[0001] 本发明涉及一种包含分布式电源的配电网动态孤岛划分方法，属于配电网孤岛划分技术领域。

[0002] 近年来，随着经济的快速发展，我国面临能源短缺、环境污染等问题在日益加剧，在国家政策扶持下，配电网中的分布式电源渗透率逐渐增加，当发生故障后，可以通过形成孤岛保证一部分重要负荷恢复供电，提高配电网的供电可靠性。然而，分布式电源出力具有间歇性、波动性的特点，会对电网的安全稳定运行造成威胁。综上所述，研究综合考虑分布式电源出力的随机性和负荷波动特性的配电网动态孤岛划分策略是十分必要的。

[0003] 目前，已有诸多针对故障后主动配电网故障恢复的孤岛划分研究。孤岛划分方法主要是以功率平衡为划分原则，以优先保证重要负荷得到供电的和尽可能多的恢复负荷供电为目标求解孤岛范围，但现有方法多数采用静态孤岛划分模型，即将分布式电源出力和负荷用电功率取定值，鲜有考虑随机性和波动性，仅以功率平衡和电气安全等作为约束，忽略了DG(Distributed Generation，分布式电源)发电量和负荷用电量的电量平衡问题，难以保证孤岛运行的安全性和可靠性，并且未考虑到孤岛融合的情况，没有对孤岛范围进行调整与优化，忽略了部分的可行解，分布式电源的利用率较低。因此，为提高配电网供电可靠性，研究含分布式电源的配电网多时段动态孤岛划分策略意义重大。

[0052] 下面结合附图和具体实施例来对本发明进行详细的说明。

[0053] 一种包含分布式电源的配电网动态孤岛划分方法，包含以下步骤：

[0054] 获取初始数据，所述初始数据包括故障位置信息、计划停电时间信息、故障时配电网络参数、负荷等级参数、负荷功率预测和本时段储能荷电状态；所述故障位置信息为电网故障处网络信息；所述计划停电时间信息包含故障计划总停电时间、计划均分时间段和当前时刻；所述负荷类别表示负荷优先等级，本发明实施例中分为一类负荷，二类负荷和三类负荷；

[0055] 计算本时段的孤岛可行解，根据所述初始数据，以分布式电源和储能所连负荷节点作为根节点，在满足相关约束的前提下，采用广度优先搜索算法确定各功率圆范围，得到本时段的孤岛可行解；

[0056] 划分孤岛范围，根据所述本时段的孤岛可行解，在满足相关约束的前提下，采用深度优先搜索算法寻找最大等效负荷恢复方案对应下的本时段初步孤岛划分范围；

[0057] 优化孤岛划分范围，根据所述本时段初步孤岛划分范围，采用孤岛融合检验策略对其进行调整与优化，确定本时段最优孤岛划分范围；

[0058] 判断所有时段的最优孤岛划分范围是否均被确定，未确定则计算下一时段储能荷电状态，并确定下一时段最优孤岛划分范围，直至所有时段的最优孤岛划分范围均被确定，将所有时段最优孤岛划分范围纳入动态孤岛划分方案集中，输出所述动态孤岛划分方案集，孤岛划分结束。

[0059] 所述采用广度优先搜索算法确定各功率圆范围的具体操作如下：

[0060] 设置一数组a用于表示节点是否被搜索过；以分布式电源和储能所连负荷节点作为根节点，对当前时刻所有根节点进行搜索，并在数组a中记录为已搜索；以根节点所连分布式电源和储能出力为该根节点的功率圆半径，若功率圆半径大于该根节点负荷功率，则将该根节点作为可行节点并记录到一队列A中；

[0061] 搜索网络中与根节点相邻的所有下层节点，并在数组a中记录为已搜索；若某一下层节点与其上层所连节点的负荷功率之和小于该节点所属根节点的功率圆半径，则将该节点作为可行节点记录到队列A中，否则对该节点不进行操作并停止搜索其下层所连节点；

[0062] 从队列A中记录的下层节点出发，搜索其下一层未被搜索过的所有节点，并在数组a中将下一层节点记录为已搜索，若某一节点与其上层所连节点的负荷功率之和小于该节点所属根节点的功率圆半径，则将该节点记录到队列A中，否则对该节点不进行操作并停止搜索其下层所连节点；以此类推，逐层搜索，直到网络中所有节点搜索结束，此时队列A中所含节点即为孤岛划分的可行解。

[0063] 所述深度优先搜索算法是以等效负荷恢复量最大为目标确定初步孤岛划分范围；以等效负荷恢复量最大建立的目标函数如下：

[0064]

[0065] 式中，Nt，L表示在t时刻孤岛系统内包含的负荷节点总数；xi取值为1或0，当xi＝1时，表示节点i参与孤岛划分，否则不参与孤岛划分；ci反映节点i的负荷权重，负荷优先等级越高，权重越大，本发明实施例中一类负荷权重为1，二类负荷权重为0.5，三类负荷权重为0.1；PL,i,t为节点i在t时刻负荷的有功功率。

[0066] 所述采用深度优先搜索算法寻找最大等效负荷恢复方案对应下的本时段初步孤岛划分范围时须兼顾各项电气约束条件，孤岛划分的约束条件包括，

[0067] ①节点电压与支路电流约束，当负荷通过孤岛与重构的形式恢复并网之后，为保证系统能够正常稳定运行，网络中节点电压与之路电流需满足一定的约束条件，即：

[0068]

