本发明涉及电力系统技术领域，特别是涉及一种主动配电网无功电压协调运行优化方法和系统。
背景技术：
主动配电网是内部具有分布式或分散式能源、具有控制和运行能力的配电网。主动配电网的使用为消纳分布式能源提供了重要的技术，但其运行管理也遇到了技术瓶颈。由于分布式电源接入主动配电网后，彻底改变了主动配电网的运行状态，使主动配电网从单电源、单向潮流变为多端电源和频繁变化的双向潮流；这一变化对无功电压控制的现有运行控制架构都带来了巨大的挑战。例如，分布式能源接入主动配电网的渗透率提高，容易引起主动配电网电压升高的问题；主动配电网的线路电阻-电抗比值较大，有功功率和无功功率之间具有紧密的耦合关系，配电注入有功功率和无功功率都会对节点电压产生影响。
传统技术中，为控制主动配电网的电压稳定运行，通常采取基于无功功率资源的调节措施进行电压调节，但是没有处理主动配电网的无功电压协调运行，对分布式电源、变压器、无功补偿装置等主动管理设备的运行安排存在不合理情况，主动配电网的网络损耗大，从而易引起主动配电网的功率大幅波动，进而造成电压质量问题，给供电设备和用户用电设备带来冲击。
技术实现要素：
基于此，有必要针对传统的主动配电网网络损耗大的问题，提供一种降低网络损耗的主动配电网无功电压协调运行优化方法和系统。
一种主动配电网无功电压协调运行优化方法，包括：
获取主动配电网中各线路的线路电阻值和线路电抗值、各节点的并联电导值和并联电纳值；
以最小化所述主动配电网的总线路有功功率损耗为目标建立目标函数，并根据预设参考值建立对应所述目标函数的包括线路潮流约束方程、节点电压幅值约束方程、线路电流幅值约束方程及多个主动管理设备的运行约束方程的约束条件，得到所述目标函数和所述约束条件组成的无功电压协调优化模型；
根据所述线路电阻值、所述线路电抗值、所述并联电导值和所述并联电纳值求解所述无功电压协调优化模型，得到多个主动管理设备的运行数据；
根据所述运行数据控制对应的主动管理设备优化运行。
一种主动配电网无功电压协调运行优化系统，包括：
数据获取模块，用于获取主动配电网中各线路的线路电阻值和线路电抗值、各节点的并联电导值和并联电纳值；
模型生成模块，用于以最小化所述主动配电网的总线路有功功率损耗为目标建立目标函数，并根据预设参考值建立对应所述目标函数的包括线路潮流约束方程、节点电压幅值约束方程、线路电流幅值约束方程及多个主动管理设备的运行约束方程的约束条件，得到所述目标函数和所述约束条件组成的无功电压协调优化模型；
模型求解模块，用于根据所述线路电阻值、所述线路电抗值、所述并联电导值和所述并联电纳值求解所述无功电压协调优化模型，得到多个主动管理设备的运行数据；
运行控制模块，用于根据所述运行数据控制对应的主动管理设备优化运行。
上述主动配电网无功电压协调运行优化方法和系统，通过生成包括目标函数以及由线路潮流约束方程、节点电压幅值约束方程、线路电流幅值约束方程及多个主动管理设备的运行约束方程组成的约束条件在内的无功电压协调优化模型，然后根据获取的线路电阻值、线路电抗值、并联电导值和并联电纳值求解无功电压协调优化模型，得到多个主动管理设备的运行数据，最后根据运行数据控制对应的主动管理设备优化运行。如此，将主动配电网的主动管理设备的运行约束考虑在内，可有效调动主动管理设备，实现主动配电网的无功电压协调优化运行，减少主动配电网的网络损耗。
附图说明
图1为一实施例中主动配电网无功电压协调运行优化方法的流程图；
图2为另一实施例中主动配电网无功电压协调运行优化方法的流程图；
图3为一实施例中变压器功率注入模型示意图；
图4为一实施例中主动配电网无功电压协调运行优化系统的结构图。
具体实施方式
参考图1，一实施例中的主动配电网无功电压协调运行优化方法，包括如下步骤。
s110：获取主动配电网中各线路的线路电阻值和线路电抗值、各节点的并联电导值和并联电纳值。
