基于锥优化的交直流混合结构有源配电网运行优化方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及有源配电网运行优化方法。特别是涉及基于锥优化的交直流混合结构 有源配电网运行优化方法。
【背景技术】
[0002] 新能源和可再生能源的利用在用户侧主要是通过分布式的方式广泛、高密度地接 入配电网中，在提供电能供应的同时，也带动了电力电子技术和装置在配电网中的大量配 置和使用。分布式发电和先进电力电子技术的广泛应用促进了直流配电网的发展，主要由 于：1)大量接入的分布式电源很多为直流型电源或可经过简单整流后变为直流电源；2)随 着电力电子技术的发展，电压源换流器（VSC)等电力电子变换装置在用户侧得到了广泛的 应用，直流电源和直流负载在配电网中不断增加，如果能在电源侧或负荷侧采用直流供电 的方式将大大减少电力电子变流装置的投资。因此，含直流环节的配电网日益引起人们的 关注。
[0003] 未来的智能配电网将很可能是一个含有多种直流环节的交直流全面互联的复杂 系统。该系统在整体上采用效率更高的交直流混合的供电形式，从而更好地与上层交直流 混合输电体系相协调，并满足配网层分布式电源和用户侧直流负荷的接入。与交流配电网 相比，交直流混合结构的配电网可以将大容量可控AC/DC变换器作为直流电源，采用适当 的控制策略，有效提高直流系统的供电连续性和电能质量。因为直流环节只存在电阻损耗， 整个供电系统的损耗将有望大幅度降低，而且便于分布式电源、储能装置等接入。
[0004] 在交直流混合结构有源配电网中可以利用的资源包括可控型分布式电源、可控负 载、储能装置等。其中，将部分分布式电源由"不可调度"变为"可调度"，并与配电网的传 统优化手段相互配合，不仅可以实现分布式电源的充分利用，还可以通过优化电压源换流 器VSC传输的有功功率，同时考虑电压源换流器VSC的有功损耗，来降低系统阻塞，提高系 统的经济性和安全性。在交直流混合结构有源配电网中，不仅能够优化系统的有功功率，而 且可以进行无功功率的优化，从而改善系统潮流分布，提高系统供电能力。在传统的无功优 化问题中，用来进行控制的手段主要有发电机无功出力的调节、变压器分接头的调整和无 功补偿装置的投切等。而交直流混合结构有源配电网可以将分布式电源和电压源换流器 VSC作为连续可调的无功电源参与到接入配电网的电压控制中，为配电网提供无功辅助服 务，可解决传统配电网无功调压手段调节速度慢、难以实现电压连续调节的缺陷，并能够减 少大容量无功补偿装置的投入。
[0005] 对于交直流混合结构有源配电网的运行优化问题，其数学本质是大规模非线性规 划问题，对于这类决策变量为连续量的非线性数学优化问题，主要的求解方法包括内点法、 解析法、连续消去法等。其中，锥优化（Conic Programming，CP)方法是线性规划与非线性 规划的推广，因凸锥所具有的优美的几何结构和特殊的处理方式，能够实现连续优化问题 的快速收敛和准确求解，与其他常见算法相比，锥优化方法大大提升了计算速度，并且能够 保证所得解的最优性。
【发明内容】
[0006] 本发明所要解决的技术问题是，提供一种能够综合考虑交直流网络损耗和电压源 换流器的运行损耗，确定合理的电压源换流器的基于锥优化的交直流混合结构有源配电网 运行优化方法。
[0007] 本发明所采用的技术方案是：基于锥优化的交直流混合结构有源配电网运行优化 方法，包括如下步骤：
[0008] 1)根据选定的交直流混合结构有源配电网，输入系统基本参数信息，包括：线路 参数、负荷水平、网络拓扑连接关系，系统运行电压水平和各支路电流限制，分布式电源接 入位置、类型和容量，电压源换流器接入位置与容量，系统基准电压和基准功率；
[0009] 2)依据步骤1)给出的交直流混合结构有源配电网，同时考虑交流网络损耗、直流 网络损耗及电压源换流器的运行损耗，建立交直流混合结构有源配电网运行优化问题的数 学模型，包括：选取根节点为平衡节点，设定有源配电网运行的总损耗最小为目标函数，分 别考虑交直流混合结构有源配电网的潮流约束、运行约束及电压源换流器的运行约束和电 压源换流器控制方式约束；
[0010] 3)将步骤2)所建立的交直流混合结构有源配电网运行优化问题的数学模型中目 标函数和约束条件的绝对值项进行线性化；根据锥优化的标准形式对绝对值项线性化后的 目标函数和约束条件进行锥模型转化；
[0011] 4)对步骤3)转化得到的线性化的目标函数，以及转化为线性约束、二阶锥约束和 二阶旋转锥约束的约束条件，采用CLPEX求解器进行求解；
[0012] 5)输出步骤4)的求解结果，包括电压源换流器传输的最优功率值、网络潮流结果 以及目标函数值。
[0013] 步骤2)所述的有源配电网运行总损耗最小为目标函数表示为
[00M] min f = Pl0SS，ac+Pl0SS，dc+P l0SS，vsc
[0015] 式中，交流网络损耗Plciss,a。、直流网络损耗P lciss,d。与电压源换流器的运行损耗 Pi。％ I分别用下式表示
[0016]
[0017]
[0018]
[0019] 式中，NN,a。为系统中交流网络的节点数，Nm。为系统中直流网络的节点数，N vsc为 系统中接入的电压源换流器个数；Ω (i)为交流节点i的相邻节点的集合；Ω (i')为直流 节点i'的相邻节点的集合；交流节点i和交流节点j是交流支路ij两端的节点，直流节 点i'和直流节点j'是直流支路i' j'两端的节点；。为交流支路ij的电阻； 为直流支路P V的电阻；Iljia。为流过交流支路ij的电流值；I r r id。为流过直流支路 W V的电流值；Pni^为第m个电压源换流器交流侧输出的有功功率，Ani为第m个电压源 换流器的有功损耗系数。
[0020] 步骤2)所述的交直流混合结构有源配电网的潮流约束中交流配电网络的潮流约 束表示为
[0021]
[0022]
[0023]
[0024]
[0025]
[0026]
[0027] 式中，Φ (i)为以交流节点i为末端节点的支路首端节点集合，Ψ (i)为以交流节 点i为首端节点的支路末端节点集合；Uiia。为交流节点i的电压值，X 。为交流支路ij的 电抗；Pjlia。为交流节点j流向交流节点i的有功功率，Q jlia。为交流节点j流向交流节点i 的无功功率；Pi a。为交流节点i上注入的有功功率之和，别为交流节点 i上分布式电源注入的有功功率、电压源换流器交流侧输出的有功功率、负荷消耗的有功功 率，Qw为交流节点i上注入的无功功率之和，Q D(U、别为交流节点i上分 布式电源注入的无功功率、电压源换流器交流侧输出的无功功率、负荷消耗的无功功率。
[0028] 步骤2)所述的交直流混合结构有源配电网的潮流约束中的直流配电网络的潮流 约束表示为
[0029]
[0030]
[0031]
[0032]
[0033] 式中，Φ (P )为以直流节点P为末端节点的支路首端节点集合，Ψ(Ρ )为 以直流节点W为首端节点的支路末端节点集合；U1, id。为直流节点W的电压值；P1, > 为直流节点W流向直流节点的功率。为直流节点W上注入的功率之和，P D(U,、 、Puwu,分别为直流节点P上分布式电源注入的功率、电压源换流器直流侧输出 的功率、负荷消耗的功率。
[0034] 步骤2)所述的电压源换流器的运行约束