【孤岛划分】分布式能源接入弹性配电网模型研究【IEEE33节点】（Matlab代码实现）

最新推荐文章于 2025-12-10 18:59:46 发布

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#分布式 #能源 #matlab #支持向量机

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💥1 概述

一、孤岛划分的核心定义与原则

1. 定义与应用场景

孤岛划分指配电网故障时，利用分布式能源（DG）将局部电网与主网隔离，形成独立供电区域。在IEEE 33节点系统中，其应用场景按故障位置分为四类：

位置①断联：本级负荷与本地综合能源系统形成孤岛。
位置②断联：本级负荷、下级负荷及下级综合能源系统联合形成孤岛。
位置③断联：本级负荷、本级综合能源系统与下级负荷协同供电。
位置④断联：配电网整体与主网解列，形成多层级、多负荷点的复杂孤岛系统。

2. 划分原则

约束满足：需满足功率平衡、线路容量、电压限值、设备出力等硬性约束。
负荷优先级：优先保障1、2级重要负荷供电，再最大化恢复普通负荷。
经济性优化：在供电恢复基础上最小化网损。
灵活性预留：为不可控负荷预留调节容量。

二、分布式能源接入对配电网的影响机制

1. 稳定性挑战

电压波动：风光资源的间歇性导致节点电压波动，尤其在云层遮挡或风速突变时。
短路电流增大：DG接入增加电源点，短路电流可能超过设备耐受极限，需调整保护定值。
谐波污染：逆变器等电力电子设备引入谐波，导致电压畸变。

2. 可靠性双刃剑

正向作用：
- 缓解线路过载，提升输电裕度。
- 具备低电压穿越能力的DG可支持故障时重要负荷持续供电。
负向作用：
- 改变潮流方向，导致继电保护误动/拒动。
- 孤岛效应引发频率失控风险。

3. 网损与潮流重构

网损优化潜力：合理选择DG容量、位置及功率因数可降低网损（如减少线路传输功率）。
指标量化：

三、弹性配电网模型的核心特征与建模方法

1. 弹性四维特征

特征	内涵	关键技术
感知力	预判扰动（如故障、极端天气）	态势感知技术、大数据分析
适应力	运行状态实时校正	灵活拓扑重构、DG出力优化控制
抵抗力	抵御扰动冲击的能力	设备冗余设计、SOP（智能软开关）
恢复力	灾后快速复电能力	孤岛划分、移动应急电源调度

2. 弹性力学映射模型

理论基础：将电网映射为弹簧系统，扰动类比外力，形变量表征系统偏离稳态的程度。
弹性系数计算：

SOP提升弹性：在IEEE 33节点中，SOP通过调节潮流分布增强等效弹性系数。

四、IEEE 33节点系统的适配性分析

1. 拓扑结构与参数

基准参数：电压等级12.66kV，含32条支路、33个节点，典型放射状结构。
DG接入点：常见配置包括：
- 节点22、25：风光电源
- 节点7：储能系统（BESS）
- 节点6：静止无功补偿器（SVC）

2. 作为研究平台的优势

结构简单且开放性强，便于修改拓扑（如增加环网、SOP）。
参数公开透明，支路阻抗与负荷数据完备（见表A1）。

五、孤岛划分与分布式能源协同的建模框架

1. 流程设计

步骤详解：
1. 初始化：导入拓扑、负荷权重、DG出力参数、自然资源数据。
2. 初始孤岛：以DG并网点为根节点，利用广度优先搜索（BFS）生成最小供电单元。
3. 孤岛延展：校验功率平衡约束（∑PDG≥∑Pload+Ploss∑PDG≥∑Pload+Ploss）。
4. 孤岛合并：若多个孤岛存在共有负荷点，则合并为更大孤岛。

