基于交直流混合的配电网与主网交换功率灵活性范围求解方法与流程

本发明属于电力系统配电领域，特别涉及了基于交直流混合的配电网与主网交换功率灵活性范围求解方法。
背景技术：
：配电网中将面临分布式电源的大规模接入，其间歇性和随机性特征增加了网路运行的不确定性，对其供需平衡机制产生了较大影响，拥有充足的灵活性是保证配电网安全可靠运行的基本要求。配电网的功能是从主网侧接受电能，并通过配电设施将电能分配给各用户，维持供需平衡是配电网运行的核心。在配电网与主网的交换功率研究方面，当前主要从经济性和可靠性方面考虑，实现供电成本最小和保证供电的可靠性，而从灵活性的角度考虑较少，有必要求解配电网与主网间的交换功率灵活性范围，为配网与主网间的运行调度提供参考。直流配电网的供电容量大、可控性强、供电可靠性高，可以环网运行，运行方式更加灵活，并可以进行灵活的功率控制，有利于分布式电源的接入，在交流配电网基础上建设交直流混合配电网是未来配电网的发展方向。因此，比较交直流配电网、交流配电网与主网间的交换功率灵活性范围，可求证交直流混合配电网相比传统交流配电网在运行灵活性方面的优势。技术实现要素：为了解决上述
背景技术：
提出的技术问题，本发明提供基于交直流混合的配电网与主网交换功率灵活性范围求解方法，实现交直流混合配电网的灵活性评估。为了实现上述技术目的，本发明的技术方案为：基于交直流混合的配电网与主网交换功率灵活性范围求解方法，包括以下步骤：(1)建立交直流混合配电网与主网交换功率的目标函数；(2)确定交直流混合配电网运行的约束条件，构建交直流混合配电网与主网交换功率求解模型；(3)引入中间变量，对交直流混合配电网与主网交换功率求解模型进行二阶锥松弛，将其转化为混合整数二阶锥规划模型；(4)获得配电网运行参数，求解目标函数，获得交直流混合配电网与主网交换功率灵活性范围。进一步地，在步骤(1)中，所述目标函数如下：上式中，下标i表示第i个节点，ij表示两端节点分别为i、j的线路，ωsub表示变电站节点的集合，ωl表示线路的集合，psub,i表示变电站注入节点i的有功功率，rij、iij分别表示线路ij的电阻和电流，φ1、φ2表示权重系数。进一步地，在步骤(2)中，所述约束条件包含交流配电网的潮流约束：上式中，表示交流节点的集合，表示交流线路的集合，f(i)表示以节点i为末端的线路的首端节点的集合，b(i)表示与以节点i为首端的线路的末端节点的集合，pik、qik分别表示线路ik在节点i端从节点i流向节点k的有功、无功功率，pin,i、qin,i分别表示节点i的注入有功、无功功率，pdg,i、psub,i分别表示分布式电源、变压器注入节点i的有功功率，qdg,i、qsub,i分别表示分布式电源、变压器注入节点i的无功功率，pl,i、ql,i分别表示节点i的有功、无功负荷功率，rij和xij分别表示线路ij的电阻和电抗，vi表示节点i的电压，iij表示线路ij的电流，yij表示线路ij的运行状态，为0-1变量，线路运行时y＝1，电路断开时y＝0，m表示一个不小于线路相应电压等级平方的0.5倍的正数。进一步地，在步骤(2)中，所述约束条件包含辐射状运行约束：上式中，表示交流线路的数量，表示变电站节点的数量，表示交流节点的数量，/ωsub表示交流负荷节点的集合，表示变电站i的虚拟功率，表示负荷节点i的虚拟功率，表示线路ij的虚拟功率。进一步地，在步骤(2)中，所述约束条件包含分布式电源约束：上式中，ωdg表示分布式电源节点的集合，pdg,i、qdg,i分别表示节点i的分布式电源有功、无功功率，表示分布式电源的最大输出功率，表示分布式电源的最小功率因素，αi表示节点i的分布式电源出力水平。进一步地，在步骤(2)中，所述约束条件包含上下限约束：上式中，ωn、ωl分别表示节点、线路的集合，分别表示节点i电压的最小值和最大值，表示线路ij允许通过的电流的最大值。进一步地，在步骤(2)中，所述约束条件包含直流配电网的潮流约束：上式中，表示直流节点的集合，表示直流线路的集合。