一种基于云边融合的分层分布式配电网的控制方法及系统与流程

本发明属于分布式配电网电压控制领域，具体涉及一种基于云边融合的分层分布式配电网的控制方法及系统。

背景技术：

1、目前，大规模分布式能源接入后，其出力的间歇性和不确定性，造成配电系统电压严重越限，中低压配电网仅靠分布式电源自身的调节能力，电压调控效果不佳。虽然分布式电源和储能装置作为连续无功源可以实现对电压无功的连续调节，但是新型的配电装备的投资费用较高，难以完全取代传统的电压无功调节手段。

2、目前使用的典型控制架构虽然有对中压配电网的电压调节作用更强的设备，但是该控制架构是由上层地调avc系统控制的，只有在高-中压配电网协调优化才能发挥上层配电网对下层配电网的电压调节作用，当中压配电网本身的调压能力严重不足时，这种典型控制架构不仅会降低中压配电网的电压控制效率，还会严重损害分布式光伏的发电效益。

技术实现思路

1、本发明提出了一种基于云边融合的分层分布式配电网的控制方法及系统，使高-中压配电网的运行成本最低，实现高-中压配电网的优化控制并缓解电压越限的问题。

2、本发明的第一方面提供了一种基于云边融合的分层分布式配电网的控制方法，所述方法包括：

3、获取分层分布式架构下高-中压配电网的设备运行数据，构建全局优化模型；其中，全局优化模型以网架有功损耗成本、离散调压设备动作成本、光伏发电损失成本和馈线开关动作成本的总和最小为优化目标；

4、根据高-中压配电网的设备运行数据，得到全局优化模型的约束条件；其中，所述约束条件基于高-中压配电网的设备运行约束和设备安全约束；

5、根据所述约束条件，对全局优化模型进行优化，得到目标全局优化模型；根据目标全局优化模型，以满足约束条件和优化目标为基础，得到高-中压配电网的目标优化电压水平；

6、根据所述目标优化电压水平，控制所述高-中压配电网的运行。

7、上述方案通过高-中压配电网的设备运行数据，得到以配电网运行成本最低为目的的全局优化模型，然后根据全局优化模型的约束条件对全局优化模型进行优化，得到高-中压配电网的目标优化电压水平，调控高-中压配电网的运行，使高-中压配电网的运行成本最低，收益最大化，并解决中压配电网电压越限的问题。

8、在第一方面的一种可能的实现方法中，获取分层分布式架构下高-中压配电网的设备运行数据，构建全局优化模型，具体为：

9、获取分层分布式架构下高-中压配电网的设备运行数据，确定全局优化模型的控制参数；其中，所述控制参数包括有载调压变压器的挡位、无功补偿设备的无功输出、分布式光伏的有功和无功输出功率以及馈线开关状态；

10、根据所述控制参数，确定全局优化模型的目标函数，构建全局优化模型。

11、上述方案通过高-中压配电网的设备运行数据，以运行成本最低为目标，确定全局优化模型的控制参数，为构建全局优化模型提供数据支撑。

12、在第一方面的一种可能的实现方法中，根据所述控制参数，确定全局优化模型的目标函数，构建全局优化模型，具体为：

13、全局优化模型的目标函数fall的具体表达公式为：

14、

15、其中，cp为有功功率上网电价，e为高-中压配电网所有线路的集合，iij为线路ij的电流值，rij为线路ij的电阻值，et为所有接入有载调压变压器的线路集合，kij为支路ij上有载调压变压器的抽头档位，kij，0为kij的初始值，ct、ccb和cs分别为抽头单档调节、电容器单组投切和馈线开关单次开合的动作成本，n为高-中压配电网所有节点的集合，为节点j的电容器投入组数，为的初始值，cpv为分布式光伏的发电收益，pdec，j为节点j的光伏有功功率缩减量，es为所有含馈线开关的线路集合，为馈线ij的开关状态，为的初始值；

16、根据所述目标函数，确定全局优化模型。

17、在第一方面的一种可能的实现方法中，全局优化模型的约束条件，具体为：

18、根据高-中压配电网的设备运行数据和设备安全限制条件，得到全局优化模型的约束条件；其中，所述约束条件包括支路潮流等式约束、配电网安全运行约束、静止无功补偿器的运行约束、并联电容器组的运行约束、有载调压变压器的运行约束、馈线开关的运行约束、分布式光伏的运行约束和高-中压配电网的边界等式约束。

