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专利号: 2022103903993
申请人: 重庆大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2025-07-25
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.基于电源出力与开关动作协调的配电网故障恢复方法,其特征在于,用于在配电网发生故障断开故障区段相邻开关后,进行配电网故障恢复控制,包括以下步骤:S101、实时采集配电网各节点的运行参数;所述运行参数包括节点的电压幅值、电压相角值、有功负荷、无功负荷、分布式电源初始有功出力、初始无功出力和初始开关状态;

S102、当配电网发生故障时,断开故障区段相邻开关以隔离故障,并将所采集的运行参数上传至控制中心,进行故障恢复优化计算;

S103、以负荷恢复量最大化和电压偏差最小化为目标,构建出配电网故障恢复上层模型,利用配电网故障恢复上层模型计算最优的断开开关的支路集和闭合开关的支路集以及各分布式电源的最优有功出力和最优无功出力;

S104、以分布式电源出力与上层模型优化结果中的分布式电源出力偏差最小化,以及分布式电源出力实时调节量期望最小化为目标,构建出配电网故障恢复下层模型,利用配电网下层恢复模型采用故障恢复方案生成算法进行求解,计算得到故障恢复决策;

S105、将S104的故障恢复决策下达至各终端设备和分布式电源作为控制指令,进行分布式电源功率参考值的调整以及开关分合闸操作;

其中,所述故障恢复决策包括将步骤103中计算得到的最优的闭合开关的支路集中支路条数对应为基本步骤总数,在基本步骤t中,在第t条闭合开关的支路中执行调节分布式电源功率决策、支路开关闭合决策,接着在第t条断开支路的支路中执行支路开关断开决策。

2.根据权利要求1所述基于电源出力与开关动作协调的配电网故障恢复方法,其特征在于,步骤S103中,所述配电网故障恢复上层模型包括以负荷恢复量最大化和电压偏差最小化为目标,以节点的辐射状拓扑约束、配电网潮流约束、节点电压约束、线路载流量约束、可控源荷出力约束为约束条件,其中,所述可控源荷出力约束包括双馈风电机组的有功出力约束、双馈风电机组的无功出力约束、储能的有功出力约束、储能的无功出力约束、永磁直驱风电机组和光伏的有功出力约束以及永磁直驱风电机组和光伏的无功出力约束。

3.根据权利要求1或2所述基于电源出力与开关动作协调的配电网故障恢复方法,其特征在于,配电网故障恢复上层模型的目标函数表示为:

式中,F1表示为负荷恢复量最大化的目标函数、F2表示为电压偏差最小化的目标函数;

Nbus为配电网节点总数;ωi为第i个节点处的负荷的重要程度,PL,i为第i个节点的有功负荷;Vi为系统中第i个节点的电压,Vi,N为第i个节点的额定电压。

4.根据权利要求3所述基于电源出力与开关动作协调的配电网故障恢复方法,其特征在于,对于目标函数F1、F2,约束条件包括:式中,uij为第i个节点和第j个节点间支路的开关状态,uij=1表示支路开关处于闭合状态,uij=0表示支路开关处于断开状态;C、P分别为网络中所有环构成的集合和根节点之间所有路径构成的集合;Ck、Pk分别表示网络中任一环和根节点之间的任一路径;E为网络中所有支路的集合;Nrt为系统根节点总数;

2)配电网潮流约束:

式中,Pi、Qi分别为上一级电网注入第i个节点的有功和无功功率,Pg,i、Qg,i分别为第i个节点处分布式电源注入的有功和无功功率;QL,i表示第i个节点的无功负荷大小;Vj为第j个节点的电压幅值;Gij、Bij分别为第i个和第j个节点之间的电导和电纳;θij为第i个和第j个节点之间的电压相位差;

3)节点电压约束:

Vi,min≤Vi≤Vi,max

式中,Vi,min、Vi,max分别为第i个节点的电压下限和上限;

4)线路载流量约束:

|Sij|≤Sij,max

式中,Sij、Sij,max分别为流过第i个和第j个节点之间支路的视在功率以及允许流过的最大载流量;

5)可控源荷出力约束:

双馈风电机组的有功出力约束:

PDFIG,i,min≤PDFIG,i≤PDFIG,i,mpp

式中,PDFIG,i为第i个节点处的双馈风电机组输出有功功率;PDFIG,i,mpp、PDFIG,i,min分别为第i个节点处的双馈风电机组输出有功功率的上限和下限;

双馈风电机组的无功出力约束:

QDFIG,i,min≤QDFIG,i≤QDFIG,i,max

式中,QDFIG,i为第i个节点处的双馈风电机组输出的无功功率;QDFIG,i,max、QDFIG,i,min分别为第i个节点处的双馈风电机组输出无功功率的上限和下限;Sg,i,d为第i个节点处的双馈风电机组网侧变流器的容量,Qg,i,max、Qg,i,min分别为第i个节点处的双馈风电机组网侧变流器输出无功功率的上限和下限;Qs,i,max、Qs,i,min分别为第i个节点处的双馈风电机组定子侧输出无功功率的上限和下限;Vs,i为第i个节点处的双馈风电机组定子电压,Xs,i、Xm,i分别为第i个节点处的双馈风电机组定子阻抗和激磁阻抗;Ir,i,max为第i个节点处的双馈风电机组转子最大允许电流;si为第i个节点处的双馈风电机组转差率;

