專利名稱：一種含光伏電源的城市微電網多孤島動態劃分與運行方法
技術領域：
本發明涉及分布式發電和微電網領域，尤其涉及一種含分布式光伏電源的微電網多孤島動態運行方法。
背景技術：
微電網是由分布式電源(distributed generation, DG,包括微型燃氣輪機、燃料電池、光伏電池、小型風力發電機組)、儲能裝置(超級電容或蓄電池)、能量變換裝置、相關負荷和監控、保護裝置匯集而成的小型發配電系統，且是可實現自我控制、保護和管理的自 治系統。以大電網為基礎，以由各種DG組成的微電網為補充，是充分利用可再生資源、建設智能電網的重要途徑，并已經成為國際上配電網規劃與運行的必然趨勢。DG的運行具有并網和孤島兩種模式。并網模式是指在大電網正常供電的時候作為輔助電源并入，與大電網一起為負荷供電；孤島模式則是指當大電網發生故障而與負荷斷開時，連接在負荷端的DG主動形成微電網孤島，向負荷輸送所需的電能。新編制IEEE1547-2003標準鼓勵計劃性孤島運行(intentional islanding),使大電網故障斷開時負荷能夠得到盡可能多的供電恢復，從而實現電網的快速靈活自愈，提高供電可靠性。特別是我國自然災害相對頻繁，例如2008年的南方冰凍災害和汶川地震期間，中國電網都發生了較大面積的停電事故。由DG組成的微電網具有較強的電能應急調度能力，可以在大電網突發故障時脫離主網孤島運行，通過能量優化管理，保障重要負荷的可靠供電，從而極大地提高電網的抗災自愈能力。但是這需要事先根據DG本身的特點以及分布位置等因素來確定合理的孤島供電區域和供電策略。在DG的孤島運行中，負荷的需求與DG的發電量之間應該形成動態的適配，以實現DG發電功率的充分利用以及盡可能多的恢復失電的負荷，但是現有的孤島劃分的方法均沒有考慮到兩者匹配的問題。
發明內容
針對現有技術的不足，本發明的目的在于提供一種含分布式光伏電源的微電網多孤島動態運行方法。本發明的目的是通過以下技術手段實現的，包括如下步驟(I)對配電網故障處下游失電的各負荷需求功率曲線以及微電網中各分布式光伏電源的輸出功率曲線進行未來24小時的短期預測。(2)對各負荷進行行業分類及綜合，具體把按行業負荷分為第三產業、輕工業、重工業和市政生活四類，并對步驟(I)中預測得到的各負荷需求功率曲線進行行業綜合。(3)利用三次樣條插值方法對各預測時段上的光伏電源輸出功率及各行業負荷綜合等效功率進行三次多項式模擬。(4)將各負荷按供電優先級劃分為重要負荷與非重要負荷。對于重要負荷要優先對其供電，利用網損最小的原則對重要負荷進行孤島劃分，決定對各重要負荷進行供電的具體光伏電源，即判斷各重要負荷應由哪個光伏電源所供給。(5)若某時段內光伏電源的輸出功率除了滿足所屬重要負荷的要求外還有剩余，則可以供給非重要負荷。確定光伏電源輸出大于等于所屬重要負荷需求的時間段，即光伏電源輸出功率可以供給非重要負荷的時間段T。(6)對于非重要的負荷，在步驟(5)所確定的時間T內，可以建立優化模型，將總時段T劃分為粒度更小的分時段(例如每一小時)，以各分時段為周期采用粒子群優化算法對各光伏電源供給各行業非重要負荷的功率進行優化，使得負荷需求及光伏電源輸出功率之間的適配程度最大化。(7)根據各負荷的行業屬性及步驟(6)中所得到的優化結果，以每一小時為周期對各光伏電源的孤島供電區域進行動態劃分，在整個配電網的失電區域中形成孤島供電與運行策略。在完成對各光伏電源單獨的孤島規劃后，假如有兩個以上的光伏電源的孤島供電范圍路徑有重合，則將此多個光伏電源的供電范圍進行合并，在合并的范圍內的負荷均有多個電源對其供電。最終形成完整的多孤島供電策略。·本發明的有益效果是本發明充分考慮了光伏電源日輸出曲線與城市電網中各典型行業的日綜合輸出曲線之間的功率適配，基于優先供給重要負荷的原則，在各分時段里動態地對非重要負荷按行業分類進行優化供給，以各光伏電源為根節點形成孤島，并考慮了多個單電源孤島供電區域相互融合的情況。該方法能夠充分利用光伏電源的輸出功率，在大電網無法供能的情形下最大程度地恢復負荷的供電，且優化后負荷功率與發電量之間具有令人滿意的適配程度，對于城市配電網的動態規劃與優化調度具有重要的現實意義。
圖I是本發明的處理流程圖；圖2是實施例美國PG&E69節點配電系統示意圖；圖3是在中國南方某光照充足的城市，經預測和插值后得到的某日光伏電源日輸出曲線圖；圖4是同一城市內經預測和插值后得到的某日四類行業綜合日負荷曲線；圖5是中重要負荷的孤島劃分示意圖；圖6是多個獨立孤島合并方法的示意圖；圖7是實施例在7 =00-8:00時段內的孤島劃分結果示意圖；圖8是圖7中DG2在優化時段內所供給的負荷功率與其發電量的適配程度結果示意圖。
