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北京交通大学王颖、许寅等:计及分布式可再生能源发电的配电网应急供电恢复策略

计及分布式可再生能源发电的配电网应急供电恢复策略

刘家妤1,张琪祁1,王颖2,许寅2

(1.国网上海市电力公司电力科学研究院;2.北京交通大学)


本文发表在《全球能源互联网》2020年第6期,欢迎点击品读。本文受国家电网公司科技项目资助(B30940190000)。

研究背景

配电网中本地可控发电资源能量有限,光伏和风电等可再生能源发电(VRE-DG)可为大电网停电事故后配电网应急供电恢复提供有力支撑。然而,失去大电网支撑的电气孤岛抗扰动能力弱,而VRE-DG出力具有不确定性,如处理不当会造成功率失衡甚至会导致恢复失败。

研究成果

本文考虑VRE-DG对应急恢复的能量支撑,提出了计及VRE-DG的配电网应急供电恢复策略,通过滚动求解多源协同多时段恢复模型MPCLR-milp和优化运行模型OP-sdp确定各时段的恢复策略和运行策略。与不使用VRE-DG的应急供电恢复策略相比,本文所提应急恢复策略中负荷加权供电时间和恢复能量都有显著增加,经算例验证表明该方法能够保证重要负荷供电时间,同时扩大恢复供电范围。

主要内容

01

应急供电恢复思路


  • 容量:实现多备用电源和分布式发电协同,恢复更多负荷

  • 能量:为负荷更加持久供电

  • 控制能力:抗扰动

  • 不确定性应对能力:功率波动

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⬆ 图1 多源协同的应急供电恢复思路示意图

02

基于滚动修正的多时段恢复策略

基于滚动修正的多时段恢复策略将停电时间划分为若干时段(如15 min一段,在每个时段初期都会结合当前能量剩余情况,综合考虑后续时段进行恢复策略的修正。在t-1时刻,考虑以后所有时段,求解多时段恢复优化决策模型(MPCLR),制定恢复策略,确定t时段恢复负荷集合以及发电机的计划输出功率。在制定恢复策略时不考虑可再生能源的参与。恢复策略确定后,根据恢复策略中负荷恢复的结果,考虑可再生能源的参与,通过求解优化运行模型(OP),制定该时段的优化运行策略。

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⬆ 图2 基于滚动修正的配电网多时段恢复示意图

其中多时段恢复模型MPCLR通过忽略网损的方式将三相不对称潮流进行线性化处理,建模为混合整数线性规划模型(MILP),各时段运行模型OP将三相不对称潮流方程建模为半定约束,整个问题建模为半定规划模型(SDP),两个模型均可利用成熟求解器有效求解。

03

算例分析

采用改进的IEEE123节点算例进行验证,风电和光伏的额定功率均为50kW,且随时间出力变化归一化曲线如下图所示。假设极端事件后变电站均失电,配电网内发生多点故障,三个微电网转入孤岛运行状态,微电网以外的负荷全部失电。预计配电网停电时间为6 h,为10:00-16:00。此时协同网内的可控分布式电源、自备应急电源、固定间歇性能源实现负荷恢复。

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⬆ 图3 光伏-风电日出力曲线

该场景下,恢复后可形成1个目标孤岛。利用本文提出的基于恢复策略滚动修正的多源多时段协同恢复思路进行恢复策略的制定。将停电时段分为12时段,每个时段为30 min。

MPCLR-milp求解时间为1491.16 s,恢复初期得到的多时段恢复策略如下图所示。通过求解OP-sdp,0.22 s得到第一时段的运行策略。

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⬆ 图4 改进的IEEE123节点系统第一时段的恢复计划

经过滚动优化后,得到各时段负荷恢复情况如下图所示。

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⬆ 图5 改进的IEEE123节点系统最终负荷恢复情况

可以看出,利用可再生能源能够增加后续恢复负荷数目,相比于不使用可再生能源的多时段恢复策略,负荷加权供电时间和恢复能量均有所增加。综上,本文提出的利用可再生能源辅助恢复的多时段恢复策略能够更大限度地利用发电资源,保证重要负荷供电时间,同时扩大恢复供电范围。

本文引文信息

刘家妤,张琪祁,王颖,等. 计及分布式可再生能源发电的配电网应急供电恢复策略[J]. 全球能源互联网,2020,3(6):600-606.


LIU Jiayu, ZHANG Qiqi, WANG Ying, et al. Service restoration strategy for distribution systems considering renewable-energy-based distributed generators[J]. Journal of Global Energy Interconnection, 2020, 3(6): 600-606(in Chinese).

作者简介

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刘家妤


国家电网上海公司电力科学研究院高级工程师


主要研究方向为韧性电网、电力设备状态监测与故障诊断、现场特殊试验、超导电缆技术研究与应用等。

E-mail:

liujiayu04@gmail.com

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张琪祁


硕士


主要研究方向为韧性电网、电力系统仿真和控制等。

E-mail:

sh_kjj1@163.com

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王颖


博士,讲师


主要研究方向为韧性、配电网恢复、电力交通融合等。

E-mail:

yingwang1992@bjtu.edu.cn

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许寅


博士,教授,博士生导师


主要研究方向为韧性电网、电力系统高性能计算、电力交通融合等。

E-mail:

xuyin@bjtu.edu.cn

编辑:张鹏

审核:白恺

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