一種含分布式電源配電網(wǎng)的孤島劃分方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種電力系統(tǒng)的孤島劃分方法，具體涉及一種含分布式電源配電網(wǎng)的 孤島劃分方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 計(jì)劃孤島有可能成為未來配電系統(tǒng)發(fā)生故障后充分利用分布式電源的一種理想 方法。目前對(duì)含分布式電源配電網(wǎng)的孤島劃分方法進(jìn)行了研究，這些方法又可以分為離線 孤島劃分和在線孤島劃分兩種。離線孤島劃分是指是指采用傳統(tǒng)的解列方式，一般基于離 線計(jì)算，實(shí)現(xiàn)確定好解列點(diǎn)，由解列裝置根據(jù)本地信息判斷，確定是否動(dòng)作解列，使非計(jì)劃 孤島轉(zhuǎn)化為計(jì)劃孤島運(yùn)行。目前在實(shí)際電網(wǎng)中幾乎所有的電力系統(tǒng)均采用這種離線選擇 解列點(diǎn)的方式。但是該方法對(duì)于多變的電網(wǎng)往往不適合，不能反映電網(wǎng)的實(shí)際情況、整定困 難。同時(shí)，配電網(wǎng)中故障復(fù)雜，不同的故障點(diǎn)位置如果采用相同的解列方式，有可能無法發(fā) 揮分布式電源的作用，導(dǎo)致某些的重要負(fù)荷無法恢復(fù)供電?；陔x線孤島劃分的缺點(diǎn)，有學(xué) 者對(duì)在線孤島劃分進(jìn)行了研究，主要方法有：（1)啟發(fā)式孤島劃分方法：采用節(jié)點(diǎn)賦權(quán)的圖 論模型求解。根據(jù)故障前的潮流數(shù)據(jù)，從DG源點(diǎn)單元出發(fā)，不斷融合相鄰的源點(diǎn)節(jié)點(diǎn)和負(fù) 荷節(jié)點(diǎn)，直至源點(diǎn)單元中的功率輸出與負(fù)荷基本匹配，此時(shí)得到的孤島方案就是最終的孤 島方案，孤島的邊緣就是解列點(diǎn)。該方法能夠快速得到孤島方案，但是該方法不能形成最大 范圍的潛在孤島。（2)基于有根樹的孤島劃分方法：根據(jù)配電網(wǎng)的輻射狀結(jié)構(gòu)和故障恢復(fù) 的特點(diǎn)，提出利用具有層次特性的根樹對(duì)分布式發(fā)電孤島劃分問題建模。最終采用分層和 深度優(yōu)先搜索的方法解決孤島劃分問題。該方法縮小了搜索空間，大大減小了決策時(shí)間，但 是該方法只有在分布式電源處于配電網(wǎng)末端時(shí)才能形成孤島，同時(shí)不能得到最優(yōu)解。（3)基 于最小生成樹的孤島劃分方法：基于Prim算法的分布式孤島劃分方法，將孤島問題轉(zhuǎn)化為 求取連通圖的最小生成樹。對(duì)含負(fù)荷和變壓器的線路進(jìn)行不同的賦權(quán)，用功率平衡約束進(jìn) 行判斷，知道最終不再滿足約束為止。該方法能用于配電網(wǎng)的環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)，但是文獻(xiàn)中的賦權(quán) 方法只能用于35kV及以上的高壓配網(wǎng)，對(duì)于中壓配電網(wǎng)不適用，同時(shí)該方法不能得到最優(yōu) 解。（4)基于分支定界和動(dòng)態(tài)規(guī)劃的孤島劃分方法；這兩種方法可以在輻射狀配電網(wǎng)中的 得到最優(yōu)解，但是缺點(diǎn)在于不能處理網(wǎng)格狀配電網(wǎng)，同時(shí)在系統(tǒng)規(guī)模較大的情況下，搜索效 率較低。（5)基于分層控制的孤島劃分方法：將含有分布式發(fā)電系統(tǒng)的電網(wǎng)進(jìn)行孤島分層， 通過控制不同層次的孤島控制單元和并網(wǎng)逆變器以實(shí)現(xiàn)孤島運(yùn)行。該種方法可以理解為離 線孤島劃分和在線孤島劃分的結(jié)合，能夠保證并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)在并網(wǎng)和孤島下靈活運(yùn)行，但 是該方法也存在離線孤島劃分的缺點(diǎn)，靈活度優(yōu)先，需要采取切負(fù)荷等措施。難以得到最優(yōu) 解?，F(xiàn)有的孤島劃分算法的缺點(diǎn)有兩個(gè)，一是不能處理含環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜配電網(wǎng)，二是當(dāng)配 電網(wǎng)規(guī)模較大時(shí)難以在保證計(jì)算速度的前提下保證得到最優(yōu)解。進(jìn)一步研究合理的孤島劃 分方法，對(duì)于DG比重較高的配電網(wǎng)故障后的恢復(fù)具有積極意義，能實(shí)現(xiàn)快速有效的配電網(wǎng) 供電恢復(fù)。
