一种含电动汽车辅助的馈电线路自主负荷恢复方法
文献发布时间：2023-06-19 18:37:28
技术领域
本发明涉及中低压电网弹性增强领域，尤其涉及一种含电动汽车(ElectricalVehicles,EVs)辅助的馈电线路自主负荷恢复方法。
背景技术
强健的电网弹性能力表现在增强电网韧性以降低故障带来的损失、将故障限制在电网内部、中断后迅速恢复正常运行。高影响低概率(High Impact and Low Probability,HILP)事件，可能会在整个能源领域造成显著的技术和经济损失。因此，电力公司提高对HILP事件的重视程度，并通过有效的策略，在HILP灾难之前、期间和之后最大限度地综合利用现代电网资源和灵活服务，减少终端客户的停电时间。
配电网络弹性研究和相应解决方案可分为单节点改进或集体(馈线)级改进；可以在三个不同的时间段内采取增强电网弹性的措施：
(1)事件前系统规划：包括事件发生前的预防措施，如通过安装新设备加强网格和基础设施，这些行动增强了基础设施的韧性。
(2)事件期间系统运行：触发纠正措施以避免大面积断电，纠正措施旨在通过快速响应和快速隔离故障区域来抑制可能的级联事故，减小故障影响范围。
(3)事件后供电服务恢复(Service Restoration,SR)：在故障隔离完毕后，通过对电网内一切现代电力资源的统一调度，尽快恢复受故障影响停电的非故障区域，减少用户的停电时间，降低潜在的经济损失。
目前用于增强电网弹性恢复的技术的有如下问题：只能用于应对确定可以实现自愈的偶发事件，而不是针对极端的HILP事件；在电网恢复过程中，仅考虑了从相邻馈线中调度电力，而其他现代化电力资源(如电动汽车)对恢复能力的正面影响没有得到适当的考虑；目前的电网恢复算法多适用于单向电流流动的无源分布式电网，这种算法只依赖于相邻馈线提供的备用容量，因此与使用本地电网相比，代价更高。总的来看，现有配电网弹性恢复技术大都没有对位于故障馈线健康段的内部资源进行有效利用。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种含电动汽车辅助的馈电线路自主负荷恢复方法。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种含电动汽车辅助的馈电线路自主负荷恢复方法，包括以下步骤：
(1)面向有源径向馈电线路设备的运行特性进行分析建模，包括馈线断路器单元(Feeder Breaker Unit，FBU)、分段器单元(Segment Unit，SU)、负荷单元(Load Uni t，LU)、可再生能源单元(Di stributed Renewable Energy Unit，DERU)、电动汽车聚合单元(Electric Vehicle Aggregation Unit，EVAU)、供电恢复服务单元(power supplyService Recovery Uni t，SRU)；
(2)馈电线路发生故障时，所述馈线断路器单元FBU和供电恢复服务单元SRU调度与该线路正常部分母线相连的可再生能源单元DERU和电动汽车聚合单元EVAU，以降低用户停电时间，协助负荷自主恢复。
进一步地，所述步骤(1)具体包括：
所述馈线断路器单元FBU位于变电站内，包括重合闸过流继电器、电流互感器、测量计算模块和通信模块；所述测量计算模块用于实时测量计算馈线变压器TR的备用电流容量RCC，所述通信模块用于实时向故障恢复服务单元发送计算得到的备用电流容量RCC和向可再生能源单元DERU和电动汽车聚合单元EVAU发布“故障处理”信息；所述馈线断路器单元FBU用于计算和报告馈线的备用电流容量RCC；在备用电流容量RCC计算中，馈电变压器容量FTC和馈线变压器TR二次侧电流的模型为:
其中，RCC
所述分段器单元SU由电流继电器、电流互感器和通信模块组成；所述通信模块用于向馈线断路器单元FBU发布的“发现”和“隔离”信息和接收馈线断路器单元FBU发布的“故障处理”指令，以及将线路过流情况传递给馈线断路器单元FBU；所述分段器单元SU用于检测线路过流情况并将信息传递，并通过远程遥控来隔离检测到的故障；有源径向馈电线路中电流双向流动，在线路的每段两端均装配分段器单元SU，当线路电流出现过流或反向时，继电器断开并将故障信息上传至馈线断路器单元FBU，模型为：
其中，
所述负荷单元LU连接的母线覆盖整个智能小区，采用ZIP负荷模型，用来描述负载的有功和无功功率，ZIP负荷模型为：:
其中，P
所述可再生能源单元DERU是指风光发电单元，配有远程自动执行的断路器，在收到馈线故障信号后负责将可再生能源单元DERU从馈线中断开，在收到“重新连接”信号后将可再生能源单元DERU重新并网，并网功率有以下模型约束：
其中，
