含分布式电源配电网潮流的分解协调方法

摘要

本发明公开了一种含分布式电源配电网潮流的分解协调方法，包括有系统切分、边界协调方程的构造、构造含分布式电源的配电网三相潮流方法，系统切分包括选择分布式电源接入配电网母线的集合作为切分点、采用节点撕裂法对整个系统进行切分；边界协调方程的构造包括对相互独立的两个子系统各自选用合适的方式进行建模、无环网条件下边界协调方程的构造、联络开关闭合时的边界协调方程的构造、环网条件下的边界协调方程的构造；根据分布式电源的类型选择不同形式的边界协调方程。本发明提出了分布式电源和配电网分开建模的思路，解决现有方法在仿真准确性和建模灵活性上的不足。

主权项

含分布式电源配电网潮流的分解协调方法，其特征在于，具体包括以下步骤：步骤(1).系统切分步骤(1.1).选择分布式电源接入配电网母线的集合作为切分点，采用节点撕裂法对整个系统进行切分测试系统为辐射状弱环配电网，其中含有m个联络开关和n个分布式电源，第i个分布式电源通过边界母线B_Gi接入系统，第i个联络开关所接的母线为B_Ki和每闭合一个联络开关，系统中将增加一个环网，如果所有联络开关都打开，则系统中不存在环网；选择分布式电源接入配电网母线的集合作为切分点，采用节点撕裂法对整个系统进行切分，同时打开所有的联络开关，则整个系统被切分成两部分：单端辐射状配电网S₁和所有分布式电源组成的子系统S₂；同时，边界母线B_Gi被撕裂成母线B_Gi和母线分别属于子系统S₁和S₂；V_Gi和θ_Gi分别为边界母线B_Gi的ABC三相电压幅值向量和电压相角向量，则为边界母线B_Gi的ABC三相电流组成的复向量，和的含义类似；为了叙述方便，记B_G＝{B_Gi}，B_K＝{B_Ki}，同时将边界母线B_Gi的电气量分类整理，得到$U_G=\left[\begin{array}{c}{V}_{G1}<{\theta }_{G1}\\ V_{G2}<{\theta }_{G2}\\ .\\ .\\ .\\ V_{Gn}<{\theta }_{Gn}\end{array}\right],I_G=\left[\begin{array}{c}{I}_{Gi}^x+{\mathrm{jI}}_{Gi}^y\\ I_{Gi}^x+{\mathrm{jI}}_{Gi}^y\\ .\\ .\\ .\\ I_{Gn}^x+{\mathrm{jI}}_{Gn}^y\end{array}\right],{\tilde{U}}_G=\left[\begin{array}{c}{\tilde{V}}_{G1}<{\tilde{\theta }}_{G1}\\ {\tilde{V}}_{G2}<{\tilde{\theta }}_{G2}\\ .\\ .\\ .\\ {\tilde{V}}_{Gn}<{\tilde{\theta }}_{Gn}\end{array}\right],{\tilde{I}}_G=\left[\begin{array}{c}{\tilde{I}}_{Gi}^x+j{\tilde{I}}_{Gi}^y\\ {\tilde{I}}_{Gi}^x+j{\tilde{I}}_{Gi}^y\\ .\\ .\\ .\\ {\tilde{I}}_{Gn}^x+j{\tilde{I}}_{Gn}^y\end{array}\right]---\left(1.1\right)$$U_K=\left[\begin{array}{c}{V}_{K1}<{\theta }_{K1}\\ V_{K2}<{\theta }_{K2}\\ .\\ .\\ .\\ V_{Km}<{\theta }_{Km}\end{array}\right],{\tilde{U}}_K=\left[\begin{array}{c}{\tilde{V}}_{K1}<{\tilde{\theta }}_{K1}\\ {\tilde{V}}_{K2}<{\tilde{\theta }}_{K2}\\ .\\ .\\ .\\ {\tilde{V}}_{Km}<{\tilde{\theta }}_{Km}\end{array}\right],I_K=\left[\begin{array}{c}{I}_{K1}^x+{\mathrm{jI}}_{K1}^y\\ I_{K2}^x+{\mathrm{jI}}_{K2}^y\\ .\\ .\\ .\\ I_{Km}^x+{\mathrm{jI}}_{Km}^y\end{array}\right]---\left(1.2\right)$步骤(1.2).