一种协同虚拟电厂的柔性配电系统保供方法与流程

本发明涉及虚拟电厂，具体是一种协同虚拟电厂的柔性配电系统保供方法。

背景技术：

1、能源危机和环境污染的双重压力促使风、光等清洁分布式可再生能源得到大力发展。大量分布式可再生能源接入配电系统，使传统配电网由无源供电网络变成了多源供电网络，潮流流向由单向流动变成了双向流动。传统配电网缺乏潮流的主动控制能力，对分布式可再生能源只能被动地接受，分布式可再生能源的大规模接入会导致供电可靠性下降、电能质量问题加剧。

2、为了更好地接纳分布式可再生能源，同时在智能控制、电力电子技术等要素的集成与融合促进作用下，配电网已从被动配电形态逐步过渡到含有多种分布式可再生能源、具备主动控制与调度运行能力的主动配电形态。随着储能系统、柔性负荷以及微电网的发展，柔性配电系统的调控资源变得更加丰富，但同时也使柔性配电系统的运行调控变得更加复杂，甚至发生电压越限风险，柔性配电系统的供电安全不能得到保证。

3、虚拟电厂通过先进信息通信技术和软件系统聚合分布式电源、可控负荷、储能系统和电动汽车等分布式能源，以作为一个特殊电厂参与柔性配电系统安全运行。其中，电动汽车配备了大容量的电池，可以凭借其移动储能作用成为虚拟电厂，通过智能控制系统将储存的电能释放到柔性配电系统中，以满足柔性配电系统供保电安全的需求。但如何充分发电动汽车作为虚拟电厂的特性，合理协调系统内的资源制定柔性配电系统保供策略成为一个需要解决的难题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种协同虚拟电厂的柔性配电系统保供方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、一种协同虚拟电厂的柔性配电系统保供方法，该方法包括以下步骤：

4、s1：以电动汽车作为柔性配电系统的虚拟电厂建立模型。这个模型能够有效地将大量电动汽车集成到配电系统中，并通过智能充电桩进行控制和调度。通过这种方式，我们可以利用电动汽车的储能系统，为配电系统提供稳定可靠的电力供应。

5、s2：在柔性配电系统中建立有载调压变压器、电容器组、智能软开关、串联电压调节器和光伏逆变器的模型。这些设备在配电系统中扮演着重要的角色，通过对它们的建模，我们可以更好地理解整个系统的运行情况，并实现对系统的有效控制。

6、s3：建立协同虚拟电厂的柔性配电系统保供模型。这个模型将虚拟电厂与实际的配电系统相结合，通过优化调度和控制策略，最大程度地提高电力供应的可靠性和稳定性。同时，该模型还可以根据实际需求，对虚拟电厂的输出进行动态调整。

7、s4：对所述协同虚拟电厂的柔性配电系统保供模型进行线性化转化和二阶锥转化，从而建立柔性配电系统的混合整数规划模型并求解，输出柔性配电系统的保供策略。这个模型可以考虑到各种约束条件，如设备容量限制、线路容量限制等，并通过对模型的求解，得到最优的保供策略。这个策略可以实现对整个柔性配电系统的优化控制，最大程度地提高电力供应的效率和稳定性。

8、作为本发明进一步的方案：

9、所述步骤s1中，以电动汽车作为柔性配电系统的虚拟电厂建立模型如下：

10、

11、

12、

13、

14、式中：分别为电动汽车e的充、放电功率；表示电动汽车e连接在充电站的时间区间；st,e为电动汽车e在t时段时的荷电状态；ηc、ηd为功率交换效率；cape为电动汽车e的动力电池容量；分别为电动汽车e的额定充、放电功率；为电动汽车e的荷电状态边界；分别为电动汽车e的初始荷电状态和预期荷电状态。

15、作为本发明进一步的方案：

16、在所述步骤s2中，在柔性配电系统中建立有载调压变压器、电容器组、智能软开关、串联电压调节器和光伏逆变器的模型的方法具体为：

17、s2-1：建立有载调压变压器的数学模型

18、

19、

20、

21、式中：ut,i为t时刻节点i的电压；kt,ij为t时刻线路ij处有载调压变压器的抽头位置；kt,ij为t时刻线路ij处有载调压变压器的电压调整率；kij,0为线路ij处有载调压变压器的初始电压调整率；δkij为相邻抽头位置的电压调整率变化量；nt为有载调压变压器一天的总运行时间；为有载调压变压器一天内抽头位置总的变化次数限制；为线路ij处有载调压变压器抽头位置的最大值；

22、s2-2：建立电容器组的数学模型

23、

24、

25、

26、式中：为t时刻节点i投切电容器组投入的组数；为节点i处单位组数电容器的无功容量；为投切电容器组一天内总的组数变化限制；为已安装投切电容器组的总组数；

27、s2-3：建立智能软开关的数学模型

28、

29、

30、

31、

32、式中：为t时刻节点i的智能软开关输出有功功率；为t时刻节点i智能软开关输出无功功率；为智能软开关的损耗系数；为智能软开关造成的有功功率损耗；和节点i处智能软开关的无功边界；为节点i变流器容量；ωsop为智能软开关所在节点集合；

33、s2-4：利用式(15)～(17)构建串联电压调节器模型的约束条件：

34、

35、

36、

37、式中：δωij为安装在支路ij上的串联稳压器的抽头变化步长；δωij,0为串联稳压器初始的抽头所处位置；表示串联电压调节器的抽头位置变化上限；表示允许的串联电压调节器动作次数；

