基于熵值法-集对分析的微电网孤岛划分方法

本发明涉及微电网孤岛划分，具体涉及一种基于熵值法-集对分析的微电网孤岛划分方法

背景技术：

1、随着分布式电源的渗透率越来越高，传统的供电保护措施无法适应微电网结构变化带来的影响，孤岛运行作为一个新型的保护措施被微电网广泛应用。微电网并网和孤岛运行模式的切换使得分布式电源既可以作为补充电源又可以作为备用电源，孤岛运行是电网在故障后保障微网内重要负荷供电的一种重要运行方式。因此，对含有分布式电源的微电网进行科学合理的孤岛划分，对于确保微电网孤岛运行安全切换，提高微电网供电可靠性，以及减少因电力系统故障而导致负荷停电损失等均具有重要的现实意义。

2、现有技术中，文献[1]:《a risk management procedure for islandpartitioning of automated radial distribution networks with distributedgenerators》(zeljko n.popovic,stanko d.knezevic,branislav s.brbaklic,“a riskmanagement procedure for island partitioning of automated radial distributionnetworks with distributed generators,”ieee trans.power syst.,vol.35,no.5,pp.3895-3905,sept.2020.)针对孤岛划分中发电和负荷不确定性问题提出了一种自动化径向的孤岛划分方法，该方法根据负载和分布式电源之间的相关性制定不同的孤岛划分场景。然而，该文献侧重考虑孤岛划分后系统运行的经济性，没有考虑负荷的优先级。

3、文献[2]:《bi-level service restoration strategy for activedistribution system considering different types of energy supply sources》(liz,khrebtova t,zhao n,et al.bi-level service restoration strategy for activedistribution system considering different types of energy supply sources.ietgeneration,transmission&distribution.2020,14(9):4186-4194.)构建了一种双层优化方法求解最优孤岛，以最小化故障恢复过程中的经济成本，并重新激活最多的用电负荷。该计划孤岛是根据微电网内分布式电源输出和负荷容量提前规划好孤岛划分区域，但实际孤岛发生时间不可预估，实际情况会使提前计划好的孤岛划分区域存在一定偏差，不能充分发挥分布式电源的利用效率或者无法满足微电网内重要负荷持续供电。

4、针对微电网非计划孤岛故障情况下含分布式电源的孤岛划分问题，文献[3]:《optimization strategy for island partitioning and reconfiguration of faulteddistribution network containing distributed generation》(y.xiang,j.liu,l.yao,et al.,“optimization strategy for island partitioning and reconfiguration offaulted distribution network containing distributed generation,”power systemtechnology,vol.37,no.4,pp.1025-1032,apr.2013.)提出了一种微电网两阶段结构优化方法，采用隐枚举法搜索初始孤岛解集然后校验中断量值和计算无功补偿从而确定最终孤岛。文献[4]:《a method to ensure power supply reliability for key load indistribution network containing distributed generation》(x.xie,f.wang,q.chen,et al.,“a method to ensure power supply reliability for key load indistribution network containing distributed generation,”power systemtechnology,vol.37,no.5,pp.1447-1453,may 2013.)根据分布式电源的运行特点，利用二进制组合变异粒子群算法对配电系统进行全局最优搜索，划分所得到的孤岛具有一定的调频调压能力。根据上述文献研究可知，当系统发生故障时微电网可由分布式电源形成孤岛持续为负荷供电，孤岛划分是故障后系统恢复供电的重要手段之一。但选择何种负荷恢复其供电也是一个值得研究的话题，负荷的各种属性影响着孤岛划分后系统的可靠性和经济性。

技术实现思路

1、为了科学合理地进行微电网孤岛划分，确保微电网孤岛运行安全切换，提高微电网供电可靠性，以及减少因电力系统故障而导致负荷停电损失。本发明提供一种基于熵值法-集对分析的微电网孤岛划分方法，该方法充分评估了负荷的优先级和断电经济损失，在孤岛划分过程中降低了负荷断电造成的经济损失并保证了重要负荷的供电可靠性。

2、本发明采取的技术方案为：

3、基于熵值法-集对分析的微电网孤岛划分方法包括以下步骤:

4、步骤1：构建基于熵值法-集对分析的负荷指标综合联系度模型；

5、步骤2：构建微电网孤岛划分模型；

6、步骤3：采用动态规划算法对微电网孤岛划分模型进行求解。

7、所述步骤1包括以下步骤：

8、步骤1.1：将两个具有联系度的集合a、b，用联系度来描述其“同一度、差异度、对立度”特性，联系度表示为：

9、μa-b＝a+bi+cj；

10、a+b+c＝1；

11、

12、式中，μa-b为两个集合构成的集对所具有的联系度；a、b、c分别为同一度、差异度和对立度；i、j分别为差异度系数和对立度系数；i的取值范围为[-1,1]之间，当i取-1和1时，表示是确定性的，而随着i接近于0，b的不确定性也与越强；j通常取-1。n为集对包含的特征总数；s、f、p分别为两个集合共同特征数、对立特征数和既不共同也不对立特征数。

