專利名稱：一種含光伏電源的城市微電網(wǎng)多孤島動(dòng)態(tài)劃分與運(yùn)行方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及分布式發(fā)電和微電網(wǎng)領(lǐng)域，尤其涉及一種含分布式光伏電源的微電網(wǎng)多孤島動(dòng)態(tài)運(yùn)行方法。
背景技術(shù)：
微電網(wǎng)是由分布式電源(distributed generation, DG,包括微型燃?xì)廨啓C(jī)、燃料電池、光伏電池、小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組)、儲(chǔ)能裝置(超級(jí)電容或蓄電池)、能量變換裝置、相關(guān)負(fù)荷和監(jiān)控、保護(hù)裝置匯集而成的小型發(fā)配電系統(tǒng)，且是可實(shí)現(xiàn)自我控制、保護(hù)和管理的自 治系統(tǒng)。以大電網(wǎng)為基礎(chǔ)，以由各種DG組成的微電網(wǎng)為補(bǔ)充，是充分利用可再生資源、建設(shè)智能電網(wǎng)的重要途徑，并已經(jīng)成為國(guó)際上配電網(wǎng)規(guī)劃與運(yùn)行的必然趨勢(shì)。DG的運(yùn)行具有并網(wǎng)和孤島兩種模式。并網(wǎng)模式是指在大電網(wǎng)正常供電的時(shí)候作為輔助電源并入，與大電網(wǎng)一起為負(fù)荷供電；孤島模式則是指當(dāng)大電網(wǎng)發(fā)生故障而與負(fù)荷斷開時(shí)，連接在負(fù)荷端的DG主動(dòng)形成微電網(wǎng)孤島，向負(fù)荷輸送所需的電能。新編制IEEE1547-2003標(biāo)準(zhǔn)鼓勵(lì)計(jì)劃性孤島運(yùn)行(intentional islanding),使大電網(wǎng)故障斷開時(shí)負(fù)荷能夠得到盡可能多的供電恢復(fù)，從而實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)的快速靈活自愈，提高供電可靠性。特別是我國(guó)自然災(zāi)害相對(duì)頻繁，例如2008年的南方冰凍災(zāi)害和汶川地震期間，中國(guó)電網(wǎng)都發(fā)生了較大面積的停電事故。由DG組成的微電網(wǎng)具有較強(qiáng)的電能應(yīng)急調(diào)度能力，可以在大電網(wǎng)突發(fā)故障時(shí)脫離主網(wǎng)孤島運(yùn)行，通過能量?jī)?yōu)化管理，保障重要負(fù)荷的可靠供電，從而極大地提高電網(wǎng)的抗災(zāi)自愈能力。但是這需要事先根據(jù)DG本身的特點(diǎn)以及分布位置等因素來確定合理的孤島供電區(qū)域和供電策略。在DG的孤島運(yùn)行中，負(fù)荷的需求與DG的發(fā)電量之間應(yīng)該形成動(dòng)態(tài)的適配，以實(shí)現(xiàn)DG發(fā)電功率的充分利用以及盡可能多的恢復(fù)失電的負(fù)荷，但是現(xiàn)有的孤島劃分的方法均沒有考慮到兩者匹配的問題。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種含分布式光伏電源的微電網(wǎng)多孤島動(dòng)態(tài)運(yùn)行方法。本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)手段實(shí)現(xiàn)的，包括如下步驟(I)對(duì)配電網(wǎng)故障處下游失電的各負(fù)荷需求功率曲線以及微電網(wǎng)中各分布式光伏電源的輸出功率曲線進(jìn)行未來24小時(shí)的短期預(yù)測(cè)。(2)對(duì)各負(fù)荷進(jìn)行行業(yè)分類及綜合，具體把按行業(yè)負(fù)荷分為第三產(chǎn)業(yè)、輕工業(yè)、重工業(yè)和市政生活四類，并對(duì)步驟(I)中預(yù)測(cè)得到的各負(fù)荷需求功率曲線進(jìn)行行業(yè)綜合。