主动配电网中包括多个节点，相互连接的两个节点构成一条线路。线路的线路电阻值和线路电抗值组成线路的阻抗，其中，线路电阻值为阻抗的实部，线路电抗值为阻抗的虚部；因此，可通过获取线路的阻抗得到线路电阻值和线路电抗值。节点的并联电导值指节点对地的电导值，节点的并联电纳值指节点对地的电纳值。节点的并联电导值和并联电纳值组成节点的并联导纳(节点对地的阻抗的倒数)，其中，并联电导值为并联导纳的实部，并联电纳值为并联导纳的虚部；因此，可以通过获取节点的并联导纳得到对应的并联电导值和并联电纳值。
s120：以最小化主动配电网的总线路有功功率损耗为目标建立目标函数，并根据预设参考值建立对应目标函数的包括线路潮流约束方程、节点电压幅值约束方程、线路电流幅值约束方程及多个主动管理设备的运行约束方程的约束条件，得到目标函数和约束条件组成的无功电压协调优化模型。
无功电压协调优化模型包括目标函数和约束条件，其中，约束条件包括：线路潮流约束方程、节点电压幅值约束方程、线路电流幅值约束方程及多个主动管理设备的运行约束方程。具体地，主动配电网的主动管理设备可以包括变压器、分布式电源、连续无功补偿装置、离散无功补偿装置等。
具体地，步骤s110和步骤s120的执行先后顺序可以任意，即可以先执行步骤s110再执行步骤s120，也可以先执行步骤s120再执行步骤s110，还可以步骤s110与步骤s120同时执行。
s130：根据线路电阻值、线路电抗值、并联电导值和并联电纳值求解无功电压协调优化模型，得到多个主动管理设备的运行数据。
主动管理设备的运行数据指主动管理设备的工作状态对应的参数，根据运行数据可以确定对应的工作状态。例如运行数据可以是对应的有功功率值、无功功率值等。
s140：根据运行数据控制对应的主动管理设备优化运行。
具体地，步骤s140可以是直接根据运行数据控制对应的主动管理设备工作在运行数据对应的工作状态，也可以是先根据运行数据生成各主动管理设备的运行方案，再将运行方案发送至调度中心，由调度中心根据运行方案控制主动配电网中对应主动管理设备运行在对应的状态。如此，可以实现主动配电网无功电压协调运行的优化。
上述主动配电网无功电压协调运行优化方法，通过生成包括目标函数以及由线路潮流约束方程、节点电压幅值约束方程、线路电流幅值约束方程及多个主动管理设备的运行约束方程组成的约束条件在内的无功电压协调优化模型，然后根据获取的线路电阻值、线路电抗值、并联电导值和并联电纳值求解无功电压协调优化模型，得到多个主动管理设备的运行数据，最后根据运行数据控制对应的主动管理设备优化运行。如此，将主动配电网的主动管理设备的运行约束考虑在内，可有效调动主动管理设备，实现主动配电网的无功电压协调优化运行，减少主动配电网的网络损耗。应用上述动配电网无功电压协调运行优化方法对主动配电网进行运行优化时，可减少主动配电网的功率波动，提高电压质量问题。
在一实施例中，参考图2，步骤s130包括步骤s131和步骤s132。
s131：将无功电压协调优化模型转换为混合整数凸规划模型。
s132：根据线路电阻值、线路电抗值、并联电导值和并联电纳值求解混合整数凸规划模型，得到多个主动管理设备的运行数据。
混合整数凸规划模型具有凸特性，可通过包含cplex在内的现有的工程软件包求得全局最优解从而得到运行数据。通过将无功电压协调优化模型转换为混合整数凸规划模型，对混合整数凸规划模型求解得到运行数据，可以大幅提高求解效率；同时，以现有的工程软件包为求解内核，充分利用现有的工程软件包的求解优势，一方面能够有效保证算法的收敛性能和算法稳定性能，另一方面能够保证获取的运行数据的有效性和最优性。
在一实施例中，主动管理设备包括变压器、分布式电源、连续无功补偿装置和离散无功补偿装置，主动管理设备的运行约束方程包括变压器有功功率和无功功率约束方程、分布式电源运行约束方程、连续无功补偿装置运行约束方程、离散无功补偿装置运行约束方程、变压器离散变比约束方程。
