[0001] 本发明涉及基于静态和动态孤岛约束下的微电网弹性增强方法。

[0002] 弹性是系统对扰动事件抵御、适应以及快速恢复的能力。随着全球自然灾害逐渐增多，构建对极端扰动事件具有恢复力的“弹性电网”受到越来越多关注。微电网通常的特点是惯性降低，在意外形成孤岛的事件后会导致大的瞬变。这些瞬变可能导致级联设备的断开，有保护触发，导致微网中部分负载完全丢失。

[0052] 下面通过具体实施例，并结合附图，对本发明的具体实施方式作进一步具体说明。

[0053] 算例采用欧洲配置CIGRE的修改版本用于分析所提出方法的性能。系统包括四台光伏(PV)发电机和一台SG。其中三台光伏发电机具有并网能力，而一台具有固定输出PQ控制。微网发电机参数在表1中给出，系统基值为500kVA。连接到节点R1的额定负载的50％是可移动的，节点R15和R16连接了高优先级的关键负载(总负载的30％)。负荷参数、负荷曲线和电缆参数取自标准参数，并在24小时规划范围内考虑了典型的欧洲光伏装置发电曲线。lim
对于第2阶段的动态约束，使用频率最低点 RoCoFω ＝0.8Hz/s和准稳态
频率 的ENTSO‑E阈值。

[0054] 采用CIGRE测试算例进行静态和动态孤岛约束下增强微电网弹性方法的验证和分析。其中发电机组的参数如下表：

[0055] 表1.发电机组参数

[0056]  SG 光伏1 光伏2 光伏3 光伏4
所在节点 R1 R11 R15 R17 R18
kW％峰值负载 175 350 235 150 90
惯性(CIG的虚拟)，H[p.u] 7 7 ‑ ‑ ‑
阻尼常数，D[p.u] 25 30 ‑ ‑ ‑
机械功率增益，K[p.u] 1.1 1.1 1.1 1.1 ‑
下垂增益，R[p.u] 0.03 ‑ 0.05 0.05 ‑
涡轮功率分数，F[p.u] 0.35 ‑ ‑ ‑ ‑

[0057] 本发明的具体步骤包括：

[0058] 步骤一：并网模式下的运行调度计算

[0059] 并网运行模型如下所示。目标函数式(a)的第一项和第二项包括分别附加到有功grid,p grid,q(C )和无功(C )功率的成本与主电网交换。进出口成本因能源市场而异。第三项和pdg qdg
第四项与SGs(C ,C )的运营成本(考虑可忽略不计的启动/关闭成本)有关，而第五项pv flex
(C )是运行和维护可再生能源的运营成本。最后,C 是当负载从客户的首选消费时段转移时产生的惩罚成本。

[0060]

[0061] s.t.

[0062]

[0063]

[0064]

[0065]

[0066]

[0067]

[0068]

[0069]

[0070]

[0071]

[0072]

[0073]

[0074]

[0075]

[0076]

[0077]

[0078] 约束(b)‑(c)是网络潮流方程，而(d)‑(e)与每个节点的净功率注入有关。每个节点消耗的总负载，恒定且灵活，由(f)给出。每个分支都受到最大负载限制Sij的约束，由建模。该二次约束使用构造凸多边形的分段近似线性化。约束(g)‑(h)对线性化加载限制进行建模，其中 是构成凸多边形的八段线的导数。节点电压限制由(i)和约束(j)‑(m)强制执行，确保不违反对来自电网的电力交换、本地发电容量和总负载的限制。本地生成器的承诺状态由 和 表示。有功功率、电网功率的限制如式(j)所示，最初(在ψ＝1)基于运营商限制，但是，随着后续迭代，这些限制基于第二阶段问题的解决方案收紧。SGs有向上/向下(rui/rdi)斜坡限制为式(n)和最小开/关时间式(o)其中参数和 分别定义了SG的“开”和“关”时段的持续时间。 提供的能量在规
划范围内受式(p)限制，而一个运行周期内的总弹性负荷能耗 由式(q)保证。每次迭代的并网运行模型ψ是一个混合整数线性规划(MILP)问题，其中
作为控制变量集。

[0079] 步骤二：孤岛模式下的运行调度计算

[0080] 发生意外孤岛时的目标是确保微网的自给自足，尤其是在为关键负载供电时。微网孤岛在断开连接后至少需要保证1个时间段的自给自足。为了实现这一点，采用了考虑规划范围内每个时间段可能出现的断开连接的稳健模型。对于微网可能与电网断开连接并且到主电网的电力交换在式(d)‑式(e)中设置为零的每个时间段，该问题独立解决。下式取代目标函数式(a)以实现最小化负荷削减：

[0081]

[0082] 在此模式下，尽管始终优先处理关键负载，但可以削减所有负载。当节点i上的负载得到服务时，整数αit为“1”，否则为“0”。 指示负载优先级和在特定节点削减负载的d,f成本。减少的柔性负载量由Δ{p,q} 表示。对系统运行的约束类似于具有
的并网模式。孤岛运行的问题被表述为MILP，其控制变量定义为