[0003] 圖論是一門應(yīng)用廣泛且內(nèi)容豐富的學(xué)科，隨著計(jì)算機(jī)和數(shù)學(xué)軟件的發(fā)展，圖論越 來越多地被人們應(yīng)用到實(shí)際生活和生產(chǎn)中，也成為解決眾多實(shí)際問題的重要工具。配電網(wǎng) 中元器件和負(fù)荷眾多，使用圖論來分析配電網(wǎng)可以直觀的表示配電網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浜统绷鞣?布。因此，很多文獻(xiàn)中都使用圖論來處理配電網(wǎng)分析問題。設(shè)簡單圖G= (T，E)，T為圖G 的子圖，若滿足V(T) =V(G)且T為樹，則T就為圖G的一顆生成樹。結(jié)合生成樹的定義， 易知每個(gè)連通圖均有其生成樹。若在圖G中考慮權(quán)值，也就是在加權(quán)連通圖G中，生成樹 也就定義了它的權(quán)值，其值為生成樹中所有邊上的權(quán)值總和，而權(quán)值最小的生成樹稱為該 圖的最小生成樹（Minimum Spanning Tree)?，F(xiàn)有的最小生成樹算法主要有Prim算法和 Kruskal 算法。
[0004] 19世紀(jì)，英國生物學(xué)家達(dá)爾文根據(jù)對(duì)世界各地生活的考察資料和人工選擇的實(shí) 驗(yàn)，提出了生物進(jìn)化理論。自然選擇學(xué)說是達(dá)爾文進(jìn)化論的核心內(nèi)容。根據(jù)達(dá)爾文的進(jìn)化 論，生物發(fā)展進(jìn)化主要有三個(gè)原因，就是遺傳、變異和選擇。生物進(jìn)化論揭示了生物長期自 然選擇進(jìn)化的發(fā)展規(guī)律，使得科學(xué)家從中收到了啟迪，認(rèn)識(shí)到進(jìn)化論、自然選擇過程中發(fā)展 出一種搜索和進(jìn)化的先進(jìn)思想，并將這種思想用于工程技術(shù)領(lǐng)域，發(fā)展出遺傳算法。早在 1967年J. D. Bagley就首次提出了遺傳算法的概念。1975年美國密執(zhí)安大學(xué)的心理學(xué)教 授、電工和計(jì)算機(jī)科學(xué)教授Holland提出了遺傳算法理論和方法。近年來遺傳算法已經(jīng)吸 引了大量的研究者進(jìn)行探索并被用于求解帶有應(yīng)用前景的問題，例如遺傳程序設(shè)計(jì)、函數(shù) 優(yōu)化、排序問題、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、分類系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)圖像處理和機(jī)器人運(yùn)動(dòng)規(guī)劃等。遺傳算 法是從代表問題可能潛在解集的一個(gè)種群（population)開始的，一個(gè)種群則由經(jīng)過基因 (gene)編碼（coding)的一定數(shù)目的個(gè)體（individual)組成。每個(gè)個(gè)體實(shí)際上是染色體 (chromsome)帶有特征的實(shí)體。染色體作為遺傳物質(zhì)的主要載體，即多個(gè)基因的集合，其內(nèi) 部表現(xiàn)（即基因型）是某種基因組合。遺傳算法從開始需要實(shí)現(xiàn)從變現(xiàn)型到基因型的映射 即編碼工作。初始種群產(chǎn)生之后，按照適者生存和優(yōu)勝劣汰的遠(yuǎn)離，逐代（generation)演 化產(chǎn)生出越來越好的近似解。在每一代，根據(jù)問題域中個(gè)體的適應(yīng)度（fitness)大小挑選 個(gè)體，并借助于自然遺傳學(xué)的遺傳算子（genetic operators)進(jìn)行組合交叉（crossover) 和變異（mutation)，產(chǎn)生出代表新的解集的種群。這個(gè)過程將導(dǎo)致種群像自然進(jìn)化一樣的 后生代種群比前代更加適應(yīng)于環(huán)境，末代中群眾的最優(yōu)個(gè)體經(jīng)過解碼（decoding)，可以作 為問題近似最優(yōu)解。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005] 針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的是提供一種含分布式電源配電網(wǎng)的孤島劃分 方法，本發(fā)明采用最小生成樹算法和改進(jìn)遺傳算法相結(jié)合的方法解決了配電網(wǎng)的孤島劃分 問題。根據(jù)配電網(wǎng)的特點(diǎn)，對(duì)配電網(wǎng)模型進(jìn)行了簡化，通過最小生成樹算法將含環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu) 的配電網(wǎng)簡化為負(fù)荷恢復(fù)順序最優(yōu)的輻射狀配電網(wǎng)，再采用改進(jìn)遺傳算法最終得到最優(yōu)孤 島，提高了搜索效率，能夠快速有效的得到最優(yōu)解，具有良好的實(shí)用性。
