一种适用于含分布式电源配电网的供电恢复方法及应用

技术领域

本发明涉及配电网供电恢复领域，特别是涉及一种适用于含分布式电源配电网的供电恢复方法。

背景技术

近些年，随着全球气候的变化，极端天气事件发生次数增加，这使得提高配电网的韧性变得越来越重要。为此，在由极端天气事件导致的配电网停电事故发生后，需要采用适当的配电网供电恢复方法来快速恢复重要负载，提升配电网韧性。分布式电源(Distributed Energy Source,DER)和微电网在配电网中的引入也提高了系统的韧性，并为更新颖和有效的配电网供电恢复方法的出现提供了机遇。目前，已有不少文献对含DER的配电网供电恢复方法进行了研究，然而现有的研究很少将用户停电损失(CustomerInterruption Cost,CIC)与供电恢复方法直接联系起来，且这些研究多采用经验法直接选择成本系数来简单描述用户的负荷断电成本，对用户停电损失的评估缺乏系统性和准确性。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种适用于含分布式电源配电网的供电恢复方法，用于解决现有技术中不能将用户停电经济损失与供电恢复方法准确联系，无法得到使用户停电损失最小的配电网的供电恢复方案的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种适用于含分布式电源配电网的供电恢复方法，所述配电网供电恢复方法包括如下步骤：

根据产业类型，对含分布式电源配电网内的负荷用户进行分类；

通过间接分析法获取每个种类负荷用户的单小时用户停电损失值；

建立以总用户停电损失值最小为目标的多时段含分布式电源配电网供电恢复模型；

对所述多时段含分布式电源配电网供电恢复模型进行求解，得到多时段含分布式电源配电网负荷供电恢复方案。

进一步的，根据产业类型，对含分布式电源配电网内的负荷用户进行分类的方法如下：

根据是否从事生产活动将配电网负荷用户分为住宅用户和产业用户两类；

根据产业用户从事的产业类型，将产业用户进一步分为第一产业用户、第二产业用户、第三产业用户；其中，所述第一产业用户为从事农业、林业、牧业、渔业的用户；所述第二产业用户为从事矿业、制造业、建筑业以及电力、热力、燃气及水生产和供应业的用户；所述第三产业用户为从事服务业，即第一产业与第二产业之外行业的用户。

进一步的，所述通过间接分析法获取每个种类负荷用户的单小时用户停电损失值，具体如下：

住宅用户的单小时停电损失值可通过下式计算：

其中，CIC

产业用户的停电损失可通过下式获取：

其中，CIC

进一步的，所述建立以总用户停电损失值最小为目标的多时段含分布式电源配电网供电恢复模型的步骤包括：

建立以总用户停电损失值最小为目标的多时段含分布式电源配电网供电恢复目标函数；

确定包含系统建模约束和系统运行约束的多时段含分布式电源配电网供电恢复最优化问题约束条件；

对所述多时段含分布式电源配电网供电恢复最优化问题约束条件中的非线性部分进行线性化处理。

进一步的，所述以总用户停电损失值最小为目标的多时段含分布式电源配电网供电恢复目标函数为：

式中，CIC

所述系统建模约束包括分布式电源输出约束和辐射状拓扑约束；

其中，所述分布式电源输出约束如下：

式中，

所述节点i处所连可控分布式电源，包括但不限于微型燃气轮机、柴油发电机等，均满足下列输出约束：

式中，P

所述节点i处所连不可控分布式电源，包括但不限于风力发电、光伏发电等，均满足下列输出约束：

式中，

所述节点i处所连储能系统，满足下列输出约束：

式中，

所述辐射状拓扑约束如下：

式中，b

所述系统运行约束包括配电网潮流约束、安全运行约束以及系统热备用容量约束；

其中，所述配电网潮流约束如下所示：

式中，P

所述安全运行约束如下所示

式中，

所述系统热备用容量约束如下所示：

式中，μ为系统热备用率；

进一步的，对所述多时段含分布式电源配电网供电恢复最优化问题约束条件中的非线性部分进行线性化处理的步骤包括：

对所述多时段含分布式电源配电网供电恢复最优化问题约束条件中的功率潮流平方项进行分段近似线性化；具体如下：

所述多时段配电网供电恢复最优化问题约束条件中的功率潮流平方项包括有功功率潮流平方项

式中，

无功功率潮流平方项

对所述多时段含分布式电源配电网供电恢复最优化问题约束条件中的电压幅值平方项以常数标准值近似线性化；如下所示：

式中，U

进一步的，应用基于MATLAB平台的Gurobi求解器提供的混合整数线性规划(mixed-integer linear programming,MILP)求解方法对所述多时段含分布式电源配电网供电恢复模型进行求解，得到的多时段含分布式电源配电网负荷供电恢复方案为以各个恢复时段负荷恢复状态、馈线开关状态和分布式电源输出为决策变量的动态孤岛划分方案和分布式电源输出分配方案。