[0083] 步骤三：考虑频率安全约束

[0084] 微网在紧急孤岛事件后不触发保护装置的生存取决于功率阶跃变化的大小以及微网发电机的控制能力。反过来，功率阶跃变化由断开时与主电网的功率交换决定。从孤岛期间微网动态行为的关键方面中提取嵌入在运行调度问题中的生存性限制。微网发电机可以是电网支持的，能够在瞬态事件期间提供电压和频率控制或电网馈电，其有功和无功功率输出仅由监督控制确定，并被视为瞬态期间的恒定PQ注入。孤岛事件后的瞬态响应和稳态工作点由电网支持单元(SG或CIG)结合负载动态控制。虽然常规的方法忽略了负载动态，但方法论可以扩展到包括它们的影响。SG的频率响应受电子机械动力学和涡轮调速器动力学的控制。在快速作用CIG中，电源频率下垂确保功率共享和频率控制，同时可以通过结合虚拟同步机控制来模拟惯性响应。利用组合频率响应模型将SG和CIG与下垂或VSM控制结合起来从而推导出在有功功率发生阶跃变化时控制瞬态频率响应的性能指标的分析表达式：

[0085] ω(t)＝‑Δp/m，

[0086]

[0087]

[0088] 动态频率响应的特征为频率瞬时变化率ω(t)、频率最低点以及频率最高点(±ωmax)，准稳态响应则受到频率偏差ωs的影响。

[0089] 由于电网支持单元的高渗透率，微网中降低的系统惯性会影响频率性能，从而导致更大的最大值和最小值以及RoCoF水平。为了防止激活欠频/过频保护和RoCoF继电器，需要有效管理有功功率。

[0090] 给定控制参数和机组在给定小时的并网模式问题中的额定功率。对于每次迭代ψ和时刻t，使用下式所示的线性规划(LP)问题制定并解决安全频率响应问题。为确保满足所有指标，可能需要在给定时刻交换的电网功率发生变化 因此，式(a)是确定每个时刻电网功率调度的最小变化，以便获得安全的动态响应。约束式(b)‑式(d)强制并网电力计划遵守运营商定义的最低点/最高点、RoCoF和QSS频率限制(用lim表示)：

[0091]

[0092] s.t.

[0093]

[0094]

[0095]

[0096] 非零最佳成本值 表示先前确定的并网运行时间违反度量限制。 的值用于调整式(j)中在相关时间段内与电网交换的最大/最小功率限制。
用于增加/减少来自/向电网的功率的最小/最大限制，如下式所示：

[0097]

[0098]

[0099] 图1给出了并网、孤岛模式下，在节点R1和R11处连接的本地微网发电机发电量。并网、孤岛模式下，在节点R1和R11处连接的本地微网发电机发电量可如说明书附图1所示，图1显示了两台发电机(一个SG和一个PV，分别连接到节点R1和R11)在并网和孤岛模式下每小时的功率输出。在并网运行中，目标是在满足负载需求的同时最小化运行成本。由于光伏装置的发电成本为零，因此它们的输出最大化。在孤岛模式下，微网应具有足够的发电能力来为关键负载提供服务。根据给定时间存在的PV和SG能量含量，分析24小时内每小时的MG充足性。从图1中可以看出，SG仅在太阳能不足的时间段内使用。此外，由于MG孤岛时光伏发电过多，PV功率的可变性导致在孤岛模式下在9‑14小时观察到的PV单元的有功功率削减。

[0100] 图2给出了标称负荷曲线的总网络，并网模式下的转移负荷(提高控制灵活性)和孤岛模式下的减少负荷。可变光伏发电和SG不足导致在某些时间段内削减负荷，如图2所示。这主要发生在20到24小时，这是消费高峰期(18到24小时)的一部分。然而，在每种情况下最多减少40％的负载，节点的临界负载主要在紧急孤岛情况下提供服务。结果表明了MG网络的充足水平，表明必须对PV单元进行更好的电源管理，以提高可靠性并更好地支持孤岛电源模式。

[0101] 图3给出了从电网输入(‑)和向电网输出(+)的功率变化的示意。请注意，如图3中电网功率的正值所示，并网模式下任何多余的光伏功率都会出售给电网。如图3、4所示可以得出并网模式下的运营成本通过将负载转移到系统从PV单元产生过剩发电量的时间段来最小化最大限度地减少了微网对电网功率的依赖，并提供了更大的灵活性，特别是考虑到受电网功率交换的限制。为了最大限度地减少性能下降并防止由于着陆期间保护继电器的操作引起的级联故障，对操作时间表进行测试以确保消除对动态约束的违反。电网功率为最初计划如图3中的迭代1所示。迭代2和3显示由于系统控制能力不足以满足动态约束而导致计划电网功率减少。

[0102] 图4给出了灵活的负载调度，因为每次迭代的电网功率界限示意。动态频率控制能力受标称有功功率容量和机组控制参数的控制，如表I中所定义。由于这些参数是静态的，因此进一步的系统灵活性至关重要。图4显示，使用灵活负载增加了系统冗余，防止微网模型不可行，其中控制能力不足导致频率响应无法满足阈值。这些在迭代2和3中作为预防控制措施被激活，以提高紧急孤岛事件期间的生存能力。

[0103] RoCoF和QSS的变化每个孤岛周期的频率值如图5所示。每个孤岛时刻的RoCoF和QSS值解决方案迭代。微网断开前与电网有功功率输出/输入相关的正/负值。