储能的有功出力约束:

式中,PESS,i为第i个节点处的储能的有功参考值; 分别为第i个节点处的储能最大充、放电功率;

储能的无功出力约束:

‑QESS,i,max≤QESS,i≤QESS,i,max

式中,QESS,i为第i个节点处的储能的无功参考值;QESS,i,max、QESS,i,min分别为第i个节点处的储能可调节无功的上限和下限;SESS,i为第i个节点处的储能逆变器容量;

永磁直驱风电机组和光伏的有功出力约束:

PP,i,min≤PP,i≤PP,i,mpp

式中,PP,i为第i个节点处的永磁直驱风电机组/光伏有功输出;PP,i,min为第i个节点处的永磁直驱风电机组/光伏维持运行的最小有功,PP,i,mpp为第i个节点处的永磁直驱风电机组/光伏最大功率运行点;

永磁直驱风电机组和光伏的无功出力约束:

式中,QP,i为第i个节点处的永磁直驱风电机组/光伏无功输出;Sg,i,p为第i个节点处的永磁直驱风电机组/光伏接口变流器的容量。

5.根据权利要求1所述基于电源出力与开关动作协调的配电网故障恢复方法,其特征在于,步骤S104中,所述配电网故障恢复下层模型包括以分布式电源出力与上层模型优化结果中的分布式电源出力偏差最小化和分布式电源出力实时调节量期望最小化为目标,以每条闭合开关的支路中节点的辐射状拓扑约束、配电网潮流约束、节点电压约束、线路载流量约束、可控源荷出力约束为约束条件,其中,所述可控源荷出力约束包括双馈风电机组的有功出力约束、双馈风电机组的无功出力约束、储能的有功出力约束、储能的无功出力约束、永磁直驱风电机组和光伏的有功出力约束以及永磁直驱风电机组和光伏的无功出力约束。

6.根据权利要求1或5所述基于电源出力与开关动作协调的配电网故障恢复方法,其特征在于,所述步骤S104中:配电网故障恢复下层模型的目标函数表示为:

式中,f1表示为分布式电源出力与上层模型优化结果中的分布式电源出力偏差最小化的目标函数,f2表示为分布式电源出力实时调节量期望最小化的目标函数;Pg,i,ref、Qg,i,ref分别为上层模型求得的第i个节点处的分布式电源有功、无功参考值;Pg,i,t、Qg,i,t分别为基本步骤t时第i个节点处的分布式电源有功、无功调节值;αg,i为第i个节点处的分布式电源的权重;Pg,i,t‑1、Qg,i,t‑1分别为基本步骤t‑1时第i个节点处的分布式电源的有功、无功调节值。

7.根据权利要求6所述基于电源出力与开关动作协调的配电网故障恢复方法,其特征在于,对于目标函数f1、f2,约束条件包括:

1)辐射状拓扑约束为:

式中,uij,t为基本步骤t完成时第i个节点与第j个节点间支路的开关状态,uij,t=1表示在基本步骤t完成时第i个节点与第j个节点间支路开关处于闭合状态,uij,t=0表示在基本步骤t完成时第i个节点与第j个节点间支路开关处于断开状态;C、P分别为网络中所有环构成的集合和根节点之间所有路径构成的集合;Ck、Pk分别表示网络中任一环和根节点之间的任一路径;E为网络中所有支路的集合;Nrt为系统根节点总数;

2)配电网潮流约束:

式中,Vi,t为基本步骤t中配电网第i个节点的电压幅值;Pi,t、Qi,t分别为基本步骤t中为配电网第i个节点处由上一级电网注入的有功和无功功率;PL,i,t为基本步骤t中第i个节点的有功负荷;QL,i,t表示基本步骤t中第i个节点的无功负荷;Vj,t为基本步骤t中配电网第j个节点的电压幅值;Gij,t、Bij,t分别为基本步骤t中第i个节点与第j个节点间支路的电导和电纳;θij,t为基本步骤t中第i个节点与第j个节点之间的电压相位差;

3)节点电压约束:

Vi,min≤Vi,t≤Vi,max

式中,Vi,min、Vi,max分别为第i个节点电压的下限和上限;

4)线路载流量约束:

|Sij,t|≤Sij,max

式中,Sij,t为基本步骤t中流过第i个节点与第j个节点之间支路的视在功率;Sij,max为第i个节点与第j个节点之间支路允许流过的最大载流量;

5)双馈风电机组的有功出力约束为:

