一种考虑三相不平衡度约束的多微电网黑启动方法
【专利摘要】本发明公开了一种考虑三相不平衡度约束的多微电网黑启动方法。多微网作为结构及控制模式更加复杂的微电网群落，研究安全有效地黑启动以进入正常运行状态对提高供电可靠性具有重要意义。在分析含单三相复合混联的多微网结构及控制系统基础上，为使主电源高效运行，提出一种考虑三相不平衡度约束的多微电网黑启动方法，通过选择考虑源荷网条件的储能系统作为黑启动主电源，以分散?集中方式实现多微网的源荷网恢复。所提方法经验证有效可靠，可为多微网黑启动恢复提供一定的借鉴意义。
【专利说明】
-种考虑H相不平衡度约束的多微电网黑启动方法
技术领域
[0001] 本发明设及多微网黑启动领域，特别设及一种考虑=相不平衡度约束的多微电网 黑启动方法。
【背景技术】
[0002] 随着世界经济快速发展，人类社会对电力供应的依赖度不断提高，大停电事故造 成的后果日趋严重。为减少停电时间及停电引起的经济损失，研究快速、高效、可靠的黑启 动方法对电力系统的安全稳定运行具有重要意义。黑启动是指电力系统在因故障停运后， 不依赖于其他的网络，通过启动系统内具有自启动能力的电源，带动无自启动能力的电源 进行，并逐步扩大系统恢复范围，最终实现整个系统恢复的过程。传统电网的黑启动恢复过 程时间较长且较为复杂，可划分为=个阶段:准备阶段，网架恢复阶段，负荷恢复阶段。准备 阶段中，需确定系统分区、选择网架恢复方法、选择恢复路径、确定黑启动电源等；网架恢复 阶段需完成输电线路的充电、启动相应的黑启动机组、同步子系统、维持有功无功平衡等； 负荷恢复阶段，需尽快恢复重要负荷。
[0003] 随着微网规模化接入，地域相近且因互联互需而形成了能满足特定功能和控制目 标的多微网系统，其考虑了子微网独立运行和系统协调运行要求，既满足各微网内部稳定 运行，又可实现各微网间能量互济。由于多微网网架结构及控制系统的复杂性，传统的单微 网黑启动方法无法直接应用于多微网，其黑启动过程需考虑各子微网内不同的源荷特性， 更多关注各子微网间的协调配合，W更平稳地完成黑启动过程。单相分布式电源，甚至单相 微网的接入，从而形成单=相多微网混联的复杂结构系统，运方面研究国外刚开始开展，而 国内基本处于空白。
[0004] 经对现有技术文献的检索发现，一种适用于光储微电网的黑启动系统及方法(发 明专利:CN201510703476.6)公开了一种适用于光储微电网的黑启动系统及方法。系统包括 控制层、监测层和通讯层，控制层由微电网中央控制器MGCC和下层控制器组成，下层控制器 包括负荷控制器、光伏控制器和储能控制器;监测层由监测装置即电流互感器、电压互感器 W及功率计组成；下层控制器与监测层连接，下层控制器与微电网中央控制器之间通过通 讯层通信，通讯层由通信端口和通信网络组成。该发明提出了一种基于串行恢复的光储微 电网黑启动方法，适用于对不同拓扑类型的光储微电网进行黑启动控制，黑启动方法基于 串行恢复，具有简单、稳定、快速的优点，能使微电网在离网状态下恢复内部电压和频率稳 定和负荷的供电。但该方法只考虑单微网系统的黑启动，未考虑=相不平衡情况下多微网 的黑启动方法。
【发明内容】
[0005] 本发明提出一种考虑=相不平衡度约束的多微电网黑启动方法，通过选择考虑源 荷网条件的储能系统作为黑启动主电源，W分散-集中方式实现多微网的源荷网恢复。所提 方法经验证有效可靠，可为多微网黑启动恢复提供一定的借鉴意义。
[0006] -种考虑=相不平衡度约束的多微电网黑启动方法，该方法包含分散式子微网恢 复和集中式多微网协调恢复两部分，其主要步骤如下：
[0007] (1)多微网控制器先进行基于双向数据传送的单=相多微网状态监视和拓扑识 另IJ，提供网络内微源和负荷的功率、设备投入状态等信息；