对相互独立的子系统S₁和子系统S₂各自选用合适的方式进行建模子系统S₁具有单端辐射状特性，且不含有任何环路和PV节点，使用前推回代方法进行求解；若子系统S₁中的潮流收敛，且满足边界约束方程组$\{\begin{array}{cc}{V}_{Gi}={\tilde{V}}_{Gi},& {\theta }_{Gi}={\tilde{\theta }}_{Gi}\\ P_{Gi}-{\tilde{P}}_{Gi}=0,& Q_{Gi}-{\tilde{Q}}_{Gi}=0\end{array},i=1,2,...,n---\left(1.3\right)$则全网潮流收敛；其中，P_Gi和Q_Gi分别为边界母线B_Gi注入子系统S₁的有功功率向量和无功功率向量，和分别为子系统S₂中第i个分布式电源发出的有功功率向量和无功功率向量；步骤(2).边界协调方程的构造步骤(2.1).无环网条件下边界协调方程的构造对于子系统S₁，给定所有的边界母线B_Gi的注入电流I_G之后，采用前推回代方法求解潮流，可得到所有边界母线集B_G的电压U_G，即边界母线集B_G的电压U_G表示为边界注入电流I_G的隐函数形式：U_G＝ψ_G(I_G)       (2.1)进一步细分，可以得到$V_{Gi}={\psi }_{Gi}^V\left(I_G\right),{\theta }_{Gi}={\psi }_{Gi}^{\theta }\left(I_G\right)---\left(2.2\right)$在得到边界母线B_Gi的电压V_Gi∠θ_Gi之后，得到P_Gi和Q_Gi；因此，P_G和Q_G同样可以用隐函数的形式进行描述：$P_{Gi}={\phi }_{Gi}^P\left(I_G\right),Q_{Gi}={\phi }_{Gi}^Q\left(I_G\right)---\left(2.3\right)$子系统S₂则完全由各种分布式电源组成，其模型完全由各种分布式电源的准稳态特性决定；步骤(2.2).联络开关闭合时的边界协调方程的构造设联络开关Ki边界母线B_Ki注入主网的电流为则边界母线注入主网的电流为对于子系统S₁，给定所有的边界母线B_Gi的注入电流I_G和I_K之后，采用前推回代方法求解潮流，可得到所有边界母线B_Gi的电压U_G，U_K和于是，边界母线B_Ki和的电压可以表示为边界注入电流的隐函数形式：$U_K={\psi }_K(I_G,I_k),{\tilde{U}}_K={\psi }_{\tilde{K}}(I_G,I_k)---\left(2.4\right)$进一步细分，可以得到$V_{\mathrm{Ki}}={\psi }_{Ki}^V(I_G,I_K),{\theta }_{Gi}={\psi }_{Ki}^{\theta }(I_G,I_K)---\left(2.5\right)$${\tilde{V}}_{Ki}={\psi }_{\tilde{K}i}^V(I_G,I_K),{\tilde{\theta }}_{Gi}={\psi }_{\tilde{K}i}^{\theta }(I_G,I_K)---\left(2.6\right)$当第i个联络开关闭合时，开关两侧的母线必须满足$\left\{\begin{array}{c}{V}_{Ki}={\tilde{V}}_{Ki}\\ {\theta }_{Ki}={\tilde{\theta }}_{Ki}\end{array}\right.---\left(2.7\right)$将式(2.6)和式(2.7)代入式(1.3)，可以得到联络开关闭合时的边界协调方程$\left\{\begin{array}{c}{\mathrm{\Delta u}}_{Ki}=V_{Ki}-{\tilde{V}}_{Ki}={\psi }_{Ki}^V(I_G,I_K)-{\psi }_{\tilde{K}i}^V(I_G,I_K)=0\\ {\mathrm{\Delta \theta }}_{Ki}={\theta }_{Ki}-{\tilde{\theta }}_{Ki}={\psi }_{Ki}^{\theta }(I_G,I_K)-{\psi }_{\tilde{K}i}^{\theta }(I_G,I_K)=0\end{array}\right.---\left(2.8\right)$步骤(2.3).