直流配电网自适应分层供电恢复方法及装置与流程

本发明涉及储能系统控制，尤其涉及一种直流配电网自适应分层供电恢复方法及装置。

背景技术：

1、配电系统直接面向终端电力用户，在为电力用户供电的同时，也是光伏等分布式电源(distributed generation，dg)和电动汽车接入的主要载体，配电系统的高效可靠运行是保障电能可靠供应的关键。柔性互联技术利用电压源型换流器(voltage sourceconverter,vsc)连接不同的配电台区，实现不同配电台区的功率互济，为提高配电系统的经济性和可靠性提供了有效的技术手段。利用vsc可直接构造直流配电系统，便于直流型分布式电源和负荷的高效接入。直流配电系统中分布式储能和可控分布式电源具有良好的可控性，在发生故障时可为负荷供电，快速有效的供电恢复策略对提高直流配电系统的可靠性具有重要的意义。

2、目前，传统的供电恢复策略通常为集中式控制，由中央控制器获取配电网络的拓扑结构和设备信息，并将故障恢复的控制指令传达给储能等可控设备。

3、然而，对由多个换流器供电的直流配电系统，单台变压器故障后，可由非故障变压器继续为负荷供电。在台风、地震等极端灾害下，存在上级电源无法为配电系统供电的故障情形。当直流配电系统变压器均发生故障时，需要由储能和dg通过独立微电网的方式为负荷供电，同时，受到容量的影响，需要对不同容量的储能进行快速有效的协调控制。相比于集中式控制，当变压器发生故障后，如何使直流配电网快速地恢复供电，成为目前亟需解决的技术问题。

技术实现思路

1、本发明实施例提供了一种直流配电网自适应分层供电恢复方法及装置，以解决目前的集中式供电恢复策略无法快速地使发生故障后的直流配电网恢复供电的问题。

2、第一方面，本发明实施例提供了一种直流配电网自适应分层供电恢复方法，直流配电网中包括多个储能系统和多个负荷，方法包括：

3、当监测到直流母线电压在预设时间间隔内持续小于额定电压时，控制各储能系统基于各自的预设下垂系数进行一次调节增大各自的输出功率；

4、基于所有负荷节点和所有储能系统节点的功率平衡方程，确定各储能系统对直流母线电压的灵敏度矩阵；

5、基于灵敏度矩阵、直流母线的电压设定目标、各储能系统的输出功率的限定目标，确定各储能系统运行参考功率的变化量和直流母线电压的变化量；

6、基于各储能系统运行参考功率的变化量和直流母线电压的变化量，对各储能系统进行二次调节。

7、在一种可能的实现方式中，控制各储能系统基于各自的预设下垂系数进行一次调节增大各自的输出功率，包括：

8、基于直流母线电压的电压偏差约束和直流配电网中各储能系统的输出功率与下垂系数分配约束，确定各储能系统的预设下垂系数；

9、基于各储能系统的预设下垂系数，以及直流母线电压在预设时间间隔内的压差，确定各储能系统的输出功率的变化量，以增大各储能系统的输出功率。

10、在一种可能的实现方式中，基于直流母线电压的电压偏差约束和直流配电网中各储能系统的输出功率与下垂系数分配约束，确定各储能系统的预设下垂系数，包括：

11、基于各储能系统的输出功率变化量，以及各储能系统输出功率和各储能系统可用容量的预设关系，确定直流配电网中各储能系统的输出功率与下垂系数分配约束；

12、基于直流母线电压的电压偏差约束和直流配电网中各储能系统的输出功率与下垂系数分配约束，确定各储能系统的预设下垂系数。

13、在一种可能的实现方式中，直流母线电压的电压偏差约束为：

14、

15、直流配电网中各储能系统的输出功率与下垂系数分配约束为：

16、k1p1,max＝k2p2,max＝…＝knpn,max；

17、各储能系统的输出功率变化量为：

18、

19、各储能系统输出功率和各储能系统可用容量的预设关系为：

20、

21、其中，n为储能系统的总个数，pload,max为根据上级调度中心预测数据获得的直流配电网的最大净负荷功率值，△umax为直流配电网母线的最大压差，kn为第n个储能系统的预设下垂系数，pn,max为第n个储能系统的最大输出功率，δu为直流配电网母线的压差，δpn,ess为第n个储能系统的输出功率变化量，p1,ess、p2,ess和pn,ess分别为第1个、第2个和第n个储能系统的输出功率，p1,cap、p2,cap和pn,cap分别为第1个、第2个和第n个储能系统的可用容量。

22、在一种可能的实现方式中，第j个储能系统的预设下垂系数kj为：

23、

24、其中，n为储能系统的总个数，pload,max为根据上级调度中心预测数据获得的直流配电网的最大净负荷功率值，△umax为直流配电网母线的最大压差，pi,max为第i个储能系统的最大容量，pj,max为第j个储能系统的最大容量。