参考图2，步骤s131包括步骤s1311至步骤s1314。
s1311：将变压器离散变比约束方程转化为变压器功率注入模型。
变压器功率注入模型为具有凸特性的线性约束。通过将具有非凸特性的变压器离散变比约束转化为具有凸特性的变压器功率注入模型，从而可嵌入到凸规划中。
s1312：根据预设系数将离散无功补偿装置运行约束方程转换为线性约束方程。
其中，线性约束方程为线性约束的形式。
s1313：对线路潮流约束方程进行松弛处理，得到二次锥约束方程。
其中，二次锥约束方程具有凸特性。
s1314：将目标函数、二次锥约束方程、节点电压幅值约束方程、线路电流幅值约束方程、变压器有功功率和无功功率约束方程、分布式电源运行约束方程、连续无功补偿装置运行约束方程、线性约束方程和变压器功率注入模型组成混合整数凸规划模型。
通过分别将无功电压协调优化模型中的变压器离散变比约束方程、离散无功补偿装置运行约束方程和线路潮流约束方程转换为变压器功率注入模型、线性约束方程和二次锥约束方程，使得最终得到的混合整数凸规划模型具有凸特性，可通过凸规划求取该模型的最优解，求解效率高。
在一实施例中，预设参考值包括：电压幅值的下界、电压幅值的上界、电流幅值的上界、变压器有功功率下界、变压器有功功率上界、变压器无功功率下界、变压器无功功率上界、各分布式电源对应的有功功率预测值、各分布式电源对应的无功功率上界和无功功率下界、各分布式电源对应的视在容量、功率因数角、各连续无功补偿装置对应的无功功率上界和无功功率下界。
目标函数为：
线路潮流约束方程为：
节点电压幅值约束方程为：
线路电流幅值约束方程为：
变压器有功功率和无功功率约束方程为：
分布式电源运行约束方程为：
连续无功补偿装置运行约束方程为：
离散无功补偿装置运行约束方程为：
变压器离散变比约束方程为：
其中，i、j、k表示节点的序号，(i,j)表示第i个节点指向第j个节点的线路lij，e为线路集合，n为主动配电网的节点集合，ploss为总线路有功功率损耗，|iij|为线路lij的电流幅值，
其中，vi,min和vi,max分别为第i个节点的电压幅值的下界和电压幅值的上界，iij,max为通过线路lij的电流幅值的上界，ps和qs分别为变电站侧变压器对应节点的有功功率和无功功率，ps,min和ps,max分别为变压器有功功率下界和变压器有功功率上界，qs,min和qs,max分别为变压器无功功率下界和变压器无功功率上界。
其中，pdg,i和qdg,i分别为连接于第i个节点的分布式电源运行时发出的有功功率和无功功率，
具体地，分布式电源必须发出有功功率，因此其运行下界为0；分布式电源可吸收无功功率，因此
其中，qcom,i为连接于第i个节点的连续无功补偿装置发出的无功功率，
其中，qcb,i为连接于第i个节点的分组投切电容器组运行时发出的无功功率，m为分组投切电容器组的投运组数，ki为连接于第i个节点的分组投切电容器组的最大组数，
其中，κ为理想变压器的变比，|vk0|和|vj0|分别为理想变压器两端的节点电压幅值。
具体地，变压器功率注入模型为：
具体地，可通过混合整数编码技术处理分组投切电容器组，从而把离散无功补偿装置运行约束方程转换为线性约束方程。线性约束方程为：
具体地，线路潮流约束方程中包括第一等式、第二等式、第三等式和第四等式，对线路潮流约束方程进行松弛处理，具体是将第四等式进行松弛处理，将第四等式转换为具有凸特性的二次锥约束得到新的第四等式，第一等式、第二等式、第三等式和新的第四等式组成二次锥约束方程。
二次锥约束方程为：
其中，w为理想变压器的变比的档位序号，w为理想变压器的变比的最高档位，κw为第w个档位的变比，yw为第w个档位对应的连续变量，uw为第w个档位对应的二进制变量；其中，
更具体地，变压器功率注入模型的推导过程如下：