[0006] 本發(fā)明的目的是采用下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：
[0007] 本發(fā)明提供一種含分布式電源配電網(wǎng)的孤島劃分方法，其改進(jìn)之處在于，所述方 法包括下述步驟：
[0008] (1)孤島劃分問題建模；
[0009] ⑵配電網(wǎng)的無向圖權(quán)值整定；
[0010] (3)基于最小生成樹形成輻射狀配電網(wǎng)；
[0011] (4)基于改進(jìn)遺傳算法的含分布式電源配電網(wǎng)孤島劃分；
[0012] (5)含多個(gè)分布式電源的配電網(wǎng)孤島劃分。
[0013] 進(jìn)一步的，所述步驟（1)中，孤島劃分的原則如下：
[0014] A、用于最大限度的恢復(fù)負(fù)荷供電，并保證孤島內(nèi)重要負(fù)荷（如重要交通樞紐、重 要通訊樞紐、重要賓館、大型體育場館、醫(yī)院等）優(yōu)先恢復(fù)；
[0015] B、孤島形成后，保證孤島內(nèi)的設(shè)備和電力線路都處于安全狀態(tài)，即避免設(shè)備過載 和電壓越限；
[0016] 孤島劃分的目標(biāo)函數(shù)如下：
[0018] 式中，N代表非故障失電區(qū)域內(nèi)的負(fù)荷的數(shù)目；P1R表負(fù)荷L1消耗的有功功率；O 1 代表負(fù)荷L1的重要程度，負(fù)荷越重要，ω i越大；Χι為一個(gè)二進(jìn)制的變量，Xi = 1表示L1被 接入孤島；Xi = 0表示Li未接入孤島；
[0019] 孤島劃分的約束條件包括：
[0020] ①孤島內(nèi)的功率約束：
[0021] 孤島內(nèi)的功率達(dá)到平衡，即總的負(fù)荷功率之和不大于分布式電源的容量，以保證 分布式電源具有調(diào)節(jié)閾值：
3)1
[0023] 式中：PD(；為分布式電源的容量；
[0024] ②節(jié)點(diǎn)電壓約束：
[0025] 35kV及以上供電電壓正負(fù)偏差的絕對(duì)值之和不超過額定電壓的10%，IOkV及以 下三相供電電壓允許偏差為額定電壓的±7%，節(jié)點(diǎn)電壓約束為：
[0026] Ubnin ^ Ub ^ Ubnax 4)；
[0027] 式中：Ub代表節(jié)點(diǎn)電壓，Ubniin為節(jié)點(diǎn)電壓下限，U bniax為節(jié)點(diǎn)電壓上限；
[0028] ③支路電流約束：孤島內(nèi)支路電流不能超過負(fù)荷的額定電流：
[0029] I1 ^ Ilinax 5)；
[0030] 式中=I1為支路電流，Iliniax為支路電流上限；
[0031] ④網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浼s束：分布式電源孤島采用輻射狀配電網(wǎng)；
[0032] 含分布式電源的配電網(wǎng)的孤島劃分模型表示為：
[0035] 進(jìn)一步的，所述步驟（2)中，配電網(wǎng)的無向圖權(quán)值整定如下：最小生成樹算法針對(duì) 連通圖的邊，對(duì)配電網(wǎng)無向圖的邊進(jìn)行賦權(quán)；圖中每一條邊連接著兩個(gè)負(fù)荷節(jié)點(diǎn)：
[0036] 兩個(gè)負(fù)荷節(jié)點(diǎn)a和b，節(jié)點(diǎn)a代表的負(fù)荷及其重要程度分別為Pa和ω3 ;節(jié)點(diǎn)b代 表的負(fù)荷及其重要程度分別為Pb和，則λ a = Pa · ω3, λ b = Pb · c〇b ;把邊a，b的權(quán)值 整定為：
[0038] 進(jìn)一步的，所述步驟（3)中，根據(jù)簡化的配電網(wǎng)模型，建立最小生成樹算法的矩陣 描述模型，構(gòu)造矩陣來描述不包含分布式電源的由負(fù)荷節(jié)點(diǎn)和開關(guān)線路所組成的圖；
[0039] 負(fù)荷權(quán)值矩陣N，如下：
[0041] N是一個(gè)3Xn的矩陣，描述了非故障失電區(qū)域內(nèi)負(fù)荷的性