本發(fā)明涉及微電網(wǎng)領(lǐng)域，尤其是一種微電網(wǎng)線性化潮流計(jì)算方法。

背景技術(shù)：

微電網(wǎng)是有多種分布式電源(distributedgeneration,dg)、配電線路以及負(fù)荷構(gòu)成的中低壓電力系統(tǒng)，它的穩(wěn)態(tài)模型是潮流方程。而潮流方程的計(jì)算是微電網(wǎng)的系統(tǒng)規(guī)劃、經(jīng)濟(jì)調(diào)度、狀態(tài)估計(jì)、電壓控制等應(yīng)用技術(shù)的基礎(chǔ)。因此，對(duì)微電網(wǎng)潮流方程的建模、分析與計(jì)算，是微電網(wǎng)最重要的科研工作之一。

為大量消納可再生能源，同時(shí)提高用戶電能質(zhì)量，大量微電網(wǎng)控制策略被提出，如今形成了以分層控制為標(biāo)準(zhǔn)，多控制器之間相互協(xié)調(diào)的體系。微電網(wǎng)內(nèi)部的控制系統(tǒng)分為兩層，一次控制是微電源控制器采用本地信息來迅速調(diào)節(jié)dg出力，保持系統(tǒng)電壓和頻率穩(wěn)定，一般采用各種下垂控制策略；二次控制用來調(diào)節(jié)一次控制所產(chǎn)生的靜差，根據(jù)通訊條件不同分為集中式、分散式和分布式三大類?，F(xiàn)有的方法根據(jù)控制策略的不同將微電網(wǎng)潮流計(jì)算進(jìn)行分類，并將控制策略的具體模型帶入非線性潮流方程中考慮。然而，這一做法導(dǎo)致：

1)當(dāng)逆變器數(shù)量較多時(shí)，將大幅增加方程的維數(shù)，而且需要對(duì)不同的控制策略進(jìn)行單獨(dú)建模，增加了問題的復(fù)雜程度。

2)非線性交流潮流方程的各狀態(tài)變量高度耦合，需要依賴數(shù)值迭代方法求解。然而，迭代方法計(jì)算效率較低，而且收斂性難以保證，無法微電網(wǎng)的在線應(yīng)用，如實(shí)時(shí)調(diào)度、靜態(tài)安全分析等對(duì)計(jì)算時(shí)間的要求。

由于線性方程組具有成熟的求解方法，不存在收斂性問題，且可以求得未知量的解析表達(dá)式。因此，將非線性潮流方程線性化是一種常用方法，典型的是廣泛應(yīng)用于輸電系統(tǒng)的直流潮流。然而，直流潮流假設(shè)了所有母線電壓為常數(shù)、各相鄰節(jié)點(diǎn)間的相位差很小、忽略線路電阻以及無功功率。這些假設(shè)嚴(yán)重不符合較高的中低壓微電網(wǎng)工況，會(huì)導(dǎo)致較差。另外一個(gè)常用的潮流方程線性近似是配電網(wǎng)線性化支路潮流方程，即“l(fā)indistflow”，它假設(shè)系統(tǒng)中網(wǎng)絡(luò)為輻射狀拓?fù)?，消去了電壓相角，且忽略了系統(tǒng)線路損耗。因此，該方法對(duì)微電網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)做出了限制，求解各節(jié)點(diǎn)電壓相角，且在線路重載的情況下會(huì)產(chǎn)生較大的誤差。

綜上所述，現(xiàn)有的微電網(wǎng)非線性潮流計(jì)算方法難以保證計(jì)算的高效性和收斂的穩(wěn)定性；而現(xiàn)有的線性化潮流計(jì)算方法無法保證結(jié)果的高精確性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供一種微電網(wǎng)線性化潮流計(jì)算方法，對(duì)微電網(wǎng)控制系統(tǒng)所要達(dá)到的平衡點(diǎn)進(jìn)行建模，大幅降低方程維度，并將非線性潮流方程線性化，提升計(jì)算結(jié)果的精確度。

一種微電網(wǎng)線性化潮流計(jì)算方法，包括如下步驟：

獲取微電網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)參數(shù)；

為各分布式電源dg成比例分配負(fù)荷功率，計(jì)算dg節(jié)點(diǎn)注入功率，具體為

其中，分別為dg注入節(jié)點(diǎn)i的不包含線損的有功功率估計(jì)值和無功功率估計(jì)值，plj、qlj分別為節(jié)點(diǎn)j的負(fù)荷功率，mi和ni分別為由dg的控制參數(shù)所決定的功率分配因子，ng、nl分別是微電網(wǎng)節(jié)點(diǎn)集合n＝{0,1，…，n}的電源節(jié)點(diǎn)和負(fù)荷節(jié)點(diǎn)子集合；

