一种面向交直流混联配电网的分布式最优潮流方法

本发明涉及交直流混合配电系统，具体涉及一种面向交直流混联配电网的分布式最优潮流方法。

背景技术：

1、电力电子技术的发展使得交直流混合配电系统的应用得到了广泛关注。直流配电网的能源转换效率更高、电能质量更好、与分布式电源的兼容性更好，使得配电系统逐渐从纯交流电网过渡到交直流混合配电网。典型的交直流混合配电网由多个相互连接的交流子网和直流子网组成，其中交流和直流部分通过换流站进行连接。

2、传统的针对交直流混合配电网的最优潮流问题通常忽略交流子网和直流子网间复杂的交直流混联特性及换流站的内部运行限制，导致所建立的最优潮流模型无法充分反应交直流混合配电网的复杂运行特性。

3、针对交直流混合配电网的最优潮流问题，通常采用集中式的计算方法求解交直流最优潮流问题。虽然交流子网和直流子网是物理连接的，但它们通常独立制定发电计划，常规的集中式运行管理模式无法保证交流子网和直流子网的隐私性和运行决策独立性。而且，交直流混合配电网具有典型的多层级架构，在电力市场环境下，多个交流子网和直流子网通常由不同的系统运营商负责运营管理，由此产生的交直流最优潮流问题更适合采用分布式优化的计算框架。

4、然而，交直流最优潮流问题是非线性的，很难求解。传统的分布式求解方法主要包括辅助问题原理法、交替方向乘子法、目标级联分析法和最优条件分解法等。然而，这些分布式算法在数值上收敛速度缓慢，计算精度不高。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提供了一种面向交直流混联配电网的分布式最优潮流方法，用以至少解决现有技术中交直流混合配电网的分布式最优潮流问题的求解方法精度不高的问题。

2、为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、一种面向交直流混联配电网的分布式最优潮流方法，包括以下步骤：

4、s1.对交直流混联配电网的集中式非凸最优潮流模型进行二阶锥凸性转化，得到集中式二阶锥最优潮流模型；

5、s2.将集中式二阶锥最优潮流模型在换流器处进行解耦，写成仿射耦合可分离的形式，获得交直流混联配电网分布式二阶锥最优潮流模型；

6、s3.根据交直流混联配电网分布式的二阶锥最优潮流模型，分别获得各交流子网的二阶锥最优潮流模型和直流子网的二阶锥最优潮流模型，并使用堆叠子网模型中的所有不等式约束和变量上下限约束；

7、s4.使用改进的增广拉格朗日松弛法对解耦后的交流子网和直流子网二阶锥最优潮流模型进行并行求解，得到局部解根据局部解处的活动集计算雅各比矩阵jl、梯度海森矩阵和缩放矩阵

8、s5.根据雅各比矩阵jl、梯度海森矩阵和缩放矩阵求解二次规划主问题，并更新原始残差和对偶残差，判断是否收敛。

9、优选的，s1的具体内容包括：

10、

11、其中，cdc为多端直流电网的目标函数，为交流子网l的目标函数，表示交流子网的集合；

12、

13、

14、其中，c1g、c2g、c3g表示发电机的成本系数，closs表示功率损耗的成本系数，cgrid表示上级电网的电价、表示根节点的有功功率，表示与直流子网连接的第k个换流器的功率损耗，表示节点g上的发电机有功功率，如果节点g不是发电机节点，则

15、约束条件包括：

16、交流子网内支路潮流的二阶锥约束：

17、

18、

19、

20、

21、交流子网内节点电压安全约束为：

22、

23、交流子网内发电机有功功率约束为：

24、

25、交流子网内发电机无功功率约束为：

26、

27、其中，rij和xij表示支路ij的电阻和电抗，表示节点j处发电机的无功功率，和表示节点j处的有功负荷和无功负荷，pij和qij表示流经支路ij的有功功率和无功功率、lij和uj表示流经支路ij的电流的平方和节点j的电压幅值，表示位于节点j的发电机有功功率和无功功率的下限和上限，uj和表示节点j电压幅值平方的下限和上限；