进一步地，在步骤(2)中，所述约束条件包含电压源换流器约束：上式中，ωvsc表示电压源换流器节点的集合，表示首端为交流节点、末端节点为直流节点的线路的集合，表示节点i的交流电压，表示节点i经过电压源换流器转换后的直流电压，表示线路ij在交流侧流过的有功功率，表示线路ij在直流侧流过的有功功率，λ表示电压源换流器的电压调制系数，k表示电压源换流器的电压调制比，η表示电压源换流器的功率转化效率，pvsc,i、qvsc,i、svsc,i分别表示节点i的电压源换流器流过的有功、无功和视在功率，表示电压源换流器容量，表示电压源换流器功率因素的最小值。进一步地，步骤(3)的具体过程如下：(301)定义新的变量：上式中，表示节点i电压的平方，表示线路ij电流的平方；将新的变量代入步骤(2)确定的约束条件中；(302)对式(6)、式(18)、式(21)进行松弛，并改写为二阶锥的形式：式(25)、式(27)、式(29)依次为式(6)、式(18)、式(21)的松弛形式，式(26)、式(28)、式(30)依次为对应的二阶锥形式；(303)引入中间变量ζ+和ζ-：其中，ζ+表示线路电流与线路首端电压之和，ζ-表示线路电流与线路首端电压之差；得到线路的电压电流二阶锥约束：进一步地，在步骤(4)中，在matlab平台上进行编程，利用yalmip工具包调用cplex商业求解器分别求解交直流混合配电网与主网交换功率的最大值和最小值，得到交换功率灵活性范围。采用上述技术方案带来的有益效果：(1)当前对交直流混合配电网与主网交换功率的研究局限于从经济性和可靠性的角度出发，缺乏对灵活性方面的研究，本发明从灵活性角度出发，求出不同运行状态下交直流混合的配电网与主网交换功率灵活性范围，可为主网与配电网的运行调度人员提供参考。(2)本发明采用二阶锥松弛将非凸非线模型转化为混合整数二阶锥规模模型，可以有效地简化模型，从而高效快速求解。附图说明图1是本发明的方法流程图；图2是本发明提供的配电网与主网交换功率灵活性范围的示意图；图3是本发明提供的算例验证所采用的改进的94节点交直流配电网算例系统的示意图。具体实施方式以下将结合附图，对本发明的技术方案进行详细说明。基于交直流混合的配电网与主网交换功率灵活性范围求解方法，如图1所示，包括以下步骤：步骤1，建立交直流混合配电网与主网交换功率的目标函数；步骤2，确定交直流混合配电网运行的约束条件，构建交直流混合配电网与主网交换功率求解模型；步骤3，引入中间变量，对交直流混合配电网与主网交换功率求解模型进行二阶锥松弛，将其转化为混合整数二阶锥规划模型；步骤4，获得配电网运行参数，求解目标函数，获得交直流混合配电网与主网交换功率灵活性范围。在本实施例中，步骤1中的目标函数如下：配电网与主网交换功率的示意图如图2所示，配电网在变电站侧从主网接受电能，分配给下级用户，配电网运行方式的灵活性，使得配电网内不同的变电站与主网之间可行的交换功率在一定的范围内。为求出交直流混合配电网与主网间的交换功率灵活范围，应求解交直流混合配电网与主网间可行交换功率的最大值和最小值：其中，下标i表示第i个节点，ij表示两端节点分别为i和j的线路，ωsub表示变电站节点的集合，ωl表示线路的集合，psub,i表示变电站注入节点i的有功功率，rij、iij分别表示线路ij的电阻和电流,φ1、φ2表示权重系数，需对其进行合理设置以保证二阶锥松弛的精确性。在本实施例中，步骤2中的约束条件包括交流配电网的潮流约束(节点功率平衡约束、线路压降约束、线路功率约束)：其中，表示交流节点的集合，表示交流线路的集合，f(i)表示以节点i为末端的线路的首端节点的集合，b(i)表示与以节点i为首端的线路的末端节点的集合，pik、qik分别表示线路ik在节点i端从节点i流向节点k的有功、无功功率，pin,i、qin,i分别表示节点i的注入有功、无功功率，pdg,i、psub,i(qdg,i、qsub,i)分别表示分布式电源、变压器注入节点i的有功(无功)功率，pl,i、ql,i分别表示节点i的有功、无功负荷功率，rij和xij分别表示线路ij的电阻和电抗，vi表示节点i的电压，iij表示线路ij的电流，yij表示线路ij的运行状态，为0-1变量，线路运行时y＝1，电路断开时y＝0，m表示一个较大的正数，不小于线路相应电压等级平方的0.5倍。辐射状运行约束：其中，表示交流线路的数量，表示变电站节点的数量，表示交流节点的数量，/ωsub表示交流负荷节点的集合。