依據(jù)微電網(wǎng)在不同控制策略下所要達(dá)到的平衡點(diǎn)，建立如下微電網(wǎng)線性化潮流方程：

其中，δv為節(jié)點(diǎn)電壓偏移相量所組成的矢量，s為各節(jié)點(diǎn)注入復(fù)功率矢量，vn為微電網(wǎng)無負(fù)荷接入時(shí)的各節(jié)點(diǎn)電壓矢量；

依據(jù)所述線性化潮流方程計(jì)算接入負(fù)荷后節(jié)點(diǎn)電壓的偏移量、節(jié)點(diǎn)電壓幅值、節(jié)點(diǎn)電壓相角以及包含線損的dg輸出功率。

優(yōu)選的，所述節(jié)點(diǎn)電壓的偏移量的計(jì)算過程具體為：

解析所述線性化潮流方程，依據(jù)下列計(jì)算式計(jì)算負(fù)荷接入后的節(jié)點(diǎn)電壓偏移相量：

其中，δe和δf分別為δv的實(shí)部和虛部矢量，en和fn分別為vn的實(shí)部和虛部矢量，i為n維單位矩陣，h、n、j和k為子矩陣。

優(yōu)選的，所述子矩陣h、n、j和k的計(jì)算過程具體為：

建立如下矩陣：

dv＝diag(en)²-diag(fn)²

其中，為無負(fù)荷節(jié)點(diǎn)電壓幅值；

子矩陣h、n、j和k依據(jù)如下計(jì)算式獲得：

其中，*表示矩陣的hadamard積。

優(yōu)選的，所述節(jié)點(diǎn)電壓幅值和節(jié)點(diǎn)電壓相角的計(jì)算過程具體為：

計(jì)算直角坐標(biāo)系下的節(jié)點(diǎn)電壓相量：v＝vn+δv，式中，為各節(jié)點(diǎn)電壓相量所組成的矢量；

依據(jù)節(jié)點(diǎn)電壓相量計(jì)算節(jié)點(diǎn)電壓幅值：e＝en+δe，式中，為節(jié)點(diǎn)電壓幅值矢量，en＝[|vn1|,...,|vnn|]^t為無負(fù)荷電壓幅值矢量；

計(jì)算節(jié)點(diǎn)電壓相角：θ＝θn+δf，式中，θ節(jié)點(diǎn)電壓相角矢量，θn＝[θn1,...,θnn]^t為無負(fù)荷電壓相角矢量，其中各節(jié)點(diǎn)無負(fù)荷電壓相角的計(jì)算公式為：

優(yōu)選的，所述獲取微電網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)參數(shù)的步驟具體包括：

讀取微電網(wǎng)的各網(wǎng)絡(luò)參數(shù)，生成節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣y，將節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣分解為

定義節(jié)點(diǎn)阻抗矩陣為

優(yōu)選的，所述dg輸出功率的計(jì)算過程如下：

取出矩陣ym中所有dg節(jié)點(diǎn)所在的行，并按照dg節(jié)點(diǎn)在前，負(fù)荷節(jié)點(diǎn)在后的排列順序生成矩陣yg＝[ygg,ygl]，其中

dg輸出功率的計(jì)算式為：sg＝diag(vg)yggvg+diag(vg)yglvl；

其中，vg為dg節(jié)點(diǎn)電壓矢量，vl為負(fù)荷節(jié)點(diǎn)電壓矢量，sg為包含線損的dg輸出功率矢量。

優(yōu)選的，所述無負(fù)荷接入時(shí)各節(jié)點(diǎn)電壓的計(jì)算式為：

vn＝zy0v0，式中，v0為pcc節(jié)點(diǎn)的電壓值。

本發(fā)明的有益效果是，本發(fā)明根據(jù)微電網(wǎng)不同控制策略所要達(dá)到的共同目的，依據(jù)控制系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)平衡點(diǎn)進(jìn)行建模，無需考慮微電源控制器的內(nèi)部動(dòng)態(tài)，大幅降低方程維數(shù)，簡(jiǎn)化了建模。同時(shí)，將非線性潮流方程線性化，從而得到各未知量的解析表達(dá)式，僅需要求解線性方程組，即可得到，計(jì)算結(jié)果的精確度更高。