19、上述方案展示基于设备运行约束和安全约束的全局优化模型的约束条件，为优化全局优化模型提供数据支撑。

20、在第一方面的一种可能的实现方法中，支路潮流等式约束、配电网安全运行约束、静止无功补偿器的运行约束、并联电容器组的运行约束、有载调压变压器的运行约束、馈线开关的运行约束、分布式光伏的运行约束和高-中压配电网的边界等式约束，具体为：

21、支路潮流等式约束的具体表达式为：

22、

23、且

24、

25、

26、

27、

28、qj＝ql，j-qc，j-qcb，j-qg，j

29、其中，pij和qij分别为节点i流向节点j的有功功率和无功功率，vi为节点i电压幅值，π(j)和σ(j)分别为节点j所有父节点和子节点集合，pj和qj分别为节点j净负荷的有功功率和无功功率，xij为线路ij的电抗值，pl，j和ql，j为节点j负荷的有功功率和无功功率，为节点j分布式光伏最大有功点的有功功率，qc，j和qcb，j分别为节点j的svc和电容器组的无功功率，qcb，j为节点j分布式光伏的无功功率；

30、其中，对于含开关的线路，其支路潮流等式约束的具体公式为：

31、

32、

33、其中，为馈线ij的开关状态；

34、配电网安全运行约束的具体公式为：

35、vmin≤vi≤vmax

36、iij2≤iij，max2

37、其中，vmin和vmax分别为高-中压配电网的网架节点电压的安全运行下限和上限，iij，max为线路ij的最大传输电流；

38、其中，对于含开关的线路，其配电网安全运行约束的具体公式为：

39、

40、

41、静止无功补偿器的运行约束的具体公式为：

42、

43、其中，qc，j和分别为节点j的svc的无功功率的上限和下限；

44、并联电容器组的运行约束的具体公式为：

45、

46、其中，为节点j的单组电容器的无功容量，为节点j的电容器投运组输的上限，为节点j的电容器投入组数；

47、有载调压变压器的运行约束的具体公式为：

48、

49、其中，kij为线路ij上oltc的可调变比，kij，0和δkij分别为线路ij上oltc的标准变比和调节步长，为线路ij上oltc上调和下调的最大档位；

50、馈线开关的运行约束的具体公式为：

51、

52、其中，od为构成第d个环网的馈线集合，ld为集合od中馈线的开关数量；

53、分布式光伏的运行约束的具体公式为：

54、

55、

56、

57、其中，α为光伏输出功率的最大功率因数角，pdec，j为节点j的光伏有功功率缩减量，为节点j分布式光伏最大有功点的有功功率，sg，j为节点j的光伏的安装容量；

58、高-中压配电网的边界等式约束的具体公式为：

59、

60、

61、

62、其中，为中压配电网m的根节点电压幅值，和分别为根节点的有功功率注入值和无功功率注入值，τ(m)为中压配电网m接入的高压母线标号，为中压配电网m接入的高压母线τ(m)的电压幅值，和分别为高压母线τ(m)向中压配电网m供给的净负荷功率。

63、在第一方面的一种可能的实现方法中，根据所述约束条件，对全局优化模型进行优化，得到目标全局优化模型；根据目标全局优化模型，通过高-中压配电网的设备运行数据，得到高-中压配电网的目标优化电压水平，具体为；

64、根据约束条件，对全局优化模型进行优化，得到目标全局优化模型；

65、根据目标全局优化模型的目标函数，通过高-中压配电网的设备运行数据，分别确定在分层分布式架构下高压配电网和中压配电网的目标函数，得到高-中压配电网的目标优化电压水平；其中，在分层分布式架构下中压配电网所有节点的集合的参数数量会发生变化，所以中压配电网的目标函数还包括变电站的oltc的挡位动作成本和并联电容器组动作成本，中压配电网的约束条件还包括并联电容组和oltc的运行约束；而高压配电网的目标函数和约束条件并不会发生变化。

66、上述方案通过约束条件对全局优化模型进行优化，得到由中压配电网和高压配电网的目标函数组成的优化的全局优化模型，进一步确定在分层分布式架构下高压配电网和中压配电网的目标函数，然后确定目标优化电压水平，为调控高-中压配电网的最优运行提供数据支撑。

