一种配电网调压方法与流程

1.本发明实施例涉及智能电网技术领域，尤其涉及一种配电网调压方法。


背景技术：

2.配电网中分布式电源的大量接入，给配电网的安全稳定运行带来了新的问题。风电等分布式电源的出力受环境因素影响较大，当天气突变等情况发生时，分布式电源不稳定的出力将会给配电网的电压稳定带来极大的挑战。另外，分布式电源的大量接入会导致功率倒送的情况出现，电压沿馈线下降的分布规律被打破，调压问题变得更加复杂。
3.然而，配电网传统的调压装置，无法提供平滑连续的无功输出。


技术实现要素：

4.本发明提供一种配电网调压方法，以实现配电网电压的平滑连续调节，从而改善配电网的电压越限问题。
5.本发明实施例提供了一种配电网调压方法，该配电网调压方法包括：
6.根据日前预测的分布式电源的出力以及负荷信息计算潮流信息，并根据所述潮流信息对有载调压变压器的分接头以及可投切电容器组的投切组数进行调节以对所述配电网的电压进行调节；
7.根据网络拓扑结构以及线路设备参数，计算所述配电网的无功电压灵敏度；
8.根据所述配电网的无功电压灵敏度和储能电站的无功可用裕度选择可参与调压的储能电站；
9.根据选择的所述可参与调压的储能电站以及日内所述配电网的实际电压越限信息，对所述配电网的电压进行调节。
10.可选地，所述根据日前预测的分布式电源的出力以及负荷信息计算潮流信息，并根据所述潮流信息对有载调压变压器的分接头以及可投切电容器组的投切组数进行调节以对所述配电网的电压进行调节，包括：
11.根据日前预测的分布式电源的出力以及负荷信息，分别建立日前初步调压的目标函数模型和电压调节的约束条件；
12.根据所述日前初步调压的目标函数模型和所述电压调节的约束条件，采用粒子群算法计算出所述有载调压变压器的分接头和所述可投切电容器组的投切组数；
13.根据所述变压器的分接头和/或所述电容器的投切组数对所述配电网的电压进行调节。
14.可选地，所述日前初步调压的目标函数模型为：
15.[0016][0017]
其中，p
lo.t
为t时间段内的配电网的有功损耗，δt为时间间隔，n为配电网的节点总数，r
ij
为节点i、j之间的等效电阻，u
i.t
为节点i在t时刻的电压，u
j.t
为节点j在t时刻的电压，θ
ij.t
为节点i、j电压的相位差。
[0018]
可选地，所述变压器的分接头和所述电容器组的投切组数的约束条件为：
[0019]
k
min
≤k≤k
max
[0020]
0≤n
c
≤n
c.max
[0021]
其中，k
max
为变压器的变比上限，k
min
为变压器的变比下限，n
c.max
为电容器组的投切组数的最大组数。
[0022]
可选地，所述配电网的无功电压灵敏度的计算公式如下：
[0023][0024]
其中，b
q
为配电网的无功电压灵敏度矩阵。
[0025]
可选地，所述储能电站的无功可用裕度的计算公式如下：
[0026]
q
ab
＝q
b
‑
q
b.0
[0027]
其中，q
ab
为储能电站当前无功可用裕度，q
b
为储能电站的无功输出能力，q
b.0
为储能电站当前的无功出力。
[0028]
可选地，若储能电站的无功可用裕度大于零，则所述储能电站为可参与调压的储能电站；
[0029]
所述根据所述无功电压灵敏度和所述储能电站的无功可用裕度选择可参与调压的储能电站，包括：
[0030]
选择无功电压灵敏度矩阵横排中最大且无功可用裕度大于零的储能电站为可参与调压的储能电站。
[0031]
可选地，所述根据选择的所述可参与调压的储能电站以及日内所述配电网的实际电压越限信息，对所述配电网的电压进行调节，包括：
[0032]
判断日内所述配电网各个节点的电压是否有越限状态；
[0033]
根据选择的所述可参与调压的储能电站对电压越限的节点进行无功注入，以调节电压越限的节点的电压。
[0034]
可选地，所述判断日内所述配电网各个节点的电压是否有越限状态，包括：