附圖說明

圖1為本發(fā)明一種實(shí)施例的微電網(wǎng)線性化潮流計(jì)算方法的流程圖；

圖2為本發(fā)明一種實(shí)施例的微電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為基礎(chǔ)負(fù)荷下的電壓幅值結(jié)果比較圖；

圖4為基礎(chǔ)負(fù)荷下的電壓相角結(jié)果比較圖；

圖5為2.5倍負(fù)荷下的電壓幅值結(jié)果比較圖；

圖6為2.5倍負(fù)荷下的電壓幅值結(jié)果比較圖。

具體實(shí)施方式

下面通過具體實(shí)施方式結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。

本發(fā)明實(shí)施例提供一種微電網(wǎng)線性化潮流計(jì)算方法，包括如下步驟：

s101：獲取微電網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)參數(shù)；

微電網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)參數(shù)是指為建立微電網(wǎng)線性化潮流方程所需的網(wǎng)絡(luò)參數(shù)，包括微電網(wǎng)的節(jié)點(diǎn)數(shù)量、節(jié)點(diǎn)電壓等，具體可以通過微電網(wǎng)內(nèi)設(shè)置的各種傳感器獲得。

在獲取到各網(wǎng)絡(luò)參數(shù)后，可依據(jù)微電網(wǎng)的各網(wǎng)絡(luò)參數(shù)，生成節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣y，將節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣分解為

定義節(jié)點(diǎn)阻抗矩陣為

s102：為各分布式電源dg成比例分配負(fù)荷功率，計(jì)算dg節(jié)點(diǎn)注入功率；

將微電網(wǎng)不同控制策略所要達(dá)到的平衡點(diǎn)，即各dg成比例分配負(fù)荷功率，進(jìn)行建模。微電網(wǎng)的一次、二次控制的目標(biāo)在于將有功負(fù)荷、無功負(fù)荷在各dg之間成比例分配，有：

當(dāng)不計(jì)線路損耗時(shí)，可以得出dg節(jié)點(diǎn)注入功率的估計(jì)值，具體為：

其中，分別為dg注入節(jié)點(diǎn)i的不包含線損的有功功率估計(jì)值和無功功率估計(jì)值，plj、qlj分別為節(jié)點(diǎn)j的負(fù)荷功率，mi和ni分別為由dg的控制參數(shù)所決定的功率分配因子，ng、nl分別是微電網(wǎng)節(jié)點(diǎn)集合n＝{0,1，…，n}的電源節(jié)點(diǎn)和負(fù)荷節(jié)點(diǎn)子集合。

s103：依據(jù)微電網(wǎng)在不同控制策略下所要達(dá)到的平衡點(diǎn)，建立微電網(wǎng)線性化潮流方程；

在傳統(tǒng)的高斯-賽德爾潮流計(jì)算方法中，非線性潮流方程可以寫成如下隱式z-bus形式：v＝zdiag(v)^-1s+zy0v0，此時(shí)，負(fù)荷接入后的節(jié)點(diǎn)電壓偏移相量為δv＝v-vn＝zdiag(vn+δv)^-1s，式中，δv為節(jié)點(diǎn)電壓偏移相量所組成的矢量；s為各節(jié)點(diǎn)注入復(fù)功率矢量。

當(dāng)|δvi|＜1時(shí)，該式可以展開為如下諾依曼級(jí)數(shù)形式：

忽略式中高階項(xiàng)，得到如下形式的微電網(wǎng)線性化潮流方程：

其中，δv為節(jié)點(diǎn)電壓偏移相量所組成的矢量，s為各節(jié)點(diǎn)注入復(fù)功率矢量，vn為微電網(wǎng)無負(fù)荷接入時(shí)的各節(jié)點(diǎn)電壓矢量。

s104：依據(jù)所述線性化潮流方程計(jì)算接入負(fù)荷后節(jié)點(diǎn)電壓的偏移量、節(jié)點(diǎn)電壓幅值、節(jié)點(diǎn)電壓相角以及包含線損的dg輸出功率。

利用上述待求解參數(shù)與網(wǎng)絡(luò)參數(shù)間的線性關(guān)系，可通過解析表達(dá)式方式求解，所述節(jié)點(diǎn)電壓的偏移量的計(jì)算過程具體為：