13、步骤1.2：计算各负荷i的负荷评价指标j与评价标准等级的联系度μijk，然后，利用联系度μijk计算负荷i的综合联系度

14、所述步骤1.2包括以下步骤：

15、步骤1.2.1：将负荷i的负荷评价指标j等级分为ⅰ、ⅱ、ⅲ、ⅳ、ⅴ级五个等级，其中：ⅰ级最优，ⅴ级最差。sk为各等级对应的限值，k＝1,2,3,4,5，各等级对应一个限区间；

16、步骤1.2.2：对于不同指向类型的评价指标，各等级的联系度函数μk表示不同，式μa-b＝a+bi+cj可进一步扩展为：

17、μk＝μa-b＝aij+bij_1i1+bij_2i2+…+bij_mim+cijj

18、式中，aij、cij分别为负荷i的负荷评价指标j对应的同一度和对立度，bij_1、bij_2、bij_m为扩展后的负荷i的评价指标j对应的差异度；

19、步骤1.2.3：在计算单指标联系度μijk时，将与负荷评价指标j关联的负荷i与评价标准等级k作为两个集合，它们构成一个集对；

20、对于越小越优的指标，负荷i的评价指标的单指标联系度μijk计算如下：

21、

22、对于越大越优的指标，负荷i的评价指标的单指标联系度μijk计算如下：

23、

24、式中，xij为负荷i评价指标j的取样值；若取样值xij处于评价标准等级k要求的取值范围内，则该指标联系度μijk＝1；若xij处于相隔的等级，则μijk＝-1；若xij处于相邻的等级，则μijk∈[-1,1]；xij越接近等级k，则μijk越接近1，xij越接近与等级k相隔的等级，则μijk越接近-1。

25、所述步骤1中，选取的三种负荷评价指标中，负荷重要等级和单位功率变化系数为正向指标，其值越大越优；负荷断电经济损失为负向指标，其值越小越优；

26、根据相应的联系度函数计算各指标的联系度，再将指标的熵权值耦合入集对联系中，计算负荷i与评价标准等级k之间的综合联系度为：

27、

28、式中，ωj为基于熵值法计算的评价指标j的权重；为负荷i的评价指标综合联系度，且若负荷i与评价标准等级k之间的同一度越大，越接近1，则负荷i则越倾向于隶属评价等级k；反之，若负荷i越接近与评价标准等级k的差异度越大，越接近-1，则负荷i则越倾向于不隶属评价标准等级k；m为负荷的总数。

29、所述步骤2中，微电网孤岛划分模型包含目标函数和约束条件；

30、以微电网故障后负荷综合恢复量最大作为目标函数：

31、

32、式中，为第二部分计算的节点负荷i的指标综合联系度；pli为负荷节点p的有功功率；xi为整数变量，当xi＝1时，表示负荷i划分在孤岛内，xi＝0时，表示负荷i未划分在孤岛内；n为参与评价的指标总数。

33、孤岛划分问题就是在满足约束的前提下寻找目标函数的最优解，目标函数求解应满足如下约束条件：

34、(1)孤岛内功率平衡约束：

35、孤岛划分时，应保证孤岛内分布式电源所能供应的最大有功功率不低于负荷功率，无功功率用于就地进行补偿，具体表示为：

36、

37、

38、式中，为孤岛内所有分布式电源输出的有功功率和无功功率容量；为孤岛内所有负荷的有功功率和无功功率容量；k为孤岛内分布式电源的个数；m为负荷的总数；pgi为孤岛内分布式电源i输出的有功功率；pli为孤岛内负荷i的有功功率；qgi为孤岛内分布式电源i输出的无功功率；qli为孤岛内负荷i的无功功率。

39、(2)节点电压约束：

40、母线上电压不能越限，电压过高会使长期带电设备发生过热或造成设备损坏。节点母线电压过低会导致开关和保护动作，导致系统的动作不可靠，对网络稳定性产生影响。节点电压约束表示为：

