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1、10申请公布号CN101986496A43申请公布日20110316CN101986496ACN101986496A21申请号201010297271X22申请日20100929H02J3/00200601G06F19/00200601H02H7/2620060171申请人天津大学地址300072天津市南开区天津市南开区卫津路92号72发明人林济铿王旭东李胜文74专利代理机构天津市北洋有限责任专利代理事务所12201代理人刘国威54发明名称含分布式电源的配电系统孤岛形成方法57摘要本发明涉及智能配网、新能源。为克服现有技术的不足，提供一种含分布式电源的配电系统孤岛形成方法，本发明采取的技术方案。
2、是，首先利用包含多个树背包问题TREEKNAPSACKPROBLEM，缩写为TKP的孤岛建立和孤岛合并过程得到初始孤岛划分方案；然后对初始孤岛进行相应的分析和调整，而得到最终的孤岛方案；所述得到初始孤岛划分方案是采用分支定界算法求解TKP，其过程为首先求解TKP的关键项CRITICALITEM，然后利用拉格朗日松弛方法在多项式时间内，即计算时间复杂性为ON2，N表示节点总数，找到TKP的上界。本发明主要应用于快速解决含分布式发电配电系统最优孤岛划分问题。51INTCL19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书1页说明书6页附图2页CN101986497A1/1页21一种含分布式。
3、电源的配电系统孤岛形成方法，其特征是，首先利用包含多个树背包问题TREEKNAPSACKPROBLEM，缩写为TKP的孤岛建立和孤岛合并过程得到初始孤岛划分方案；然后对初始孤岛进行相应的分析和调整，而得到最终的孤岛方案；所述得到初始孤岛划分方案是采用分支定界算法求解TKP，其过程为首先求解TKP的关键项CRITICALITEM，然后利用拉格朗日松弛方法在多项式时间内，即计算时间复杂性为ON2，N表示节点总数，找到TKP的上界。2根据权利要求1所述的一种含分布式电源的配电系统孤岛形成方法，其特征是，所述含分布式电源的配电系统孤岛形成方法，进一步细化为1初始最优孤岛的构建形成故障隔离之后的故障下游。
4、配电系统树模型选择其中具有最大平均输出功率的DG作为根节点，其余DG作为分支节点，DG节点的权值和需求都设为零，将树中权值为零的节点与其父节点合并，得到简化等效树模型；利用33节所述分支定界算法计算对应简化等效树的TKP从而得到一个最优孤岛，该TKP以根节点DG的输出功率为需求约束限值；如果步得到的孤岛的节点数大于1，则将此孤岛收缩为一个新的DG节点，其平均输出功率为此孤岛中的DG功率输出总量减去其中的负荷总量；否则，将根节点DG进行标记；如果现状树中所有DG均被标记；转到步；否则，将现状树中在树模型简化过程中合并的节点还原，从现状树中未被标记的DG集合中选择具有最大输出功率的DG节点作为根节。
5、点形成新树模型，其余未被标记DG作为分支节点，DG节点的权值和需求都设为零，将树中权值为零的节点与其父节点合并，得到简化等效树模型，并返回到步；孤岛合并在多个孤岛建立之后，如果某个负荷L与若干DG，由孤岛等效而成，直接相连，说明该负荷的功率PL大于与之相连任一DG的平均输出功率，假设与负荷L相连的所有DG的平均输出功率之和为PS，在如下两种情况下，进行孤岛合并负荷L为可控负荷；负荷L为不可控负荷，PLPS；孤岛合并即将负荷L和与之直接相连的DG节点合并成一个新的DG节点，即两个或多个孤岛合并成一个孤岛，从而实现对负荷L的部分，L为可控负荷，且PLPS或全部包括PLPS供电；如果合并后得到的DG。
