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基于复杂网络理论的主动配电网运行管理策略研究

发布时间:2019-06-21 07:44
【摘要】:近年来随着各行业对电力需求的持续增长以及传统能源供应的日渐短缺,主动配电网以其智能、灵活、可持续发展的特点逐渐获得了普遍的认可和广泛的应用。区别于传统配电网的供电模式,主动式配电网一方面增强了对分散能源的综合利用,大大提高了电力系统对绿色能源的吸纳能力,优化了一次能源的配比结构,帮助当前电力系统实现了更进一步的可持续发展;然而另一方面,由于其供电模式由过去的单向树型结构转变为现在的双向环型结构,传统的电力系统分析方式在主动配电网的规划、运行、优化等方面已经暴露出诸多的局限性;此外,由于以光伏、风能等为代表的分布式电源受环境影响较大,其对配电网的广泛渗入必然引起系统电能质量的波动和改变。因此,针对主动配电网的运行特性和工作特点,探索一种有效的规划和分析手段来补充传统电力系统分析方式在主动配电网研究中的不足已成为当前电力系统研究的一个重要方向。复杂网络理论作为分析和研究网络系统特性的有效手段,近年来在互联网、物联网、生物分子网络等领域受到了越来越多的关注和应用,而其在电力系统网络建模、稳定性分析等方面的应用更是成为一个电力系统研究领域的一个热门的课题。然而目前,其在主动配电网方面的应用研究还有待进一步的发展。本文正是在研究了复杂网络相关理论的基础上,充分分析了主动配电网的工作特性和运行特点,发掘两者的共同点并利用复杂网络理论在研究网络方面的优势和相关基础对主动配电网系统的动态建模、故障传播特性、系统稳定性分析、同步与协调优化调度策略研究等方面进行了研究。本文在对主动配电网的增长、重连、断开等拓扑特性进行研究的基础上,通过引入一个“位置链接概率”的概念和网络衰减的机制,提出了一种新的主动配电网动态演化模型。该模型的统计特性揭示出主动配电网的节点度分布具有幂律特性,而且其“节点移除概率”会对网络的动态演化特性以及鲁棒性产生极其重要的影响。这些宏观拓扑特性方面的发现可以为主动配电网在规划、脆弱性分析、故障预测以及提高网络的运行效费比等方面产生重要的指导意义和应用价值。通过植入网络邻居边的概念将有向性引入到网络相继故障的研究中。此外,通过定义随机攻击、“最小入度”攻击和“最大出度”攻击三种故障方式,分别研究了不同初始故障类型对有向无标度网络、有向随机网络以及IEEE 118-bus系统的影响及其传播特性,证明了网络相继故障的传播与网络流的方向性以及初始故障类型具有密切的关系,更与初始负荷的大小和网络线路的额定容量有关。这些结果对于避免网络相继故障的发生和传播具有重要的价值。在理论研究了复杂网络同步性并充分证明其同步与协调运行可行性的基础上,针对主动配电网的运行特点,本文提出了一种多自治微网电能优化协调调度策略,借助储能设备的作用实现分布式电能的充分利用和系统重要负荷的最大供电。该策略通过合理的构建微网拓扑关系矩阵,采用改进的最小生成树算法确定最优的供用电关系;利用线性矩阵不等式算法选择添加或者删除非重要负荷,进而生成新的多自治微网结构。最后,通过一系列的实验证明所提策略在提高系统整体电能利用率以及对重要负荷的持续安全供电方面都具有有效性。在实验和仿真的过程中,本文以IEEE标准测试系统为研究对象,保证了实验结果的准确性和有效性,为相关研究结果提供了可靠的依据。根据不同的问题特点和对象特性,在使用复杂网络对主动配电网系统进行分析和研究的过程中,本文充分利用了复杂网络的理论基础、研究手段和思想方法,从而为问题的有效解决和方法的广泛推广与扩展奠定了重要的基础。
[Abstract]:With the continuous growth of power demand and the shortage of traditional energy supply in various industries in recent years, the active distribution network has been widely accepted and widely used in its intelligent, flexible and sustainable development. the invention is different from the power supply mode of the traditional distribution network, the active power distribution network enhances the comprehensive utilization of the dispersed energy on the one hand, greatly improves the absorption capacity of the power system to the green energy, optimizes the matching structure of the energy source, but on the other hand, because the power supply mode is changed from the past one-way tree structure to the present two-way ring-type structure, the traditional power system analysis mode is in the planning and operation of the active power distribution network, In addition, because the distributed power supply represented by photovoltaic, wind energy and so on is affected by the environment, the extensive infiltration of the distribution network will inevitably cause the fluctuation and change of the electric energy quality of the system. Therefore, aiming at the operation characteristics and working characteristics of the active power distribution network, an effective planning and analysis method is explored to supplement the deficiency of the traditional power system analysis method in the research of the active power distribution network and has become an important direction of the research of the current electric power system. As an effective means of analyzing and studying the characteristics of the network system, the complex network theory has been more and more concerned and applied in the fields of the Internet, Internet of Things, and the network of biological molecules in recent years, and it is in the power system network modeling, The application of stability analysis is a hot topic in the field of power system research. However, the application of its active power distribution network is still to be further developed. Based on the research of the theory of complex network, this paper fully analyzes the working characteristics and operating characteristics of the active power distribution network, and