[0069] 式中：Vi,t为节点i在t时刻的电压，Vimax、Vimin分别表示节点i电压上、下限；Iij,t为t时段支路i‑j上流过的电流， 为支路i‑j允许电流最大值；

[0070] ②节点功率平衡约束，满足功率平衡的要求是孤岛及重构后主动配电网稳定运行的关键。由基尔霍夫定律可知，流入节点的功率之和必等于流出该节点的功率之和，因此应当满足节点的功率平衡约束，即：

[0071]

[0072] 式中：Vi,t、Vj,t为t时段节点i、j电压；αij,t为t时段线路i‑j开关状态，取0表示线路i‑j开关断开，取1表示线路i‑j开关闭合；Pis,t、Qis,t分别为在t时刻节点i的注入有功、无功功率；Gij、Bij为支路i‑j的电导和电纳，δij,t为t时段支路i‑j的电压相角差；C(i)为与节点i相连的节点集合；

[0073] ③DG功率约束，由于风电和光伏的出力具有较强间歇性与波动性，要想使系统在孤岛划分与网络重构之后能够稳定运行，应当满足DG功率约束，即：

[0074]

[0075] 式中：PDG,i,t、QDG,i,t为t时段节点i处DG的有功出力和无功出力； 为t时段节点i处DG的有功出力和无功出力上限； 为t时段节点i处DG的有功出力和无功出力下限；

[0076] ④网络结构约束，主动配电网一般为闭环设计、开环运行。因此，考虑孤岛划分与网络重构相配合的故障恢复策略在故障恢复过程中，主动配电网需满足连通性约束与辐射状约束，即：

[0077]

[0078] 式中：fdi为节点i的虚拟负荷，一般可取单位1，fij,t为t时段支路i‑j处流过的虚拟流量，Nb为支路数，Nn为节点数，Ns为电源数；

[0079] ⑤储能充放电状态及功率约束，在孤岛划分与网络重构过程中均可用到储能装置，但储能的充放电功率不应大于其限定值，因此需要满足储能充放电状态及功率约束，即：

[0080]

[0081] 式中： 分别代表节点i处储能在t时段充放电状态的0‑1变量；分别表示节点i处储能的充放电的最大功率； 表示节点i处储能在t
时段充放电功率；

[0082] ⑥储能剩余容量约束，储能具有一定的容量限制，不能过度充电或放电，应当满足储能剩余容量约束，即：

[0083]

[0084] 式中： 为t时段节点i处储能的剩余容量； 和 节点i处储能的最大、最小容量限制；ηch、ηdis分别为储能的充放电效率；

[0085] ⑦电容器投切约束，为应对主动配电网孤岛运行时负荷的无功需求以及网络重构后由于无功缺额引起的欠电压问题，在孤岛与重构故障恢复过程中需要投切电容器组进行无功补偿，应满足电容器投切约束，即：

[0086]

[0087] 式中： 为t时段节点i处电容器的无功补偿容量， 表示投入单个电容器的补偿容量， 为t时段节点i处投切的电容器数量， 为节点i处可供投切的电容器总数。

[0088] 所述采用孤岛融合检验策略对其进行调整与优化，确定本时段最优孤岛划分范围的具体操作如下：

[0089] 判断所述初步孤岛划分范围是否存在交集，清除有交集的孤岛划分结果，得到等值节点；所述清除具体为当两个相邻分布式电源所对应的孤岛划分结果存在交集时，将孤岛内分布式电源接入节点间的连通路径上全部节点合并为一个等值节点，并将两个孤岛内的分布式电源合并为一个等值分布式电源，若分布式电源接入节点间的连通路径上存在分支，则将其与等值节点直接相连；

[0090] 以所述等值节点为根节点，根据广度优先搜索与深度优先搜索确定初步孤岛划分范围，判断所述初步孤岛划分范围是否存在交集，清除有交集的孤岛划分结果，得到等值节点；重复所述步骤，直至所有孤岛没有交集为止，得到没有交集的最优孤岛划分范围；

[0091] 根据所述最优孤岛划分范围，对任意两相邻孤岛进行融合，输出该时段的孤岛划分结果；所述融合为将两孤岛范围之间线路中所有节点并入孤岛范围内，若融合后的孤岛满足孤岛划分的约束条件，则进行孤岛融合操作，否则，取消孤岛融合，得到本时段的最优孤岛划分范围。

[0092] 在本发明的一种实施方式中，孤岛划分存在交集时孤岛融合过程为，参考图3，两个相邻分布式电源所对应的孤岛划分结果存在交集，将孤岛划分结果内分布式电源接入节点间的连通路径上的节点(图3，节点6至节点11)合并为一个等值节点(图3，节点E)，并将两分布式电源(图3，DG1和DG2)合并为一个等值分布式电源(图3，DG1+DG2)，两分布式电源接入节点间的连通路径上存在分支(图3，节点15、16和17)，则将其与等值节点直接相连。

[0093] 在本发明的一种实施方式中，孤岛划分不存在交集时孤岛融合过程为，参考图4，将任意两相邻孤岛范围之间线路中所有节点(图4，节点5至节点11)并入一个孤岛范围内，若此孤岛满足孤岛划分的约束条件，则进行孤岛融合操作，否则取消孤岛融合。

[0094] 以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。