所述电动汽车聚合单元EVAU是负责控制电动汽车聚合的实体设施，包括各充电桩、通信遥控模块和数据处理中心；其中，所述通信遥控模块用于接收馈线断路器单元FBU传来的指令和控制连接在充电桩上的电动汽车向电网供电，并实时向故障恢复服务单元发送电动汽车聚合单元EVAU的可用容量；所述数据处理中心用于实时计算电动汽车聚合单元的可用容量，并通过通信遥控模块向故障恢复服务单元发送计算结果；所述电动汽车聚合单元EVAU与电网中的其他智能设备进行通信，以远程控制所在区域的电动汽车充电桩，通过改变电动汽车的聚集系数，将聚合的电动汽车负荷分布反映在ZIP负荷模型中，有“正常”和“调度”两种状态；一次故障恢复服务结束后，根据各电动汽车提供的恢复容量进行相应的经济补偿的模型为：
其中，EC
所述供电恢复服务单元SRU由连接两个径向馈线的断路器、通信模块和数据处理模块组成；所述通信模块用于接收其它所有单元发送的信息，并将数据处理结果发布给相应的单元接收和执行；所述数据处理模块在通信模块接收到馈线断路器单元发布的“故障处理”指令后，通过实时接收到的电动汽车聚合单元、可再生能源聚合单元、馈线断路器单元和分段器单元的测量数据来执行故障事件后供电服务恢复SR算法；所述供电恢复服务单元SRU有“正常”和“恢复”两种状态，通过在事件发生后一定的时间间隔内利用所有可用的资源来恢复非故障负荷；通过以下模型的标准来决定是否闭合供电恢复服务单元SRU中的断路器:
其中，
进一步地，步骤(2)包括以下子步骤：
(2.1)故障发生时，所述馈线断路器单元FBU和可再生能源单元DERU感应到线路过流；所述可再生能源单元DERU自动脱离电网，等待重新并网的指令；
(2.2)所述馈线断路器单元FBU由“准备”状态转为“故障”状态，并发布“故障处理”命令，触发下游算法，通过分段器单元SU感应线路过流方向来确定故障位于哪段线路，并将故障位置信息上报供电恢复服务单元；
(2.3)感知到反向过流的分段器单元SU，其状态变为后端故障状态，并向同段上游的分段器单元SU发布消息，使之变为“发现”状态，同时向供电恢复服务单元SRU发布“隔离”信息，且故障线路段被隔离开；
(2.4)所述服务恢复单元收到“已隔离”信息后，开始启动服务恢复方案，根据故障前测量数据，供电恢复服务单元SRU检查是否满足下式标准：
其中，
第一个满足要求的供电恢复服务单元SRU关闭其与故障馈线的常开连接断路器，同时向其它供电恢复服务单元SRU发布“完成”的信息，保证只有一个供电恢复服务单元SRU执行计划；
(2.5)所述供电恢复服务单元SRU向可再生能源单元DERU、电动汽车聚合单元EVAU和馈线断路器单元FBU发布“重新连接”、“调度”、“闭合”的命令；所述相邻馈电线路、故障馈电线路非故障区域的分布式能源单元和电动汽车聚合单元EVAU共同向下游非故障区域供电；所述故障馈电线馈线断路器单元FBU闭合并转为“正常”状态，故障区段上游恢复供电。
本发明的有益效果是：本申请通过构建考虑故障馈电线路内部健康区域的可再生能源资源和电动汽车聚合资源的电网供电服务恢复方案，降低了对外部馈电线路的依赖和电网恢复成本，增强了电网的弹性；相较于传统的电网供电恢复方案，充分利用了电网内部资源，降低了电网整体的裕量储备压力。
附图说明
图1为本发明提供的一种含电动汽车辅助的馈电线路自主负荷恢复方法的配电网弹性恢复模型图。
具体实施方式
下面将结合实施例和实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
为使本发明的目的、特征能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的说明。
如图1所示，一种含电动汽车辅助的馈电线路自主负荷恢复方法，所述恢复方法包括：
(1)面向有源径向馈电线路设备的运行特性进行分析建模，包括馈线断路器单元(Feeder Breaker Unit，FBU)、分段器单元(Segment Unit，SU)、负荷单元(Load Unit，LU)、可再生能源单元(Di stributed Renewable Energy Unit，DERU)、电动汽车聚合单元(Electric Vehicle Aggregation Unit，EVAU)、供电恢复服务单元(power supplyService Recovery Unit，SRU)。
所述馈线断路器单元FBU位于变电站内，包括重合闸过流继电器、电流互感器、测量计算模块和通信模块；所述测量计算模块用于实时测量计算馈线变压器TR的备用电流容量RCC，所述通信模块用于实时向故障恢复服务单元发送计算得到的备用电流容量RCC和向可再生能源单元DERU和电动汽车聚合单元EVAU发布“故障处理”信息；所述馈线断路器单元FBU用于计算和报告馈线的备用电流容量RCC；在备用电流容量RCC计算中，馈电变压器容量FTC和馈线变压器TR二次侧电流的模型为:
