不同运行模式下微电网的潮流模型与高效算法研究

The power flow calculation is the foundation of stability analysis, planning and operation research of microgrid. The operating mode of microgrid is flexible, so the new node types would be appeared and the system may lack a balance node in power flow calculation, which makes power flow calculation of microgrid complicated and diversiform under different operating modes. In this project, taking the control strategy into account, five kinds of microgrid operating modes are proposed based on two basic operating modes, and six kinds of node types are modeled. The microgrid power flow calculation under different operating modes is divided into two types, and the power flow distribution mechanism and computing features of type Ⅱ, which does not have a balance node but has droop nodes, are mainly studied. And the essential difference between two types of microgrid power flow calculation is analyzed. Further, the microgrid unified power flow model applicable to two types of microgrid power flow calculation is established, and its characteristics are analyzed. Aiming at the fact that traditional distribution network power flow algorithms can not apply to typeⅡ, a numerical power flow calculation method based on unconstrained optimization problem is proposed. Combining with line search method and trust region method, an LM-TR power flow algorithm is proposed which is novel and efficient. The completion of this project will deal with power flow calculation of microgrid under different operating modes, and the proposed novel power flow algorithm can provide a new research idea for power flow calculation of system without a balance node. To some extent, it can enhance the research development of microgrid technology.

微电网潮流计算是微电网稳态分析、规划及运行研究的基础。微电网运行模式灵活，潮流计算中出现了新型节点类型，且系统可能无平衡节点，使得不同运行模式下的微电网潮流计算复杂多样。本项目基于微电网两种基本运行模式，并考虑其控制策略，提出5种微电网运行模式，建立6种节点类型；将不同运行模式的微电网潮流计算分为两种微电网潮流计算类型，主要研究无平衡节点、有下垂节点的类型Ⅱ潮流分布机理与潮流计算特性，并分析两种潮流计算类型的本质区别。进一步地，建立适用于两种潮流计算类型的微电网统一潮流模型，分析其特性；针对传统配电网潮流算法不适用于潮流计算类型Ⅱ，提出转化为无约束最优化问题的潮流数值计算思路，并结合线搜索方法和信赖域方法，提出新型高效LM-TR潮流算法。本项目的完成将解决不同运行模式下的微电网潮流计算问题，提出的新型潮流算法将为无平衡节点系统潮流计算提供一条新的研究思路，可提升我国微电网技术研究的发展。

微电网潮流计算是微电网技术研究的一个重要领域，本项目对不同运行模式下微电网的潮流模型与高效算法进行研究，包括微电网不同运行方式特性分析，微电网统一潮流模型建立及其求解研究，微电网连续潮流计算研究以及微电网区间潮流计算研究。项目在微电网不同运行方式特性分析方面，完成了3种微电网控制策略的特性分析，提出了5种微电网运行方式并分析出其特性，为解决不同运行方式下微电网常规潮流计算的多样性问题打下基础。在微电网潮流模型建立及其求解方面，建立了不同运行方式下微电网的统一简化潮流模型，分析出其特征及求解要求；提出了带信赖域技术修正的LM (Levenberg Marquardt method combined with trust region technique，LMTR)潮流算法，其不要求雅可比矩阵在迭代计算过程中非奇异，且具有全局收敛性，对初始值设置的依赖小，适用于各种运行方式下微电网的常规潮流计算，解决了微电网常规潮流计算的多样性问题。在微电网连续潮流计算方面，建立了考虑系统稳态频率的无平衡节点微电网连续潮流模型，提出了一种连续潮流计算方法，可保证校正计算成功，及可实现在较高计算精度下一直采用较大定步长预测；其计算出的电压稳定极限点能判断无平衡节点微电网的频率和电压稳定裕度，能为调度员做出合适的预防控制措施。在微电网区间潮流计算研究方面，建立了结合区间数与仿射数的仿射泰勒区间扩展函数模型，在间歇性分布式电源(distributed generator，DG)装置有功出力动态区间的基础上，建立了主从控制微电网的仿射区间潮流模型；提出基于仿射泰勒区间扩展函数的区间潮流法，得到潮流解的动态区间，可给出未来一定时间段内系统各节点电压的动态变化范围，能对微电网稳态运行分析与控制提供一定的参考依据。本项目的研究成果对微电网的规划设计、优化运行和保护控制具有一定的指导意义，尤其对于中大规模微电网有着很好的应用价值。项目研究成果共发表论文10篇，其中EI期刊论文6篇；取得国家发明专利1 项，取得软件著作软5 项；培养或正在培养的研究生10名。