[0008] (2)多微网控制器进行黑启动主电源的选择，并W主电源所处的子微网作为主微 网，除主微网外的其他子微网作为从微网，=相主微网W=相储能作为主电源进行串行恢 复。=相主微电网的子微网控制器工作在离网控制状态，多微网进行网架恢复，将子微网的 并/离网开关闭合；
[0009] (3)分散式恢复阶段开始，单相子微网控制器设置为并网运行状态，并网调度值设 置0，=相主微网控制器则处于离网运行状态W调节微网内部的功率平衡；
[0010] (4)分散式恢复阶段完成后，多微网控制器进行集中式协调恢复，多微网控制器通 过子微网特征值进行聚类分析，通过调节同类子微网网群内各子微网的联络线功率维持多 微网的平衡度约束和集中式负荷恢复。
[0011] 进一步地，所述的子微网分散式恢复阶段步骤如下：
[0012] (1)多微网中央控制器进行拓扑分析，并统计未投入设备，并形成未投入设备集 Ceqm ;其中未投入设备数目为j = jpv+jbs +jld，j表示未投入设备数目，jpv表示未投入光伏数 目，jbs表示未投入储能数目，jld表示未投入负荷数目；
[0013] (2)计算设备集Ceqm中每一个设备单独投入后的微网运行裕度[巧《，PwJ和微网稳 定裕度KpMGi,取设备EKpMGi max进入步骤(3)判断；其中，EKpMGi max表示KpMGi最大时对应的设备， EKpMGi max E Ceqm ;
[0014] (3)判断循环结束条件，即j = 0,若满足则子微网分散式源荷恢复流程结束，否则 进入步骤(4)判断；
[001引（4)判断[端,，输]是否满足下式，满足贝赃入步骤(5)，否贝赃入步骤( 6);
[0016]
[0017] (5)投入步骤(2)中使得KpMGi最大的设备，并将其从设备集Ceqm排除，j = j-l，返回 步骤(2);
[0018] (6)不投入设备，并将步骤(2)中使得KpMGi最大的设备从设备集Ceqm排除，j = j-l， 返回步骤(2)。
[0019] 进一步地，所述的多微网集中式协调恢复阶段步骤如下：
[0020] (1)多微网中央控制器读取各子微网中央控制器信息，形成各相未投入负荷集 CLda、CLdb、CLdc ;其中CLda、CLdb、CLdc分别表不所有A、B、C相子微网未投入负荷集；
[00川 （2 )基于各相未投入负荷集CLda、CLdb、CLdc，形成集中恢复方案集Cproj ;其中，pro jx 表示一种负荷投入方案，projxGCpr0j，projx= {Pax，Pbx，Pcx}，x=l ,2,…，k;
[0022] (3)针对其中第X种集中恢复方案projx，W储能出力总量最小为目标，WS相不平 衡度约束、光伏出力上下限约束和储能出力上下限约束作为约束，求解projx情况下的光伏 出力增量和储能出力增量，形成第X种集中恢复方案projx对应的出力增量方案poutx，其中 POUtX= {Pbsl,x，Ppvl,x，…}，其数学模型如下式所示；
[0023]
[0024] S . t . ￡ ( Pnet, a , Pnet, b , Pnet,c)《15%
[0025] Pmin bsx.u^Pbsx,U^Pmax bsx,u
[002W Pmin pvx,r《Ppvx,r《Pmax pvx,r
[0027] 自X = I ,2,…，k演算，形成光伏储能出力增量集Cpout，，poutxGCp〇ut，poutx = (Pbsl,x，Ppvl,x，…其中Pnet,a、Pnet,b、Pnet,c分别是各相微电网的联络线功率;Pbsx,u表示储能U 的出力增量，其中UEU，U表示已投入的储能集合(含各相），Pmax bsx,u、Pmin bsx,u分别表示储能 U的出力增量上下限值;Ppvx,r表示光伏r的出力增量，其中rGR，R表示已投入的出力增量集 合(含各相）,Pmax pvx,r、Pmin pvx,r分别表示光伏r的出力增量上下限值；