6、节点功率大于零，转向步；否则孤岛构建过程结束，转2步；2如果初始孤岛方案中某些孤岛的剩余功率不为零，将其周围具有最高优先级的可控负荷点的部分负荷添加到初始孤岛方案中；否则转3步；3把初始方案中各独立孤岛内的最大DG设置为各自的松弛节点，其它DG节点设置为PV节点，进行初始孤岛的潮流计算，若潮流计算结果中各孤岛中松弛节点DG的出力大于其最大出力，则适当切除优先级低的部分可控负荷，直到使松弛节点DG的出力小等于其最大出力，如果孤岛中的某些节点电压越限，某些线路出现过载，则调节孤岛内DG电压、无功补偿装置、以及切除部分过载线路下游端的部分优先级低的可控负荷，直到使系统能够安全运行为止，DG为分布式发。
7、电DISTRIBUTEDGENERATION缩写。权利要求书CN101986496ACN101986497A1/6页3含分布式电源的配电系统孤岛形成方法技术领域0001本发明涉及智能配网、新能源，具体讲涉及含分布式电源的配电系统孤岛形成方法。背景技术0002分布式发电DISTRIBUTEDGENERATION，DG的引入给配电网的运行及用户的供电可靠性带来了显著影响。分布式发电并网之后，在故障及危急情况下，可采取系统解裂的措施，进行孤岛运行，从而减少失电范围及停电时间，提高系统的供电可靠性。分布式发电技术方兴未艾，寻找一项实用的快速解决含分布式发电配电系统最优孤岛划分问题的新技术成为了相关学者。
8、的研究热点。文1提出了利用DG和负荷的状态实现自适应孤岛运行的整体思路。文2通过对以DG为中心的功率圆的遍历确定满足功率平衡且恢复等值有效负荷最大的孤岛方案。但是，当DG较多时，以不同DG为中心的功率圆可能相交，对于相交区负荷的不同处理将得到不同的孤岛方案。文3将以不同DG为中心划分的相邻孤岛进行融合，解决了功率圆相交的问题；但在孤岛划分过程中没有计及电压和设备载流量等约束条件。文4提出了基于树模型的深度优先搜索孤岛划分算法，树模型的根节点为故障点。并利用初始孤岛形成后的检验处理电压和设备载流量约束。从算法流程来看，文3、4的孤岛搜索过程都默认负荷为不可控负荷。文5提出了计及负荷可控性和负荷优。
9、先等级的基于启发式思路的孤岛划分算法，并通过检验和调节避免电压和设备载流量越限。但该算法只能形成一个孤岛，孤岛的规模较大，网损较重。发明内容0003为克服现有技术的不足，提供一种含分布式电源的配电系统孤岛形成方法，本发明采取的技术方案是，首先利用包含多个树背包问题TREEKNAPSACKPROBLEM，缩写为TKP的孤岛建立和孤岛合并过程得到初始孤岛划分方案；然后对初始孤岛进行相应的分析和调整，而得到最终的孤岛方案；所述得到初始孤岛划分方案是采用分支定界算法求解TKP，其过程为首先求解TKP的关键项CRITICALITEM，然后利用拉格朗日松弛方法在多项式时间内，即计算时间复杂性为ON2，N表。
10、示节点总数，找到TKP的上界。0004所述含分布式电源的配电系统孤岛形成方法，进一步细化为00051初始最优孤岛的构建0006形成故障隔离之后的故障下游配电系统树模型选择其中具有最大平均输出功率的DG作为根节点，其余DG作为分支节点，DG节点的权值和需求都设为零，将树中权值为零的节点与其父节点合并，得到简化等效树模型；0007利用33节所述分支定界算法计算对应简化等效树的TKP从而得到一个最优孤岛，该TKP以根节点DG的输出功率为需求约束限值；0008如果步得到的孤岛的节点数大于1，则将此孤岛收缩为一个新的DG节点，其平均输出功率为此孤岛中的DG功率输出总量减去其中的负荷总量；否则，将根节点D。
11、G进行说明书CN101986496ACN101986497A2/6页4标记；0009如果现状树中所有DG均被标记；转到步；否则，将现状树中在树模型简化过程中合并的节点还原，从现状树中未被标记的DG集合中选择具有最大输出功率的DG节点作为根节点形成新树模型，其余未被标记DG作为分支节点，DG节点的权值和需求都设为零，将树中权值为零的节点与其父节点合并，得到简化等效树模型，并返回到步；0010孤岛合并在多个孤岛建立之后，如果某个负荷L与若干DG，由孤岛等效而成，直接相连，说明该负荷的功率PL大于与之相连任一DG的平均输出功率，假设与负荷L相连的所有DG的平均输出功率之和为PS，在如下两种情况下，进。