[0035]
u
min
≤u
i
≤u
max
[0036]
其中，u
i
为节点i的电压，u
min
为电压幅值下限，u
max
为电压幅值上限。
[0037]
可选地，所述根据选择的所述可参与调压的储能电站对电压越限的节点进行无功注入，以调节电压越限的节点的电压，包括：
[0038]
δq
i
＝(δu
d.i
)/s
q.ij
[0039]
其中，δq
i
为节点i储能电站的无功出力调节量，δu
d.i
为日内节点i的电压越限程
度，s
q.ij
为节点i关于节点j的无功功率变化灵敏度。
[0040]
本发明通过提供一种配电网调压方法，该方法包括：根据日前预测的分布式电源的出力以及负荷信息计算潮流信息，并根据潮流信息对有载调压变压器的分接头以及可投切电容器组的投切组数进行调节以对配电网的电压进行初步调节；根据网络拓扑结构以及线路设备参数，计算配电网的无功电压灵敏度；根据配电网的无功电压灵敏度和储能电站的无功可用裕度选择可参与调压的储能电站；根据选择的可参与调压的储能电站以及日内配电网的实际电压越限信息，对配电网的电压进行精细调节。由此可知，通过利用配电网已有的调压装置对配电网进行初步调压；基于网络拓扑结构及参线路设备数获得配电网的无功电压灵敏度矩阵；根据无功电压灵敏度矩阵及初步调压后的次日实际电压信息，调度储能电站无功出力进行精细调压。与现有的技术相比，本发明利用简化的无功电压灵敏度矩阵选择储能电站，挖掘了储能电站在调压中的作用，再根据不同调压设备的调节时间以及是否连续等特点，进行了传统的调压设备和储能电站之间的协调配合，实现配电网电压的平滑连续调节，从而改善配电网的电压越限问题。
附图说明
[0041]
图1是本发明实施例中的一种配电网调压方法的流程图；
[0042]
图2是本发明实施例中的一种网络拓扑结构示意图；
[0043]
图3是本发明实施例中的配电网电压调节的对比效果图。
具体实施方式
[0044]
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
[0045]
图1为本发明实施例中提供的一种配电网调压方法的流程图，图2是本发明实施例提供的一种网络拓扑结构示意图。本实施例可适用于配电网调压方法的实现过程，参考图1，具体包括如下步骤：
[0046]
步骤110、根据日前预测的分布式电源的出力以及负荷信息计算潮流信息，并根据潮流信息对有载调压变压器的分接头以及可投切电容器组的投切组数进行调节以对配电网的电压进行调节。
[0047]
其中，有载调压变压器和可投切电容器组为配电网传统的调压装置。通常，有载调压变压器和可投切电容器组可设置在配电网拓扑结构的两个节点之间，通过改变有载调压变压器的分接头和/或可投切电容器组的投切组数，可以调节两个节点之间的电压，实现电压的初步调节。
[0048]
具体的，对配电网的电压进行初步调节的过程为：首先获取辐射型配电网各个节点间电阻与电抗，以及配电网的拓扑结构，根据日前预测的分布式电源的出力以及负荷信息，计算潮流信息，即计算各个节点的电压信息，根据各个节点的电压信息，调节有载调压变压器的分接头以及可投切电容器组的投切组数，制定以小时为调节时间间隔的初步调压计划，对配电网进行初步调压。其中，在初步调压时，储能电站不考虑无功部分。
[0049]
其中，潮流信息包括各节点的负荷值、配电网拓扑结构和各支路的阻抗等信息。配
电网拓扑结构的拓扑结构如图2所示，包括33个节点，计算潮流信息可以包括计算这33个节点的电阻值，每个节点的电压、电流信息等。根据节点的潮流信息，对需要进行调压的节点进行初步调压，例如通过调节节点的有载调压变压器的分接头和/或可投切电容器组的投切组数调节节点的电压。
[0050]
步骤120、根据网络拓扑结构以及线路设备参数，计算配电网的无功电压灵敏度。
[0051]
具体的，可根据网络拓扑结构的各个节点的连接方式及节点间的阻抗信息计算配电网的无功电压灵敏度。