具體實施例方式下面根據附圖詳細說明本發明，本發明的目的和效果將變得更加明顯。本發明的原理在于，現有的孤島劃分的方法均沒有考慮到兩者匹配的問題；本發明在此問題的基礎上，以分布式光伏電源為研究對象，對負荷進行典型行業分類，并考慮各行業的日負荷負荷功率曲線與光伏電源日輸出曲線之間在各時間段內的功率適配，利用粒子群優化算法得到各光伏電源對各行業最優的供給功率值，并結合各光伏電源安裝的地理位置選取合理的供電范圍，最終形成一個完整的孤島動態供電方法。由于考慮到負荷的無功功率可以通過裝設無功補償裝置、電容器等進行供給，因此本發明只考慮光伏電源有功功率與負荷有功功率之間的適配。本發明的處理流程如圖I所示，包括如下步驟I、對配電網故障處下游失電的各負荷需求功率曲線以及各光伏電源的輸出功率曲線進行未來24小時的短期預測。可以利用人工神經網絡等方法對配電網故障處下游失電的各負荷需求功率曲線以及各光伏電源的輸出功率曲線進行未來24小時的短期預測。2、對各負荷進行行業分類及綜合，具體把按行業負荷分為第三產業、輕工業、重工業和市政生活四類，并利用文獻《基于用戶日負荷曲線的用電行業分類與綜合方法.電力系統自動化.2010, 34(10) :56-61.》中的模糊C均值聚類方法對步驟I中預測得到的各負荷需求功率曲線進行行業綜合。其實現方法描述如下(I)選取原始樣本特征向量，構成用戶日負荷曲線的樣本特征向量集；(2)選擇分類特征量并對原始樣本進行初始行業歸屬分類；(3)對初始分類結果進行行業用戶精選；(4)求取各行業對應的綜合日負荷曲線；(5)計算各聚類中心(行業綜合日負荷曲線)的特征參數，分析檢驗分類與綜合結果的合理性。對于如圖2的實施例配電網，所加入的5個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，帶有下劃線的節點號表示在原系統中該節點處有負荷，小圓圈標注的節點負荷為重要負荷，其余均為非重要負荷。所有節點負荷的行業類型所屬見表I所示。假設線路2-3處發生故障，導致大電網無法對故障下游的負荷進行供電。表I :
權利要求
1.一種含光伏電源的城市微電網多孤島動態劃分與運行方法，其特征在于包括以下步驟 (1)對配電網故障處下游失電的各負荷需求功率曲線以及各光伏電源的輸出功率曲線進行未來24小時的短期預測； (2)對各負荷進行行業分類及綜合，具體把按行業負荷分為第三產業、輕工業、重工業和市政生活四類，并利用模糊C均值聚類方法對步驟I中預測得到的各負荷需求功率曲線進行行業綜合； (3)利用三次樣條插值方法對各預測時段上的光伏電源輸出功率曲線及各行業負荷綜合等效功率曲線進行三次多項式模擬，得到各光伏電源日輸出曲線和四類行業綜合日負荷曲線； (4)將各負荷按供電優先級劃分為重要負荷與非重要負荷，對于重要負荷要優先對其供電；利用網損最小的原則對重要負荷進行孤島劃分，決定對各重要負荷進行供電的具體光伏電源，即判斷各重要負荷應由哪個光伏電源所供給； (5)若某時段內光伏電源的輸出功率小于重要負荷的需求量時，電源的輸出功率要全額供給重要負荷，其不足量由其他類型的分布式電源進行供給；若該時段光伏電源的輸出功率大于重要負荷的需求量時，則有剩余的功率輸出量可以供給非重要負荷；由下式確定光伏電源輸出大于等于所屬重要負荷需求的時間段，即光伏電源輸出可以供給非重要負荷的時間段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荷的個數A為各重要負荷的額定功率值；fs(t)為光伏電源的日輸出功率曲線的函數解析式，fi(t)為各重要負荷所屬行業的綜合日負荷曲線解析式； (6)對于非重要的負荷在步驟5所確定的時間段內，可以建立優化模型，將總時段T劃分為粒度更小的分時段，采用粒子群優化算法對各光伏電源供給各行業非重要負荷的功率進行優化，使得負荷需求及光伏電源輸出之間的適配度達到最大；其優化模型如下
2.根據權利要求I所述的含光伏電源的城市微電網多孤島動態劃分與運行方法，其特征在于所述步驟(I)中，可采用人工神經網絡對各負荷功率需求曲線及各光伏電源輸出功率曲線進行短期預測。
3.根據權利要求I所述的含光伏電源的城市微電網多孤島動態劃分與運行方法，其特征在于所述步驟(4)具體為假設某一重要負荷j的有功功率需求和無功功率需求分別表示為Pi和Qi,該負荷由節點i上的光伏電源所供給，則i到重要負荷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，假設需要保證重要負荷的電壓質量，使其電壓水平保持為Uj,則功率Pi和Qi從光伏電源所在節點i傳輸到負荷j，在線路上的有功網損Pltjss可由下式決定
全文摘要
本發明公開了一種含光伏電源的城市微電網多孤島動態劃分與運行方法，其特征在于，充分考慮配電網中負荷與光伏電源之間的日分布特性曲線差異，在優先供給一類負荷的前提下，在各分時段里動態地對二、三類負荷按行業分類進行優化供給，以各光伏電源為根節點形成孤島，并考慮了多個單電源孤島相互融合的情況。該方法先對各負荷的需求功率曲線以及各光伏電源的輸出功率曲線進行未來24小時的短期預測，然后建立孤島供電的優化模型，并通過三次樣條插值模擬幾類典型行業的日負荷曲線和光伏電源的日輸出功率曲線，然后采用粒子群優化算法得到各分布式光伏電源在各時段對各行業的最優供電功率，從而實現負荷要求與電源發電之間的動態適配。
文檔編號H02J3/46GK102738834SQ201210214558
公開日2012年10月17日 申請日期2012年6月21日 優先權日2012年6月21日
發明者李承熹, 楊強, 顏文俊 申請人:浙江大學