[0028] (4)Cproj内元素 Cproj化很负荷恢复总量由小到大排序，更新Cproj,依照Cpro拥应的 顺序，更新Cpout;
[0029] (5)根据下式判断在Cprnjk}出力情况下，各相微网需S相微网支撑的总出力是否 在S相微网可支撑的范围内；
[0030] E ( Cproj 化} ) - E ( Cpout 化})《E Prem, 3p, bs+ E Prem, 3p, PV
[0031] 若是，则根据Cpw化}进行负荷恢复，单相微网储能和光伏根据CpDut化}调整出力， S相微网则遵从光伏优先出力、主储能辅助出力的原则调整出力，完成后进入步骤(7);若 否，则进入步骤(6);其中，E (Cprnjk})表示Cprnjk}出力情况下投入的总负荷量，E (CpDut 化})各单相光伏、储能总出力增量，EPrem,3p,bs表示S相微网储能剩余可投入容量，乙 Prem, 3p, PV表示立相微网光伏剩余可投入容量；
[0032 ] ( 6 )从Cprnj排除方案Cprnj { M，从Cpnut排除方案Cpnut { k }，k = k-1，并返回步骤巧）；
[0033] (7)集中式恢复阶段结束，多微网中央控制器进入离网运行控制模式。
[0034] 与现有技术相比，本发明具有如下优点和技术效果：
[0035] 本发明在分析含单=相复合混联的多微网结构及控制系统基础上，为使主电源高 效运行，提出一种考虑=相不平衡度约束的多微电网黑启动方法，通过选择考虑源荷网条 件的储能系统作为黑启动主电源，W分散-集中方式实现多微网的源荷网恢复。所提方法经 验证有效可靠，可为多微网黑启动恢复提供一定的借鉴意义。
【附图说明】
[0036] 图1是单S相多微网黑启动主流程图。
[0037] 图2是分散式源荷恢复阶段控制流程图。
[0038] 图3是集中式恢复阶段控制流程图。
[0039] 图4为实例中一种多维网拓扑示意图。
[0040] 图5是A相微电网黑启动恢复过程图。
[0041] 图6是B相微电网黑启动恢复过程图。
[0042] 图7是C相微电网黑启动恢复过程图。 图8是=相微电网黑启动恢复过程图。
【具体实施方式】
[0043] 下面结合附图，对本发明做进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。
[0044] 图1是单=相多微网黑启动主流程图，该流程包含分散式子微网恢复和集中式多 微网协调恢复两部分，其主要步骤如下：
[0045] (1)多微网控制器先进行基于双向数据传送的单=相多微网状态监视和拓扑识 另IJ，提供网络内微源和负荷的功率、设备投入状态等信息；
[0046] (2)多微网控制器进行黑启动主电源的选择，并W主电源所处的子微网作为主微 网，除主微网外的其他子微网作为从微网，=相主微网W=相储能作为主电源进行串行恢 复。=相主微电网的子微网控制器工作在离网控制状态，多微网进行网架恢复，将子微网的 并/离网开关闭合；
[0047] (3)分散式恢复阶段开始，单相子微网控制器设置为并网运行状态，并网调度值设 置0，=相主微网控制器则处于离网运行状态W调节微网内部的功率平衡；
[004引（4)分散式恢复阶段完成后，多微网控制器进行集中式协调恢复，多微网控制器通 过子微网特征值进行聚类分析，通过调节同类子微网网群内各子微网的联络线功率维持多 微网的平衡度约束和集中式负荷恢复。
[0049] 图2是分散式源荷恢复阶段控制流程图，其具体步骤如下：
