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专利号: 2017101750865
申请人: 燕山大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 发电、变电或配电
更新日期:2024-02-23
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种考虑需求侧响应的基于博弈论的主动配电网孤岛恢复方法,其特征在于,合作博弈和非合作博弈恢复模型的建立方法如下:

1.1 博弈参与人和策略

按照分布式电源(distributed generation,DG)不同特性大致可以分为三类,1)不具备黑启动能力的分布式电源;2)具备黑启动能力的清洁分布式电源;3)具备黑启动能力的传统分布式电源;从以上三类分布式电源中分别选其一再加上电动汽车形成的虚拟分布式电源作为博弈参与人;参与人包括:含光储分布式电源、不含光储的分布式电源、电动汽车形成的虚拟分布式电源和柴油发电机形成的分布式电源;

(1)非合作博弈

假设有n个分布式电源,n个博弈参与人的集合可以表示为N={Aj},其中j=1,2,...,n;

Aj代表一个博弈参与人;N代表所有博弈参与人集合;每个分布式电源的方法是确定孤岛的划分区域,Aj的重构方法表示为φi={Li},即某个分布式电源包含的负荷集合,其中,Li为由分布式电源供电的节点i的负荷量,单位是kW;

(2)合作博弈

合作博弈是以特征函数的形式(N,P)给出,简称博弈的特征型,也称联盟型;其中N依然表示参与人的集合,S是N的子集,表示参与人之间的联盟, 合作博弈的参与人是以几个分布式电源组成联盟的形式参与到博弈重构中,合作博弈的重构方法的集合为其中,LLi表示第i个分布式电源联盟区域内包含的负荷节点;

1.2 收益函数

含光储分布式电源代表清洁能源光伏发电的利益,简称为清洁分布式电源;柴油发电机分布式电源出力稳定,简称为传统分布式电源;电动汽车形成的虚拟分布式电源是一种移动式的储能电源,具有荷源二性,既可以在故障时为电网提供放电服务,又作为一种可控负荷吸收电能,称为灵活分布式电源;定义分布式电源的利用率(utilization rate)作为其收益函数,公式如下:式中:Pj为参与恢复的第j个分布式电源发电量,单位是kW;C为分布式电源所在供电孤岛区域内的所有负荷集合;Li为由分布式电源供电的节点i的负荷量,单位是kW;

1.3 恢复模型

1.3.1 目标函数

在配电网断电的紧急情况下,以负荷的最大恢复量作为目标函数:式中:F表示负荷的最大恢复量;λi为负荷的状态变量,负荷i失电时为0,得电时为1;

Li-get为节点i恢复的负荷量,kW;D1,D2,D3分别表示一级负荷集合、二级负荷集合和三级负荷集合;

定义负荷恢复率(restoration rate,RR)来评价负荷恢复相对多少,公式如下:式中:Li为节点i的负荷值,单位是kW; 为节点i恢复的负荷量,单位是kW;E为所有负荷集合;

1.3.2 约束条件

(1)辐射状结构,其公式如下:

gk∈Gk

式中:gk为已恢复的供电区域;Gk为保证配电网辐射状的所有拓扑结构集合;

(2)配电网各线路的容量约束

Il≤Ilmax,(l=1,2,…,n)

式中:Il为流过l的电流;Ilmax为流过线路l的最大电流;n为配电网支路数量;

(3)节点电压约束

Uimin≤Ui≤Uimax,(i=1,2,…,m)

式中:Ui为节点i的电压;Uimin为节点i电压的下限;Uimax为节点i电压的上限;m为配电网节点数量;

(4)分布式电源出力约束

式中:PDG(t)为t时刻分布式电源的实际出力; 为t时刻分布式电源出力的下限;

为t时刻分布式电源出力的上限;

(5)储能装置充放电约束

式中:Pdis(t)为t时刻储能装置的实际放电功率; 为储能装置放电功率的上限;

为储能装置放电功率的下限;Pch(t)为储能装置的实际充电功率; 为储能装置充电功率的上限; 为储能装置充电功率的下限;

(6)电动汽车充放电约束

1)电动汽车充放电电池约束

Schmin≤Sch(t)≤Schmax

Smastermin≤Sdis(t)

式中:Schmin和Schmax为保证电池寿命的最小和最大充电约束,以防止过分充电;Smastermin为车主可以接受的最低放电约束;Sch(t)表示车主的充电功率;Sdis(t)表示车的放电功率;

2)电动汽车充放电约束

电动汽车除了满足电池约束外,还需要满足自身的功率约束,且不能同时处于充放电状态;