PDFIG,i,min≤PDFIG,i,t≤PDFIG,i,mpp

式中,PDFIG,i,t为基本步骤t中第i个节点处的双馈风电机组输出有功功率;PDFIG,i,mpp、PDFIG,i,min分别为双馈风电机组输出有功功率的上限和下限;

双馈风电机组的无功出力约束为:

QDFIG,i,t,min≤QDFIG,i,t≤QDFIG,i,t,max式中,QDFIG,i,t为基本步骤t中第i个节点处的双馈风电机组输出的无功功率;

QDFIG,i,t,max、QDFI,i,t,min分别为基本步骤t中第i个节点处的双馈风电机组输出无功功率的上限和下限;Sg,i,d为第i个节点处的双馈风电机组网侧变流器的容量,Qg,i,t,max、Qg,i,t,min分别为基本步骤t中第i个节点处的双馈风电机组网侧变流器输出无功功率的上限和下限;

Qs,i,t,max、Qs,i,t,min分别为基本步骤t中第i个节点处的双馈风电机组定子侧输出无功功率的上限和下限;Vs,i为第i个节点处的双馈风电机组定子电压,Xs,i、Xm,i分别为第i个节点处的双馈风电机组定子阻抗和激磁阻抗;Ir,i,max为第i个节点处的双馈风电机组转子最大允许电流;si为第i个节点处的双馈风电机组转差率;

储能的有功出力约束为:

式中,PESS,i,t为基本步骤t中第i个节点处的储能的有功参考值;

储能的无功出力约束为:

式中,QESS,i,t为基本步骤t中第i个节点处的储能的无功参考值;SESS,i,t为基本步骤t中第i个节点处的储能的逆变器容量;QESS,i,t为基本步骤t中第i个节点处的储能的无功参考值;

永磁直驱风电机组和光伏的有功出力约束为:

PP,i,min≤PP,i,t≤PP,i,mpp

式中,PP,i,t为基本步骤t中第i个节点处的永磁直驱风电机组/光伏有功输出;

永磁直驱风电机组和光伏的无功出力约束为:

式中,QP,i,t为基本步骤t中第i个节点处的永磁直驱风电机组或光伏无功输出。

8.根据权利要求1所述基于电源出力与开关动作协调的配电网故障恢复方法,其特征在于,步骤S104中,故障恢复方案生成算法包括以下步骤:S401、将上层模型的优化结果,即断开开关的支路集Sop、闭合开关的支路集Scl,以及各分布式电源的最优有功出力PGs、最优无功出力QGs作为下层模型的参数,令基本步骤数目为Scl中的初始元素总数,并初始化基本步骤t=1;

S402、在第t个基本步骤内,依次选择Scl中的闭合支路元素,分别基于所选择的支路构建等效网络,利用考虑合环电压波动的分布式电源最优控制点搜索方法,计算网络中支路开关闭合前的分布式电源最优控制点;

S403、分别对所选择的支路开关闭合后的网络进行潮流计算,筛选开关动作后满足下层模型约束条件的闭合支路,将其对应的分布式电源最优控制点分别代入下层模型目标函数;

S404、搜索令下层模型目标函数值最小的闭合支路和分布式电源出力组合,将其记录为第t个基本步骤的动作组合参考值,并将相应支路从Scl中去除,确定第t个基本步骤中的分布式电源出力调节、支路开关闭合方案;

S405、依次从Scl、Sop中选择断开支路和闭合支路元素构成支路组合,分别基于所选择的支路组合构建等效网络,利用考虑合环电压波动的分布式电源最优控制点搜索方法,计算网络中支路开关闭合前的分布式电源最优控制点;

S406、分别对所选择的支路组合动作后的网络进行潮流计算,筛选断开支路、闭合支路动作后均满足下层模型约束条件的支路组合,将其对应的分布式电源最优控制点分别代入下层模型目标函数;

S407、搜索令下层模型目标函数值最小的支路组合和分布式电源出力组合,将其作为第t个基本步骤的动作组合参考值,并将相应支路从Scl、Sop中去除;确定故障恢复方案的第t个基本步骤中的支路断开方案,以及第t+1个基本步骤中的分布式电源出力调节、支路开关闭合方案;

S408、判断Scl中所有支路是否全部去除;若是,则确定出Sop中余下唯一的断开开关的支路,并将其作为第t+1个基本步骤中的支路断开方案,完成故障恢复方案的生成;若否,则令t自加1,返回步骤S405。

9.根据权利要求8所述基于电源出力与开关动作协调的配电网故障恢复方法,其特征在于,考虑合环电压波动的分布式电源最优控制点搜索方法包括:选择最靠近合环点的分布式电源进行调节,使合环电压非周期分量尽可能最小;若调节分布式电源后合环电压非周期分量不为0,则根据与合环支路的位置远近,依次调节合环支路上游分布式电源的出力,直至合环电压非周期分量为0或所有分布式电源均已调节完毕,此时各分布式电源的出力即为分布式电源的最优控制点。