环网条件下的边界协调方程的构造当系统中存在环网时，边界母线集B_K和注入主网的电流I_K也将会对边界母线集B_G的电压U_G产生影响，故式(2.1)应当修正为U_G＝ψ_G(I_G,I_K)       (2.9)相应地，I型分布式电源和II型分布式电源的边界协调方程(2.4)和(2.8)修正为$\{\begin{array}{c}{\mathrm{\Delta P}}_{Gi}={\phi }_{Gi}^P(I_G,I_K)-P_i^{spec}=0\\ {\mathrm{\Delta V}}_{Gi}={\psi }_{Gi}^V(I_G,I_K)-V_i^{spec}=0\end{array}---\left(2.10\right)$$\left\{\begin{array}{c}{\mathrm{\Delta P}}_{Gi}={\phi }_{Gi}^P(I_G,I_K)-f_{Gi}^P\left({\psi }_{Gi}^V\right(I_G,I_K\left)\right)=0\\ {\mathrm{\Delta Q}}_{Gi}={\phi }_{Gi}^Q(I_G,I_K)-f_{Gi}^Q\left({\psi }_{Gi}^V\right(I_G,I_K\left)\right)=0\end{array}\right.---\left(2.11\right)$系统中有n₁个I型分布式电源，n₂个II型分布式电源，m个联络开关都闭合，则根据式(2.8)、式(2.10)和式(2.11)，得到此系统的边界协调方程：$\left\{\begin{array}{c}{\mathrm{\Delta P}}_{Gi}=P_{Gi}-P_i^{spec}={\phi }_{Gi}^P(I_G,I_K)-P_i^{spec}=0,i=1,2,\mathrm{...},n_1\\ {\mathrm{\Delta V}}_{Gi}=V_{Gi}-V_i^{spec}={\psi }_{Gi}^V(I_G,I_K)-V_i^{spec}=0,i=1,2,\mathrm{...},n_1\\ {\mathrm{\Delta P}}_{Gi}=P_{Gi}-{\tilde{P}}_{Gi}=\\ {\phi }_{Gi}^P(I_G,I_K)-f_{Gi}^P\left({\psi }_{Gi}^V\right(I_G,I_K),{\psi }_{Gi}^{\theta }(I_G,I_K))=0,i=1,2,\mathrm{...},n_2\\ {\mathrm{\Delta Q}}_{Gi}=Q_{Gi}-{\tilde{Q}}_{Gi}=\\ {\phi }_{Gi}^Q(I_G,I_K)-f_{Gi}^Q\left({\psi }_{Gi}^V\right(I_G,I_K),{\psi }_{Gi}^{\theta }(I_G,I_K))=0,i=1,2,\mathrm{...},n_2\\ {\mathrm{\Delta u}}_{Ki}=V_{Ki}-{\tilde{V}}_{Ki}={\psi }_{Ki}^V(I_G,I_K)-{\psi }_{\tilde{K}i}^V(I_G,I_K)=0,i=1,2,\mathrm{...},m\\ {\mathrm{\Delta \theta }}_{Ki}={\theta }_{Ki}-{\tilde{\theta }}_{Ki}={\psi }_{Ki}^{\theta }(I_G,I_K)-{\psi }_{\tilde{K}i}^{\theta }(I_G,I_K)=0,i=1,2,\mathrm{...},m\end{array}\right.---\left(2.12\right)$式(2.12)可以进一步简写成Φ_B(I_G,I_K)＝0       (2.13)至此，完成了环网条件下的边界协调方程的构造；步骤(3).构造含分布式电源的配电网三相潮流方法步骤(3.1).协调侧初始化计算环境，对配电网进行分区，确定边界母线集B_G和B_K，并初始化边界母线集注入子系统的电流I_G和I_K，令I_G＝0，I_K＝0；步骤(3.2).子系统S₁根据协调侧给定的边界母线B_Gi注入电流I_G和I_K，采用前推回代方法求解主网潮流，得到边界母线B_Gi的电压U_G，U_K和并计算边界节点注入的有功和无功功率；步骤(3.3).根据式(2.12)计算边界协调方程的值Φ_B(I_G,I_K)，若||Φ_B||<ε则全网潮流收敛，否则由Φ_B求解ΔI_G和ΔI_K，更新边界母线状态，令I_G＝I_G+ΔI_G        (3.1)I_K＝I_K+ΔI_K        (3.2)然后返回步骤(3.2)；其中，步骤(3.3)中计算Φ_B(I_G,I_K)时需要分布式电源模型的参与，并根据分布式电源的类型选择不同形式的边界协调方程。