12、行孤岛合并0011负荷L为可控负荷；0012负荷L为不可控负荷，PLPS；0013孤岛合并即将负荷L和与之直接相连的DG节点合并成一个新的DG节点，即两个或多个孤岛合并成一个孤岛，从而实现对负荷L的部分，L为可控负荷，且PLPS或全部包括PLPS供电；0014如果合并后得到的DG节点功率大于零，转向步；否则孤岛构建过程结束，转2步；00152如果初始孤岛方案中某些孤岛的剩余功率不为零，将其周围具有最高优先级的可控负荷点的部分负荷添加到初始孤岛方案中；否则转3步；00163把初始方案中各独立孤岛内的最大DG设置为各自的松弛节点，其它DG节点设置为PV节点，进行初始孤岛的潮流计算，若潮流计算结果中。
13、各孤岛中松弛节点DG的出力大于其最大出力，则适当切除优先级低的部分可控负荷，直到使松弛节点DG的出力小等于其最大出力，如果孤岛中的某些节点电压越限，某些线路出现过载，则调节孤岛内DG电压、无功补偿装置、以及切除部分过载线路下游端的部分优先级低的可控负荷，直到使系统能够安全运行为止，DG为分布式发电DISTRIBUTEDGENERATION缩写。0017本发明具备如下技术效果0018本发明所建立的模型计及了负荷的优先级、可控性/不可控性，以及功率平衡、电压、设备载流量约束，符合实际工程要求；0019计算时间复杂度相对较低。与现有基于启发式方法的孤岛划分策略相比，本发明恢复重要负荷比重和恢复负荷总。
14、量都具有显著优势。附图说明0020图1含分布式发电的美国PGE的69节点配电系统。0021图2包含G1的现状树。0022图3包含G1和G2的现状树。0023图4包含G1、G2、G4的现状树。0024图5含多DG的配电系统最优初始孤岛划分方案。0025图6利用文献3方法得到的孤岛划分方案。0026图7利用文献5方法得到的孤岛划分方案。说明书CN101986496ACN101986497A3/6页5具体实施方式0027最优的孤岛划分策略可以最大限度地发挥分布式电源的优势，使重要负荷在故障期间优先得到供电恢复，同时使恢复供电的负荷总量最大。但是，随着系统规模的增大，最优孤岛划分问题的求解面临“维数灾。
15、”问题，最优孤岛的获得将变的十分困难。因此，本发明的目的是寻找一种实用的近似算法来快速确定最优孤岛划分方案。0028本发明采用两阶段策略处理含分布式发电的孤岛划分问题首先利用包含多个树背包问题TREEKNAPSACKPROBLEM，TKP的孤岛建立和孤岛合并过程得到初始孤岛划分方案；然后对初始孤岛进行相应的分析和调整，而得到最终的孤岛方案。本发明采用分支定界算法求解TKP，其过程为首先求解TKP的关键项CRITICALITEM，然后利用拉格朗日松弛方法在多项式时间ON2内找到TKP的上界，在此基础上给出了基于分支定界策略的求解TKP的具体过程。本技术方法的流程如下00291初始最优孤岛的构建0。
16、030形成故障隔离之后的故障下游配电系统树模型。选择其中具有最大平均输出功率的DG作为根节点，其余DG作为分支节点。DG节点的权值和需求都设为零。将树中权值为零的节点与其父节点合并，得到简化等效树模型。0031利用33节所述分支定界算法计算对应简化等效树的TKP从而得到一个最优孤岛。该TKP以根节点DG的输出功率为需求约束限值。0032如果步得到的孤岛的节点数大于1，则将此孤岛收缩为一个新的DG节点，其平均输出功率为此孤岛中的DG功率输出总量减去其中的负荷总量；否则，将根节点DG进行标记；0033如果现状树中所有DG均被标记；转到步；否则，将现状树中在树模型简化过程中合并的节点还原，从现状树中。
