一种考虑无功优化的分布式电源接入配电网的评估方法与流程

本发明涉及电力系统
技术领域：
，更具体地说，涉及一种考虑无功优化的分布式电源接入配电网的评估方法。
背景技术：
：分布式电源接入配电网后会对配电网的运行产生影响，其影响程度与分布式电源的接入点的位置和容量配置有着密不可分的关系，分布式电源的接入位置和容量配置合理，可以有效改善配电网的电能质量、降低系统的有功损耗，提升配电网运行的可靠性与经济性。反之，分布式电源的接入位置和容量配置不够合理，则会对配电网的潮流分布、电能损耗、电能质量等方面产生不利影响，将对整个配电网运行的安全性和经济性产生威胁。因此，配电网分布式电源接入问题是配电网运行规划的重要研究内容。数据包络分析(dataenvelopmentanalysis，dea)是一种对多投入和多产出决策单元(decisionmakingunits，dmu)相对效率进行评估的方法。数据包络分析是把各个dmu的输入权重和输出权重作为变量，从最有利于dmu的角度对dmu的有效性进行评估，避免了主观因素的作用，更具有客观性。超效率dea(super-efficencydea)模型能进一步区分有效决策单元的效率，可以对决策单元效率值进行进一步排序，在超效率dea模型中，可以解决传统dea模型无法对效率值同为1的方案进行排序的问题。技术实现要素：本发明的目的是在现有的方法上做改进，提供一种结合超效率数据包络分析法及系统无功优化策略的配电网分布式电源接入的评估方法，更具有合理性与客观性，对配电网分布式电源接入节点的选择及容量的研究具有参考意义。本发明采用如下技术方案：一种考虑无功优化的分布式电源接入配电网的评估方法，包括如下步骤：a、对配电网进行初始潮流计算，获取待评估配电网各条支路及各个节点的数据；b、获取无功优化的方式、装置的控制范围及接入位置；c、确定无功优化的目标函数；d、使用无功优化算法分别计算从不同节点接入分布式电源的无功优化结果；e、结合数据包络分析方法，确认方案的输入与输出指标；f、采用超效率数据包络分析法对从不同节点接入分布式电源方案进行效率值计算，对分布式电源接入节点及接入容量进行分析评估，其中，效率值最大的方案即为最佳分布式电源接入方案。优选的，步骤a中，所述对配电网进行初始潮流计算，获取待评估配电网各条支路及各个节点的数据，包括：在电力系统分析综合程序上搭建配电网拓扑结构模型，通过电力系统全数字实时仿真装置进行初始潮流计算，收集各个节点和各条支路的数据。优选的，所述各个节点和各条支路的数据包括：节点编号、线路编号、线路的电阻、线路的电抗、负荷有功功率、负荷无功功率、节点电压、线路有功功率和线路无功功率。优选的，步骤b中，所述无功优化的方式包括投切电容器组、调整有载调压变压器档位和调整分布式电源的无功出力；所述装置的控制范围为电容器无功容量、有载调压变压器档位、分布式电源无功出力这三者的可变范围；所述接入位置为电容器组、有载调压变压器、分布式电源这三者在配电网中的安装位置。优选的，步骤c中，所述无功优化目标函数包括配电网有功网损f1和电压偏移量f2，表达式如下:上式中，ui和uj分别为节点i和节点j的电压幅值；gij为i-j支路的电导；θij为节点i和节点j的电压的相角差；n为配电网所有节点组成的集合，为节点i的最大允许电压偏移值；为节点i的理想电压。优选的，配电网无功优化总目标函数表达式为：minf＝ω1f1+ω2f2(3)上式中，f为无功优化总目标函数，ω1、ω2为权值，且有ω1+ω2＝1。优选的，变量的约束条件包括各节点的有功功率和无功功率平衡约束及各控制变量约束；各节点的有功功率和无功功率平衡约束如下：各控制变量约束如下：tmin<t<tmax(6)qc.min<qc<qc.max(7)qdg.min<qdg<qdg.max(8)其中，pi和qi分别为节点注入的有功功率和无功功率；bij为i-j支路的电纳；t为有载调压变压器分接头的位置，tmin和tmax分别为有载调压变压器最小档位与最大档位；qc为并联电容器的无功容量，qc.min和qc.max分别为并联电容器无功容量的最小值与最大值；qdg为分布式电源的无功输出量，qdg.min和qdg.max分别为分布式电源的无功输出量的最小值与最大值。优选的，步骤d中，无功优化过程中，将并联电容器组组数、有载调压变压器档位和分布式电源的无功出力作为控制变量，将分布式电源的容量设置成在一定范围内可调的几种规格，这样可对分布式电源的容量进行择优选取，得到无功优化目标函数值最优情况下的分布式电源接入容量。优选的，分别从不同的节点接入分布式电源，选取优化算法，通过改变各变量的值，对目标函数值进行寻优，求解得到不同节点接入分布式电源的无功优化结果。优选的，步骤e中，方案的输入指标包括并联电容器无功容量、有载调压变压器电压变比、分布式电源无功输入量、分布式电源容量；将配电网的有功网损和电压偏移量分别求倒数转化为正指标得到的两个量作为方案的输出指标。