2. 优化模型与求解

目标函数：

约束条件：
求解算法：
- 混合整数线性规划（MILP）
- 改进Prim算法（最小生成树优化）
- 分支定界法（处理组合爆炸问题）

六、IEEE 33节点典型实现案例

1. 案例1：含SOP的弹性提升

场景：台风灾害导致主网解列。
措施：
- SOP安装于节点5-28间，调节潮流分布。
- 孤岛划分后系统弹性指标提升32%，恢复时间缩短45%。

2. 案例2：光储协同孤岛运行

配置：

设备位置容量
PV 节点19、9 150kW/100kW
BESS 节点18、33 200kWh
效果：
- 重要负荷（节点6、18）100%恢复供电。
- 网损降低18%。

设备	位置	容量
PV	节点19、9	150kW/100kW
BESS	节点18、33	200kWh

3. 案例3：多目标故障恢复

策略：
1. 小生境遗传算法（NGA）生成初始孤岛。
2. 遗传算法优化重构方案，最小化失电负荷与开关动作。
结果：PG&E 69节点系统验证后，复电效率提升27%。

七、研究展望与挑战

不确定性建模：DG出力与负荷波动的随机性需引入鲁棒优化或随机规划。
多时间尺度协调：结合Fisher时段划分法，实现“秒级控制-分钟级调度-小时级规划”协同。
标准完善：需制定孤岛切换协议、黑启动标准等跨系统交互规范。

附录：关键公式与符号说明

符号	含义
PDG	分布式电源出力
Vi	节点ii电压幅值
Keq	等效弹性系数
SOP	智能软开关（Soft Open Point）

📚2 运行结果

数据：clc;%----------------------节点数据-------------------------------Bus=[ 1,     0,     0 ;      2,   100,    60 ;      3,    90,    40 ;      4,   120,    80 ;      5,    60,    30 ;      6,    60,    20 ;      7,   200,   100 ;      8,   200,   100 ;      9,    60,    20 ;     10,    60,    20 ;     11,    45,    30 ;     12,    60,    35 ;     13,    60,    35 ;     14,   120,    80 ;     15,    60,    10 ;     16,    60,    20 ;     17,    60,    20 ;     18,    90,    40 ;     19,    90,    40 ;     20,    90,    40 ;     21,    90,    40 ;     22,    90,    40 ;      23,    90,    40 ;      24,   420,   200 ;     25,   420,   200 ;     26,    60,    25 ;     27,    60,    25 ;     28,    60,    20 ;     29,   120,    70 ;     30,   200,   600 ;     31,   150,    70 ;     32,   210,   100 ;     33,    60,    40 ;      ];%------------------------支路数据------------------------------Branch=[1 ,1 ,2 ,0.0922,0.0470;        2 ,2 ,3 ,0.4930,0.2511;        3 ,3 ,4 ,0.3660,0.1864;        4 ,4 ,5 ,0.3811,0.1941;        5 ,5 ,6 ,0.8190,0.7070;        6 ,6 ,7 ,0.1872,0.6188;        7 ,7 ,8 ,0.7144,0.2351;        8 ,8 ,9 ,1.0300,0.7400;        9 ,9 ,10,1.0440,0.7400;        10,10,11,0.1966,0.065;        11,11,12,0.3744,0.1238;        12,12,13,1.4680,1.1550;        13,13,14,0.5416,0.7129;        14,14,15,0.5910,0.5260;        15,15,16,0.7463,0.5450;        16,16,17,1.2890,1.7210;        17,17,18,0.7320,0.5740;        18,2, 19,0.1640,0.1565;        19,19,20,1.5042,1.3554;        20,20,21,0.4095,0.4784;        21,21,22,0.7089,0.9373;        22,3, 23,0.4512,0.3083;        23,23,24,0.8980,0.7091;        24,24,25,0.8960,0.7011;        25,6, 26,0.2030,0.1034;        26,26,27,0.2842,0.1447;        27,27,28,1.0590,0.9337;        28,28,29,0.8042,0.7006;        29,29,30,0.5075,0.2585;        30,30,31,0.9744,0.9630;        31,31,32,0.3105,0.3619;        32,32,33,0.3410,0.5302;       ];