参考图3，在变压器对应节点i0和节点j0之间增加节点k0，节点k0与节点j0之间的电压比值即为理想变压器的变比，其中zi0j0＝ri0j0+jxi0j0，xi0j0前所写的j表示虚数单位，zi0j0为节点i0指向节点j0的线路的阻抗。从节点k0注入的功率为-(pk0+jqk0)，从节点j注入的功率为pk0+jqk0，其中，qk0之前所写的j表示虚数单位。理想变压器的变比可表示为：
对公式(2)进行整理可得：
|vk0|2＝κ2|vj0|2；
通常情况下，变压器的调压分接头是具有调节间隔的，即理想变压器的变比κ为离散数值。设理想变压器的变比κ的档位范围为κ＝κ1,κ2,…,κw，则可将|vk|2＝κ2|vj|2表示为公式(1)。
综上，得到的混合整数凸规划模型包括：
混合整数凸规划模型的目标函数：
二次锥约束方程：
节点电压幅值约束方程为：
线路电流幅值约束方程为：
变压器有功功率和无功功率约束方程为：
分布式电源运行约束方程为：
连续无功补偿装置运行约束方程为：
线性约束方程：
变压器功率注入模型：
上述主动配电网无功电压协调运行优化方法，可以应用于含分布式电源、变压器、连续无功补偿装置和离散无功补偿装置的主动配电网无功电压协调优化运行，可以减少主动配电网的网络损耗，且通过将无功电压协调优化模型转化为一个混合整数凸规划模型，可以大幅提高求解效率。
参考图4，一实施例中的主动配电网无功电压协调运行优化系统，包括数据获取模块210、模型生成模块220、模型求解模块230和运行控制模块240。
数据获取模块210用于获取主动配电网中各线路的线路电阻值和线路电抗值、各节点的并联电导值和并联电纳值。
模型生成模块220用于以最小化主动配电网的总线路有功功率损耗为目标建立目标函数，并根据预设参考值建立对应目标函数的包括线路潮流约束方程、节点电压幅值约束方程、线路电流幅值约束方程及多个主动管理设备的运行约束方程的约束条件，得到目标函数和约束条件组成的无功电压协调优化模型。
具体地，数据获取模块210和模型生成模块220的执行先后顺序可以任意，即可以先数据获取模块210执行对应功能，再由模型生成模块220执行对应功能，也可以模型生成模块220先执行对应功能，再数据获取模块210执行对应功能，还可以数据获取模块210与模型生成模块220同时执行。
模型求解模块230用于根据线路电阻值、线路电抗值、并联电导值和并联电纳值求解无功电压协调优化模型，得到多个主动管理设备的运行数据。
运行控制模块240用于根据运行数据控制对应的主动管理设备优化运行。
具体地，运行控制模块240可以是直接根据运行数据控制对应的主动管理设备工作在运行数据对应的工作状态，也可以是先根据运行数据生成各主动管理设备的运行方案，再将运行方案发送至调度中心，由调度中心根据运行方案控制主动配电网中对应主动管理设备运行在对应的状态。如此，可以实现主动配电网无功电压协调运行的优化。
上述主动配电网无功电压协调运行优化系统，通过模型生成模块220生成包括目标函数以及由线路潮流约束方程、节点电压幅值约束方程、线路电流幅值约束方程及多个主动管理设备的运行约束方程组成的约束条件在内的无功电压协调优化模型，模型求解模块230根据数据获取模块210获取的线路电阻值、线路电抗值、并联电导值和并联电纳值求解无功电压协调优化模型，得到多个主动管理设备的运行数据，最后运行控制模块240根据运行数据控制对应的主动管理设备优化运行。如此，将主动配电网的主动管理设备的运行约束考虑在内，可有效调动主动管理设备，实现主动配电网的无功电压协调优化运行，减少主动配电网的网络损耗。应用上述动配电网无功电压协调运行优化系统对主动配电网进行运行优化时，可减少主动配电网的功率波动，提高电压质量问题。
在一实施例中，模型求解模块230包括模型转换单元(图未示)和求解单元(图未示)。模型转换单元用于将无功电压协调优化模型转换为混合整数凸规划模型；求解单元用于根据线路电阻值、线路电抗值、并联电导值和并联电纳值求解混合整数凸规划模型，得到多个主动管理设备的运行数据。