[0050] (1)多微网中央控制器进行拓扑分析，并统计未投入设备，并形成未投入设备集 Ceqm ;其中未投入设备数目为j = jpv+jbs +jld，j表示未投入设备数目，jpv表示未投入光伏数 目，jbs表示未投入储能数目，jld表示未投入负荷数目；
[0化1] (2)计算设备集Ceqm中每一个设备单独投入后的微网运行裕度[巧。,，fw，]和微网稳 定裕度KpMGi,取设备EKpMGi max进入步骤(3)判断；其中，EKpMGi max表示KpMGi最大时对应的设备， EKpMGi max E Ceqm ;
[0052] (3)判断循环结束条件，即j = 0,若满足则子微网分散式源荷恢复流程结束，否则 进入步骤(4)判断；
[(K)对 （4)判断[祗是否满足下式，满足则进入步骤(5)，否则进入步骤(6);
[0化4]
[0055] (5)投入步骤(2)中使得KpMGi最大的设备，并将其从设备集Ceqm排除，j = j-l，返回 步骤(2);
[0056] (6)不投入设备，并将步骤(2)中使得KpMGi最大的设备从设备集Ceqm排除，j = j-l， 返回步骤(2)。
[0057] 图3是集中式恢复阶段控制流程图，其具体步骤如下：
[005引（1)多微网中央控制器读取各子微网中央控制器信息，形成各相未投入负荷集 CLda、CLdb、CLd。;其中CLda、CLdb、CLd。分别表示所有A、B、C相子微网未投入负荷集；
[0059] (2)基于各相未投入负荷集紅<13、紅化、紅扣，形成集中恢复方案集〔。响；其中聊〇占'又 表示一种负荷投入方案，pr〇jxGCpr〇j，p:rojx= {Pax，Pbx，Pcx}，x=l，2,…，k;
[0060] (3)针对其中第X种集中恢复方案projx，W储能出力总量最小为目标，WS相不平 衡度约束、光伏出力上下限约束和储能出力上下限约束作为约束，求解projx情况下的光伏 出力增量和储能出力增量，形成第X种集中恢复方案projx对应的出力增量方案poutx，其中 poutx二{ Phsl . X ? Pnvl . X ?…}，其数学模型如下式所示；
[0061]
[0062 ] S . t . ￡ ( Pnet, a , Pnet, b , Pnet, c )《15%
[0063] Pmin bsx.u^Pbsx,U^Pmax bsx,u
[0064] Pmin pvx, r《Ppvx,r《Pmax pvx,r
[0065] 自X = I ,2,…，k演算，形成光伏储能出力增量集Cpout，，poutxGCp〇ut，poutx = {Pbsl,x，Ppvl,x，一};其中Pnet,a、Pnet,b、Pnet,c分别是各相微电网的联络线功率;Pbsx,u表示储能U 的出力增量，其中UEU，U表示已投入的储能集合(含各相），Pmax bsx,u、Pmin bsx,u分别表示储能 U的出力增量上下限值;Ppvw表示光伏r的出力增量，其中rGR，R表示已投入的出力增量集 合(含各相）,Pmax pvx,r、P"in PVW分别表示光伏r的出力增量上下限值；
[0066] (4)Cpr〇j内元素〔。咐化}按负荷恢复总量由小到大排序，更新Cproj,依照Cpro拥应的 顺序，更新Cpout;
[0067] (5)根据下式判断在Cprnjk}出力情况下，各相微网需S相微网支撑的总出力是 否在S相微网可支撑的范围内；
[006引
[0069] 若是，贝账据Cprw化}进行负荷恢复，单相微网储能和光伏根据CpDut化}调整出力， S相微网则遵从光伏优先出力、主储能辅助出力的原则调整出力，完成后进入步骤(7);若 否，则进入步骤(6 );其中，E ( Cprnj化})表示Cprnj化}出力情况下投入的总负荷量，E ( CpDut 化})各单相光伏、储能总出力增量，EPrem,3p,bs表示S相微网储能剩余可投入容量，乙 Prem,3P,PV表示=相微网光伏剩余可投入容量；