67、在第一方面的一种可能的实现方法中，根据目标全局优化模型的目标函数，通过高-中压配电网的设备运行数据，分别确定在分层分布式架构下高压配电网和中压配电网的目标函数，具体为：

68、目标全局优化模型的目标函数的具体公式为：

69、

70、m＝1，...，nmv

71、xm∈xm，gmv，m(xm)≤0

72、y∈y，ghv(y)≤0

73、hm(xroot，m，yτ(m))＝0

74、其中，fmv，m和fhv分别为中压配电网m和高压配电网的目标函数，xm和y分别为中压配电网m和高压配电网的优化变量，xm和y为所述优化变量的取值范围，nmv为中压配电网的个数，gmv，m和ghv分别为中压配电网m和高压配电网的运行约束，hm为中压配电网m和高压配电网的边界等式约束；

75、其中，中压配电网m的目标函数fmv，m的具体公式为：

76、

77、其中，高压配电网的目标函数fhv的具体公式为：

78、

79、本发明第二方面提供了一种基于云边融合的分层分布式配电网的控制系统，所述系统包括：全局优化模型构建模块，约束条件构建模块，全局优化模型优化模块，配电网控制模块；

80、其中，所述全局优化模型构建模块用于获取高-中压配电网的设备运行数据，构建全局优化模型；其中，全局优化模型以网架有功损耗成本、离散调压设备动作成本、光伏发电损失成本和馈线开关动作成本的总和最小为优化目标；

81、所述约束条件构建模块用于根据高-中压配电网的设备运行数据，得到全局优化模型的约束条件；其中，所述约束条件基于高-中压配电网的设备运行约束和设备安全约束；

82、所述全局优化模型优化模块用于所述全局优化模型优化模块用于根据所述约束条件，对全局优化模型进行优化，得到目标全局优化模型；根据目标全局优化模型，以满足约束条件和优化目标为基础，得到高-中压配电网的目标优化电压水平；

83、所述配电网控制模块用于根据所述目标优化电压水平，控制高-中压配电网的运行。

84、在第二方面的一种可能的实现方式中，全局优化模型构建模块包括：全局优化模型构建单元；

85、所述全局优化模型构建单元用于获取分层分布式架构下高-中压配电网的设备运行数据，确定全局优化模型的控制参数；其中，所述控制参数包括有载调压变压器的挡位、无功补偿设备的无功输出、分布式光伏的有功和无功输出功率以及馈线开关状态；

86、根据所述控制参数，确定全局优化模型的目标函数，构建全局优化模型。

87、在第二方面的一种可能的实现方式中，根据所述控制参数，确定全局优化模型的目标函数，构建全局优化模型，具体为：

88、全局优化模型的目标函数fall的具体表达公式为：

89、

90、其中，cp为有功功率上网电价，e为高-中压配电网所有线路的集合，iij为线路ij的电流值，rij为线路ij的电阻值，et为所有接入有载调压变压器的线路集合，kij为支路ij上有载调压变压器的抽头档位，kij，0为kij的初始值，ct、ccb和cs分别为抽头单档调节、电容器单组投切和馈线开关单次开合的动作成本，n为高-中压配电网所有节点的集合，为节点j的电容器投入组数，为的初始值，cpv为分布式光伏的发电收益，pdec，j为节点j的光伏有功功率缩减量，es为所有含馈线开关的线路集合，为馈线ij的开关状态，为的初始值；

91、根据所述目标函数，确定全局优化模型。

92、在第二方面的一种可能的实现方式中，约束条件构建模块包括：约束条件构建单元；

93、所述约束条件构建单元用于根据高-中压配电网的设备运行数据和设备安全限制条件，得到全局优化模型的约束条件；其中，所述约束条件包括支路潮流等式约束、配电网安全运行约束、静止无功补偿器的运行约束、并联电容器组的运行约束、有载调压变压器的运行约束、馈线开关的运行约束、分布式光伏的运行约束和高-中压配电网的边界等式约束。

94、在第二方面的一种可能的实现方式中，支路潮流等式约束、配电网安全运行约束、静止无功补偿器的运行约束、并联电容器组的运行约束、有载调压变压器的运行约束、馈线开关的运行约束、分布式光伏的运行约束和高-中压配电网的边界等式约束，具体为：

