一种有源配电网智能软开关供电恢复方法与流程

本发明涉及一种有源配电网智能软开关供电恢复策略，特别是关于一种基于二阶锥规划的有源配电网智能软开关供电恢复方法。
背景技术：
：配电网作为电力系统直接面向用户的一环，与用户的联系最为紧密，对用户的影响最为直接。相对于传统配电网，智能配电网从原来单一的电能分配角色转变为集电能收集、传输、存储与分配为一体的新型电力交换系统，不仅在一次侧将借助分布式电源、储能装置及静止无功补偿器等装备以满足系统运行的经济性、可靠性与灵活性需求，在二次侧还会利用高级配电自动化技术提高系统的信息通信能力与智能化水平，使得电网在可再生能源利用、系统可靠性、电网资产利用率、与用户互动能力等方面得到显著提高。故障自愈作为智能配电网的重要特征之一，近年来得到了广泛关注。智能配电网中设备种类多、控制策略复杂，对故障电压、短路电流反应灵敏，因此，对智能配电网的故障自愈提出了更高的要求。其中，智能配电网供电恢复作为故障自愈的关键一环对系统供电可靠性提升起着重要作用。配电网发生故障后，首先通过故障定位，识别故障位置，然后通过保护装置进行故障隔离，而后进行供电恢复，恢复受故障影响的非故障区域的供电。如何在保证电压安全运行水平的前提下，尽可能多的恢复负荷以及充分利用可再生能源，是一个亟待解决的问题。智能软开关(softopenpoint，sop)是取代传统联络开关的一种新型智能配电装置，智能软开关的应用将极大地提高配电系统运行的灵活性和可控性，对此国内外已有学者开展了初步研究，但对智能软开关在配电网故障自愈过程中发挥的作用却较少涉及。与联络开关相比，智能软开关的功率控制更加安全可靠，避免了开关操作可能带来的安全隐患。在故障发生时，由于直流隔离的作用，能够有效限制故障电流穿越；在供电恢复过程中，能够为故障侧提供有效的电压支撑，从而可以扩大供电恢复范围。随着用户对定制化电力服务要求的不断提高，供电恢复的速度也亟待提高。智能软开关控制周期短、动作速度快，因此，急需一种有源配电网智能软开关供电恢复方法，用以解决故障隔离后，在保证电压水平前提下，快速制定智能软开关的供电恢复策略，实现故障后失电区域的快速恢复供电。技术实现要素：针对有源配电网智能软开关快速供电恢复问题，本发明的目的是提供一种基于二阶锥规划的有源配电网智能软开关供电恢复方法，该方法综合考虑多种系统安全及运行约束，准确、快速求解确定智能软开关及配电网的供电恢复策略。为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种有源配电网智能软开关供电恢复方法，其特征在于包括以下步骤：1)根据选定的已有配电系统，输入初始参数；2)依据配电系统结构及初始参数，建立有源配电网智能软开关供电恢复模型；3)根据锥规划的标准形式对有源配电网智能软开关供电恢复模型中非线性目标函数和约束条件进行二阶锥模型转化；4)将二阶锥规划模型采用已有的锥规划求解方法进行求解；5)输出求解结果，包括各节点电压幅值、各节点恢复负荷系数和智能软开关传输功率值。进一步，所述步骤1)中，初始参数包括线路参数、负荷水平、网络拓扑连接关系，配电系统运行电压水平和支路电流约束，智能软开关接入位置、容量和损耗系数，系统故障位置，基准电压和基准功率初值。进一步，所述步骤2)中，有源配电网智能软开关供电恢复模型包括：设定配电系统恢复有功负荷最大和配电系统总损耗最小的加权和为目标函数，并分别考虑配电系统潮流约束、配电系统运行约束和智能软开关运行约束。进一步，所述配电系统恢复有功负荷最大和系统总损耗最小的加权和为目标函数为：式中，αr为配电系统负荷恢复的权重系数，αl为配电系统损耗的权重系数，αr＞＞αl；ωn为系统节点的集合，ωb为系统支路的集合；rij为支路ij的电阻，iij为节点i流向节点j的电流幅值；pisop,l为接在节点i上sop产生的损耗；piload为节点i处负荷消耗的有功功率；λi为可恢复节点i上负荷的系数，λi∈[0,1]。