(3)利用三次樣條插值方法對(duì)各預(yù)測(cè)時(shí)段上的光伏電源輸出功率及各行業(yè)負(fù)荷綜合等效功率進(jìn)行三次多項(xiàng)式模擬。(4)將各負(fù)荷按供電優(yōu)先級(jí)劃分為重要負(fù)荷與非重要負(fù)荷。對(duì)于重要負(fù)荷要優(yōu)先對(duì)其供電，利用網(wǎng)損最小的原則對(duì)重要負(fù)荷進(jìn)行孤島劃分，決定對(duì)各重要負(fù)荷進(jìn)行供電的具體光伏電源，即判斷各重要負(fù)荷應(yīng)由哪個(gè)光伏電源所供給。(5)若某時(shí)段內(nèi)光伏電源的輸出功率除了滿足所屬重要負(fù)荷的要求外還有剩余，則可以供給非重要負(fù)荷。確定光伏電源輸出大于等于所屬重要負(fù)荷需求的時(shí)間段，即光伏電源輸出功率可以供給非重要負(fù)荷的時(shí)間段T。(6)對(duì)于非重要的負(fù)荷，在步驟(5)所確定的時(shí)間T內(nèi)，可以建立優(yōu)化模型，將總時(shí)段T劃分為粒度更小的分時(shí)段(例如每一小時(shí))，以各分時(shí)段為周期采用粒子群優(yōu)化算法對(duì)各光伏電源供給各行業(yè)非重要負(fù)荷的功率進(jìn)行優(yōu)化，使得負(fù)荷需求及光伏電源輸出功率之間的適配程度最大化。(7)根據(jù)各負(fù)荷的行業(yè)屬性及步驟(6)中所得到的優(yōu)化結(jié)果，以每一小時(shí)為周期對(duì)各光伏電源的孤島供電區(qū)域進(jìn)行動(dòng)態(tài)劃分，在整個(gè)配電網(wǎng)的失電區(qū)域中形成孤島供電與運(yùn)行策略。在完成對(duì)各光伏電源單獨(dú)的孤島規(guī)劃后，假如有兩個(gè)以上的光伏電源的孤島供電范圍路徑有重合，則將此多個(gè)光伏電源的供電范圍進(jìn)行合并，在合并的范圍內(nèi)的負(fù)荷均有多個(gè)電源對(duì)其供電。最終形成完整的多孤島供電策略?！け景l(fā)明的有益效果是本發(fā)明充分考慮了光伏電源日輸出曲線與城市電網(wǎng)中各典型行業(yè)的日綜合輸出曲線之間的功率適配，基于優(yōu)先供給重要負(fù)荷的原則，在各分時(shí)段里動(dòng)態(tài)地對(duì)非重要負(fù)荷按行業(yè)分類進(jìn)行優(yōu)化供給，以各光伏電源為根節(jié)點(diǎn)形成孤島，并考慮了多個(gè)單電源孤島供電區(qū)域相互融合的情況。該方法能夠充分利用光伏電源的輸出功率，在大電網(wǎng)無法供能的情形下最大程度地恢復(fù)負(fù)荷的供電，且優(yōu)化后負(fù)荷功率與發(fā)電量之間具有令人滿意的適配程度，對(duì)于城市配電網(wǎng)的動(dòng)態(tài)規(guī)劃與優(yōu)化調(diào)度具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。


圖I是本發(fā)明的處理流程圖；圖2是實(shí)施例美國(guó)PG&E69節(jié)點(diǎn)配電系統(tǒng)示意圖；圖3是在中國(guó)南方某光照充足的城市，經(jīng)預(yù)測(cè)和插值后得到的某日光伏電源日輸出曲線圖；圖4是同一城市內(nèi)經(jīng)預(yù)測(cè)和插值后得到的某日四類行業(yè)綜合日負(fù)荷曲線；圖5是中重要負(fù)荷的孤島劃分示意圖；圖6是多個(gè)獨(dú)立孤島合并方法的示意圖；圖7是實(shí)施例在7 =00-8:00時(shí)段內(nèi)的孤島劃分結(jié)果示意圖；圖8是圖7中DG2在優(yōu)化時(shí)段內(nèi)所供給的負(fù)荷功率與其發(fā)電量的適配程度結(jié)果示意圖。