混合整数凸规划模型具有凸特性，可通过包含cplex在内的现有的工程软件包求得全局最优解从而得到运行数据。通过将无功电压协调优化模型转换为混合整数凸规划模型，对混合整数凸规划模型求解得到运行数据，可以大幅提高求解效率；同时，以现有的工程软件包为求解内核，充分利用现有的工程软件包的求解优势，一方面能够有效保证算法的收敛性能和算法稳定性能，另一方面能够保证获取的运行数据的有效性和最优性。
在一实施例中，主动管理设备包括变压器、分布式电源、连续无功补偿装置和离散无功补偿装置，主动管理设备的运行约束方程包括变压器有功功率和无功功率约束方程、分布式电源运行约束方程、连续无功补偿装置运行约束方程、离散无功补偿装置运行约束方程、变压器离散变比约束方程。
模型转换单元具体用于：将变压器离散变比约束方程转化为变压器功率注入模型，根据预设系数将离散无功补偿装置运行约束方程转换为线性约束方程，对线路潮流约束方程进行松弛处理，得到二次锥约束方程，将目标函数、二次锥约束方程、节点电压幅值约束方程、线路电流幅值约束方程、变压器有功功率和无功功率约束方程、分布式电源运行约束方程、连续无功补偿装置运行约束方程、线性约束方程和变压器功率注入模型组成混合整数凸规划模型。
通过分别将无功电压协调优化模型中的变压器离散变比约束方程、离散无功补偿装置运行约束方程和线路潮流约束方程转换为变压器功率注入模型、线性约束方程和二次锥约束方程，使得最终得到的混合整数凸规划模型具有凸特性，可通过凸规划求取该模型的最优解，求解效率高。
在一实施例中，预设参考值包括：电压幅值的下界、电压幅值的上界、电流幅值的上界、变压器有功功率下界、变压器有功功率上界、变压器无功功率下界、变压器无功功率上界、各分布式电源对应的有功功率预测值、各分布式电源对应的无功功率上界和无功功率下界、各分布式电源对应的视在容量、功率因数角、各连续无功补偿装置对应的无功功率上界和无功功率下界。
目标函数为：
线路潮流约束方程为：
节点电压幅值约束方程为：
线路电流幅值约束方程为：
变压器有功功率和无功功率约束方程为：
分布式电源运行约束方程为：
连续无功补偿装置运行约束方程为：
离散无功补偿装置运行约束方程为：
变压器离散变比约束方程为：
其中，i、j、k表示节点的序号，(i,j)表示第i个节点指向第j个节点的线路lij，e为线路集合，n为主动配电网的节点集合，ploss为总线路有功功率损耗，|iij|为线路lij的电流幅值，
其中，vi,min和vi,max分别为第i个节点的电压幅值的下界和电压幅值的上界，iij,max为通过线路lij的电流幅值的上界，ps和qs分别为变电站侧变压器对应节点的有功功率和无功功率，ps,min和ps,max分别为变压器有功功率下界和变压器有功功率上界，qs,min和qs,max分别为变压器无功功率下界和变压器无功功率上界。
其中，pdg,i和qdg,i分别为连接于第i个节点的分布式电源运行时发出的有功功率和无功功率，
其中，qcom,i为连接于第i个节点的连续无功补偿装置发出的无功功率，
其中，qcb,i为连接于第i个节点的分组投切电容器组运行时发出的无功功率，m为分组投切电容器组的投运组数，ki为连接于第i个节点的分组投切电容器组的最大组数，
其中，κ为理想变压器的变比，|vk0|和|vj0|分别为理想变压器两端的节点电压幅值。
具体地，变压器功率注入模型为：
线性约束方程为：
二次锥约束方程为：
其中，w为理想变压器的变比的档位序号，w为理想变压器的变比的最高档位，κw为第w个档位的变比，yw为第w个档位对应的连续变量，uw为第w个档位对应的二进制变量；
其中，
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。