[0052]
步骤130、根据配电网的无功电压灵敏度和储能电站的无功可用裕度选择可参与调压的储能电站。
[0053]
其中，储能电站具有灵活充放电特性和快速的功率吞吐能力，在实现削峰填谷和平滑分布式电源出力的同时，储能电站配备的换流装置，在未达到额定容量时还可发出或吸收无功功率，从而可以作为调压装置参与配电网的电压调节。
[0054]
此外，可根据储能电站的容量、充放电状态以及电池的荷电状态，计算各个储能电站是否可用以及其无功可用裕度。
[0055]
步骤140、根据选择的可参与调压的储能电站以及日内配电网的实际电压越限信息，对配电网的电压进行调节。
[0056]
具体的，首先，根据当日实际的实时分布式电源出力以及负荷状态，对配电网进行潮流计算获得日内各个节点的实际电压信息。然后，筛选出电压越限的节点，并计算电压越限的节点的电压越限程度。最后，根据选择的可参与调压的储能电站计算每个储能电站的无功输出量，以对配电网进行精细调压。
[0057]
在本实施例的技术方案中，该配电网调压方法的工作原理：首先，根据日前预测的分布式电源的出力以及负荷信息计算潮流信息，即计算各个节点的电压信息，根据各个节点的电压信息，调节有载调压变压器的分接头以及可投切电容器组的投切组数，制定以小时为调节时间间隔的初步调压计划，对配电网进行初步调压。然后，计算配电网的无功电压灵敏度和储能电站的无功可用裕度，并根据计算的无功电压灵敏度和储能电站的无功可用裕度选择可参与调压的储能电站。最后，根据当日实际的实时分布式电源出力以及负荷状态，对配电网进行潮流计算获得日内各个节点的实际电压信息，筛选出电压越限的节点，并计算电压越限的节点的电压越限程度，再根据选择的可参与调压的储能电站计算每个储能电站的无功输出量，以对配电网进行精细调压。由此可知，通过将传统的调压设备和储能电站之间的协调配合，分别给配电网进行初步调压和精细调压，实现配电网电压的平滑连续调节，从而改善配电网的电压越限问题。
[0058]
本实施例的技术方案，根据日前预测的分布式电源的出力以及负荷信息计算潮流信息，并根据潮流信息对有载调压变压器的分接头以及可投切电容器组的投切组数进行调节以对配电网的电压进行初步调节；根据网络拓扑结构以及线路设备参数，计算配电网的无功电压灵敏度；根据配电网的无功电压灵敏度和储能电站的无功可用裕度选择可参与调压的储能电站；根据选择的可参与调压的储能电站以及日内配电网的实际电压越限信息，对配电网的电压进行精细调节。由此可知，通过利用配电网已有的调压装置对配电网进行初步调压；基于网络拓扑结构及参线路设备数获得配电网的无功电压灵敏度矩阵；根据无功电压灵敏度矩阵及初步调压后的次日实际电压信息，调度储能电站无功出力进行精细调
压。与现有的技术相比，本发明利用简化的无功电压灵敏度矩阵选择储能电站，挖掘了储能电站在调压中的作用，再根据不同调压设备的调节时间以及是否连续等特点，进行了传统的调压设备和储能电站之间的协调配合，实现配电网电压的平滑连续调节，从而改善配电网的电压越限问题。
[0059]
可选地，根据日前预测的分布式电源的出力以及负荷信息计算潮流信息，并根据潮流信息对有载调压变压器的分接头以及可投切电容器组的投切组数进行调节以对配电网的电压进行调节，包括：
[0060]
根据日前预测的分布式电源的出力以及负荷信息，分别建立日前初步调压的目标函数模型和电压调节的约束条件；
[0061]
根据日前初步调压的目标函数模型和电压调节的约束条件，采用粒子群算法计算出有载调压变压器的分接头和可投切电容器组的投切组数；
[0062]
根据变压器的分接头和/或电容器的投切组数对配电网的电压进行调节。
[0063]
