
图1为本发明的实施流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
一种计及电源群内外部等效电气距离的配电网孤岛划分方法,在孤岛划分过程中计及分布式电源群内部互联阻抗大小,并借助配电网中联络开关的开闭状态的改变,实现电源群内部互联阻抗的最小化,有效提升了整个电源群的整体供电能力;在负荷融合过程中,首先计算单个负荷相对于整个电源群的等效电气距离,然后按照等效电气距离从小到大顺序进行供电融合,克服了单纯考虑单个电源与单个负荷之间的电气距离的局限,考虑了孤岛范围内多电源对负荷供电的实际功率流动特点,进而从整体上降低了孤岛中的线路损耗,实现满足最大负荷需求的供电范围。如图1所示,该方法包括如下步骤:
步骤1:输入各分布式电源的最大输出功率和接入位置,输入各负荷的功率需求和接入位置,输入配电网的拓扑信息和配电线路阻抗;
步骤2:对于闭环拓扑设计、开环拓扑运行的配电网,利用穷举法或智能群进化算法求解每一种开环拓扑运行情况下所有联络开关的开闭状态,并记忆不同开环拓扑情况下联络开关的所有开闭状态组合,每一种开环拓扑运行情况对应一种联络开关开闭状态组合(即所有联络开关的开闭状态);
步骤3:对每一种联络开关开闭状态组合,计算其对应的节点阻抗矩阵,进而获得其对应的各分布式电源之间的等效电气距离之和,将该等效电气距离之和作为该联络开关开闭状态组合情况下电源群内部互联阻抗大小的衡量指标;
某一种联络开关开闭状态组合情况下,节点m、节点n之间的电气距离Zmn,equ采用其对应的节点阻抗矩阵Z中的参数来计算,Zmn,equ=Zmm+Znn-2Zmn,其中Zmm为Z的第m行m列元素,Zmn为Z的第m行n列元素,Znn为Z的第n行n列元素;
设配电网中存在N个节点,前M个为分布式电源节点,后(N-M)个为负荷节点;某联络开关开闭状态组合情况下电源群内部互联阻抗大小ZDG∑表示为:
步骤4:比较不同联络开关开闭状态组合情况下电源群内部互联阻抗大小,存储电源群内部互联阻抗最小时对应的联络开关开闭状态组合;
步骤5:对于电源群内部互联阻抗最小时对应的联络开关开闭状态组合,计算负荷节点k到电源群的等效电气距离进入步骤6;
步骤6:孤岛划分过程中,按照负荷节点到电源群的等效电气距离由小到大的顺序,依次逐个将各负荷节点纳入供电范围;具备包括如下步骤:
步骤61:判断所有分布式电源节点发电容量总和是否大于纳入供电范围的负荷节点需求容量总和则进入步骤62;否则,进入步骤64;其中PG,i为分布式电源节点i的发电有功功率,PL,j为纳入供电范围的负荷节点j的有功功率需求,NL为供电范围(纳入供电范围的所有负荷节点);
步骤62:进行孤岛潮流计算,并校验纳入供电范围内的所有负荷节点是否均满足各自的电压上下限要求:若满足,则进入步骤64;否则,进步步骤63;
步骤63:将最后纳入供电范围NL的负荷节点从供电范围NL内删除,进入步骤64;
步骤64:若存在未检验过的负荷节点,将其中到电源群等的效距离最小的负荷节点纳入供电范围NL,返回步骤61;否则孤岛划分过程停止,最终保留的供电范围NL即为最终的孤岛供电范围。
以上所述仅是本发明的优选实施方式,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,还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种计及电源群内外部等效电气距离的配电网孤岛划分方法,其特征在于:在孤岛划分过程中计及分布式电源群内部互联阻抗大小,并借助配电网中联络开关的开闭状态的改变,实现电源群内部互联阻抗的最小化;在负荷融合过程中,首先计算单个负荷相对于整个电源群的等效电气距离,然后按照等效电气距离从小到大顺序进行供电融合。
2.根据权利要求1所述的计及电源群内外部等效电气距离的配电网孤岛划分方法,其特征在于:包括如下步骤:
步骤1:输入各分布式电源的最大输出功率和接入位置,输入各负荷的功率需求和接入位置,输入配电网的拓扑信息和配电线路阻抗;
步骤2:对于闭环拓扑设计、开环拓扑运行的配电网,利用穷举法或智能群进化算法求解每一种开环拓扑运行情况下所有联络开关的开闭状态,并记忆不同开环拓扑情况下联络开关的所有开闭状态组合,每一种开环拓扑运行情况对应一种联络开关开闭状态组合;
步骤3:对每一种联络开关开闭状态组合,计算其对应的节点阻抗矩阵,进而获得其对应的各分布式电源之间的等效电气距离之和,将该等效电气距离之和作为该联络开关开闭状态组合情况下电源群内部互联阻抗大小的衡量指标;
步骤4:比较不同联络开关开闭状态组合情况下电源群内部互联阻抗大小,存储电源群内部互联阻抗最小时对应的联络开关开闭状态组合;
步骤5:对于电源群内部互联阻抗最小时对应的联络开关开闭状态组合,计算负荷节点到电源群的等效电气距离,进入步骤6;