进一步，所述配电系统潮流约束为：pi＝pidg+pisop-λipiload(6)式中，xij为支路ij的电抗；pij为支路上节点i流向节点j的有功功率，qij为支路上节点i流向节点j的无功功率；pi为节点i上注入的有功功率之和，pidg节点i上分布式电源注入的有功功率，pisop为节点i上sop注入的有功功率；qi为节点i上注入的无功功率之和，为节点i上分布式电源注入的无功功率，为节点i上sop注入的无功功率，为节点i上负荷消耗的无功功率；ui为节点i的电压幅值、uj为节点j的电压幅值。进一步，所述配电系统运行约束为：式中，为节点i电压幅值的上限，为节点i电压幅值的下限；是支路ij的电流幅值上限。进一步，所述智能软开关运行约束为：式中，i、j为sop所接入配电系统的节点编号；为节点i上的sop的损耗系数，为节点j上的sop的损耗系数；pisop,l和分别为接在节点i、j的换流器损耗；和分别为接在节点i、j的换流器容量；为故障侧sop控制电压，u0为故障侧节点电压标幺值的最低限值。进一步，所述步骤3)中，具体转化过程如下：3.1)定义新变量ui代替节点电压幅值的平方定义新变量iij代替支路电流幅值的平方将目标函数式和非线性约束条件式(2)～(4)、(8)～(9)线性化，分别得到：(umin)2≤ui≤(umax)2，3.2)将系统潮流约束式(5)松弛为二阶锥约束式：||[2pij2qijiij-ui]t||2≤iij+ui；3.3)将sop运行约束式(11)～(14)转化为旋转锥约束式：转化后，由式(6)、(7)和(10)，以及转化后的目标函数式和非线性约束条件式构成有源配电网智能软开关供电恢复的二阶锥规划模型。本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：本发明立足于解决有源配电网快速供电恢复问题，充分考虑智能软开关运行约束及其对系统潮流的影响以及对故障侧电压幅值与频率的控制作用，建立有源配电网智能软开关供电恢复的二阶锥规划模型，可采用现有锥规划求解工具mosek、cplex进行求解，得到智能软开关的供电恢复策略。附图说明图1是本发明的整体流程示意图；图2是改进的ieee33节点算例结构图；图3是采用智能软开关进行供电恢复的示意图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。如图1所示，本发明提供一种基于二阶锥规划的有源配电网智能软开关供电恢复方法，其包括以下步骤：1)根据选定的已有配电系统，输入初始参数；初始参数包括线路参数、负荷水平、网络拓扑连接关系，配电系统运行电压水平和支路电流约束，智能软开关接入位置、容量和损耗系数，系统故障位置，基准电压和基准功率初值；2)依据步骤1)提供的配电系统结构及初始参数，建立有源配电网智能软开关供电恢复模型；有源配电网智能软开关供电恢复模型包括：设定配电系统恢复有功负荷最大和配电系统总损耗最小的加权和为目标函数，并分别考虑配电系统潮流约束、配电系统运行约束和智能软开关运行约束；具体如下2.1)配电系统恢复有功负荷最大和系统总损耗最小的加权和为目标函数为：式中，αr为配电系统负荷恢复的权重系数，αl为配电系统损耗的权重系数，αr＞＞αl；ωn为系统节点的集合，ωb为系统支路的集合；rij为支路ij的电阻，iij为节点i流向节点j的电流幅值；pisop,l为接在节点i上sop产生的损耗；piload为节点i处负荷消耗的有功功率；λi为可恢复节点i上负荷的系数，λi∈[0,1]。2.2)配电系统潮流约束为：pi＝pidg+pisop-λipiload(6)式中，xij为支路ij的电抗；pij为支路上节点i流向节点j的有功功率，qij为支路上节点i流向节点j的无功功率；pi为节点i上注入的有功功率之和，pidg节点i上分布式电源注入的有功功率，pisop为节点i上sop注入的有功功率；qi为节点i上注入的无功功率之和，为节点i上分布式电源注入的无功功率，为节点i上sop注入的无功功率，为节点i上负荷消耗的无功功率；ui为节点i的电压幅值，uj为节点j的电压幅值。