其中，粒子群算法，也称粒子群优化算法或鸟群觅食算法(particle swarm optimization，pso)。pso算法属于进化算法的一种，和模拟退火算法相似，它也是从随机解出发，通过迭代寻找最优解，它也是通过适应度来评价解的品质，但它比遗传算法规则更为简单，它没有遗传算法的“交叉(crossover)”和“变异(mutation)”操作，它通过追随当前搜索到的最优值来寻找全局最优。这种算法具有实现容易、精度高、收敛快等优点，是一种并行算法。
[0064]
可选地，储能电站的无功可用裕度的计算公式如下：
[0065]
q
ab
＝q
b
‑
q
b.0
[0066]
其中，q
ab
为储能电站当前无功可用裕度，q
b
为储能电站的无功输出能力，q
b.0
为储能电站当前的无功出力。
[0067]
可选地，若储能电站的无功可用裕度大于零，则储能电站为可参与调压的储能电站；
[0068]
根据无功电压灵敏度和储能电站的无功可用裕度选择可参与调压的储能电站，包括：
[0069]
选择无功电压灵敏度矩阵横排中最大且无功可用裕度大于零的储能电站为可参与调压的储能电站。
[0070]
其中，根据无功电压灵敏度矩阵和储能电站是否有可用无功参与调压，选择无功灵敏度矩阵中横排中最大且具备可用无功的储能电站最先参与调压。其中，无功灵敏度矩阵的横排中的数值越大，说明储能电站参与调压的优先级越高。
[0071]
可选地，根据选择的可参与调压的储能电站以及日内配电网的实际电压越限信息，对配电网的电压进行调节，包括：
[0072]
判断日内配电网各个节点的电压是否有越限状态；
[0073]
根据选择的可参与调压的储能电站对电压越限的节点进行无功注入，以调节电压越限的节点的电压。
[0074]
其中，根据日内实时的负荷有功、无功以及分布式电源的出力情况，定时计算配电网的潮流信息，例如每五分钟进行一次潮流计算，以获取各个节点的电压信息，从而对配电网的电压状态进行监测。
[0075]
根据配电网拓扑结构呈辐射状的特点，潮流计算采用前推回代法，在迭代足够次数满足收敛条件后，获得各个节点电压值。
[0076]
在一种实施方式中，该配电网调压方法的具体实现过程为：
[0077]
步骤一：根据日前预测的分布式电源的出力以及负荷信息，计算潮流信息，根据潮流信息调节有载调压变压器的分接头以及可投切电容器组的投切组数，制定以小时为调节时间间隔的初步调压计划。其中步骤一具体包括配电网信息获得、日前初步调压的目标函数、电压调节的约束条件和优化求解这四个方面。
[0078]
其中，配电网信息获得具体为：获得日前的分布式电源的有功出力以及负荷信息以及辐射状配电网的拓扑结构，配电网有载调压变压器及电容器组的情况。初步调压时，储能电站不考虑无功部分。
[0079]
日前初步调压的目标函数具体为：
[0080]
日前初步调压的目标函数为配电网整体网损最小，具体表述如下：
[0081][0082]
其中，p
lo.t
为t时间段内的配电网的有功损耗，δt为时间间隔，其中，δt可取一小时。
[0083]
其中，p
lo.t
可由下式计算得到：
[0084][0085]
其中，n为配电网的节点总数，r
ij
为节点i、j之间的等效电阻，u
i.t
为节点i在t时刻的电压，u
j.t
为节点j在t时刻的电压，θ
ij.t
为节点i、j电压的相位差。
[0086]
当节点i、j之间连接有有载调压变压器时，假设有载调压变压器的变比为k，并且当改变有载调压变压器的分接头位置时，有载调压变压器的变比k也会随之改变；假设有载调压变压器的低压侧的实际电压为u
j.t
′
，则上述p
lo.t
的计算公式中的u
j.t
＝k*u
j.t
′
，因此改变有载调压变压器分接头位置，会改变节点电压，影响线路的有功损耗p
lo.t
。当节点投切的电容器组数改变时，该节点注入的无功功率也会发生变化，经潮流计算后各节点的电压也会发生变化，进而影响线路的有功损耗p
lo.t
。
[0087]
其中，电压调节的约束条件包括有功平衡约束、无功平衡约束、调压设备调节约束以及电压及电流约束。
[0088]
具体的，有功平衡约束为：
