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西安交大别朝红、卞艺衡等:弹性配电网分布式可再生能源电源最优配置模型

弹性配电网分布式可再生能源

电源最优配置模型

卞艺衡1,别朝红1,黄格超1,周勤勇2

(1. 西安交通大学电气工程学院;2. 中国电力科学研究院)

文章导读

本文提出了提升配电网弹性的可再生能源机组最优配置模型,建立故障不确定集的三层鲁棒优化模型,采用NCCG算法求解。针对可再生能源出力不确定性,基于典型出力场景提升综合优化效果。所提模型考虑了灾后配网重构、潮流优化等恢复措施,能够充分发挥分布式电源的负荷支撑作用。

研究成果


1

研究了可再生能源机组在配电网故障后发挥的负荷恢复作用。建立了提升配电网弹性的可再生能源机组最优配置模型,该模型考虑了灾后通过配网重构形成以可再生能源机组与可控机组为电源的主从控制模式的微网恢复负荷。

2

针对配网元件故障状态的不确定性,建立以N-K重故障为不确定集的鲁棒优化模型;针对可再生能源出力不确定性,通过构建典型出力场景提升综合优化效果。


主要内容

本文将可再生能源电源优化配置问题建立为防御—攻击—防御三层优化模型,在第一层确定分布式电源配置方案,在第二层求解当前系统最严重的N-K重故障方式,在第三层考虑配电网潮流调整、网络重构等灾后优化运行措施对灾后系统进行恢复。通过对可再生能源出力进行建模以及场景生成和削减构建典型出力场景,优化目标是电网在最严重的N-K故障下切负荷损失期望最小。

约束条件包括潮流运行约束与网络重构中的拓扑约束。基于线性化配网潮流模型建立潮流运行约束,主要包括节点的功率平衡约束、线路容量约束、节点电压大小约束、机组出力和负荷约束。

在灾后恢复阶段,配电网依靠分布式电源通过控制线路开关和联络线开关重构为多个微电网,微电网采用主从控制方式,各微网内由一个可控分布式电源提供电压和频率参考,在重构过程中微网需满足辐射状拓扑结构,配电网满足辐射状拓扑结构的充分必要条件为:1) 正常运行线路数量等于节点数与拓扑中子图(sub-graph)数之差;2) 每个子图的连通性得到满足。在配网线路故障后所形成的子图包括:1)由变压器供电的子图;2)分布式电源形成的微网子图;3)负荷孤岛子图。孤岛子图指没有与可控分布式电源或变电站连通,仅由负荷节点和可再生能源机组节点组成的子图,如图1所示。在该示例中,灾后有两个子图为孤岛子图,无法形成主从控制模式下的有源微网,在故障修复前将处于失负荷状态。

图1 网络重构形成的子图

在求解最严重的N-K重攻击方式时,由于线路状态为变量,无法直接确定哪些节点属于孤岛子图,本文通过约束形式建立节点是否属于孤岛子图与线路状态的关系,从而实现最严重的N-K重攻击方式的求解。

采用嵌套列约束生成算法(NCCG)求解鲁棒优化模型,将模型分解为上层问题、下层主问题和下层子问题,求解流程如图2所示:

图2 NCCG算法求解流程


本文引文信息

卞艺衡,别朝红,黄格超,等. 弹性配电网分布式可再生能源电源最优配置模型[J]. 全球能源互联网,2020,3(3):213-221.


BIAN Yiheng, BIE Zhaohong, HUANG Gechao, et al. Optimal renewable energy distributed generators placement for resilient distribution system[J]. Journal of Global Energy Interconnection, 2020, 3(3): 213-221(in Chinese).

研究团队

西安交通大学电气工程学院别朝红教授团队主要从事复杂电力系统规划与可靠性评估、多类型新能源消纳及以电网为核心的能源互联网规划等领域的研究。近年来课题组承担了国家重点研发计划项目、国家自然科学基金项目及国家 863、973 计划项目等多项国家重点科技攻关项目,相关学术成果不仅在理论上实现了重大突破,同时在实际电网中得到广泛应用。2019年,别朝红教授被评为教育部长江学者特聘教授,研究成果获得2019年陕西省科学技术进步一等奖。

基于微网领域的研究成果和国际影响,别朝红教授倡导成立了IEC 微网国际标准工作组并担任召集人,牵头制定国际上第一部微网国际标准,并于 2016 年 12 月底获得 IEC/TC8 成员国全票通过;近年来,别朝红教授课题组团队面向国际学术前沿和国家重大战略需求,牵头组建了“信息物理融合能源系统”多学科交叉创新团队,在能源互联网的供需不确定性、安全优化调度、规划与可靠性等领域取得重要进展,为持续推动智能电网技术创新、支撑能源结构清洁化转型和能源消费革命提供理论基础;基于该研究进展,课题组申请获批 2016年首批国家重点研发计划项目“能源互联网的规划、运行与交易基础理论”。在弹性电网研究的开展方面,研究团队于2018年4月承办中国工程院“弹性电网与中国实践”工程前沿技术研讨会并就弹性电网研究现状与发展趋势发表专题报告,对弹性电网研究起到了重要的推动作用。

作者简介


卞艺衡


博士研究生


主要研究方向为弹性电网规划与优化运行

E-mail:

byh0xyz@stu.xjtu.edu.cn

别朝红


教授


主要研究方向为电力系统规划及可靠性评估、新能源接入系统安全性评估、弹性电力系统

E-mail:

zhbie@mail.xjtu.edu.cn

黄格超


硕士研究生


主要研究方向为综合能源系统恢复力评估及恢复力提升措施

E-mail:

hgc096710@stu.xjtu.edu.cn

周勤勇


教授级高级工程师


主要研究方向为电力系统分析与控制

E-mail:

zhouqinyong@126.com


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编辑:张鹏

审核:白恺


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