CN117458444A - 一种基于智能软开关的配电网供电恢复方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种基于智能软开关的配电网供电恢复方法，步骤包括：获取配电网的电网信息；基于电网信息，构建配电网孤岛划分模型，获取划分结果；基于划分结果，建立含智能软开关的配电网故障恢复模型；基于配电网故障恢复模型，得到最优恢复方案。本申请考虑分布式电源的黑启动能力与故障后联网信息，建立故障划分模型；将含sop的配电网故障恢复与孤岛划分相结合，建立以网络损失最小与开关动作次数最小为目标函数的恢复模型。考虑sop的运行约束条件，对模型的潮流约束以及sop的约束条件进行二阶锥转化处理。本申请有效降低了恢复过程中产生的线路损耗，提高了配电网各节点的电压，提高了配电网的供电恢复能力。

Description

一种基于智能软开关的配电网供电恢复方法

技术领域

本申请涉及配电网故障恢复技术领域，具体涉及一种基于智能软开关的配电网供电恢复方法。

背景技术

绿色可再生电源逐渐代替传统的化石能源已成为时代的趋势。为了绿色环保的需求，以风光为代表的分布式电源应运而生，分布式电源也不断在电网中渗透。但随着分布式电源的渗透，配电网***的潮流方向也由单向变为多向，且更加复杂，传统的故障方案已不再适用。此外，由于极端自然灾害以及恶意攻击，配电网有可能会发生较为严重的故障，传统的配电网重构以及孤岛划分很难确保配电网的供电恢复，因此配电网的故障恢复恢复能力需要进一步提高。

随着电力电子技术的发展，电力电子换流器sop可以有效控制其两端的有功与无功功率，同时还能改善配电***的电压、降低网络损失。目前，面对较为严重的故障，现有技术的一种方案提出一种基于孤岛划分的优先对重要负荷进行供电恢复，同时采用蚁群算法进行配电网故障恢复，并没有考虑电压的稳定性。现有技术的另一种方案也研究了含sop的有源配电网故障恢复方法，但是并没有考虑到发生多处故障的情况。

发明内容

为解决上述背景中的技术问题，本申请采用基于智能软开关(sop)的配电网供电恢复方法的来改善配电***的电压、降低网络损失。

为实现上述目的，本申请公开了一种基于智能软开关的配电网供电恢复方法，步骤包括：

获取配电网的电网信息；

基于电网信息，构建配电网孤岛划分模型，获取划分结果；

基于所述划分结果，建立含智能软开关的配电网故障恢复模型；

基于所述配电网故障恢复模型，得到最优恢复方案。

优选的，所述电网信息包括：配电网的拓扑结构、负荷需求和分布式电源信息，所述拓扑结构包括配电网每个节点的负载功率以及各支路的阻抗；

获取所述负荷需求的方法包括：根据负荷的重要程度将负荷分为一级负荷、二级负荷与三级负荷，并确定各级别负荷的影响指标，得到所述负荷需求；

获取所述分布式电源信息的方法包括：判断分布式电源是否具有黑启动能力，故障后是否可以参与配电网故障恢复；将判断结果作为所述分布式电源信息。

优选的，构建的所述配电网孤岛划分模型包括：

其中，n表示孤岛数，m表示孤岛内的负荷数，ω_gh表示孤岛g中节点h的负荷的权重，P_gh表示孤岛g中节点h的负荷功率；

所述配电网孤岛划分模型的约束条件包括：

功率平衡约束：

式中，P_DGg表示第g个孤岛的DG的总出力，P_g表示第g个孤岛内的负荷总功率；

节点电压约束：

U_i,min≤U_i≤U_i,max

各节点需要在额定的电压范围内运行；

拓扑约束：

配电网是闭环设置，开环运行，在孤岛划分中，保持配电网按照辐射状拓扑结构运行。

优选的，建立所述配电网故障恢复模型的方法包括：

设置故障恢复的目标函数：

min f＝w₁f₁+w₂f₂

式中，w₁、w₂表示权重，f₁表示网络损失最小的目标函数，公式如下：

式中，I_ij表示节点i，j的电流，r_ij表示电阻，表示故障集合；

f₂表示开关动作次数最少的目标函数，公式如下：

式中，a_ij表示开关状态，a_ij,0表示开关初始状态。

优选的，所述配电网故障恢复模型的约束条件包括：

智能软开关传输有功功率约束：

式中，P_i ^sop，分别为节点i的智能软开关传输的有功功率和无功功率；/>为节点j的智能软开关传输的有功功率；P_i ^sop,L，/>分别表示节点i与节点j端的智能软开关换流器的损耗，η^sop表示功率损耗系数；