表示变电站i的虚拟功率，表示负荷节点i的虚拟功率，表示线路ij的虚拟功率。分布式电源(dg)约束：其中，ωdg表示分布式电源节点的集合，pdg,i、qdg,i分别表示节点i的dg有功、无功功率，表示dg的最大输出功率，表示dg的最小功率因素，αi表示节点i的dg出力水平。上下限约束：其中，ωn、ωl分别表示节点、线路的集合，分别表示节点i电压的最小值和最大值，表示线路ij允许通过的电流的最大值。直流配电网的潮流约束(节点功率平衡约束、线路压降约束、线路功率约束)：其中，表示直流节点的集合，表示直流线路的集合。电压源换流器(vsc)约束：其中，ωvsc表示电压源换流器节点的集合，表示首端为交流节点、末端节点为直流节点的线路的集合，表示节点i的交流电压，表示节点i经过vsc转换后的直流电压，表示线路ij在交流侧流过的有功功率，表示线路ij在直流侧流过的有功功率，λ表示vsc的电压调制系数，k表示vsc的电压调制比，η表示vsc的功率转化效率，pvsc,i、qvsc,i、svsc,i分别表示节点i的vsc流过的有功、无功和视在功率，表示vsc容量，表示vsc功率因素的最小值。需要强调的是，上文涉及的目标函数和约束条件为本发明的一种优选实施例。在本发明中，目标函数及约束条件的选择并不限于上述形式。在本实施例中，步骤3中采用二阶锥松弛技术对模型中非凸非线性化的约束条件进行松弛，将模型转化为混合整数二阶锥规划模型，具体步骤包括：步骤3.1：定义新的变量如下：其中，表示节点i电压的平方，表示线路ij电流的平方。将原有约束条件中对应的变量修改为新的变量。步骤3.2：对公式(6)、公式(18)、公式(21)进行松弛，并改写为二阶锥的形式：步骤3.3：引入中间变量ζ+和ζ-：其中，ζ+表示线路电流与线路首端电压之和，ζ-表示线路电流与线路首端电压之差。得到线路的电压电流二阶锥约束：在本实施例中，步骤4的具体流程如下：获取交直流混合配电网的运行参数，在matlab平台上编程，利用yalmip工具包调用cplex商业求解器分别求解交直流配电网与主网交换功率的最大值和最小值，得到交换功率灵活性范围。本实施例在改进的94节点交直流混合配电网算例进行仿真求解，原交流配电网算例的相关参数可参照ieeetransactionsonpowerdelivery期刊于2003年第18卷第3期1022到1027页发表的networkreconfigurationofdistributionsystemsusingimprovedmixed-integerhybriddifferentialevolution文献中公开的数据，将部分联络线调整为直流线路后的交直流混合配电网如图3所示。实施例中包含两座变电站，变电站1包含主变压器t1和t2，变电站2包含主变压器t3和t4，包含94个节点，83条支路与11条联络线(交直流算例中将6条联络线改为直流联络线)，有分段开关的线路为“5-6”、“11-12”、“19-20”、“26-27”、“33-34”、“37-38”、“38-39”、“51-52”、“68-69”、“74-75”、“78-79”。交流电压等级为11.4kv，交流线路的电流最大值取500a，直流电压等级为18.6kv，直流线路的电流最大值取300a。基于本发明提出的基于交直流混合的配电网与主网交换功率灵活性范围求解方法，考虑实施例的不同运行状态，对其进行求解。考虑dg出力水平不同，求得的交直流混合配电网和交流配电网中变电站1与主网的交换功率灵活性范围对比结果如表1所示。vsc容量不同时，求得的交直流混合配电网中变电站1与主网的交换功率灵活性范围如表2所示。表1表2vsc容量/kvapmin(kw)pmax(kw)10001359119728200010706229403000793625297由表1可知，交直流混合配电网与主网的交换功率灵活性范围均大于交流配电网，在dg接入容量较低时，优势更明显。由表2可知，随着vsc容量的增大，pmin值减小，pmax值增大，交换功率灵活性范围逐渐增大。结果验证了本发明所提方法的准确性和实用性。实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。当前第1页12