一种适用于含分布式电源配电网的供电恢复方法的应用，所述适用于含分布式电源配电网的供电恢复方法能应用在极端天气下，变电站无法正常工作，配电网仅以分布式电源作为供电恢复电能来源的情况下。

本发明的优点和积极效果是：

本发明的方法与现有的基于加权恢复负荷量和基于加权恢复供电时间的配电网供电恢复技术相比，本发明的方法能将用户停电损失与供电恢复方法直接联系起来，得到使用户停电损失最小的供电恢复结果，降低用户因意外停电产生的经济损失；针对现有基于停电成本的配电网供电恢复技术中多采用经验法直接选择成本系数来简单描述用户的负荷断电成本，对用户停电损失的评估缺乏系统性和准确性的问题，本发明的方法利用权威统计机构公开的区域生产经济数据，采用宏观经济学方法对用户停电损失进行评估，具有较高的真实性和可信度，可解决用户停电损失的评估不准确的问题。

附图说明

图1为本申请实施例提供的一种适用于含分布式电源配电网的供电恢复方法的工作流程图；

图2为本申请实施例提供的含分布式电源的33节点配电网系统图；

图3为本申请实施例提供的风机和光伏24小时出力折线图；

图4为本申请实施例提供的使用本发明供电恢复方法时各种分布式电源在各个恢复时刻的有功出力仿真结果柱状图；

图5为本申请实施例提供的本发明供电恢复方法与基于时间模型的供电恢复方法对比的每时刻恢复供电负荷功率仿真结果柱状图。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图示中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

图1为本申请实施例提供的一种适用于含分布式电源配电网的供电恢复方法的工作流程图；本发明提供一种适用于含分布式电源配电网的供电恢复方法，所述配电网供电恢复方法包括如下步骤：

S1、根据产业类型，对含分布式电源配电网内的负荷用户进行分类；

S2、通过间接分析法获取每个种类负荷用户的单小时用户停电损失值；

S3、建立以总用户停电损失值最小为目标的多时段含分布式电源配电网供电恢复模型；

S4、对所述多时段含分布式电源配电网供电恢复模型进行求解，得到多时段含分布式电源配电网负荷供电恢复方案。

具体的，根据产业类型，对含分布式电源配电网内的负荷用户进行分类的方法如下：

根据是否从事生产活动将配电网负荷用户分为住宅用户和产业用户两类；

根据产业用户从事的产业类型，将产业用户进一步分为第一产业用户、第二产业用户、第三产业用户；其中，所述第一产业用户为从事农业、林业、牧业、渔业的用户；所述第二产业用户为从事矿业、制造业、建筑业以及电力、热力、燃气及水生产和供应业的用户；所述第三产业用户为从事服务业，即第一产业与第二产业之外行业的用户。