智能软开关容量约束：

式中，分别表示节点i与节点j两端的智能软开关换流器的容量；/>为节点j的智能软开关传输的无功功率。

优选的，得到所述最优恢复方案的方法包括：

将所述配电网故障恢复模型从非线性模型转化为线性模型；

对转化后的所述配电网故障恢复模型进行求解，得到所述最优恢复方案。

优选的，进行转化的具体步骤包括：

潮流约束转化：

式中，U^sqr，I^sqr分别表示电压，电流的平方；P_ij表示节点i，j的有功功率；Q_ij表示节点i，j的无功功率；T表示矩阵转置；

智能软开关的约束转化：

优选的，采用YALMIP与CPLEX求解器对转化后的的所述配电网故障恢复模型进行求解，得到所述最优恢复方案。

与现有技术相比，本申请的有益效果如下：

本申请考虑分布式电源的黑启动能力与故障后联网信息，建立故障划分模型；将含sop的配电网故障恢复与孤岛划分相结合，建立以网络损失最小与开关动作次数最小为目标函数的恢复模型。考虑sop的运行约束条件，对模型的潮流约束以及sop的约束条件进行二阶锥转化处理。采用商用求解器CPLEX求解，有效降低了恢复过程中产生的线路损耗，提高了配电网各节点的电压，提高了配电网的供电恢复能力。

附图说明

为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面对实施例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是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例的方法流程示意图；

图2是本申请实施例的含分布式电源的IEEE拓扑结构示意图；

图3为本申请实施例的多故障后配电网的供电恢复结果示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。

为使本申请的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本申请作进一步详细的说明。

在本实施例中，以IEEE33节点的配电网结构作为案例(如图2所示)，总负荷为3715.0kW+j2300.0kvar.分别将700kW、600kW、1000kW、650kW分别并入节点6、14、24、31，其中700kW的不具有黑启动能力，不能作为孤岛划分的电源。1000kW的分布式电源不能进行联网，不能参与配电网的重构恢复，只适用于孤岛划分。此外，设置故障分别发生在支路4、支路10与支路21。

下面将结合图1，进行本实施例步骤的详细说明：

S1.获取配电网的电网信息。

电网信息包括：配电网的拓扑结构、负荷需求和分布式电源信息，所述拓扑结构包括配电网每个节点的负载功率以及各支路的阻抗。

首先，获取配电网的拓扑结构、包括每个节点的负载功率，各支路的阻抗；之后根据负荷的重要程度将负荷分为一级负荷、二级负荷与三级负荷，并确定各级别负荷的影响指标，得到负荷需求；最后，判断分布式电源是否具有黑启动能力，故障后是否可以参与配电网故障恢复；将判断结果作为分布式电源信息。

S2.基于电网信息，构建配电网孤岛划分模型，获取划分结果。

在此之前，建立配电网孤岛划分模型，获取划分结果时需考虑以下因素：

(1)尽可能使较多的非故障区域的负荷进行供电恢复，缩小故障范围。

(2)采取重要负荷优先恢复准则，尽可能多的优先恢复重要负荷。

(3)考虑电气距离，减少线路损耗。

(4)孤岛划分时需满足运行约束条件和拓扑约束。

构建的配电网孤岛划分模型包括：

其中，n表示孤岛数，m表示孤岛内的负荷数，ω_gh表示孤岛g中节点h的负荷的权重，P_gh表示孤岛g中节点h的负荷功率；

配电网孤岛划分模型的约束条件包括：

功率平衡约束：

式中：P_DGg表示第g个孤岛的DG的总出力，P_g表示第g个孤岛内的负荷总功率。

节点电压约束：

U_i,min≤U_i≤U_i,max

各节点需要在额定的电压范围内运行；

拓扑约束：

配电网是闭环设置，开环运行，在孤岛划分中，保持配电网按照辐射状拓扑结构运行。

S3.基于划分结果，建立含智能软开关的配电网故障恢复模型。步骤包括：

确定需要进行重构恢复的负荷：根据配电孤岛划分得到的故障恢复区域，确定未能通过孤岛划分的负荷数目与由剩余负荷组成的拓扑结构。

建立含sop的配电网故障恢复模型。

考虑sop的相关约束条件。

对配电网故障恢复模型进行求解。具体的，

设置故障恢复的目标函数：

min f＝w₁f₁+w₂f₂

式中，w₁、w₂表示权重，f₁表示网络损失最小的目标函数，公式如下：

式中，I_ij表示节点i，j的电流，r_ij表示电阻，表示故障集合。

f₂表示开关动作次数最少的目标函数，公式如下：

式中，a_ij表示开关状态，a_ij,0表示开关初始状态。

考虑sop的约束条件主要包括sop两端的有功功率约束与容量约束条件，包括：

智能软开关传输有功功率约束：

式中，P_i ^sop，分别为节点i的智能软开关传输的有功功率和无功功率；/>为节点j的智能软开关传输的有功功率；P_i ^sop,L，/>分别表示节点i与节点j端的智能软开关换流器的损耗，η^sop表示功率损耗系数；