[0070] ( 6 )从Cprnj排除方案Cprnj { M，从Cpnut排除方案Cpnut { k }，k = k-1，并返回步骤巧）；
[0071] (7)集中式恢复阶段结束，多微网中央控制器进入离网运行控制模式。
[0072] 具体算例如下：
[0073] 图4是A相微电网黑启动恢复过程图，先投入储能、储能出力设置为0,0.4s投入光 伏，光伏出力3kW，同时储能出力设置为-3kW，0.8s投入负荷1后，同时储能出力设置为IkW。
[0074] 图5是B相微电网黑启动恢复过程图，先投入储能、储能出力设置为0,0.3s投入负 荷1后，储能出力设置为2kW，0.6s投入光伏后，光伏出力3kW，储能出力设置为-lkW，0.9s投 入负荷2后，储能出力设置为2kW。
[0075] 图6是C相微电网黑启动恢复过程图，先投入储能、储能出力设置为0,0.2s投入负 荷1后，储能出力设置为lkW，0.5s投入光伏1后，光伏出力3kW，储能出力设置为-2kW。
[0076] 图7是S相微电网黑启动恢复过程图，先投入储能、储能出力为0,0.1 s投入负荷2 后，储能出力为5kW，0.4s投入负荷1后，储能出力为15kW，0.6s投入光伏后，光伏出力20kW， 储能出力设置为-5kW，0.8s投入负荷3后，储能出力为lOkW。
[0077] 由上述图中可W看出，使用该方法进行多微网黑启动后，单S相多微网可W在满 足=相不平衡约束的情况下平稳恢复并稳定运行。
[0078] 本发明所描述的具体实施例仅是对本发明精神的具体说明，本领域技术人员可W 在不违背本发明的原理和实质的前提下对本具体实施例做出各种修改或补充或者采用类 似的方式替代，但是运些改动均落入本发明的保护范围。因此本发明技术范围不局限于上 述实施例。
【主权项】
1. 一种考虑Ξ相不平衡度约束的多微电网黑启动方法，其特征在于，该方法包含分散 式子微网恢复和集中式多微网协调恢复两部分，具体包括如下步骤： (a) 多微网控制器先进行基于双向数据传送的单Ξ相多微网状态监视和拓扑识别，提 供网络内微源和负荷的功率、设备投入状态等信息； (b) 多微网控制器进行黑启动主电源的选择，并W主电源所处的子微网作为主微网，除 主微网外的其他子微网作为从微网，Ξ相主微网ΚΞ相储能作为主电源进行串行恢复。Ξ 相主微电网的子微网控制器工作在离网控制状态，多微网进行网架恢复，将子微网的并/离 网开关闭合； (C)分散式恢复阶段开始，单相子微网控制器设置为并网运行状态，并网调度值设置0， Ξ相主微网控制器则处于离网运行状态W调节微网内部的功率平衡； (d)分散式恢复阶段完成后，多微网控制器进行集中式协调恢复，多微网控制器通过子 微网特征值进行聚类分析，通过调节同类子微网网群内各子微网的联络线功率维持多微网 的平衡度约束和集中式负荷恢复。2. 根据权利要求1所述的一种考虑Ξ相不平衡度约束的多微电网黑启动方法，其特征 在于，子微网分散式恢复阶段包括如下步骤： (1) 多微网中央控制器进行拓扑分析，并统计未投入设备，并形成未投入设备集Ceqm;其 中未投入设备数目为j = jpv+jbs+jld，j表示未投入设备数目，jpv表示未投入光伏数目，jbs表 示未投入储能数目，jld表示未投入负荷数目； (2) 计算设备集Ceqm中每一个设备单独投入后的微网运行裕度bt;。,，馬。J和微网稳定裕 度KpMGi，取设备EKpMGimax进人步骤(3 )判断；其中，EKpMGimax表示微网稳定裕度KpMGi最大时对应 的设备，其中 EKpMGimax E Ceqm ; 微网i运行裕度，?