28、直流子网内支路潮流的二阶锥约束：

29、

30、

31、

32、

33、其中，pidc表示从换流站注入直流子网的有功功率；

34、直流子网内节点电压安全约束为：

35、

36、直流子网内发电机有功功率约束为：

37、

38、换流器节点的功率平衡约束：

39、

40、

41、

42、

43、其中，和表示从交流子网注入的等效发电机的功率；

44、滤波器节点的无功负荷与滤波器节点并联电感的关系约束：

45、节点f，即滤波器上的无功负荷可表示为：

46、

47、其中，表示滤波器节点f的并联电感；

48、换流器交流侧和直流侧的电压关系约束：

49、

50、其中，参数m表示调制因子，且m∈[0,1]；um表示母线m的节点电压幅值，且

51、换流器交流侧和直流侧的有功功率关系约束：

52、

53、其中，换流器功率损耗的二阶锥约束：

54、

55、换流器的无功功率限制约束：

56、

57、其中，qc和分别表示换流器的无功功率下限和上限；

58、换流器的斜率常数与换流器额定功率和额定直流电压之间的关系：

59、

60、其中，和分别表示第k个换流器的额定功率和额定直流电压，q表示导致换流器功率发生100％变化的直流电压变化量；

61、换流器下垂控制约束：

62、

63、其中，kk表示第k个换流器的斜率常数；和分别表示下垂控制的直流功率和直流电压的基准值；

64、换流器斜率常数的计算如下：

65、

66、其中，和分别表示第k个换流器的额定功率和额定直流电压，q表示导致换流器功率发生100％变化的直流电压变化量；

67、换流器视在容量的二阶锥约束：

68、

69、优选的，s2的具体内容包括：

70、引入共识约束：

71、

72、

73、

74、根据共识约束，将集中式二阶锥最优潮流模型写成仿射耦合可分离的形式，得到分布式二阶锥最优潮流模型为：

75、

76、

77、

78、

79、其中，λ,κl,γl分别表示相应约束的对偶变量，表示所有交流和直流子网的集合，xl表示子网l中的所有变量组成的列向量，xl、分别表示xl取值的下限和上限；约束(33)表示交流子网与直流子网之间的耦合约束，约束(34)表示每个子网模型中的所有不等式约束，(35)表示每个子网模型中变量的上下限约束。

80、优选的，s3的具体内容包括：

81、

82、其中，用于堆叠交流子网和直流子网模型中的所有不等式约束和变量上下限约束，hl(xl)表示子网l中的所有不等式约束。

83、优选的，s4中的具体内容包括：

84、s41.初始化(z0,λ0)，选择比例对称矩阵

85、s42.在的情况下，定义l1损失函数为：

86、

87、φ0＝φ(z0)   (38)

88、s43.以并行的方式求解所有解耦的交流子网和直流子网二阶锥最优潮流模型：

89、

90、

91、s44.根据局部解处的活动集计算雅各比矩阵jl：

92、

93、其中，是矩阵的第i行，并计算梯度

94、s45.根据局部解计算若：

95、

96、则设置φ0＝φ(xk)，更新海森矩阵的近似值：

97、

98、并设置缩放矩阵

99、否则设置μi＝0，

100、优选的，s5的具体内容包括：

101、

102、更新原始残差和对偶残差(z,λ)：

103、zk+1＝xk+δxk，λk+1＝λqp。

104、经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种面向交直流混联配电网的分布式最优潮流方法，具有以下有益效果：

105、1)本发明考虑了具有复杂交直流混联特性和换流站运行特性的交直流混合配电系统，针对由此产生的具有复杂运行特性和多个下垂控制换流站的交直流混合配电网最优潮流问题，提出基于二阶锥凸松弛的交直流混合配电网最优潮流模型。

106、2)针对交直流混合配电系统的多层级架构，本发明提出一种仿射耦合、可分离的形式，构建了针对交直流混合配电网最优潮流问题的分布式优化模型。

107、3)本发明提出一种稳定、高效、可扩展的改进增广拉格朗日松弛法来解决由此产生的交直流混合配电网分布式最优潮流问题，所提交直流混联配电网分布式二阶锥最优潮流模型可减少传统分布式算法的收敛次数，提高收敛速度。