17、未被标记的DG集合中选择具有最大输出功率的DG节点作为根节点形成新树模型，其余未被标记DG作为分支节点。DG节点的权值和需求都设为零。将树中权值为零的节点与其父节点合并，得到简化等效树模型，并返回到步。0034孤岛合并在多个孤岛建立之后，如果某个负荷L与若干DG由孤岛等效而成直接相连，说明该负荷的功率PL大于与之相连任一DG的平均输出功率。假设与负荷L相连的所有DG的平均输出功率之和为PS，在如下两种情况下，进行孤岛合并0035负荷L为可控负荷；0036负荷L为不可控负荷，PLPS。0037孤岛合并即将负荷L和与之直接相连的DG节点合并成一个新的DG节点，即两个或多个孤岛合并成一个孤岛，从而实。
18、现对负荷L的部分L为可控负荷，且PLPS或全部PLPS供电。0038如果合并后得到的DG节点功率大于零，转向步；否则孤岛构建过程结束，转2步。00392如果初始孤岛方案中某些孤岛的剩余功率不为零此处可以改进，如果剩余功率与孤岛内电源的比例大于某个设定值，否则剩余功率很小也执行此步操作，无意义，将其周围具有最高优先级的可控负荷点的部分负荷添加到初始孤岛方案中；否则转3步。00403把初始方案中各独立孤岛内的最大DG设置为各自的松弛节点，其它DG节点设置为PV节点，进行初始孤岛的潮流计算。若潮流计算结果中各孤岛中松弛节点DG的出说明书CN101986496ACN101986497A4/6页6力大于。
19、其最大出力，则适当切除优先级低的部分可控负荷，直到使松弛节点DG的出力小等于其最大出力。如果孤岛中的某些节点电压越限，某些线路出现过载，则调节孤岛内DG电压、无功补偿装置、以及切除部分过载线路下游端的部分优先级低的可控负荷，直到使系统能够安全运行为止。此方案即为最终的孤岛划分方案。0041图1含分布式发电的美国PGE的69节点配电系统。0042节点36、5、19、52为DG接入节点，这四个DG的平均输出功率分别为50KW、250KW、400KW、1300KW。故障下游系统中各节点所连负荷的优先级和可控类型分别如表1和表2所示。一、二、三类负荷的单位权重分别取为100、10、1。0043表1负荷。
20、优先级0044一类负荷6、9、12、18、42、51、57三类负荷7、10、11、13、16、22、43、4548二类负荷其余节点0045表2负荷的可控类型0046可控负荷13、26、27、39、40、41、43、44、535840可控负荷11、21、38、48不可控负荷其余节点0047线路34处发生了三相接地故障，保护正确动作将故障隔离，从而故障下游的系统失电。0048利用上节所述孤岛划分策略进行图1所示系统故障下游系统的孤岛划分，具体步骤及结果如下00491以当前具有最大平均输出功率的电源DG4为根节点形成故障下游系统的有向树模型T1，其中DG1DG3这三个DG节点的权值和需求都设为零。节。
21、点集合4、5、15、19、23、25、36、4547、59、52、DG1DG3中各节点的需求都为零，可以与其父节点相合并得到简化等效树。基于简化等效树，利用分支定界算法计算得到包括DG4和负荷节点5052在内的孤岛S1。00502将S1收缩成一个新的DG节点G1，G1的功率为24KW。将S1进行收缩之后的现状树如下图2所示00513以当前具有最大平均输出功率的电源DG3为根节点得到新的树模型T2，其中DG1、DG2、G1这三个DG节点的权值和需求都设为零。去掉需求为零的节点，得到简化等效树。基于简化等效树，利用分支定界算法计算得到包括DG3和负荷节点集合1220，57，58在内的孤岛S2；00。
22、524将S2收缩成一个新的DG节点G2，G2的功率为165KW。将S2进行收缩之后的说明书CN101986496ACN101986497A5/6页7现状树如图3所示。00535以当前具有最大平均输出功率的电源DG1为根节点形成新的有向树模型T3，由于负荷节点36、4、5的权值为零，所以将这三个点合并到根节点。去掉节点36、4、5之后，DG1和DG2直接相连，所以DG2也被合并到根节点，合并后的DG称之G3将作为根节点，G3的平均输出功率为DG1和DG2平均输出功率的总和300KW。去掉其他需求为零的节点，得到简化等效树。基于简化等效树，利用分支定界算法得到包含G3和负荷节点49，3637，40。
