一种考虑动态网络重构的主动配电网优化调度方法与流程

本发明属于主动配电网优化运行
技术领域：
，更具体地，涉及一种考虑动态网络重构的主动配电网优化调度方法。
背景技术：
：近年来，为应对气候变化、解决能源危机和促进节能减排，大力发展风电和太阳能发电等可再生能源已成为国内外共识和重要手段。国家将继续大力发展风电和太阳能发电，通过多种措施实现可再生能源的分布式开发和就地消纳。随着可再生能源大规模以分布式发电的方式接入配电网，在某些局部配电网的部分时段，甚至出现了分布式电源渗透率超过100％的状况，而一些接在主动配电网末端的分布式电源会带来严重的过电压问题，影响主动配电网对可再生能源的消纳能力。为了解决大规模分布式电源接入配电网带来的问题，“主动配电网”的概念应运而生。已有部分研究机构和学者从经济性、安全性等不同角度研究了主动配电网协调运行机制，但随着分布式电源的渗透率越来越高，配电网亟需更多的灵活可控资源。作为一种网络拓扑灵活可变的调度资源，动态网络重构可以有效提升配电网的经济运行水平和分布式电源的消纳率。我国配电网正朝着智能化的方向发展，《配电网建设改造行动计划(2015—2020年)》明确将全面加快现代配电网建设改造，以满足新能源、分布式电源的发展和接入需求。其中，智能化远程控制开关的应用为动态网络重构的实施提供了条件。由于现有研究大都侧重于“源-荷-储”的协调，如分布式电源的接入控制、储能和柔性负荷等资源的协调优化、微网和主动配电网的协调运行等，关于主动配电网网络结构调整方面的研究较少，主动配电网消纳分布式电源的潜力没有得到充分发挥。而主动配电网网络重构的研究大多局限于主动配电网的长时间尺度优化，将网络结构调整作为日内调度资源的动态网络重构受到的关注很少。此外，在主动配电网的辐射结构约束方面现有文献大都采用穷举法，没有给出严格的数学表达。技术实现要素：针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提出了一种考虑动态网络重构的主动配电网优化调度方法，其目的在于充分考虑主动配电网的可控资源，提高主动配电网的运行经济性，由此解决大规模分布式电源接入主动配电网难以消纳和电压升高的技术问题。为实现上述目的，本发明提供了一种考虑动态网络重构的主动配电网优化调度方法，包括：(1)获取主动配电网参数，构建主动配电网潮流方程约束条件；(2)考虑动态网络重构，修正主动配电网潮流方程约束条件，得到修正后的主动配电网潮流方程约束条件；(3)根据主动配电网辐射结构得到主动配电网辐射结构约束条件；(4)以主动配电网综合运行成本最低为目标函数，根据修正后的主动配电网潮流方程约束条件、主动配电网辐射结构约束条件和主动配电网安全运行约束条件，构建主动配电网优化调度模型；(5)将模型中的非凸约束条件进行凸松弛化，将模型中的非线性约束条件进行线性化；(6)对转换后的模型进行求解，获取主动配电网优化调度方案。进一步地，主动配电网参数包括分布式电源参数、分布式电源的24h出力数据、主动配电网网架参数、主动配电网节点负荷数据、主动配电网关口功率限值、无功补偿装置参数、开关动作次数上限、各项成本系数；其中分布式电源参数包括分布式电源最大有功出力pi,max、采取限定功率因数范围运行的功率因数限值分布式电源24h出力数据为预测值主动配电网网架参数包括主动配电网支路i-j的电导gij、电纳bij和电流上限iij,max，主动配电网初始拓扑结构及联络线配置信息，主动配电网节点电压上下限vi,max与vi,min；主动配电网节点负荷数据包括t时刻节点i处有功负荷pl,i,t和无功负荷ql,i,t；主动配电网关口功率限值包括主动配电网关口有功交换功率上下限值pt,min、pt,max和无功交换功率上下限值qt,min与qt,max；无功补偿装置参数包括节点i处svc无功补偿的最小值qsvc,i,min和最大值qsvc,i,max；开关动作次数上限为swmax；各项成本系数包括网损成本系数ηl，弃风/光单位电量惩罚成本系数ηrdg，开关动作一次的成本系数ηs。