其中，RCC
所述分段器单元SU由电流继电器、电流互感器和通信模块组成；所述通信模块用于向馈线断路器单元FBU发布的“发现”和“隔离”信息和接收馈线断路器单元FBU发布的“故障处理”指令，以及将线路过流情况传递给馈线断路器单元FBU；所述分段器单元SU用于检测线路过流情况并将信息传递，并通过远程遥控来隔离检测到的故障；有源径向馈电线路中电流双向流动，在线路的每段两端均装配分段器单元SU，当线路电流出现过流或反向时，继电器断开并将故障信息上传至馈线断路器单元FBU，模型为：
其中，
所述负荷单元LU连接的母线覆盖整个智能小区，采用ZIP负荷模型，用来描述负载的有功和无功功率，ZIP负荷模型为：:
其中，P
所述可再生能源单元DERU是指风光发电单元，配有远程自动执行的断路器，在收到馈线故障信号后负责将可再生能源单元DERU从馈线中断开，在收到“重新连接”信号后将可再生能源单元DERU重新并网，并网功率有以下模型约束：
其中，
所述电动汽车聚合单元EVAU是负责控制电动汽车聚合的实体设施，包括各充电桩、通信遥控模块和数据处理中心；其中，所述通信遥控模块用于接收馈线断路器单元FBU传来的指令和控制连接在充电桩上的电动汽车向电网供电，并实时向故障恢复服务单元发送电动汽车聚合单元EVAU的可用容量；所述数据处理中心用于实时计算电动汽车聚合单元的可用容量，并通过通信遥控模块向故障恢复服务单元发送计算结果；所述电动汽车聚合单元EVAU与电网中的其他智能设备进行通信，以远程控制所在区域的电动汽车充电桩，通过改变电动汽车的聚集系数，将聚合的电动汽车负荷分布反映在ZIP负荷模型中，有“正常”和“调度”两种状态；一次故障恢复服务结束后，根据各电动汽车提供的恢复容量进行相应的经济补偿的模型为：
其中，EC
所述供电恢复服务单元SRU由连接两个径向馈线的断路器、通信模块和数据处理模块组成；所述通信模块用于接收其它所有单元发送的信息，并将数据处理结果发布给相应的单元接收和执行；所述数据处理模块在通信模块接收到馈线断路器单元发布的“故障处理”指令后，通过实时接收到的电动汽车聚合单元、可再生能源聚合单元、馈线断路器单元和分段器单元的测量数据来执行故障事件后供电服务恢复SR算法；所述供电恢复服务单元SRU有“正常”和“恢复”两种状态，通过在事件发生后一定的时间间隔内利用所有可用的资源来恢复非故障负荷；通过以下模型的标准来决定是否闭合供电恢复服务单元SRU中的断路器:
其中，
(2)馈电线路发生故障时，所述馈线断路器单元FBU和供电恢复服务单元SRU调度与该线路正常部分母线相连的可再生能源单元DERU和电动汽车聚合单元EVAU，以降低用户停电时间，协助负荷自主恢复。
(2.1)确定需要在相应元件之间传递的通讯信息，包括信息名称、信息的发布者和接收者以及信息类型，汇总如下表所示：
(2.2)故障发生前，馈电线路上各线路段上分段器单元中的电流继电器检测状态正常，继电器保持闭合状态不动，即：
其中，K＝{1,2,3…}为馈线i＝{1,2,3…}上分段器单元的标号集合，
(2.3)假设第m段线路发生了故障，则馈电线路上各分段器单元SU检测到线路前向过流，即：
其中，
(2.4)馈线断路器单元由“准备”状态转为“故障”状态，并发布“故障处理”命令，触发下游算法；
(2.5)各可再生能源单元收到来自馈线断路器单元发布的“故障处理”消息，在断开连接后，由并网运行模式切换至离网运行模式；可再生能源单元收到线路过流的信息，其内部的馈线断路器断开，使风光发电单元脱离电网，等待重新并网的指令；
(2.6)馈电线路中故障线路段的下游分段器单元SU
分段器单元SU
(2.7)检测到线路反向过流的分段器单元SU
(2.8)接着，故障线路段两端的分段器单元SU
SRU
其中，SRU
(2.9)然后，各个供电恢复服务单元SRU开始根据故障发生前的测量数据来检验与故障馈电线路连接的其他正常馈电线路是否满足支援条件，如下式：
其中，
(2.10)设第一个满足要求的供电恢复服务单元为SRU
(2.11)进一步地，该供电恢复服务单元SRU
(2.12)进一步地，电动汽车聚合单元EVAU向电网输送功率支撑和电动汽车聚合单元EVAU所连电动汽车数量、电动汽车充放电状态和充放电效率有关,有如下建模：
其中，
(2.13)随后，电动汽车聚合单元向电网输送功率支撑还受电动汽车初始荷电状态、最小允许荷电状态和充电功率限制的约束，体现为：
(2.14)可再生能源单元并网功率有着上下限的约束，表示为：
其中，
(2.15)进一步地，供电恢复服务单元SRU上的常开断路器闭合，相邻馈线、位于故障区域下游的电动汽车聚合单元和可再生能源单元共同向故障区域下游的正常区域供电；
(2.16)最后，馈线断路器单元、正常区域的分段器单元、可再生能源单元均重新转为“准备”状态，以应对下一次故障。