0≤Pch(t)≤Pchmax

0≤Pdis(t)≤Pdismax

Pch(t)·Pdis(t)=0

式中:Pchmax和Pdismax分别为电动汽车最大充电和放电功率约束。

2.根据权利要求1所述的一种考虑需求侧响应的基于博弈论的主动配电网孤岛恢复方法,其特征在于:在非合作博弈恢复中,每个分布式电源都尽可能多地恢复失电负荷,在故障发生后,具有黑启动能力的分布式电源独自恢复部分失电负荷,没有与其他分布式电源进行任何沟通与协作;各个分布式电源以各自电源作为根节点进行孤岛树搜索,直到搜索到容量不足则停止,从而形成孤岛搜索树;在每个具有黑启动的分布式电源形成的孤岛树的下游有若干的负荷;在搜索过程中,会遇到几个不同负荷择其一的情况,倘若n个负荷的重要度等级不同,则选择重要等级的负荷优先恢复;倘若n个负荷的重要度等级相同,则选择负荷值大的负荷优先恢复,可以增大分布式电源的利用率;分布式电源彼此之间的竞争是一种无序竞争,在孤岛划分时遵循“霸王式”的规则。

3.根据权利要求2所述的非合作博弈所遵从的“霸王式”规则,其特征在于:规则(一):倘若遇到孤岛区域有重叠的情况,那么重叠区域内的节点根据距离分布式电源的远近随机包含于较近的孤岛进行恢复;

规则(二):倘若遇到某一个孤岛区域完全被包含于另一个孤岛的情况,处理同规则一;

规则(三):即使两个分布式电源孤岛间有联络开关相连接,但是不通过联络开关进行互联;

各个分布式电源间不存在任何的合作,不能很好地进行协调恢复,会造成部分分布式电源的能量浪费,而有部分负荷却没有得到恢复。

4.根据权利要求1所述的合作博弈中分布式电源启动的孤岛划分规则,其特征在于,同样以分布式电源为根节点进行孤岛树搜索,直到搜索到容量不足则停止,从而形成孤岛搜索树,在划分各个分布式电源孤岛区域时遵循的规则不同;具体内容如下:规则(一):倘若出现某一个孤岛的范围完全包含于另一个孤岛,则这两个孤岛合作,以共同的容量进行孤岛树范围搜索;

规则(二):倘若两个孤岛的范围出现相交的情况,处理同规则(一);

规则(三):倘若两个孤岛范围之间含有联络开关,处理同规则(一);

规则(四):倘若孤岛联盟和另一个孤岛发生如以上三条规则中规定的情况,可对孤岛联盟进行扩展;

规则(五):根据各个分布式电源的收益函数,对每个分布式电源形成的孤岛区域或孤岛联盟区域进行微调。

5.根据权利要求1所述的考虑需求侧响应的基于博弈论的主动配电网孤岛恢复方法,其特征在于,所述分布式电源的收益函数,含光储分布式电源代表清洁能源光伏发电的利益,具有环保的收益;柴油发电机分布式电源出力稳定,具有可靠的收益;电动汽车形成的虚拟分布式电源是一种移动式的储能电源,具有荷源二性,既可以在故障时为电网提供放电服务,又作为一种可控负荷吸收电能;每一类分布式电源都希望自身的能量被充分利用尽可能多地恢复失电负荷,从而获得较大的价值,定义分布式电源的利用率(Utilization Rate,UR)作为其收益函数:式中:Pj为参与恢复的第j个分布式电源发电量,单位是kW;C为分布式电源所在供电孤岛区域内的所有负荷集合;Li为由分布式电源供电的节点i的负荷量,单位是kW。

6.根据权利要求1所述的一种考虑需求侧响应的基于博弈论的主动配电网孤岛恢复方法,其特征在于,在一个孤岛联盟中,分布式电源合作可以恢复更多的负荷,满足超可加性;

在协调各个分布式电源出力时,考虑联盟博弈中能源的均衡配置与联盟分割,此问题转化为合作博弈形式(N,P,v),其中P表示联盟分割;分割的过程即是求解孤岛联盟关于电力能源分配的过程,可以通过计算博弈的核和夏普利值来计算;

按照夏普利值的思想,参与人i所应承担的成本或所应获得的收益等于该参与人对每一个他所参与的联盟的边际贡献的平均值,故采用夏普利方法,其定义如下:式中:n为此次博弈所有的参与人数;A表示孤岛联盟A中参与的人数,P(A)为联盟A的收益,P(A/i)表示局中人i离开联盟A后联盟的收益值;

通过以上夏普利方法进行电能分配,可以计算出联盟的分布式电源之间的能源配置。