进一步地，主动配电网潮流方程约束条件为：其中，pg,i,t为t时刻节点i处的分布式电源或者输电网的有功注入，pl,i,t为t时刻节点i处有功负荷，n(i)为与节点i相连的节点集合，pij,t为t时刻支路i-j上流过的有功功率，以从节点i流出为正；qg,i,t为t时刻节点i处的电源无功注入，ql,i,t为t时刻节点i处无功负荷，qsvc,i,t为t时刻节点i处svc无功补偿功率，qij,t为t时刻支路i-j上流过的无功功率，以从节点i流出为正；pij,t和qij,t可根据支路视在功率表达式推导出：其中，sij,t为t时刻支路i-j视在功率，为t时刻支路i-j电流的共轭相量，gij和bij分别为支路i-j的电导和电纳，vi,t为t时刻节点i的电压幅值，θij,t＝θi,t-θj,t为t时刻节点i、j之间的电压相角差；实部、虚部分离后可以得到：进一步地，修正后的主动配电网潮流方程约束条件为：其中，zij,t为t时刻支路i-j的开断状态变量，当支路i-j断开时，zij,t＝0，对应的支路功率zij,t·pij,t＝0。进一步地，主动配电网辐射结构约束条件为：其中，eij,t和zij,t均为布尔变量，eij,t为t时刻支路i-j的潮流方向变量，eij,t＝1表示t时刻节点j为节点i的母节点，潮流流向为从节点j到节点i；zij,t为t时刻支路i-j的连通状态，zij,t＝1表示t时刻支路i-j连通。进一步地，主动配电网安全运行约束条件还包括：电压幅值上下限约束：vi,min≤vi,t≤vi,max其中，vi,max与vi,min分别为节点i处电压幅值的上下限值。支路电流上限约束：其中，iij,t为支路电流幅值，iij,max为支路电流幅值上限值。分布式电源出力约束：其中，prdg,i,t和qrdg,i,t分别为t时刻节点i处分布式电源有功和无功实际功率，为t时刻节点i处分布式电源出力预测值；对分布式电源采取限定功率因数范围运行，为节点i处分布式电源功率因数限制值。主动配电网关口功率约束：其中，pt,t为t时刻从配电网根节点流入本级配电网的有功功率，pt,min和pt,max分别为主动配电网关口有功交换功率上下限值；qt,t为t时刻从配电网根节点流入本级配电网的无功功率，qt,min和qt,max分别为主动配电网关口无功交换功率上下限值。静止无功补偿装置svc约束：qsvc,i,min≤qsvc,i,t≤qsvc,i,max其中，qsvc,i,t为t时刻节点i无功补偿功率大小，qsvc,i,min和qsvc,i,max分别为节点i处svc无功补偿的最小值和最大值。开关动作次数约束：δzij,t表示t时刻相对t-1时刻开关变化次数，swmax为开关动作次数上限。进一步地，目标函数的表达式为：其中，pl,t为t时刻主动配电网网损，ηl为网损成本系数；为t时刻i节点分布式电源的弃量，ηrdg为弃风/光单位电量惩罚成本系数；δzij,t为t时刻相对上一时刻网络开关动作次数，ηs为开关动作一次的成本系数，ωrdg为分布式电源接入点集合，ωe为电网支路集合。进一步地，非凸约束条件包括潮流方程约束条件，非线性约束包括修正后的潮流方程约束条件的乘积项、支路电流上限约束条件和开关动作次数约束条件的绝对值表达式，潮流方程约束条件凸松弛为：其标准二阶锥形式为：其中，ui,t、wij,t和tij,t满足：修正后的潮流方程约束条件的乘积项线性化：其中，分别为与节点i、j相关的节点电压变量ui,t、uj,t对应到与支路“i-j”相关的支路电压变量，满足以下约束：支路电流上限约束条件线性化为：对于开关动作次数约束条件的绝对值表达式，可将其替换为如下表达式：这样，原优化模型转化为一个混合整数二阶锥规划模型，可以得到很好的求解。其中，优化软件为现有的优化问题求解软件，如cplex，matlab中的yalmip工具箱，gurobi等。本发明提出了一种考虑动态网络重构的主动配电网优化调度策略，旨在充分利用主动配电网可调度资源，进一步提高分布式电源消纳。相应给出了配电网辐射结构约束的严格数学表达式和模型的求解方法。很好地弥补了现有技术方案的不足。通过本发明所构思的以上技术方案，与现有技术相比，能够取得以下有益效果：1、本发明以配电网综合运行成本最低为目标，计及了潮流方程约束条件和开关动作次数约束条件，同时整合分布式电源、无功补偿装置等可调资源，建立了考虑动态网络重构的主动配电网优化调度模型，该模型可以准确地描述考虑大规模分布式电源接入时主动配电网的运行需求；2、本发明所提出的基于二阶锥松弛及变量乘积线性化的模型转化方法可以对非凸的潮流方程和变量乘积项进行凸化处理，进而将原模型转化为容易求解的混合整数二阶锥问题，大大降低了求解难度；3、本发明提出的考虑动态网络重构的主动配电网优化调度策略可以充分利用主动配电网可调度资源，进一步提高主动配电网分布式电源消纳能力；同时可以通过无功补偿装置与动态网络重构的协调，更好地解决大规模分布式电源接入配电网引起的电压上升问题，具备良好的经济性和适用性。