智能软开关容量约束：

式中，分别表示节点i与节点j两端的智能软开关换流器的容量；为节点j的智能软开关传输的无功功率。

S4.基于配电网故障恢复模型，得到最优恢复方案。

首先，采用二阶锥规划对配电网故障恢复模型进行求解，需对重构模型进行二阶锥转化，即将非线性模型转化为线性模型，包括：

潮流约束转化：

式中，U^sqr，I^sqr分别表示电压，电流的平方；P_ij表示节点i，j的有功功率；Q_ij表示节点i，j的无功功率；T表示矩阵转置；

智能软开关的约束转化：

之后，采用YALMIP与CPLEX求解器对故障恢复模型进行求解，得到最优故障恢复方案，恢复策略结果如表1所示。

表1

供电恢复结果如图3所示。

以上所述的实施例仅是对本申请优选方式进行的描述，并非对本申请的范围进行限定，在不脱离本申请设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本申请的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本申请权利要求书确定的保护范围内。

Claims (8)

1.一种基于智能软开关的配电网供电恢复方法，其特征在于，步骤包括：

获取配电网的电网信息；

基于电网信息，构建配电网孤岛划分模型，获取划分结果；

基于所述划分结果，建立含智能软开关的配电网故障恢复模型；

基于所述配电网故障恢复模型，得到最优恢复方案。

2.根据权利要求1所述的基于智能软开关的配电网供电恢复方法，其特征在于，所述电网信息包括：配电网的拓扑结构、负荷需求和分布式电源信息，所述拓扑结构包括配电网每个节点的负载功率以及各支路的阻抗；

获取所述负荷需求的方法包括：根据负荷的重要程度将负荷分为一级负荷、二级负荷与三级负荷，并确定各级别负荷的影响指标，得到所述负荷需求；

获取所述分布式电源信息的方法包括：判断分布式电源是否具有黑启动能力，故障后是否可以参与配电网故障恢复；将判断结果作为所述分布式电源信息。

3.根据权利要求1所述的基于智能软开关的配电网供电恢复方法，其特征在于，构建的所述配电网孤岛划分模型包括：

其中，n表示孤岛数，m表示孤岛内的负荷数，ω_gh表示孤岛g中节点h的负荷的权重，P_gh表示孤岛g中节点h的负荷功率；

所述配电网孤岛划分模型的约束条件包括：

功率平衡约束：

式中，P_DGg表示第g个孤岛的DG的总出力，P_g表示第g个孤岛内的负荷总功率；

节点电压约束：

U_i,min≤U_i≤U_i,max

各节点需要在额定的电压范围内运行；

拓扑约束：

配电网是闭环设置，开环运行，在孤岛划分中，保持配电网按照辐射状拓扑结构运行。

4.根据权利要求1所述的基于智能软开关的配电网供电恢复方法，其特征在于，建立所述配电网故障恢复模型的方法包括：

设置故障恢复的目标函数：

min f＝w₁f₁+w₂f₂

式中，w₁、w₂表示权重，f₁表示网络损失最小的目标函数，公式如下：

式中，I_ij表示节点i，j的电流，r_ij表示电阻，表示故障集合；

f₂表示开关动作次数最少的目标函数，公式如下：

式中，a_ij表示开关状态，a_ij,0表示开关初始状态。

5.根据权利要求4所述的基于智能软开关的配电网供电恢复方法，其特征在于，所述配电网故障恢复模型的约束条件包括：

智能软开关传输有功功率约束：

P_i ^sop+P_j ^sop+P_i ^sop,L+P_j ^sop,L＝0

式中，P_i ^sop，分别为节点i的智能软开关传输的有功功率和无功功率；P_j ^sop为节点j的智能软开关传输的有功功率；P_i ^sop,L，P_j ^sop,L分别表示节点i与节点j端的智能软开关换流器的损耗，η^sop表示功率损耗系数；

智能软开关容量约束：

式中，分别表示节点i与节点j两端的智能软开关换流器的容量；/>为节点j的智能软开关传输的无功功率。

6.根据权利要求4所述的基于智能软开关的配电网供电恢复方法，其特征在于，得到所述最优恢复方案的方法包括：

将所述配电网故障恢复模型从非线性模型转化为线性模型；

对转化后的所述配电网故障恢复模型进行求解，得到所述最优恢复方案。

7.根据权利要求6所述的基于智能软开关的配电网供电恢复方法，其特征在于，进行转化的具体步骤包括：

潮流约束转化：

式中，U^sqr，I^sqr分别表示电压，电流的平方；P_ij表示节点i，j的有功功率；Q_ij表示节点i，j的无功功率；T表示矩阵转置；

智能软开关的约束转化：

8.根据权利要求6所述的基于智能软开关的配电网供电恢复方法，其特征在于，采用YALMIP与CPLEX求解器对转化后的的所述配电网故障恢复模型进行求解，得到所述最优恢复方案。