2.3)配电系统运行约束为：式中，为节点i电压幅值的上限，为节点i电压幅值的下限；是支路ij的电流幅值上限。2.4)智能软开关运行约束为：式中，i、j为sop所接入配电系统的节点编号；为节点i上的sop的损耗系数，为节点j上的sop的损耗系数；pisop,l和分别为接在节点i、j的换流器损耗；和分别为接在节点i、j的换流器容量；为故障侧sop控制电压，u0为故障侧节点电压标幺值的最低限值。式(1)～(15)即为有源配电网智能软开关的供电恢复模型。3)根据锥规划的标准形式对步骤2)中的有源配电网智能软开关供电恢复模型中非线性目标函数和约束条件进行二阶锥模型转化；具体转化过程如下：3.1)定义新变量ui代替节点电压幅值的平方定义新变量iij代替支路电流幅值的平方将目标函数式(1)和非线性约束条件式(2)～(4)、(8)～(9)线性化，分别得到：(umin)2≤ui≤(umax)2(20)3.2)将系统潮流约束式(5)松弛为二阶锥约束式：||[2pij2qijiij-ui]t||2≤iij+ui；(22)3.3)将sop运行约束式(11)～(14)转化为旋转锥约束式：经过上述转化，式(6)、(7)、(10)、(16)～(26)构成有源配电网智能软开关供电恢复的二阶锥规划模型。4)将步骤3)得到的二阶锥规划模型采用已有的锥规划求解方法进行求解；5)输出步骤4)的求解结果，包括各节点电压幅值、各节点恢复负荷系数和智能软开关传输功率值等。实施例：对于本实施例，首先输入ieee33节点系统中线路元件的阻抗值，负荷元件的有功功率、无功功率，网络拓扑连接关系，算例结构如图2所示，详细参数见表1和表2；表1ieee33节点算例负荷接入位置及功率表2ieee33节点算例线路参数接入5组光伏发电系统，位置和容量见表3；表3分布式电源配置参数接入位置713172730容量/kva300200300400200设定一组智能软开关sop接入测试算例，取代联络开关ts1，如图3所示，智能软开关的容量为2.0mva，损耗系数为0.02，故障侧节点电压标幺值的最低限值为1.0，规定从直流侧传递到交流侧的功率方向为正方向；设置支路5-6之间发生永久性三相故障，经故障隔离后，节点6-18与节点26-33所带负荷全部失电，失电有功负荷总量为2055kw；最后设定系统的基准电压为12.66kv、基准功率为1mva。为充分验证本发明方法的先进性，采取如下三种方案进行对比分析：方案1：采用传统联络开关进行供电恢复(内点法求解)；方案2：采用智能软开关sop进行供电恢复(锥规划方法求解)，即本发明方法；方案3：采用智能软开关sop进行供电恢复(内点法求解)。实施例的优化结果见表4，智能软开关的控制策略见表5。表4不同方案供电恢复结果表5智能软开关控制方案执行优化计算的计算机硬件环境为intel(r)xeon(r)cpue5-1620，主频为3.70ghz，内存为32gb；软件环境为windows7操作系统。对比方案1与方案2可以看出，sop用于有源配电网供电恢复具有很好的应用效果，其通过对故障侧电压提供支撑，扩大了供电恢复范围，提高了供电恢复能力。分布式电源的接入可为失电区域提供了一定的功率支持，但配电网中接入分布式电源的控制方式多为pq控制，故障发生后，多直接退出运行，造成大量的功率损失，降低了可再生能源的利用率。sop借助其功率传输能力与电压支撑能力，与分布式电源相互配合，为失电区域提供电压支撑，并为分布式电源补充功率缺额，共同实现失电区域的全部恢复供电，从而全面提升了配电系统的分布式电源消纳能力与自愈控制能力。对比方案2和方案3可以看出，二阶锥规划模型的搜索空间具有光滑性、封闭性以及对称性的特点，与其他非线性规划模型相比，求解速度得到极大的提高。上述各实施例仅用于说明本发明，各个步骤都是可以有所变化的，在本发明技术方案的基础上，凡根据本发明原理对个别步骤进行的改进和等同变换，均不应排除在本发明的保护范围之外。当前第1页12