附图说明图1是本发明提供的一种考虑动态网络重构的主动配电网优化调度方法的分布式电源和负荷的24h分布曲线；图2是本发明提供的一种考虑动态网络重构的主动配电网优化调度方法的主动配电网系统拓扑结构图。具体实施方式为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。本发明实施例的一种考虑动态网络重构的主动配电网优化调度策略，其计算包括如下步骤：(1)获取主动配电网内部所有分布式电源参数如表1所示，分布式电源和负荷的24h分布曲线如图1所示，主动配电网网架参数如表2所示，拓扑结构如图2所示，主动配电网节点负荷数据如表3所示、主动配电网关口功率限值如表4所示，无功补偿装置参数为-100～300kvar、开关动作次数上限为24次、各项成本系数如表5所示；表1分布式电源接入节点额定功率/mw功率因数pv60.50wind70.60.9wind1310.9wind1810.9wind280.60.9pv330.50表2首节点尾节点电阻/ω电抗/ω首节点尾节点电阻/ω电抗/ω120.09220.04720210.40950.4784230.4930.251121220.70890.9373340.3660.18643230.45120.3083450.38110.194123240.8980.7091560.8190.70724250.8960.7011670.18720.61886260.2030.1034780.71140.235126270.28420.1447891.030.7427281.0590.93379101.0440.7428290.80420.700610110.19660.06529300.50750.258511120.37440.123830310.97440.96312131.4681.15531320.31050.361913140.54160.712932330.3410.530214150.5910.5268212215160.74630.5459152216171.2891.72112222217180.7320.57418330.50.52190.1640.156525290.50.519201.50421.3554----表3表4参数名称有功下限/mw有功上限/mw无功下限/mvar无功上限/mvar功率限值-510-28表5参数名称相对数值网损成本50弃风/光惩罚成本1开关动作成本2(2)建立主动配电网潮流方程节点约束条件和考虑动态网络重构的修正约束条件：其中，pg,i,t为t时刻节点i处的电源(分布式电源或输电网)有功注入，pl,i,t为t时刻节点i处有功负荷，n(i)为与节点i相连的节点集合，pij,t为t时刻支路i-j上流过的有功功率，以从节点i流出为正；qg,i,t为t时刻节点i处的电源无功注入，ql,i,t为t时刻节点i处无功负荷，qsvc,i,t为t时刻节点i处svc无功补偿功率，qij,t为t时刻支路i-j上流过的无功功率，以从节点i流出为正。等式右边表示t时刻与节点i相连的所有线路有功/无功总流出功率之和。此外，pij,t和qij,t可根据支路视在功率表达式推导出：所述考虑动态网络重构的修正主动配电网潮流方程约束条件为：其中，zij,t为t时刻支路i-j的开断状态变量，当支路i-j断开时，zij,t＝0，对应的支路功率zij,t·pij,t＝0。(3)建立主动配电网辐射状结构的约束条件：其中，eij,t和zij,t均为布尔变量。eij,t为t时刻支路i-j的潮流方向变量，eij,t＝1表示t时刻节点j为节点i的母节点，潮流流向为从节点j到节点i；zij,t为t时刻支路i-j的连通状态，zij,t＝1表示t时刻支路i-j连通。约束中第一项限制了eij,t和eji,t最多只有一个为1且保持了支路i-j潮流的双向性；第二式表示除了变电站节点其余所有节点都只有一个母节点；第三项表示变电站节点没有母节点。(4)建立考虑动态网络重构的主动配电网优化调度模型，包括目标函数和相关约束；其中，考虑动态网络重构的主动配电网优化调度模型的目标函数为：具体地，主动配电网辐射结构安全运行约束条件还包括：电压幅值上下限约束vi,min≤vi,t≤vi,max其中，vi,max与vi,min分别为节点i处电压幅值的上下限值。