25、在一种可能的实现方式中，基于所有负荷节点和所有储能系统节点的功率平衡方程，确定各储能系统对直流母线电压的灵敏度矩阵，包括：

26、基于所有负荷节点和所有储能系统节点的功率平衡方程，确定直流配电网的所有负荷节点的功率输出变化量以及所有储能系统节点的功率输出变化量；

27、对直流配电网的所有负荷节点的功率输出变化量以及所有储能系统节点的功率输出变化量进行泰勒级数展开，得到直流配电网的各个节点注入电网功率的变化量与节点电压的变化量和雅可比矩阵的关系式；

28、对直流配电网的各个节点注入电网功率的变化量与节点电压的变化量和雅可比矩阵的关系式的左右两边同时乘以雅可比矩阵的逆矩阵，确定各储能系统对直流母线电压的灵敏度矩阵。

29、在一种可能的实现方式中，所有负荷节点和所有储能系统节点的功率平衡方程分别为：

30、

31、所有负荷节点的功率输出变化量以及所有储能系统节点的功率输出变化量分别为：

32、

33、其中，各负荷节点序号为1，2，…，h，各储能系统节点的序号为h+1，h+2，…，h+m，pi,dg和pi,l是位于节点i的dg输出功率和负荷功率，ui和uj分别是节点i和节点j的电压，gij是首端节点为i、末端节点为j的线路的电导，un,ref和pn,ref分别是第n个储能系统的运行参考电压和参考功率，un是第n个储能系统的并网点电压，kn是第n个储能系统的下垂系数。

34、在一种可能的实现方式中，雅可比矩阵j为：

35、

36、灵敏度矩阵s＝-j-1，

37、节点功率对节点电压的灵敏度为δu＝-j-1δp＝sδp；

38、位于节点n的储能系统与位于节点m的储能系统运行参考功率变化量对储能系统功率变化量为

39、其中，δpn,vsc为位于节点n的储能系统功率的变化，δpm为位于节点m的储能系统运行参考功率的变化，wn,m为位于节点n的储能系统功率对节点m的储能系统运行参考功率的灵敏度系数，δun为位于节点n的储能系统电压的变化，sn,m为位于节点n的储能系统功率对节点m的储能系统的电压灵敏度。

40、在一种可能的实现方式中，直流母线的电压设定目标为将直流母线的电压恢复为额定电压；

41、

42、各储能系统的输出功率的限定目标为各储能系统的功率变化量比值等于各储能系统容量的比值；

43、

44、其中，ph+1,cap和、px,cap、ph+m,cap分别为节点h+1、节点x、节点h+m的储能系统的可用容量，(h+1)<x<(h+m)，wn,h+1为位于节点n的储能系统运行参考功率对位于节点h+1的储能系统功率的灵敏度，wn,x为位于节点n的储能系统运行参考功率对位于节点x的储能系统功率的灵敏度，wn,h+m为位于节点n的储能系统运行参考功率对位于节点h+m的储能系统功率的灵敏度，ubus为直流配电系统母线电压，sn,bus为位于节点n的储能系统对直流母线的电压灵敏度系数，ur为额定电压，n为储能系统的总个数，δpn,ess为位于节点n的储能系统功率的变化量。

45、第二方面，本发明实施例提供了一种直流配电网自适应分层供电恢复装置，直流配电网中包括多个储能系统和多个负荷，装置包括：

46、监测控制模块，用于当监测到直流母线电压在预设时间间隔内持续小于额定电压时，控制各储能系统基于各自的预设下垂系数进行一次调节增大各自的输出功率；

47、第一确定模块，用于基于所有负荷节点和所有储能系统节点的功率平衡方程，确定各储能系统对直流母线电压的灵敏度矩阵；

48、第二确定模块，用于基于灵敏度矩阵、直流母线的电压设定目标、各储能系统的输出功率的限定目标，确定各储能系统输出功率的变化量和直流母线电压的变化量；

49、二次调节模块，用于基于各储能系统输出功率的变化量和直流母线电压的变化量，对各储能系统进行二次调节。

50、本发明实施例提供一种直流配电网自适应分层供电恢复方法及装置，首先，当监测到直流母线电压在预设时间间隔内持续小于额定电压时，控制各储能系统基于各自的预设下垂系数进行一次调节增大各自的输出功率。然后，基于所有负荷节点和所有储能系统节点的功率平衡方程，确定各储能系统对直流母线电压的灵敏度矩阵。接着，基于灵敏度矩阵、直流母线的电压设定目标、各储能系统的输出功率的限定目标，确定各储能系统运行参考功率的变化量和直流母线电压的变化量。最后，基于各储能系统运行参考功率的变化量和直流母线电压的变化量，对各储能系统进行二次调节。本发明在检测到上级电源故障后，为了使得直流配电网可以快速恢复供电，首先基于各个储能系统各自的下垂系数对电压进行一次调节，为负荷提供快速的电压支撑。然后，以电压恢复至额定值和储能荷电状态均衡为目标，对储能系统运行参考功率二次调节，从而实现供电可以快速地恢复至额定值。