吁/cj，用于描述子微网i黑启动过程中的运行裕度；当微网稳定时， 境@30,表示微网i具有正值的有功出力调整裕度，W应对负荷增加和电源出力减少的情 况；巧表示微网i具有负值的有功出力调整裕度，W应对负荷减少和电源出力增加的 情况;微网稳定裕度指标KpMGi的计算如下式所示，KpMGi表示微网i的功率调整裕度，可衡量微 网的稳定性，KpMGi越大，其稳定性越好，(3) 判断循环结束条件，即j =0，若满足则子微网分散式源荷恢复流程结束，否则进入 步骤(4)判断； (4) 判断[>忘，，巧是否满足下式，满足则进入步骤巧），否则进入步骤(6);(5) 投入步骤(2)中使得KpMGi最大的设备，并将其从设备集Ceqm排除，j = j-l，返回步骤 (2); (6) 不投入设备，并将步骤(2)中使得KpMGi最大的设备从设备集Ceqm排除，j = j-l，返回步 骤似。3. 根据权利要求1所述的一种考虑Ξ相不平衡度约束的多微电网黑启动方法，其特征 在于，所述的多微网集中式协调恢复阶段包括如下步骤： (1)多微网中央控制器读取各子微网中央控制器信息，形成各相未投入负荷集CLda、 CLdb、CLd。;其中CLda、CLdb、CLd。分别表示所有A、B、C相子微网未投入负荷集； (2 )基于各相未投入负荷集CLda、CLdb、CLdc，形成集中恢复方案集Cproj ;其中，pro jx表示一 种负荷投入方案，pr〇jxeCpr〇j，p：T〇jx= {Pax，Pbx，Pcx}，x=l，2,…，k; (3) 针对其中第X种集中恢复方案projx，W储能出力总量最小为目标，WS相不平衡度 约束、光伏出力上下限约束和储能出力上下限约束作为约束，求解projx情况下的光伏出力 增量和储能出力增量，形成第X种集中恢复方案pro jx对应的出力增量方案poutx，其中 poutx = { Pbsl, X，Ppvl, X，…}，其数学模型如下式所示；自x=l ,2,…，k演算，开多成光伏储能出力增量集Cpout，，poutxeCp〇ut，poutx= {Pbsi,x, ΡρνΙ,Χ，···};其中口。6*,3、口。6川、口。6*,。分别是各相微电网的联络线功率;口63、,。表示储能11的出力 增量，其中UEU，U表示已投入的储能集合，口。3、63、,。、口"1此3、,。分别表示储能11的出力增量上下 限值；Ρρνχ,τ表示光伏r的出力增量，其中reR，R表示已投入的出力增量集合，Pmaxpvx,r、 Pminpvw分别表示光伏r的出力增量上下限值； (4) Cprnj内元素 Cprnj化}按负荷恢复总量由小到大排序，更新Cprnj，依照Cpr。拥应的顺序， 更新Cpout ; (5) 根据下式判断在Cpw化}出力情况下，各相微网需S相微网支撑的总出力是否在S 相微网可支撑的范围内；若是，则根据Cpw化}进行负荷恢复，单相微网储能和光伏根据CpDUt化}调整出力，立相 微网则遵从光伏优先出力、主储能辅助出力的原则调整出力，完成后进入步骤(7);若否，贝U 进入步骤(6);其中，Σ (Cproj化})表示CprojA}出力情况下投入的总负荷量，Σ (Cpout化})各 单相光伏、储能总出力增量，EPrem,3p,bs表示Ξ相微网储能剩余可投入容量，EPrem,3p,pv表示 Ξ相微网光伏剩余可投入容量； (6 )从Cprnj排除方案Cprnj {： k }，从CpDut排除方案CpDut { k}，k = k-1，并返回步骤巧）； (7)集中式恢复阶段结束，多微网中央控制器进入离网运行控制模式。
【文档编号】H02J3/38GK106099970SQ201610322667
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年5月15日
【发明人】杨苹, 许志荣, 曾智基, 宋嗣博, 何婷, 张育嘉
【申请人】华南理工大学