95、支路潮流等式约束的具体表达式为：

96、

97、且

98、pij2+qij2＝vi2iij2

99、

100、

101、

102、qj＝ql，j-qc，j-qcb，j-qg，j

103、其中，pij和qij分别为节点i流向节点j的有功功率和无功功率，vi为节点i电压幅值，π(j)和σ(j)分别为节点j所有父节点和子节点集合，pj和qj分别为节点j净负荷的有功功率和无功功率，xij为线路ij的电抗值，pl，j和ql，j为节点j负荷的有功功率和无功功率，为节点j分布式光伏最大有功点的有功功率，qc，j和qcb，j分别为节点j的svc和电容器组的无功功率，qcb，j为节点j分布式光伏的无功功率；

104、其中，对于含开关的线路，其支路潮流等式约束的具体公式为：

105、

106、

107、其中，为馈线ij的开关状态；

108、配电网安全运行约束的具体公式为：

109、vmin≤vi≤vmax

110、iij2≤iij，max2

111、其中，vmin和vmax分别为高-中压配电网的网架节点电压的安全运行下限和上限，iij，max为线路ij的最大传输电流；

112、其中，对于含开关的线路，其配电网安全运行约束的具体公式为：

113、

114、

115、静止无功补偿器的运行约束的具体公式为：

116、

117、其中，qc，j和分别为节点j的svc的无功功率的上限和下限；

118、并联电容器组的运行约束的具体公式为：

119、

120、其中，为节点j的单组电容器的无功容量，为节点j的电容器投运组输的上限，为节点j的电容器投入组数；

121、有载调压变压器的运行约束的具体公式为：

122、

123、其中，kij为线路ij上oltc的可调变比，kij，0和δkij分别为线路ij上oltc的标准变比和调节步长，为线路ij上oltc上调和下调的最大档位；

124、馈线开关的运行约束的具体公式为：

125、

126、其中，od为构成第d个环网的馈线集合，ld为集合od中馈线的开关数量；

127、分布式光伏的运行约束的具体公式为：

128、

129、

130、

131、其中，α为光伏输出功率的最大功率因数角，pdec，j为节点j的光伏有功功率缩减量，为节点j分布式光伏最大有功点的有功功率，sg，j为节点j的光伏的安装容量；

132、高-中压配电网的边界等式约束的具体公式为：

133、

134、

135、

136、其中，为中压配电网m的根节点电压幅值，和分别为根节点的有功功率注入值和无功功率注入值，τ(m)为中压配电网m接入的高压母线标号，为中压配电网m接入的高压母线τ(m)的电压幅值，和分别为高压母线τ(m)向中压配电网m供给的净负荷功率。

137、在第二方面的一种可能的实现方式中，全局优化模型优化模块包括：目标优化电压水平计算单元；

138、所述目标优化电压水平计算单元用于根据约束条件，对全局优化模型进行优化，得到目标全局优化模型；

139、根据目标全局优化模型的目标函数，通过高-中压配电网的设备运行数据，分别确定在分层分布式架构下高压配电网和中压配电网的目标函数，得到高-中压配电网的目标优化电压水平；其中，在分层分布式架构下中压配电网所有节点的集合的参数数量会发生变化，所以中压配电网的目标函数还包括变电站的oltc的挡位动作成本和并联电容器组动作成本，中压配电网的约束条件还包括并联电容组和oltc的运行约束；而高压配电网的目标函数和约束条件并不会发生变化。

140、在第二方面的一种可能的实现方式中，根据目标全局优化模型的目标函数，通过高-中压配电网的设备运行数据，分别确定在分层分布式架构下高压配电网和中压配电网的目标函数，具体为：

141、目标全局优化模型的目标函数的具体公式为：

142、

143、m＝1，...，nmv

144、xm∈xm，gmv，m(xm)≤0

145、y∈y，ghv(y)≤0

146、hm(xroot，m，yτ(m))＝0

147、其中，fmv，m和fhv分别为中压配电网m和高压配电网的目标函数，xm和y分别为中压配电网m和高压配电网的优化变量，xm和y为所述优化变量的取值范围，nmv为中压配电网的个数，gmv，m和ghv分别为中压配电网m和高压配电网的运行约束，hm为中压配电网m和高压配电网的边界等式约束；

148、其中，中压配电网m的目标函数fmv，m的具体公式为：

149、

150、其中，高压配电网的目标函数fhv的具体公式为：

151、