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专利号: 2020108891885
申请人: 燕山大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-06-16
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于多个DG的微电网环路规划方法,其特征在于:包括以下步骤:

步骤1)在基于深度搜索的计算方法下,以DG所在节点为根节点进行搜索,得出构建环路拓扑结构的必要节点和DG之间的关联性;

所述步骤1)具体包括:

步骤1.1)在基于深度搜索的计算方法下,以DG所在节点为根节点进行搜索,搜索节点个数不超过深度DP时形成的环路集合,分别求出DG被分配在同一环路内的概率,为避免破坏最优解,应用基于概率随机分配的方法将关联性大的DG合并,被合并的DG在以后的规划中将作为限制节点,在后续的处理中限制条件就是不能将合并的DG分开;

步骤1.2)以DG所在节点为初始节点,搜索出环路节点总数不超过深度DP的环路节点集合,再对这些环路节点集合求交集,得出以DG所在节点为初始节点去构建环路拓扑结构时的必要节点;

步骤2)通过改进的图论算法将微电网表示为图形,负荷点表示为节点;

步骤3)将节点划分到初步环路中并考虑环外点占比,根据数学模型设计相关粗化阶段计算流程、分区阶段计算流程和细化还原阶段计算流程;

步骤4)基于整数线性规划的方法将初步环路内的节点设计成单个环路结构,实现环路内的节点互联,得到优化的环路拓扑结构。

2.根据权利要求1所述的一种基于多个DG的微电网环路规划方法,其特征在于:所述步骤2)中改进的图论算法具体包括:步骤2.1)将给定的系统转换为图论中图的形式,将各个负荷点表示为节点,并在转化后的图中对系统中的各个负荷点进行说明,将给定的系统建模为图G={V,E},其中V代表负荷点,E代表一组输配电线路,即连接两个节点的线段的长度,图论算法包含的粗化、分区、细化还原三个阶段将V划分为k个子集(V1,…,Vi,…、Vk),此时和Ui Vi=V;

步骤2.2)将图论中连接节点的边赋权值,将连接两个节点之间线段的长度作为边权值。

3.根据权利要求1所述的一种基于多个DG的微电网环路规划方法,其特征在于:所述步骤3)环外点占比定义为某个节点分配给DG后,搜索此DG节点可以形成的最大环路,用环路外节点的个数比上此环路总的节点个数,当节点分配给DG后,环外点占比有明显向好变化趋势时予以优先考虑,赋予更大的权值,但是在规划中要保证限制节点满足限制条件;

图论算法粗化阶段通过迭代减少微电网系统节点数以便在分区阶段对节点进行划分,将系统内的节点互联为单个节点,直到图中包含节点的数量达到给定阈值要求迭代结束,在每次迭代中,图Gi被转换为Gi+1,直到满足以下约束条件:|Vi+1|<|Vi|      公式(1)

其中下标i是迭代索引,Gi的顶点被分组为不相交的集群,并且集群中的顶点被连接合并以在Gi+1中形成单个顶点;基于最短边匹配的原则实现节点间的匹配,即在满足限制条件下距离初始节点最短的边优先与初始节点进行匹配;将匹配成功的两个节点在下一次迭代中合并为一个节点,直到满足终止条件为止,匹配终止的条件是节点数减少到初始节点的一半以下;

粗化过程中若被选为V0的初始节点其周围节点都被匹配过,即V0为孤立节点,则将此类节点从初始节点的候选集中剔除掉,从新选取初始节点。

4.根据权利要求1所述的一种基于多个DG的微电网环路规划方法,其特征在于:所述步骤3)中图论算法粗化阶段计算流程如下:a.随机从DG和储能装置所在节点中选取一个节点作为初始节点V0,若DG或储能装置所在节点全部匹配后仍不满足终止条件,将DG或储能装置所在的节点在初始集中去除,从剩余节点中随机选取一个节点作为初始节点V0;

b.判断V0是否为孤立点,若是,从初始集中剔除V0,返回步骤a,否则,进行下一步;

c.在V0的相邻节点中,选择最短边所在节点Vn,若最短边所在节点的个数大于1,则随机从中选择一个节点;

d.判断V0、Vn中是否存在限制节点,若是,是否满足限制要求,满足要求V0和Vn匹配成功,不满足要求,从候选集中剔除限制节点,返回步骤a,若V0、Vn不是限制节点,则V0与Vn匹配成功;

e.连接V0和Vn,以在下一次迭代中合并为一个节点,将选择的V0从V0初始集中剔除;

f.判断DG或储能装置所在节点是否全部匹配成功,若是,进行下一次迭代,否则,返回步骤a;

g.判断匹配完成后节点的数目是否小于原始节点数目的一半,若满足,迭代停止,否则,返回步骤a。

5.根据权利要求1所述的一种基于多个DG的微电网环路规划方法,其特征在于:所述步骤3)中设计图论算法分区阶段数学模型的具体步骤为:k

分区阶段是将粗化后的图形Gn中的节点分割成k个部分P n,即形成k个初步环路,使用改进的贪婪图增长分区GGGP算法进行分区,在分区过程中要保证在分区形成的环路中环外节点数目合理,将节点加入前后环外点占比考虑到分区节点的权重中去,并且分区阶段节点在分配过程中要保证限制节点满足限制条件,终止条件是系统内的全部节点都被分配到初步环路中,分区阶段的权重公式如下:T=Gain(Vj)+100(t1‑t2)  公式(2)