[0089][0090]
其中，p
i.t
为节点i的输入有功功率，表示与节点i直接连接的节点集合，u
i.t
为节点i在t时刻的电压，u
j.t
为节点j在t时刻电压，θ
ij.t
为节点i和j之间的电压的相位差，r
ij
为节点i和j之间的阻抗，x
ij
为节点i和j之间的电抗。
[0091]
其中，p
i.t
的计算公式为：
[0092]
p
i.t
＝p
dg.i.t
+p
s.i.t
‑
p
l.i.t
[0093]
其中，p
dg.i.t
为连接在节点i上的分布式电源有功出力，p
s.i.t
为连接在节点i上的储能有功出力，当储能电池充电时为负，放电时为正，p
i.t
为节点i的负荷功率。
[0094]
无功平衡约束为：
[0095][0096]
其中，q
i.t
为节点i的输入无功功率。
[0097]
其中，q
i.t
的计算公式为：
[0098][0099]
其中，n
c.i.t
为连接在节点i上的可投切电容器组的投入组数，x
c.i
为单个电容器的电抗，q
l.i.t
为节点i的负荷无功需求。
[0100]
调压设备调节约束即有载调压变压器的分接头和电容器组的投切组数的约束条件，具体为：
[0101]
k
min
≤k≤k
max
[0102]
0≤n
c
≤n
c.max
[0103]
其中，k
max
为变压器的变比上限，k
min
为变压器的变比下限，n
c.max
为电容器组的投切组数的最大组数。
[0104]
电压及电流约束为：
[0105]
u
min
≤u
i.t
≤u
max
[0106]
(u
i.t2
+u
j.t2
‑
2u
i.t
u
j.t
)/(r
ij2
+x
ij2
)≤i
ij.max2
[0107]
其中，u
max
为配电网电压运行上限，u
min
为配电网电压运行下限，i
ij.max
为节点i和j间电流的最大允许值。
[0108]
其中，优化求解具体为：根据日前初步调压的目标函数和电压调节的约束条件，采用粒子群算法求解得出日前一天内的有载调压变压器的分接头以及可投切电容器组的投切组数信息，并于次日根据求解结果对配电网电压进行初步调节。
[0109]
步骤二：计算无功电压灵敏度矩阵，根据无功电压灵敏度矩阵计算及储能电站的运行情况得出储能电站的选择方案。其中步骤二具体包括无功电压灵敏度矩阵计算、判别储能电站运行状态和参与调压的储能电站选择这三个方面。
[0110]
其中，无功电压灵敏度矩阵计算具体为：
[0111]
根据网络拓扑结构以及线路设备参数，可以得出节点i的电压相对于上级电网连接点u0的电压偏差，偏差计算如下：
[0112][0113]
其中，i
p.j
为节点注入电流的有功分量，i
q.j
为节点注入电流的无功分量，n为节点总个数。
[0114]
由此可得出用j点有功功率p
j
和无功功率q
j
表示的电压灵敏度计算公式：
[0115][0116]
分别对有功功率p
j
和无功功率q
j
求偏导，可得节点i的电压关于节点j的有功功率和无功功率变化的灵敏度：
[0117][0118][0119]
由于本实施例中只考虑利用储能电站的无功功率参与电压调节，由此得出配电网的无功电压灵敏度矩阵为：
[0120][0121]
其中，b
q
为配电网的无功电压灵敏度矩阵。
[0122]
其中，判别储能电站运行状态具体为：
[0123]
根据储能电站的有功充放电功率以及储能变流器的容量，计算储能电站的无功可用容量q
b
，计算公式如下：
[0124][0125]
其中，s
b
为储能变流器的容量，p
b
为储能电站的充电或放电功率。假定储能电站发出功率为正，吸收功率为负。
[0126]
储能电站的无功输出能力q
b
减去当前的无功出力q
b.0
即为储能电站当前可用无功q
ab
。
[0127]
其中，当储能电站的可用无功q
ab
大于零时，则可判断该储能电站可以参与调压行为，即具备可用无功。即：