优选的，步骤f中，超效率数据包络分析法的数学模型为上式中，s.t.为数学领域的公知常识，表示受约束的意思，即使得满足约束条件；θ为方案的输入量相对于输出量的有效利用程度，即本发明中各个方案求取的效率值；n为方案总数，k为待评估方案的编号；xj、yj分别为第j个方案的输入指标、输出指标；s-为输入指标的松弛变量，s+为输出指标的剩余变量；λj为权系数；xk、yk分别为第k个方案的输入指标、输出指标。优选的，步骤f中，计算出从不同节点接入分布式电源方案的效率值，进行排序，效率值越高，说明方案的产出值与投入值的比越高，输入相对于输出的有效利用程度越高，即考虑到经济性的问题，方案的可行性越高，这样可对方案进行客观的分析排序。由上述对本发明的描述可知，与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：(1)本发明所述的一种考虑无功优化的分布式电源接入配电网的评估方法，以无功优化的角度出发，从不同的节点接入分布式电源dg(distributedgeneration)，分布式电源的容量在一定范围内做调整，选取优化算法对整个配电网进行无功优化，目标函数包括有功网损和节点电压偏移量，对各变量进行约束条件的限制，无功优化可得到目标函数值及相应的控制变量的值(其中包括：有载调压变压器档位、并联电容器无功容量、分布式电源无功出力)；(2)结合超效率数据包络分析法，将有载调压变压器档位、并联电容器无功容量、分布式电源无功出力、分布式电源接入容量作为超效率数据包络分析的输入量，对两个目标函数值分别求倒数转化为正指标，作为方案的输出量，进行超效率数据包络分析效率值计算，可对不同节点接入后的方案进行排序，得到最优接入节点及相应的容量，这样不仅考虑到无功优化的问题，还涉及到方案效益，更为周全、客观；(3)本发明将数据包络分析理论应用于配电网分布式电源接入评估中，可以客观的对不同容量的dg从不同节点接入配电网后的优劣进行排序，对配电网分布式电源接入的评估具有深刻的意义，同时，还能指引决策者在分布式电源接入配电网前进行无功优化问题的分析。附图说明图1是ieee33节点配电系统图；图2是本发明一种考虑无功优化的分布式电源接入配电网的评估方法的流程图；图3是本发明中方案评估的指标体系图；图4是用传统的ccr-dea与超效率dea对实施例方案进行评估的效率值对比图。具体实施方式以下通过具体实施方式对本发明作进一步的描述。本发明提供了一种考虑无功优化的分布式电源接入配电网的评估方法，从无功优化的角度出发，以最小化有功网损和电压偏移量作为无功优化的目标函数，从配电网不同的节点接入dg，采用优化算法进行无功优化，优化过程中，dg的容量可变，将并联电容器组组数、有载调压变压器档位和分布式电源的无功出力作为控制变量，dg从不同的节点接入可得到一组优化方案，采用超效率dea方法对不同容量的dg从不同节点接入后的无功优化方案进行效率值计算，效率值的排序可以反映出方案的优劣。本实施例以ieee33节点系统作为配电网仿真系统，ieee33节点图如图1所示，该配电网有32条支路，首端基准电压为12.66kv，功率基准值为10mva。一种考虑无功优化的分布式电源接入配电网的评估方法如图2所示，包括以下步骤：a.对配电网进行初始潮流计算，获取待评估配电网各条支路及各个节点的数据；b.获取无功优化的方式、装置的控制范围及接入位置；c.确定无功优化的目标函数；d.分别计算从不同节点接入分布式电源(distributedgeneration，dg)的无功优化结果；e.结合数据包络分析(dataenvelopmentanalysis，dea)方法，确认方案的输入与输出指标；f.采用超效率dea法对不同方案进行效率值计算，对dg接入节点及接入容量进行分析评估，其中，效率值最大的方案即为最佳分布式电源接入方案。步骤a中，在电力系统分析综合程序(powersystemanalysissoftwarepackage，psasp)上搭建配电网拓扑结构模型，通过电力系统全数字实时仿真装置(advanceddigitalpowersystemsimulator，adpss)进行初始潮流计算，收集各个节点和各条支路的数据。其中，各个节点和各条支路的数据包括但不限于：节点编号、线路编号、线路的电阻、线路的电抗、负荷有功功率、负荷无功功率、节点电压、线路有功功率和线路无功功率。将收集的数据导入matlab中进行优化仿真。步骤b中无功优化的方式为投切电容器组、调整有载调压变压器档位和调整dg的无功出力；装置的控制范围为电容器无功容量、有载调压变压器档位、分布式电源无功出力这三者的可变范围；接入位置为电容器组、有载调压变压器、分布式电源这三者在配电网中的安装位置。在节点1和2之间加入有载调压变压器，变压器的电压变比范围为0.9～1.1，步进量为1.25％，上下档位数为±8。在节点31进行电容器组的投切，可投切的电容器容量为100kvar×10。