一种基于重加权加速Lagrangian的配电网能量分散协调优化方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于智能配电网能量优化调度技术领域，尤其涉及一种含大规模分布式电 源、可控负荷的配电网能量分散式优化调度方法。
【背景技术】
[0002] 随着新能源分布式发电技术的发展，能源政策和电力市场的进一步开放，未来的 智能配电网将接纳大量的分布式能源，而分布式能源的间歇性使其接入带给配电网的协调 控制带来了极大挑战。研究分布式电源、分布式储能、柔性负荷等参与电网能量优化管理技 术，能够适应现代智能配电网主动式管理优化技术，达到降低网损、提高能源利用效率等目 标。
[0003] 配电网过多的节点接入分布式能源，会造成网络通信压力过大，求解过程复杂，且 无法实时响应。因此，将配电系统能量优化管理问题分解成若干区域子系统优化子问题，采 用分解协调迭代的方法，对智能配电网能量调度进行分散式优化的研究具有重要的意义。 智能配电网的能量优化管理必须考虑电力潮流平衡的等式约束，而非线性潮流方程会影响 分布式能量优化算法的收敛性。
【发明内容】
[0004] 本发明旨在克服现有技术的不足，提供一种面向含高密度分布式电源智能配电网 能量调度的分散式优化技术，该技术基于局域重加权Lagrangian分布式优化方法求解多 尺度线性锥最优潮流问题，对具有辐射状拓扑结构的配电网实施全网有功和无功资源的分 散式协调优化。
[0005] 为达到上述目的，本发明采取的技术方案具体包括以下几个步骤：
[0006] 1)建立多时间尺度线性锥最优潮流模型；
[0007] 步骤1)中所述的多时间尺度线性锥最优潮流以配电网有功损耗最小为目标函 数，即
[0008]
[0009] 式中T表示运行优化周期；W表示配电网的支路集；（i，j)表示配电网中从节点 i(相比于节点j距离根节点较近）指向节点j的支路；心表示支路（i,j)的电阻；w⑴ 和l,(t)分别为定义的两个支路附加变量，满足以下等式：
[0010] w13 (t) : = 0. 5* (|Vx (t) 12+1Ixj(t) |2),lxj(t) : = 0. 5* (|Vx (t) |2-1Ixj(t) |2) (2)
[00ii] 式中，i^a)表示在t时刻支路a，j)上流过的电流Aa)表示在t时刻支路 (i，j)母节点i的电压；符号I?I表示求解复数变量幅值的算子。因此 =lljt)，即为支路（i，j)的有功损耗。
[0012] 步骤1)中所述的多时间尺度线性锥最优潮流模型包含支路线性锥潮流约束、电 网安全运行电压水平约束、馈线电流容量约束、分布式电源无功功率约束和分布式储能功 率约束，具体如下：
[0013] 1. 1)所述的支路线性锥潮流约束包含两部分：支路潮流线性等式约束和潮流二 阶锥不等式约束。所述的支路潮流线性等式约束表示为：
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[0015]
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[0017]
[0018] 式中，\;表示支路（i，j)的电抗JPvj表示分别表示支路（i，j)节点i和j的 电压幅值的平方，即Vi=IVjt) |2和v_j= |V_j(t)|2;P^ (t)和Ut)分别表示在t时刻在支 路（i，j)母节点i端流过该支路的有功功率和无功功率；pjt)和q_j(t)表示在t时刻节点 j注入的净负荷有功功率和无功功率，其中分布式电源发电功率可看做是负的负载功率，BP
[0019]
[0020] 式中，p]D(t)和q]D(t)分别表示在t时刻节点j处负载消耗的有功和无功功率； p_jS(t)和qjS(t)表示在t时刻节点j处分布式电源注入的有功和无功功率；p_jB(t)和qjB(t) 表示在t时刻节点j处分布式储能作为可控负荷所提供的有功和无功功率。
[0021] 所述的支路潮流二阶锥不等式，如下所示：
[0022]
[0023] 该不等式使变量构成了一个四维的二阶锥空间。 对于具有辐射状拓扑结构的配电网，该问题的最优解(小i#))能够满足等式 (Wl]a))2,线性锥支路潮流是原非线性潮流的准确凸松 弛。
[0024] 1. 2)所述的电网安全运行电压水平约束，表示为：
[0025] | V_ 12彡v』⑴彡| V_ |2, V(;. s r (9)
[0026] 式中，乂_和V_分别为节点j电压的上下限；
[0027] 1. 3)所述的馈线电流容量约束，表示为：
[0028] fflj(t) -lxj(t) ^ |Inax |2, V(/./is'V.i e T(10)
[0029] 式中，Imax表示支路（i,j)允许流过的电流上限；
[0030] 1 4) 由源銮的市.串采％.