explores the common ground of the two networks and uses the complex network theory to study the dynamic modeling of the active power distribution network system based on the advantages of the network and the related basic. The characteristics of fault propagation, system stability analysis, synchronization and coordination and optimization of scheduling strategy are studied. In this paper, a new dynamic evolution model of active power distribution network is proposed based on the study of the topological characteristics of the growth, re-connection and disconnection of the active power distribution network. The statistical properties of the model show that the node degree distribution of the active power distribution network has the power-law characteristic, and the "node removal probability" of the model has a very important influence on the dynamic evolution characteristics and the robustness of the network. The discovery of these macro-topological features can provide important guidance and application value for active power distribution network in planning, vulnerability analysis, fault prediction and improvement of operating cost ratio of network. The concept of embedded network neighbor edge is introduced into the research of network sequential failure. In addition, by defining three types of failure modes of random attack, "minimum penetration" attack and "maximum dissolution" attack, the effects of different initial fault types on the non-scale network, the directional random network and the IEEE 118-bus system and its propagation characteristics are studied. It is proved that the propagation of the successive faults of the network is closely related to the directivity of the network flow and the initial fault type, and is more related to the size of the initial load and the rated capacity of the network line. These results are of great value to avoid the occurrence and propagation of successive failures of the network. Based on the theoretical study of the synchronization of complex network and the feasibility of its synchronization and coordination, a multi-autonomous micro-network power optimization and coordination scheduling strategy is proposed in this paper. The full utilization of the distributed electric energy and the maximum power supply of the important load of the system are realized by the action of the energy storage device. In this paper, an improved minimum spanning tree algorithm is used to determine the optimal power supply relationship through the reasonable construction of the micro-network topology relation matrix, and a new multi-autonomous micro-network structure is generated by using the linear matrix inequality algorithm to select the addition or deletion of the non-important load. Finally, through a series of experiments, it is proved that the proposed strategy is effective in improving the overall power utilization of the system and the continuous and safe power supply to the important loads. In the process of experiment and simulation, the IEEE standard test system is used as the research object, and the accuracy and the effectiveness of the experimental results are guaranteed, and the reliable basis for the relevant research results is provided. Based on the different characteristics and characteristics of the object, in the process of analyzing and studying the active power distribution network system using the complex network, this paper makes full use of the theory foundation, the research means and the thought method of the complex network. Thus laying an important foundation for the effective solution of the problem and the wide popularization and expansion of the method.
【学位授予单位】:浙江大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2015
【分类号】:TM732;O157.5

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