23、44在内的孤岛S3，其中，三类节点43的所有可控负荷被切除。00546将S3收缩成一个新的DG节点G4，G4的功率为055KW。将S3进行收缩之后的现状树如下图4所示。00557依次以G4、G2、G1为根节点形成树模型，搜索到的最优孤岛都只是根节点本身，因此，开始孤岛合并过程。所有负荷节点都最多与一个DG直接相连，无需进行孤岛合并，初始孤岛构建结束。00567初始孤岛方案中，S1的剩余功率为24KW，负荷49和53与S1紧邻，53所连负荷为可控负荷，所以将S1的剩余电能24KW提供给负荷点53；S2的剩余功率为165KW，负荷点11和21与S2紧邻，21所连负荷含有可控负荷，且优先级较高，所以。
24、将S2的剩余电能165KW提供给负荷点21。S3的剩余功率为055KW，负荷点38、10、45与S3紧邻，负荷点38所连负荷含有可控负荷，且优先级较高，所以将S3的剩余功率为055KW提供给负荷点38。至此，负荷调节过程结束，三个独立孤岛的剩余功率都为零。负荷调节之后的孤岛划分初始方案如下图5所示。0057校验图5所示的孤岛划分方案各孤岛中是否会出现节点电压越限、设备过载及功率平衡问题。把各孤岛内具有最大出力的DG设为松弛节点，其它DG设为PV节点，进行相应的潮流计算；计算结果表明，S1、S2、S3内没有出现节点电压越限的情况；S1、S2、S3的线路损耗分别为367KW、2079KW、0566。
25、KW。由于未考虑损耗的情况下S1、S2、S3的剩余功率为零，为保证孤岛可以正常运行，需要切除部分负荷。负荷点53、13、40为二或三类负荷且为可控负荷，故切除负荷点53、13、40的部分负荷，切除的功率分别为4KW、21KW、06KW。再次计算，S1、S2、S3的线路损耗分别为3665KW、206KW、056KW；计及损耗之后S1、S2、S3的剩余功率分别为0335KW、004KW、004KW，各节点电压及线路功率均符合要求，孤岛可以正常运行。0058因此，将图5所示初始孤岛方案中负荷点53、13、40的负荷功率分别从24KW、8KW、405KW调整到20KW、59KW、399KW即得到最终孤。
26、岛划分方案。最终的孤岛划分方案包含了三个孤岛，其中，DG1和DG2被划到同一个孤岛中。在重要负荷如6、9、12、18、42、51得到供电恢复的同时，大部分受故障影响的负荷得到了供电恢复。0059为了比较，分别采用文3和5所述的孤岛划分策略对图1系统进行孤岛划分，其结果分别如图6，图7所示。0060从恢复负荷总量方面来比较，本发明恢复负荷总量为19933KW；而由文3方法所得的如图6所示方案恢复负荷总量为95125KW。主要原因在于系统中节点50的功率需求为1244KW，但是由于此负荷为不可控负荷，在初始孤岛DG4、51、52、53、54形成之后，DG4的剩余功率无法得到利用。从优先恢复重要负荷。
27、供电的角度考虑，本发明恢复了重要负荷6、9、12、18、42、51、57的供电，而图6方案只恢复了重要负荷6、9、18、42、51的供电。说明书CN101986496ACN101986497A6/6页80061由文5方法得到如图7所示方案，经潮流计算检验，该孤岛没有出现节点电压越限和设备过载，孤岛系统网损为1136KW。其中，为满足功率平衡，节点13、43、44、11所连接的全部可控负荷以及48所连部分可控负荷13KW需要被切除。该方案恢复负荷总量为198685KW，小于本发明所恢复19933KW的负荷总量。主要原因在于本算例中DG相距较远，若将所有DG连接成一个网络徒增孤岛规模，孤岛的网损随之变大，用于供电恢复的电能减少。比较而言，本发明给出的孤岛方案的网损为6029K是图7方案的53。说明书CN101986496ACN101986497A1/2页9图1图2图3图4说明书附图CN101986496ACN101986497A2/2页10图5图6图7说明书附图CN101986496A。