支路电流上限约束式中，iij,t为支路电流幅值，iij,max为支路电流幅值上限值。分布式电源出力约束式中，prdg,i,t和qrdg,i,t分别为t时刻节点i处分布式电源有功和无功实际功率，为t时刻节点i处分布式电源出力预测值；对分布式电源采取限定功率因数范围运行，为节点i处分布式电源功率因数限制值。主动配电网关口功率约束为了抑制主动配电网的功率波动对输电网造成的影响，需要将主动配电网根节点的关口交换功率约束考虑进来，即：式中，pt,t为t时刻从配电网根节点流入本级配电网的有功功率，pt,min和pt,max分别为主动配电网关口有功交换功率上下限值；qt,t为t时刻从配电网根节点流入本级配电网的无功功率，qt,min和qt,max分别为主动配电网关口无功交换功率上下限值。静止无功补偿装置svc约束qsvc,i,min≤qsvc,i,t≤qsvc,i,max式中，qsvc,i,t为t时刻节点i无功补偿功率大小，qsvc,i,min和qsvc,i,max分别为节点i处svc无功补偿的最小值和最大值。开关动作次数约束式中，δzij,t表示t时刻相对t-1时刻开关变化次数，swmax为开关动作次数上限。其中δzij,t表示如下：δzij,t＝|zij,t-zij,t-1|(5)将原模型中负二次、三角函数等非凸表达式进行凸松弛转化，将其转化为标准二阶锥形式，具体包括潮流方程约束凸松弛和电流上限约束凸松弛；潮流方程约束条件凸松弛为：其标准二阶锥形式为：其中，ui,t、wij,t和tij,t满足下式；(6)通过变量乘积线性化将非线性约束线性化，并采用优化软件对转换后的优化模型进行求解，得到考虑动态网络重构的主动配电网优化调度策略。线性化后的潮流方程为：其中，式中，分别为与节点i、j相关的节点电压变量ui,t、uj,t对应到与支路“i-j”相关的“支路电压”变量，满足以下约束：电流上限约束条件替代为：对于开关动作次数约束条件的绝对值表达式，将其替换为如下表达式：这样，原优化模型转化为一个混合整数二阶锥规划模型，本实施例采用cplex和matlab中的yalmip工具箱进行求解。算例设置了5种场景来分析所提出方法的有效性。情景1：单一时间点，网络中只有rdg有功无功可控；情景2：在情景1的基础上考虑静态网络重构；情景3：针对24小时变化的负荷及rdg出力，考虑小时级dnr；情景4：在情景3的基础上，进一步考虑本文提出的开关动作次数约束和筛选出的关键开关；情景5：在情景4的基础上，进一步探究无功补偿装置对dnr的影响。表6表6为情景1和情景2的结果对比，由表6中结果对比可以看出，考虑网络重构后系统经济运行水平显著提升，主动配电网总体的rdg消纳量增加了0.6515mwh，主动配电网网损减少了29.72％，主动配电网最低电压水平提升。由情景1和情景2的对比可以看出，配电网络重构对主动配电网经济运行水平的提升有着巨大的潜力，算例结果为研究小时级的动态重构提供了数据支撑。表7分析表7中情景3部分时段的结果可知，在rdg出力不大时，与最优静态重构策略相比，dnr对主动配电网网损减少效果不明显，因为此时rdg可被完全消纳，rdg的少量变化对主动配电网潮流影响微弱；在rdg出力足够大时(渗透率≥100％)，与最优静态策略相比，动态重构对主动配电网网损减少效果显著，rdg消纳量也明显增加。可见，dnr在rdg出力较大的时段可以通过网络开关的调整，优化主动配电网网络结构，能够更好地应对负荷和rdg出力的变化。表8表9表8为情景4和情景5部分时段开关状态结果，表9为情景4和情景5部分时段电压水平。从表8中可以看出，与情景4相比，情景5中开关状态有所变化，同时rdg消纳也有所增加。从表9中可以看出，情景4中网络最高电压在节点13处，达到了电压幅值上限；而情景5通过无功补偿装置优化了网络的电压分布，最高电压没有达到幅值上限。综合分析可知：情景4中没有无功补偿装置，rdg的消纳受到了主动配电网电压约束的限制，而情景5可以通过动态网络重构灵活调用无功补偿装置以改善主动配电网电压水平，因而在情景5中，主动配电网可以消纳更多的rdg。算例结果表明：本专利提出的方法可以很好地利用主动配电网网络拓扑结构的动态重构，进一步提高配电网的分布式电源消纳水平，改善主动配电网运行状态。本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。当前第1页12