[发明专利]考虑系统时变性的微网运行策略优化方法

权利要求书

1.一种考虑系统时变性的微网运行策略优化方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1、以故障持续时间内的重要负荷供电量最大及开关动作次数最小为供电恢复目标,建立多时步下主动配电网动态分区恢复模型；

步骤2、对主动配电网动态分区恢复模型中的非线性约束进行线性化处理，将其转化为混合整数规划模型；

步骤3、对混合整数规划模型进行优化求解，确定各时步下孤岛划分范围和待恢复供电的负荷节点；

步骤4、根据孤岛划分范围和待恢复供电的负荷节点，确定各时步下储能设备的充放电量，实现对负荷分配和储能设备充放电量的同步优化；

步骤1建立的多时步下主动配电网动态分区恢复模型具体为：

根据分布式电源在故障修复期间的实际发电量，以重要负荷供电量最大和开关动作最小为供电恢复目标，建立优化目标为：

式中，f₁——配电网分区运行过程中的负荷恢复量；

f₂——配电网分区过程中的开关操作次数；

N——该孤岛内待恢复节点的集合；

L——配电网中联络线的集合；

t——为一个小时间尺度；

T——故障持续时间；

K——配电网中孤岛的集合；

p_i^t——t时刻节点i的负荷功率大小；

w_i——节点i的权重系数；

x^t_ik——第i个负荷在t时刻由孤岛k供电的供电状态，x^t_ik＝1表示节点i在时段t由第k个孤岛进行供电，x^t_ik＝0表示节点i在时段t不由第k个孤岛进行供电；

s^t_i——第t时刻的负荷供电状态量；

s^t_l——第t时刻的联络线连接状态量；

为方便求解，将多目标优化问题转化为单目标优化问题：

式中，F——定义负荷恢复收益量F作为新的目标函数，故障持续时间内负荷恢复量越大，开关操作次数越小时，该配电网恢复策略收益越大；

α、β——分别表示负荷恢复量大小和开关动作次数的重要程度；

考虑到配电网孤岛微网运行过程中需要保持辐射状运行，且需要满足安全性约束以及储能设备的容量约束，确定微网运行过程中需要考虑的约束条件：

负荷集中约束：

若节点i∈N处的负荷在第t时刻可由分布式电源以孤岛的形式供电，则该节点仅属于一个微网k∈K，定义决策变量v^t_ik∈{0,1}，来表示节点i∈N是否属于微网k∈K，负荷集中约束表示为：

其中，与分布式电源k直接相连的节点一定属于微网k，由以下等式约束表示：

孤岛不变约束：

在一个大时间尺度内，为保证孤岛划分方案保持不变，决策变量v^t_ik应满足以下等式约束：

式中，r——配电网故障后划分的大时间尺度数；

连通性约束：

配电网具有辐射状供电的特点，每个微网都视作以分布式电源为根节点的子树，当某个子节点在微网k中时，其父节点一定也属于微网k，因此连通性约束表示为：

式中，θ_k(i)——节点i关于分布式电源k的父节点；

线路集中约束：

考虑线路状态与节点状态的关系，若节点i和节点j都属于微网k，即则节点i和节点j之间的联络线路属于微网k，由此可知，当线路(i,j)中关于k的子节点属于微网k，则线路(i,j)属于微网k，因此线路集中约束表示为：

式中，h＝δ_k^t(i,j)——节点线路与(i,j)在t时刻关于微网k的子节点；

负荷恢复约束：

若节点i处的负荷在t时刻由微网k恢复供电，需同时满足以下两个条件：1)节点i属于微网k，即v^t_ik＝1；2)与负荷相连的开关处于闭合状态，即s^t_i＝1，因此定义一个辅助变量x^t_ik＝v^t_ik·s^t_i，x^t_ik∈{0,1}，来表示t时刻内节点i处的负荷是否由微网k进行供电；

孤岛内功率约束：

为保证孤岛内的功率平衡，在第t时刻孤岛k内恢复供电的总负荷量应不大与此时该孤岛内的光伏电源出力P^t_pv.k和储能设备出力P^t_soc.k的总和，因此孤岛内功率约束表示为：

式中，P^t_pv.k——光伏电源k在t时刻的预测出力大小；

P^t_soc.k——储能设备k在t时刻的剩余容量大小；

储能装置容量约束：

第t时刻储能设备的剩余容量与之前0～t-1时刻的光伏电源出力大小以及由该光伏电源进行恢复供电的负荷的大小有关，在第t时刻的储能容量由以下约束表示：

式中，P⁰_soc.k——第k个储能设备的初始容量；

α_k——第k个储能设备的充电效率；

P^min_soc.k——第k个储能设备的容量下限；

P^axn_soc.k——第k个储能设备的容量上限；

潮流约束：

在进行供电恢复时，应满足潮流约束和节点电压约束，设P^t_ik和Q^t_ik分别表示在第t时刻，微网k内流入节点i的有功功率和无功功率，由于配电网具有树状网络拓扑结构，且每个节点有且仅有一个注入功率，因此，节点i的注入功率表示为：

式中，C_i^k——表示节点i关于微网k的子节点的集合；

采用线性潮流模型对节点电压进行估计，将光储系统处在节点的电压定为参考值V_k⁰，则节点i处的电压表示为：

其中rⁱ和bⁱ分别表示线路(i,j)的电路和电抗；

定义Φ^t_ik——一个松弛变量

松弛变量的用处在于：当节点i不属于微网k，但节点i的父节点j属于微网k时，使上式成立，因此Φ^t_ik写为：

当节点i属于微网k时，V^t_ik应小于V_k⁰，且在安全电压约束范围内；当节点i不属于微网k时，V^t_ik＝0，各节点电压约束条件由以下不等式表示：

式中，V^t_ik——t时刻负荷节点i在微网k中的电压；

V_k⁰——分布式电源所在节点的电压；

V_i^max——节点i允许的电压上限；

V_i^min——节点i允许的电压下限；

步骤4计算各时步下储能设备的充放电量的具体方法为：

式中，P^t_E.k——t时刻储能设备的充放电量，当P^t_E.k大于0时表示储能电池处于充电状态，当P^t_E.k小于0时表示储能电池处于放电状态；P^t_pv.k表示光伏电源k在t时刻的预测出力大小；x^t_ik表示第i个负荷在t时刻由孤岛k供电的供电状态；p_i^t表示t时刻节点i的负荷功率大小。