解析所述線性化潮流方程，依據(jù)下列計(jì)算式計(jì)算負(fù)荷接入后的節(jié)點(diǎn)電壓偏移相量：

其中，δe和δf分別為δv的實(shí)部和虛部矢量，en和fn分別為vn的實(shí)部和虛部矢量，i為n維單位矩陣，h、n、j和k為子矩陣。

具體的，所述子矩陣h、n、j和k的計(jì)算過程具體為：

建立如下矩陣：

dv＝diag(en)²-diag(fn)²

其中，為無負(fù)荷節(jié)點(diǎn)電壓幅值；

子矩陣h、n、j和k依據(jù)如下計(jì)算式獲得：

其中，*表示矩陣的hadamard積。

節(jié)點(diǎn)電壓幅值和節(jié)點(diǎn)電壓相角的計(jì)算過程具體為：

計(jì)算直角坐標(biāo)系下的節(jié)點(diǎn)電壓相量：v＝vn+δv，式中，為各節(jié)點(diǎn)電壓相量所組成的矢量；

依據(jù)節(jié)點(diǎn)電壓相量計(jì)算節(jié)點(diǎn)電壓幅值：e＝en+δe，式中，為節(jié)點(diǎn)電壓幅值矢量，en＝[|vn1|,...,|vnn|]^t為無負(fù)荷電壓幅值矢量；

計(jì)算節(jié)點(diǎn)電壓相角：θ＝θn+δf，式中，θ節(jié)點(diǎn)電壓相角矢量，θn＝[θn1,...,θnn]^t為無負(fù)荷電壓相角矢量，其中各節(jié)點(diǎn)無負(fù)荷電壓相角的計(jì)算公式為：

dg輸出功率的計(jì)算過程如下：

取出矩陣ym中所有dg節(jié)點(diǎn)所在的行，并按照dg節(jié)點(diǎn)在前，負(fù)荷節(jié)點(diǎn)在后的排列順序生成矩陣yg＝[ygg,ygl]，其中

dg輸出功率的計(jì)算式為：sg＝diag(vg)yggvg+diag(vg)yglvl；

其中，vg為dg節(jié)點(diǎn)電壓矢量，vl為負(fù)荷節(jié)點(diǎn)電壓矢量，sg為包含線損的dg輸出功率矢量。

其中，上述實(shí)施例中的無負(fù)荷接入時(shí)各節(jié)點(diǎn)電壓的計(jì)算方式可采用現(xiàn)有方法，在傳統(tǒng)的高斯-賽德爾潮流計(jì)算方法中，非線性潮流方程可以寫成如下隱式z-bus形式

v＝zdiag(v)^-1s+zy0v0

此時(shí)，無負(fù)荷節(jié)點(diǎn)電壓可由如下公式計(jì)算：vn＝zy0v0，式中，v0為pcc節(jié)點(diǎn)的電壓值。

至此，所有潮流計(jì)算中的待求量均可以由上述解析表達(dá)式經(jīng)簡(jiǎn)單的矩陣運(yùn)算得出，且無需迭代，不存在收斂性問題。

本發(fā)明實(shí)施例可采用ieee-123節(jié)點(diǎn)三相配電網(wǎng)算例，選取其中一相并加入分布式電源進(jìn)行計(jì)算，如圖2所示，網(wǎng)絡(luò)與負(fù)荷參數(shù)來自ieee下屬配電系統(tǒng)分析委員會(huì)提供的標(biāo)準(zhǔn)算例系統(tǒng)集。

本發(fā)明提出方法得到的節(jié)點(diǎn)電壓、相角與交流潮流方程、傳統(tǒng)直流潮流方程、以及配電系統(tǒng)線性支路潮流方程在給定負(fù)荷以及重載條件下的對(duì)比如圖3、圖4、圖5和圖6所示。從圖中的對(duì)比可知，本發(fā)明所提出的方法的計(jì)算精度均高于現(xiàn)有線性化潮流計(jì)算方法，而且在重載條件下依然可以給出高精度的計(jì)算結(jié)果。相對(duì)于精確模型依賴于數(shù)值迭代方法，本方法僅需要求解線性方程組，計(jì)算效率高且不存在收斂性問題。該方法對(duì)微電網(wǎng)在線監(jiān)測(cè)、優(yōu)化規(guī)劃、狀態(tài)估計(jì)以及控制算法設(shè)計(jì)等方面都有重要意義，具有廣泛的推廣應(yīng)用前景。

以上內(nèi)容是結(jié)合具體的實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明所作的進(jìn)一步詳細(xì)說明，不能認(rèn)定本發(fā)明的具體實(shí)施只局限于這些說明。對(duì)于本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干簡(jiǎn)單推演或替換。