其中,t1为节点加入分区前的环外点占比,t2为节点加入分区后的环外点占比,Gain为分区阶段考虑的权重标准之一,保证分区内负荷的供需平衡,其中dis{Vj,Vk}为Vj节点与其在Vm中的一阶相邻节点Vk之间的距离;并且mis(Vm)是当通过DG容量GC和峰值负载D按照公式(2)及公式(3)插入节点Vj时,环路Vm中的功率不匹配,并满足如下公式:由于分区阶段的划分结果对最后能否有效形成环路影响较大,为提高所构建环路的合理性,本阶段节点分配遵循以下原则对节点加入相应分区后环外点占比变优的情况优先考虑,其分区阶段权值对应公式(2);当环外点占比不满足上述条件时,分区阶段权值按公式(3)计算。

6.根据权利要求1所述的一种基于多个DG的微电网环路规划方法,其特征在于:所述步骤3)中图论算法分区阶段计算流程如下:a.求出每个DG所在节点的相邻节点集合;

b.求出每个DG节点相邻节点加入到DG所在分区前后DG分区环外点占比,判断节点加入前后环外点占比是否变优,若是,按公式(2)计算权值,优先考虑此节点;否则进行下一步;

c.求出每个DG节点相邻节点加入到DG所在分区前后DG分区环外点占比,若节点加入前后环外点占比未变优,则按公式(3)计算权值;

d.判断所选DG所在节点及从相邻节点集中选择的节点中是否存在限制节点,若存在,限制节点分配给相应分区后是否满足限制条件,若满足,将所有DG中相邻节点中的节点分配给相应分区后的权值计算出来,选取最大的权值的节点;若不满足限制条件,剔除此类情况,将所有DG中相邻节点中的节点分配给相应分区后的权值计算出来,选取最大的权值的节点;若不存在限制条件,将所有DG中相邻节点中的节点分配给相应分区后的权值计算出来,选取最大的权值的节点;

e.将所选权值最大的节点分配到相应的DG所在分区,更新DG所在节点为原节点加上新分配过里的节点;

f.判断粗化后图形中的节点是否全部包含在初步环路中,若是,分区结束;否则,返回步骤a。

7.根据权利要求1所述的一种基于多个DG的微电网环路规划方法,其特征在于:所述步骤3)中设计图论算法细化阶段数学模型的具体步骤为:细化还原阶段是图论算法的最后阶段,系统内的节点经过粗化和分区处理后,部分节点合并在一起,所以本阶段将通过迭代处理将合并在一起的节点逐步还原为原始图,并在还原过程中进一步考虑所构建环路的发电量负载消耗平衡和储能设施共享,为保证所获环路结构节点分配合理,环外点占比也被考虑在内;

在细化还原的过程中,为提高构建环路合理性及供需平衡,通过迭代对相邻环路的边界节点进行交换测试,选择有利于形成更优环路的节点,边界节点定义为连接相邻环路的线段两端的节点,但在交换测试的过程中,限制节点要满足限制要求,节点交换后不能破坏环路结构,造成环路无法形成,使用以下公式对发电负载功率平衡储能设施共享及环外点占比进行量化,终止条件是Lyn值不在变小为止;

2 2

Lyn=Δλm,n+100(h1‑h2)            公式(5)

其中,Δλm,n为节点交换后的值减去交换前的值,下标m和n表示交换考虑的两个相邻回路系统Vm和Vn,h1表示交换后的环外点占比,h2表示交换前的环外点占比,mis由公式(4)给出,es是能量存储容量EC与峰值负荷D之比,上标*表示各自的期望值,MG表示整个微电网。

8.根据权利要求1所述的一种基于多个DG的微电网环路规划方法,其特征在于:所述步骤3)中图论算法细化还原阶段计算流程如下:a.求出初步环路之间的边界节点集VN1;

b.判断边界节点集VN1中是否存在限制节点,若存在,从VN1中剔除此类节点,否则,进行下一步;

c.判断边界节点集中的节点交换前后是否会破坏环路结构,若是,从边界节点集VN1中剔除此类节点,否则,进行下一步;

d.计算边界节点集VN1中剩余节点的Lyn;

e.对边界节点集VN1中Lyn变小的节点进行交换;

f.判断边界节点集VN1中的节点进行交换后Lyn是否变小,若是,返回步骤a,继续进行交换测试;否则,结束细化还原阶段。

9.根据权利要求1所述的一种基于多个DG的微电网环路规划方法,其特征在于:图论算法阶段将系统节点划分到初步环路中去,本阶段,为得到更优的环路拓扑结构,将环外点占比考虑到环路构建中,本阶段的目标函数由两部分构成,从经济性出发,考虑构建环路的路径长度,从合理性出发考虑所构建环路的环外点占比及辐射分支长度,确保得到更优的环路拓扑结构;

引入决策变量αij,αij=1即选择线段i‑j,当αij=0时即未选择线段i‑j,h为所构建环路包含的总点数,m为环路内节点的个数,目标函数为:约束条件为:

约束条件公式(11)表示节点i最多可以有K个子节点,公式(12)确保结束节点没有任何子节点,公式(13‑14)从父节点的角度考虑将系统中的节点分配到初步环路中,公式(15)通过引入整数变量ti来表示节点i在环路中的位置,对于aij=1,确保节点j在环路中的位置位于节点i的位置之后,约束公式(11‑13)中的参数K分别设置父节点和子节点的数量限制,用以获得更简单的环路结构。