步骤6:孤岛划分过程中,按照负荷节点到电源群的等效电气距离由小到大的顺序,依次逐个将各负荷节点纳入供电范围;具备包括如下步骤:
步骤61:判断所有分布式电源节点发电容量总和是否大于纳入供电范围的负荷节点需求容量总和则进入步骤62;否则,进入步骤64;其中PG,i为分布式电源节点i的发电有功功率,PL,j为纳入供电范围的负荷节点j的有功功率需求,NL为供电范围;
步骤62:进行孤岛潮流计算,并校验纳入供电范围内的所有负荷节点是否均满足各自的电压上下限要求:若满足,则进入步骤64;否则,进步步骤63;
步骤63:将最后纳入供电范围NL的负荷节点从供电范围NL内删除,进入步骤64;
步骤64:若存在未检验过的负荷节点,将其中到电源群等的效距离最小的负荷节点纳入供电范围NL,返回步骤61;否则孤岛划分过程停止,最终保留的供电范围NL即为最终的孤岛供电范围。
3.根据权利要求2所述的计及电源群内外部等效电气距离的配电网孤岛划分方法,其特征在于:某一种联络开关开闭状态组合情况下,节点m、节点n之间的电气距离Zmn,equ采用其对应的节点阻抗矩阵Z中的参数来计算,Zmn,equ=Zmm+Znn-2Zmn,其中Zmm为Z的第m行m列元素,Zmn为Z的第m行n列元素,Znn为Z的第n行n列元素。
4.根据权利要求2所述的计及电源群内外部等效电气距离的配电网孤岛划分方法,其特征在于:设配电网中存在N个节点,前M个为分布式电源节点,后(N-M)个为负荷节点;某联络开关开闭状态组合情况下电源群内部互联阻抗大小ZDG∑表示为:
<mrow> <msub> <mi>Z</mi> <mrow> <mi>D</mi> <mi>G</mi> <mi>&amp;Sigma;</mi> </mrow> </msub> <mo>=</mo> <mfrac> <mn>1</mn> <mn>2</mn> </mfrac> <munderover> <mo>&amp;Sigma;</mo> <mrow> <mi>i</mi> <mo>=</mo> <mn>1</mn> </mrow> <mi>M</mi> </munderover> <munderover> <munder> <mo>&amp;Sigma;</mo> <mrow> <mi>j</mi> <mo>=</mo> <mn>1</mn> </mrow> </munder> <mrow> <mi>j</mi> <mo>&amp;NotEqual;</mo> <mi>i</mi> </mrow> <mi>M</mi> </munderover> <mo>|</mo> <msub> <mi>Z</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mi>j</mi> <mo>,</mo> <mi>e</mi> <mi>q</mi> <mi>u</mi> </mrow> </msub> <mo>|</mo> </mrow>
其中,Zij,equ为节点i、节点j之间的电气距离。
5.根据权利要求2所述的计及电源群内外部等效电气距离的配电网孤岛划分方法,其特征在于:设配电网中存在N个节点,前M个为分布式电源节点,后(N-M)个为负荷节点;某联络开关开闭状态组合情况下负荷节点k到电源群的等效电气距离ZLoad.k表示为:
<mrow> <msub> <mi>Z</mi> <mrow> <mi>L</mi> <mi>o</mi> <mi>a</mi> <mi>d</mi> <mo>.</mo> <mi>k</mi> </mrow> </msub> <mo>=</mo> <munderover> <mo>&amp;Sigma;</mo> <mrow> <mi>i</mi> <mo>=</mo> <mn>1</mn> </mrow> <mi>M</mi> </munderover> <mo>|</mo> <msub> <mi>Z</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mi>k</mi> <mo>,</mo> <mi>e</mi> <mi>q</mi> <mi>u</mi> </mrow> </msub> <mo>|</mo> <mo>,</mo> <mi>k</mi> <mo>=</mo> <mi>M</mi> <mo>+</mo> <mn>1</mn> <mo>,</mo> <mi>M</mi> <mo>+</mo> <mn>2</mn> <mo>,</mo> <mn>...</mn> <mo>,</mo> <mi>N</mi> </mrow>
其中,Zik,equ为节点i、节点k之间的电气距离。
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