[0031]
[0032] 式中，s]ni表示分布式电源并网逆变器的容量。这里分布式电源采用无功补偿型控 制方式，为了能够最大化利用可再生能源，分布式电源的有功功率采用最大功率点输出，无 功功率通过并网逆变器调节。
[0033] 1. 5)所述的分布式储能功率约束，表示为：
[0034]
[0035] 式中，E,⑹表示储能设备优化周期开始时的荷电状态，E]nun和E]mx分别表示第 j个分布式储能在运行时其荷电状态的上下限；p_jBm表示储能设备允许的最大充放电功率； At表示t到t+1时刻的时间间隔。
[0036] 步骤1)所建立的多时间尺度线性锥最优潮流模型，不仅考虑了单个时间断面内 电力潮流约束、分布式电源无功功率、分布式储能充放电功率和荷电状态运行约束，还考虑 了储能荷电状态跨时间断面间变化的连续性运行要求。
[0037] 步骤1)所建立的多时间尺度线性锥最优潮流的优化变量为y:= (yi.j⑴，（i，j)Gw，tGT)，其中支路变量y^t):=匕⑴义⑴""⑴…⑴^⑴ 七(1:)4(1:))，多时间尺度线性锥最优潮流的可行域为0: = {7|;^(7)=0^(7)彡0; hi.j(y) < 〇,（i，j)G，其中等式约束(y) = 〇表示如式（3)~（7)所示的支路潮流线 性方程组，不等式约束gl](y) <0表示如式（8)所示的支路潮流二阶锥不等式组，不等式约 束^(y)彡0表示如式（9)~（12)所示的电网运行安全电压、电流约束、无功功率限制及 储能设备的功率能量限制。
[0038] 2)利用基于虚拟辅助变量原理的节点分裂法，实现潮流的空间解耦。
[0039] 步骤2)所述的节点分裂法是令配电网节点k分裂成两个子节点ab和ba，将原系 统在节点k处分解成子系统a和b两部分。节点k是支路（u,k)和（k,h)的公共节点，子 节点ab和ba引入后，两条支路另述为（u,ab)和（ba,h)。在步骤1)所述的线性锥最优潮 流模型中，分别与子系统a和b优化问题相关的核心变量^和y,如下所示：
[0040] ya: =(yjj(t) ,wuk(t) ,luk(t) ,pk(t) ,qk(t) ,Puk(t) ,Quk(t) , (i,j)GWJ {(u,k)},tGT)
[0041] yb: = (yij(t),wkh(t),lkh(t),ph(t),qh(t),vh(t), (i,j)GWb/{(k,h)},tGT)
[0042] 式中W,分别表示子系统a和b的支路集且Wb= {(i，j) | (i，j)GW，且 MwJ。
[0043] 子系统a和b优化问题的公共变量为yab: = (vk(t),Ph(t),Qh(t),tGT)，其中vk 为公共节点k处的电压，匕和Qh为节点k端流过其后支路的有功和无功功率。
[0044] 步骤2)所述的辅助变量原理是引入两组附加变量za(a'b):= (vab(t)，Pab (t)，Qab (t)，tGT)和zb(b'a): = (vba(t)，Pba (t)，Qba (t)，tGT)，并令za(a'b) =zb(b'a) =yab。其中vab⑴和vba(t)分别t时刻表示子节点和的电压幅值平方，Pba(t)和Qba(t)分 别表示子节点端ba的支路（ba，h)有功和无功功率；Pab (t)