具體實(shí)施例方式下面根據(jù)附圖詳細(xì)說明本發(fā)明，本發(fā)明的目的和效果將變得更加明顯。本發(fā)明的原理在于，現(xiàn)有的孤島劃分的方法均沒有考慮到兩者匹配的問題；本發(fā)明在此問題的基礎(chǔ)上，以分布式光伏電源為研究對(duì)象，對(duì)負(fù)荷進(jìn)行典型行業(yè)分類，并考慮各行業(yè)的日負(fù)荷負(fù)荷功率曲線與光伏電源日輸出曲線之間在各時(shí)間段內(nèi)的功率適配，利用粒子群優(yōu)化算法得到各光伏電源對(duì)各行業(yè)最優(yōu)的供給功率值，并結(jié)合各光伏電源安裝的地理位置選取合理的供電范圍，最終形成一個(gè)完整的孤島動(dòng)態(tài)供電方法。由于考慮到負(fù)荷的無功功率可以通過裝設(shè)無功補(bǔ)償裝置、電容器等進(jìn)行供給，因此本發(fā)明只考慮光伏電源有功功率與負(fù)荷有功功率之間的適配。本發(fā)明的處理流程如圖I所示，包括如下步驟I、對(duì)配電網(wǎng)故障處下游失電的各負(fù)荷需求功率曲線以及各光伏電源的輸出功率曲線進(jìn)行未來24小時(shí)的短期預(yù)測(cè)?？梢岳萌斯ど窠?jīng)網(wǎng)絡(luò)等方法對(duì)配電網(wǎng)故障處下游失電的各負(fù)荷需求功率曲線以及各光伏電源的輸出功率曲線進(jìn)行未來24小時(shí)的短期預(yù)測(cè)。2、對(duì)各負(fù)荷進(jìn)行行業(yè)分類及綜合，具體把按行業(yè)負(fù)荷分為第三產(chǎn)業(yè)、輕工業(yè)、重工業(yè)和市政生活四類，并利用文獻(xiàn)《基于用戶日負(fù)荷曲線的用電行業(yè)分類與綜合方法.電力系統(tǒng)自動(dòng)化.2010, 34(10) :56-61.》中的模糊C均值聚類方法對(duì)步驟I中預(yù)測(cè)得到的各負(fù)荷需求功率曲線進(jìn)行行業(yè)綜合。其實(shí)現(xiàn)方法描述如下(I)選取原始樣本特征向量，構(gòu)成用戶日負(fù)荷曲線的樣本特征向量集；(2)選擇分類特征量并對(duì)原始樣本進(jìn)行初始行業(yè)歸屬分類；(3)對(duì)初始分類結(jié)果進(jìn)行行業(yè)用戶精選；(4)求取各行業(yè)對(duì)應(yīng)的綜合日負(fù)荷曲線；(5)計(jì)算各聚類中心(行業(yè)綜合日負(fù)荷曲線)的特征參數(shù)，分析檢驗(yàn)分類與綜合結(jié)果的合理性。對(duì)于如圖2的實(shí)施例配電網(wǎng)，所加入的5個(gè)DG均為光伏電源，DGI-5的額定輸出功率分別為200、50、600、800、150kW。圖中，帶有下劃線的節(jié)點(diǎn)號(hào)表示在原系統(tǒng)中該節(jié)點(diǎn)處有負(fù)荷，小圓圈標(biāo)注的節(jié)點(diǎn)負(fù)荷為重要負(fù)荷，其余均為非重要負(fù)荷。所有節(jié)點(diǎn)負(fù)荷的行業(yè)類型所屬見表I所示。假設(shè)線路2-3處發(fā)生故障，導(dǎo)致大電網(wǎng)無法對(duì)故障下游的負(fù)荷進(jìn)行供電。表I :
權(quán)利要求
1.一種含光伏電源的城市微電網(wǎng)多孤島動(dòng)態(tài)劃分與運(yùn)行方法，其特征在于包括以下步驟 (1)對(duì)配電網(wǎng)故障處下游失電的各負(fù)荷需求功率曲線以及各光伏電源的輸出功率曲線進(jìn)行未來24小時(shí)的短期預(yù)測(cè)； (2)對(duì)各負(fù)荷進(jìn)行行業(yè)分類及綜合，具體把按行業(yè)負(fù)荷分為第三產(chǎn)業(yè)、輕工業(yè)、重工業(yè)和市政生活四類，并利用模糊C均值聚類方法對(duì)步驟I中預(yù)測(cè)得到的各負(fù)荷需求功率曲線進(jìn)行行業(yè)綜合； (3)利用三次樣條插值方法對(duì)各預(yù)測(cè)時(shí)段上的光伏電源輸出功率曲線及各行業(yè)負(fù)荷綜合等效功率曲線進(jìn)行三次多項(xiàng)式模擬，得到各光伏電源日輸出曲線和四類行業(yè)綜合日負(fù)荷曲線； (4)將各負(fù)荷按供電優(yōu)先級(jí)劃分為重要負(fù)荷與非重要負(fù)荷，對(duì)于重要負(fù)荷要優(yōu)先對(duì)其供電；利用網(wǎng)損最小的原則對(duì)重要負(fù)荷進(jìn)行孤島劃分，決定對(duì)各重要負(fù)荷進(jìn)行供電的具體光伏電源，即判斷各重要負(fù)荷應(yīng)由哪個(gè)光伏電源所供給； (5)若某時(shí)段內(nèi)光伏電源的輸出功率小于重要負(fù)荷的需求量時(shí)，電源的輸出功率要全額供給重要負(fù)荷，其不足量由其他類型的分布式電源進(jìn)行供給；若該時(shí)段光伏電源的輸出功率大于重要負(fù)荷的需求量時(shí)，則有剩余的功率輸出量可以供給非重要負(fù)荷；由下式確定光伏電源輸出大于等于所屬重要負(fù)荷需求的時(shí)間段，即光伏電源輸出可以供給非重要負(fù)荷的時(shí)間段T : 式中，Ps為光伏電源的額定功率；n為光伏電源所必須供給的重要負(fù)荷的個(gè)數(shù)A為各重要負(fù)荷的額定功率值；fs(t)為光伏電源的日輸出功率曲線的函數(shù)解析式，fi(t)為各重要負(fù)荷所屬行業(yè)的綜合日負(fù)荷曲線解析式； (6)對(duì)于非重要的負(fù)荷在步驟5所確定的時(shí)間段內(nèi)，可以建立優(yōu)化模型，將總時(shí)段T劃分為粒度更小的分時(shí)段，采用粒子群優(yōu)化算法對(duì)各光伏電源供給各行業(yè)非重要負(fù)荷的功率進(jìn)行優(yōu)化，使得負(fù)荷需求及光伏電源輸出之間的適配度達(dá)到最大；其優(yōu)化模型如下
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的含光伏電源的城市微電網(wǎng)多孤島動(dòng)態(tài)劃分與運(yùn)行方法，其特征在于所述步驟(I)中，可采用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)各負(fù)荷功率需求曲線及各光伏電源輸出功率曲線進(jìn)行短期預(yù)測(cè)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的含光伏電源的城市微電網(wǎng)多孤島動(dòng)態(tài)劃分與運(yùn)行方法，其特征在于所述步驟(4)具體為假設(shè)某一重要負(fù)荷j的有功功率需求和無功功率需求分別表示為Pi和Qi,該負(fù)荷由節(jié)點(diǎn)i上的光伏電源所供給，則i到重要負(fù)荷j的供電路徑上的線路總電阻和總電抗分別表示為Ru和Xu，假設(shè)需要保證重要負(fù)荷的電壓質(zhì)量，使其電壓水平保持為Uj,則功率Pi和Qi從光伏電源所在節(jié)點(diǎn)i傳輸?shù)截?fù)荷j，在線路上的有功網(wǎng)損Pltjss可由下式?jīng)Q定
全文摘要
本發(fā)明公開了一種含光伏電源的城市微電網(wǎng)多孤島動(dòng)態(tài)劃分與運(yùn)行方法，其特征在于，充分考慮配電網(wǎng)中負(fù)荷與光伏電源之間的日分布特性曲線差異，在優(yōu)先供給一類負(fù)荷的前提下，在各分時(shí)段里動(dòng)態(tài)地對(duì)二、三類負(fù)荷按行業(yè)分類進(jìn)行優(yōu)化供給，以各光伏電源為根節(jié)點(diǎn)形成孤島，并考慮了多個(gè)單電源孤島相互融合的情況。該方法先對(duì)各負(fù)荷的需求功率曲線以及各光伏電源的輸出功率曲線進(jìn)行未來24小時(shí)的短期預(yù)測(cè)，然后建立孤島供電的優(yōu)化模型，并通過三次樣條插值模擬幾類典型行業(yè)的日負(fù)荷曲線和光伏電源的日輸出功率曲線，然后采用粒子群優(yōu)化算法得到各分布式光伏電源在各時(shí)段對(duì)各行業(yè)的最優(yōu)供電功率，從而實(shí)現(xiàn)負(fù)荷要求與電源發(fā)電之間的動(dòng)態(tài)適配。
文檔編號(hào)H02J3/46GK102738834SQ201210214558
公開日2012年10月17日 申請(qǐng)日期2012年6月21日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月21日
發(fā)明者李承熹, 楊強(qiáng), 顏文俊 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)