选取编号为2、6、10、14、18这5个节点作为dg可参考接入节点进行分析，dg的容量选择范围为0.5mw-1.5mw，dg的无功出力范围为：0kvar-500kvar。步骤c中，无功优化目标函数包括配电网有功网损f1和电压偏移量f2，表达式如下:上式中，ui和uj分别为节点i和节点j的电压幅值；gij为i-j支路的电导；θij为节点i和节点j的电压的相角差；n为系统所有节点组成的集合，为节点i的最大允许电压偏移值；为节点i的理想电压。本发明中配电网无功优化总目标函数表达式为：minf＝ω1f1+ω2f2(3)上式中，f为无功优化总目标函数，f1为配电网有功网损，f2为电压偏移量，ω1、ω2为权值，且有ω1+ω2＝1。各节点的有功功率和无功功率平衡约束如下：各控制变量约束如下：tmin<t<tmax(6)qc.min<qc<qc.max(7)qdg.min<qdg<qdg.max(8)其中，pi和qi分别为节点注入的有功功率和无功功率；ui和uj分别为节点i和节点j的电压幅值；gij和bij分别为i-j支路的电导和电纳；θij为节点i和节点j的电压的相角差；t为有载调压变压器分接头的位置，tmin和tmax分别为有载调压变压器最小档位与最大档位；qc为并联电容器的无功容量，qc.min和qc.max分别为并联电容器无功容量的最小值与最大值；qdg为dg的无功输出量，qdg.min和qdg.max分别为dg的无功输出量的最小值与最大值。步骤d中，在无功优化过程中，将并联电容器组组数、有载调压变压器档位、dg的无功出力作为控制变量，将dg的容量设置成在一定范围内可调的几种规格，这样可对dg的容量进行择优选取，得到无功优化目标函数值最优情况下的dg接入容量。分别从不同的节点接入dg，选取优化算法，通过改变各变量的值，对目标函数值进行寻优，求解得到不同节点接入分布式电源的无功优化结果。所述优化算法可以是细菌菌落优化算法,所述细菌菌落优化算法为现有技术，本实施例不做详细说明。步骤e中，方案评估的指标如图3所示。方案的输入指标包括并联电容器无功容量、有载调压变压器电压变比、分布式电源无功输入量、分布式电源容量；将配电网的有功网损和电压偏移量分别求倒数转化为正指标得到的两个量作为方案的输出指标。超效率dea数学模型为：上式中，s.t.为数学领域的公知常识，表示受约束的意思，即使得满足约束条件；θ为方案的输入量相对于输出量的有效利用程度，即本发明中各个方案求取的效率值；n为方案总数，k为待评估方案的编号；xj、yj分别为第j个方案的输入指标、输出指标；s-为输入指标的松弛变量，s+为输出指标的剩余变量；λj为权系数；xk、yk分别为第k个方案的输入指标、输出指标。步骤f中，计算出各个方案的效率值，进行排序，效率值越高，说明方案的产出值与投入值的比越高，输入相对于输出的有效利用程度越高，即考虑到经济性的问题，方案的可行性越高，这样可对方案进行客观的分析排序。ieee33节点配电系统数据如表1所示。表1本实例中，对方案进行仿真，可得到dg从节点2、6、10、14、18这5个不同节点接入后无功优化的仿真结果。其中，不同节点接入后无功优化后的配电网有功网损和电压偏移量如表2所示。表2方案编号dg接入节点有功网损(p.u.)电压偏移量dmu120.01730.2422dmu260.01280.1734dmu3100.01250.1014dmu4140.01160.0781dmu5180.01300.0818用超效率dea法对不同的方案进行效率值的计算，结果如表3所示。表3方案编号dg接入节点超效率dea效率值dmu120.7137dmu260.9155dmu3100.9280dmu4141.2414dmu5181.1463通过上表进行分析，在供参考的5个节点中，分布式电源从节点14接入后的无功优化结果的方案dea效率值最高，为dea有效，方案的输入相对于输出的有效利用程度最高，且该节点接入后无功优化得到的有功网损较低，电压偏移量也较小，综合评定，这5个节点中，节点14为最优接入节点。根据超效率dea对方案评估的结果对5个分布式电源接入后的无功优化情况进行排序：dmu4>dum5>dmu3>dmu2>dmu1，方案4效果更好，而方案1可行性最差。根据仿真结果，选定dg容量为0.7mw，在节点14进行接入，为这5个待评估方案的最优方案。图4为用传统的ccr-dea与超效率dea对实施例中5个方案进行评估的效率值对比图。由图可知，当方案的效率值低于1时(如图4中的方案1、方案2、方案3)，用ccr-dea与超效率dea求取的效率值相等，这几个方案为非弱有效的；当方案至少为弱有效时，即图4中的方案4、方案5，用ccr-dea求得的效率值两者皆为1，无法对方案4和方案5进行优劣排序，而超效率dea仍有较好的区分度，体现出了超效率dea的优越性。上述实施例仅仅用以说明本发明，而并非用作对本发明的限定。只要是依据本发明的技术实质，对上述实施例进行变化、变型等都将落在本发明的权利要求范围内。当前第1页12