[0128]
0＜q
ab
＝q
b
‑
q
b.0
[0129]
其中，q
b.0
为储能电站当前的无功出力。
[0130]
其中，参与调压的储能电站选择具体为：根据无功电压灵敏度矩阵和储能电站是否有可用无功参与调压，选择无功电压灵敏度矩阵中横排中最大且具备可用无功的储能电站最先参与调压，横排中数值越大，储能电站参与调压的优先级越高。
[0131]
步骤三：根据步骤二选择的储能电站以及日内的实际电压越限信息，调节储能电站的无功出力，实现电压的精细调节。其中步骤三具体包括潮流计算获得当日各节点电压信息、判断电压越限程度和控制储能电站实现精细调压这三个方面。
[0132]
其中，潮流计算获得当日各节点电压信息具体为：根据日内实时的负荷有功、无功以及分布式电源的出力情况，每五分钟进行一次潮流计算，获取各个节点的电压信息，对配电网的电压状态进行监测。
[0133]
根据配电网呈辐射状的特点，潮流计算采用前推回代法，迭代足够次数满足收敛条件后，获得各个节点电压值。
[0134]
其中，日内节点i的电压越限程度的计算公式为：
[0135]
δu
d.i
＝u
min
‑
u
i
[0136]
其中，δu
d.i
为日内节点i的电压越限程度，u
i
为节点i的电压，u
min
为电压幅值下限。
[0137]
其中，判断电压越限程度具体为：
[0138]
判断日内配电网各个节点的电压是否有越限状态，包括：合格的电压应该满足下式：
[0139]
u
min
≤u
i
≤u
max
[0140]
其中，u
i
为节点i的电压，u
min
为电压幅值下限，u
max
为电压幅值上限。
[0141]
具体的，若节点i的电压u
i
大于u
max
，则节点i的电压u
i
越上限，并计算越上限的程度δu
u.i
：
[0142]
δu
u.i
＝u
i
‑
u
max
[0143]
若节点i的电压u
i
小于u
min
，则节点i的电压u
i
越下限，并计算越下限的程度δu
d.i
：
[0144]
δu
d.i
＝u
i
‑
u
min
[0145]
其中，控制储能电站实现精细调压具体为：选择越限最严重的节点i所在的无功电压灵敏度矩阵列中具备可用无功且对应灵敏度值最大的储能电站接入节点j，并计算该储能电站的无功注入量。
[0146]
该储能电站的无功注入量计算公式为：
[0147]
δq
i
＝(δu
d.i
)/s
q.ij
[0148]
其中，δq
i
为节点i储能电站的无功出力调节量，δu
d.i
为日内节点i的电压越限程度，s
q.ij
为节点i关于节点j的无功功率变化灵敏度。
[0149]
具体的，若δq
i
＜q
ab.j
，则j点储能电站的无功出力调节量为δq
i
。其中，为节点j储能电站的可用无功。
[0150]
若δq
i
＞q
ab.j
，则j点储能电站的无功出力调节量为q
ab.j
，并重复上述“判断日内配电网各个节点的电压是否有越限状态”和“判断日内配电网各个节点的电压是否有越限状态”过程，并选择无功灵敏度矩阵中优先级次之的接入储能电站的节点，调控该节点接入储能电站的无功出力，依次循环直至配电网所有节点的电压均合格。
[0151]
此外，图3为本发明实施例提供的配电网电压调节的对比效果图。参考图1，虚线l0为电压越限临界线，曲线l1为配电网未进行调压前的电压变化曲线，曲线l2为对配电网采用本发明实施例的初步调压后的电压变化曲线，曲线l3为对配电网采用本发明实施例的精细调压后的电压变化曲线，由三条曲线的变化可以看出，曲线l1较虚线l0有明显的越限，说明未进行调压前电压越限程度较为明显；曲线l2较虚线l0有越限但不严重，说明经过初步调压后电压越限程度较轻；曲线l3较虚线l0没有越限，说明经过初步调压和精细调压后的电压无越限情况。
[0152]
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。