38、s2-5：利用式(18)～(19)构建光伏逆变器模型的约束条件：

39、

40、

41、式中：分别为t时刻节点i上光伏注入的有功、无功功率；为光伏i的功率因数角，为光伏i的容量。

42、作为本发明进一步的方案：

43、在所述步骤s3中，建立协同虚拟电厂的柔性配电系统保供模型的方法具体为：

44、s3-1：利用式(20)构建协同虚拟电厂的柔性配电系统保供模型的目标函数f：

45、

46、式中：γi为与保供线路相连的节点i处负荷的保供系数，对所有线路添加权重分级，保供线路的优先级高于普通线路即保供线路的保供系数较大；为故障发生后节点i处的有功负荷；为发生故障前节点i处的有功负荷；为发生故障前节点i处的无功负荷；t0，tf，δtf分别表示故障开始的时间、总优化时长以及优化时间间隔；

47、s3-2：构建协同虚拟电厂的柔性配电系统保供模型的约束，包括：有载调压变压器约束，电容器组约束，智能软开关约束、潮流约束、安全运行约束、辐射状拓扑约束、失电约束以及保供线路电力供应约束：

48、其中，所述潮流约束包括：

49、

50、

51、

52、

53、

54、

55、式中：ωl为系统线路的集合；pt,i，qt,i是t时刻节点i处注入的有功、无功功率；ut,i为t时刻节点i的电压；it,ij为t时刻流过支路ij的电流；pt,ij和qt,ij分别为t时刻线路ij上传输的有功和无功功率；是t时刻节点i处的有功、无功负荷消耗；分别为t时刻节点i上光伏注入的有功、无功功率；表示t时刻节点i处电容器组注入的无功功率；

56、其中，所述安全运行约束包括：

57、

58、

59、式中：和u分别为系统节点电压的上限和下限；为系统线路电流的上限；

60、其中，所述辐射状拓扑约束包括：

61、αt,ij＝βt,＜i,j＞+βt,＜j,i＞         (29)

62、

63、

64、式中：c(i)是节点i的邻节点集合；αt,ij为t时刻线路ij通断状态的指示变量，若αt,ij为1，表示该线路是连通的，反之则是断开的；βt,＜i,j＞为节点i和节点j之间关系的标识变量，若βt,＜i,j＞＝1，则表示节点j是节点i的父节点，若为0，则表示节点j不是节点i的父节点；ωs表示变电站节点的集合；ωn表示系统节点集合；

65、其中，所述失电约束包括：

66、

67、

68、式中：为发生故障前t时刻节点i处的有功负荷；为发生故障前t时刻节点i处的无功负荷；ωl为失电节点集合；

69、其中，所述保供线路电力供应约束包括：

70、

71、式中，ηi为与供保线路相连的节点i处负荷恢复率的最小值；ωp为与供保线路相连的节点集合。

72、作为本发明更进一步的方案：

73、在所述步骤s4中，对所述协同虚拟电厂的柔性配电系统保供模型进行线性化转化和二阶锥转化，从而建立柔性配电系统的混合整数规划模型并求解，输出柔性配电系统的保供策略的方法为：

74、s4-1：对所述潮流约束和安全运行约束进行线性化变换：

75、对所述潮流约束和安全运行约束中的二次项和采用vt,i和lt,ij变量替换实现线性化，线性化后如下：

76、

77、

78、

79、

80、

81、

82、对所述有载调压变压器数学模型中含有的绝对值项，引入辅助变量和辅助变量和分别为t时刻支路ij处有载调压器抽头动作的正、负变化量，线性化后如下：

83、

84、

85、

86、采用vt,i的变量替换后，约束(5)重新表达和转化如下：

87、vt,i＝(kt,ij)2vt,j       (44)

88、

89、

90、式中：bt,ij,k是与kt,ij相关联的二进制辅助变量，基于式(45)、(46)，转化得到如下式：

91、

92、式(47)中vt,jbt,ij,k用辅助变量替代后，线性化结果及附加约束如下：

93、

94、

95、

96、对于投切电容器组和串联电压调节器约束中的绝对值项，引入辅助变量和以及和线性化后分别如下：

97、

98、

99、

100、

101、

102、

103、s4-2：进行大m法解耦：

104、对于约束(37)，该约束仅在对应线路处于运行状态时才需要满足，若线路发生故障或者线路上的开关断开时，就不需要满足该约束。因此，采用大m法对其进行解耦，解耦后的约束如下所示：

105、vt,i-vt,j-2(rijpt,ij+xijqt,ij)≤m(1-βij,t)        (57)

106、vt,i-vt,j-2(rijpt,ij+xijqt,ij)≥-m(1-βij,t)        (58)

107、式中，m是一个足够大的常数。

108、s4-3：进行二阶锥松弛变换：

109、式(38)使用变量替换后，继续进行二阶锥松弛，如式(59)所示：

110、

111、式(14)和式(19)转化为旋转二次锥约束如下：

112、

113、

114、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

115、1、本发明以电动汽车为虚拟电厂，建立了包含传统无功调节设备、智能软开关以及光伏逆变器协同的柔性配电系统保供模型，有效提高了配电系统的故障恢复能力，同时保证了恢复过程中的电压安全，提高了系统的保供可靠性；

116、2、本发明发挥了智能软开关的负荷转移能力，并利用其故障侧变流器可以切换到虚拟电源的功能，使受影响区域重新通电，从而提高了柔性系统的恢复能力。