41、uimin≤ui≤uimax

42、式中，ui为节点i的电压；uimin和uimax分别为节点i处电压的最小值和最大值。

43、(3)线路电流约束：

44、为了确保孤岛运行时保护动作不误动，流过变压器上的电流和线路上流过的电流应该不超过额定电流，否则保护动作导致线路退出运行引起孤岛内功率不平衡。

45、imaxij<inij

46、式中，imaxij为变压器和线路上流过的最大电流；inij为变压器和线路上的额定电流。

47、(4)孤岛辐射运行约束：

48、g∈g

49、式中，g为故障恢复后的网络拓扑结构；g为网络辐射状结构的集合。

50、步骤3：采用动态规划算法对孤岛划分目标函数进行求解，求解具体步骤如下：

51、step1:读取全网结构信息、故障发生位置、分布式电源输出功率和负荷容量，初始化动态规划算法状态变量。

52、step2:采用熵值法计算各节点负荷评价指标的指标权重，集对分析计算负荷指标与ⅰ级评价等级之间的联系度，然后将负荷评价指标熵权和指标联系度耦合成负荷评价指标综合联系度。

53、step3:采用动态规划算法搜索划分初级孤岛范围，划分结束后判断重要负荷是否都在孤岛内，如果否则进入step4，如果是则进入step5。

54、step4:再次使用动态规划算法遍历所有节点，确保ⅰ级重要负荷全部进入孤岛区域恢复供电，然后更新孤岛范围。

55、step5:判断是否满足功率平衡约束，如果否，则切除部分ⅱ、ⅲ级负荷调整供电区域，然后再次更新孤岛范围，直到满足功率平衡约束并进入下一步骤。

56、step6:输出最终孤岛划分结果。

57、本发明一种基于熵值法-集对分析的微电网孤岛划分方法，技术效果如下：

58、1)本发明的步骤1中，采用集对分析原理描述不同负荷各类指标之间的贴合度，并利用联系度进行“同、异、反”定量分析，将负荷指标的不确定性因素和确定性因素纳入到综合联系度来进行辩证分析和数学处理：

59、①集对分析可以综合考虑多个负荷指标的影响，从而提供更全面和综合的负荷分析结果。

60、②集对分析可以帮助识别不同负荷指标之间的相关性和相互影响关系。通过分析不同指标之间的相关性，可以发现隐藏的规律和关联，为后续孤岛划分提供参考依据。

61、2)本发明的步骤2中，本发明以微电网故障后负荷综合恢复量最大作为孤岛划分的目标函数，并且充分考虑了个岛内功率平衡约束、节点电压约束、线路电流约束、孤岛辐射运行约束。遵守以下原则：

62、①重要负荷优先原则。负荷供电中断可能造成一定的经济损失，严重时会造成人身安全影响。按照负荷的重要等级顺序，应优先给ⅰ、ⅱ级负荷供电，在dg容量充足时尽可能多的给ⅲ级负荷供电。

63、②最大负荷原则。为了提高微电网系统内dg的利用率，减少能源浪费，在孤岛划分时应尽量确保系统内尽可能多的负荷供电，减少负荷失电量。

64、③电网辐射状运行原则。根据微电网开环运行要求，在孤岛划分时需确保网络为辐射状结构，以此来提高微电网运行的稳定性和可靠性。

65、④开关动作次数少原则。孤岛划分时应选择开关操作次数尽可能少的划分方案，减少开关元件的动作损耗，并提高系统的动作时效性。

66、这些准则旨在保障系统的运行安全、可靠和稳定，既能保证孤岛的稳定运行，又尽量使停电的损失最小，从而提高供电质量和用户的满意度。

67、3)本发明的步骤3中，在进行孤岛划分时，其目的是尽可能多地恢复重要负荷的供电，从而避免因负荷过重而导致的系统过载。然而，孤岛划分涉及到多个因素，包括负荷需求、dg出力、稳定性、系统容量等方面的因素，这些因素相互影响、相互制约，对孤岛划分建立合适的模型求解是比较困难的。为此，本发明采用动态规划算法对微电网孤岛划分模型进行求解，该算法可以在较短的时间内得到较为合理的结果，有助于提高微电网孤岛划分的效率和精度。通过对孤岛划分的目标函数进行求解，本发明将获得更为科学和高效的孤岛划分方案，为微电网恢复工作提供有效的技术支持和保障。

68、4)本发明利用熵值法对负荷的重要等级、负荷断电经济损失以及单位功率变化系数三个指标进行客观权重赋值，利用数据本身的属性对不同指标的权重赋值，避免了主观因素的干扰。

69、5)该方法构建了一种基于集对分析原理的负荷指标综合联系度确定方法。利用集对分析原理对不同的负荷指标进行指标间的优化，通过负荷指标综合联系度描述不同负荷与评价等级之间的关系。优点：联系度既能表达负荷指标与负荷评价标准之间的关系，也能体现负荷在孤岛划分中对保障重要负荷供电可靠和系统经济运行的影响。

70、6)该方法结合负荷权值与集对分析原理构建了微电网孤岛划分模型。该微电网孤岛划分模型能对负荷节点进行差异划分并确定最优孤岛的区域。