其中，所述通过间接分析法获取每个种类负荷用户的单小时用户停电损失值，具体如下：

住宅用户的单小时停电损失值可通过下式计算：

其中，CIC

产业用户的停电损失可通过下式获取：

其中，CIC

此外，所述建立以总用户停电损失值最小为目标的多时段含分布式电源配电网供电恢复模型的步骤包括：

建立以总用户停电损失值最小为目标的多时段含分布式电源配电网供电恢复目标函数；

确定包含系统建模约束和系统运行约束的多时段含分布式电源配电网供电恢复最优化问题约束条件；

对所述多时段含分布式电源配电网供电恢复最优化问题约束条件中的非线性部分进行线性化处理。

进一步的，所述以总用户停电损失值最小为目标的多时段含分布式电源配电网供电恢复目标函数为：

式中，CIC

所述系统建模约束包括分布式电源输出约束和辐射状拓扑约束；

其中，所述分布式电源输出约束如下：

式中，

所述节点i处所连可控分布式电源，包括但不限于微型燃气轮机、柴油发电机等，均满足下列输出约束：

式中，P

所述节点i处所连不可控分布式电源，包括但不限于风力发电、光伏发电等，均满足下列输出约束：

式中，

所述节点i处所连储能系统，满足下列输出约束：

式中，

所述辐射状拓扑约束如下：

式中，b

所述系统运行约束包括配电网潮流约束、安全运行约束以及系统热备用容量约束；

其中，所述配电网潮流约束如下所示：

式中，P

所述安全运行约束如下所示

式中，

所述系统热备用容量约束如下所示：

式中，μ为系统热备用率；

进一步的，对所述多时段含分布式电源配电网供电恢复最优化问题约束条件中的非线性部分进行线性化处理的步骤包括：

对所述多时段含分布式电源配电网供电恢复最优化问题约束条件中的功率潮流平方项进行分段近似线性化；具体如下：

所述多时段配电网供电恢复最优化问题约束条件中的功率潮流平方项包括有功功率潮流平方项

式中，

无功功率潮流平方项

对所述多时段含分布式电源配电网供电恢复最优化问题约束条件中的电压幅值平方项以常数标准值近似线性化；如下所示：

式中，U

最后，应用基于MATLAB平台的Gurobi求解器提供的混合整数线性规划(mixed-integer linear programming,MILP)求解方法对所述多时段含分布式电源配电网供电恢复模型进行求解，得到的多时段含分布式电源配电网负荷供电恢复方案为以各个恢复时段负荷恢复状态、馈线开关状态和分布式电源输出为决策变量的动态孤岛划分方案和分布式电源输出分配方案。

一种适用于含分布式电源配电网的供电恢复方法的应用，所述适用于含分布式电源配电网的供电恢复方法能应用在极端天气下，变电站无法正常工作，配电网仅以分布式电源作为供电恢复电能来源的情况下。

作为举例，在本实施例中，为了验证本发明方案的有效性，进行如下仿真实验：

请参阅图2、图3，图2为本申请实施例提供的含分布式电源的33节点配电网系统图，图3为本申请实施例提供的风机和光伏24小时出力折线图；本发明使用了含分布式电源的33节点配电网系统，其中包含4个分布式电源。每个分布式电源包含一个微型燃气轮机、一个风机、一个光伏机组和一个储能系统。每个分布式电源中相同种类的电源具有相同的参数。微型燃气轮机的峰值输出功率为600kw，风机和光伏的峰值输出功率分别为500kW和300kw，且风机和光伏的最小允许功率因数均为0.9，其各自的24小时出力如图3所示。储能系统的参数如表一所示。

表一储能系统参数

根据中国某市统计局公布的地区工资和生产数据，通过计算得出每种用户的单小时用户停电损失值，如表二所示。为了更贴合实际，设置工作时间为9:00-17:00，这段时间以外的用户停电损失值更小。所有用户负载都设定为可中断负载。配电网供电恢复时间段的开始时间是上午11点，总恢复时间是10小时，每个时间段时长是1小时。

表二每种用户的单小时用户停电损失值(单位：元)

请参阅图4。图4为本申请实施例提供的使用本发明供电恢复方法时各种分布式电源在各个恢复时刻的有功出力仿真结果柱状图。从图4可以看出，本发明提出的配电网供电恢复方法能够协调微型燃气轮机和储能系统的输出功率，以应对风机和光伏机组的不确定性，保持用于负载恢复的输出功率稳定。

为了进一步验证本发明所提配电网供电恢复方法的有效性，进行了与目标函数为最大化加权供电时间的基于时间模型的配电网供电恢复方法的对比仿真，并与本发明中的配电网供电恢复方法在相同约束条件下进行求解。为了便于比较，设置住宅、第一产业用户、第二产业用户和第三产业用户的权重分别为0.1、1、10、100。两种供电恢复方法的部分仿真结果比较如表三所示。

表三两种供电恢复方法的部分仿真结果

由表三可以明显看出，与基于时间模型的相比供电恢复方法，基于用户停电损失的供电恢复方法具有更大的总恢复负荷电能，更小的总总用户停电损失值，更高的可再生能源利用效率，在增强配电系统的弹性方面更具优势。

请参阅图5，图5为本申请实施例提供的本发明供电恢复方法与基于时间模型的供电恢复方法对比的每时刻恢复供电负荷功率仿真结果柱状图。从图,5中可以看出，尽管两种供电恢复方法都能保证产业用户的供电，但本发明中的供电恢复方法能恢复更多的住宅用户负荷，并一直保持稳定较高的电能供应水平。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。