考虑离散和连续决策变量的大规模配电网最优潮流计算方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及配电网技术领域，是一种考虑离散和连续决策变量的大规模配电网最 优潮流计算方法。
【背景技术】
[0002] 传统配电网运行是静态的、被动的。随着风力发电机、光伏电源、储能、微网等可再 生能源接入配电网，配电网将由辐射状、单向潮流、被动管理向环网、双向潮流、主动管理的 运行方式转变。目前最优潮流计算方法主要集中于输电网，不涉及三相不平衡配电网，无法 处理含大规模离散和连续决策变量的优化问题，不能满足实时计算的要求。主动配电网技 术是解决可再生能源并网接入的关键技术，目前主动配电网技术处于启动阶段，决策分析 与最优潮流分别计算，无法适应主动配电网的运行与实时控制要求。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的是，克服现有技术的不足，以主动配电网技术作为重要支撑，提供一 种考虑离散和连续决策变量的大规模配电网最优潮流计算方法，其科学合理，适应能力强， 运算准确、速度快，特别适用于三相不平衡配电网分析与决策。
[0004] 实现发明目的采用的技术方案是，一种考虑离散和连续决策变量的大规模配电网 最优潮流计算方法，其特征是，它包括以下内容：
[0005] 1)建立涉及复杂三相不平衡配电网的数学模型
[0006] 以最小运行成本为目标，建立包括：三相不平衡配电网、分布式旋转发电机、分布 式风力发电机、光伏电源、大规模储能、电动汽车储能、智能建筑、微网系统元件，且考虑需 求响应、电网的电压和频率调整与运行辅助服务的数学模型，模型中包含离散决策变量、连 续决策变量、离散决策变量与连续决策变量之间的关系和决策时间范围，
[0007] 目标函数：
[0008] Minimizef(ut,vt) (1)
[0009] 约束条件：
[0010] Ht(xt,ut,wt) = 0 (2)
[0011] Jt ·ut^b (3)
[0012] Kt ·vt^c (4)
[0013] Lt ·wd (5)
[0014] G(xt)彡 0 (6)
[0015] 其中teτ，而离散决策变量及连续决策变量具有很多应用，其中变压器分接头位 置，属于离散决策变量Ut;机组组合，属于离散决策变量；负载开关，属于离散决策变量；有 功和无功功率的分布式发电系统的机组调配，属于连续决策变量Vt;负荷侧需求响应，属于 离散决策变量；家庭能源管理系统，属于连续和离散决策变量；微网能源和辅助服务，为附 加的连续决策变量Wt，其它分别表示为[0016] Minimize:最小值函数；
[0017] f:目标成本函数，可以为非线性成本曲线；
[0018]xt^点电压的状态向量；
[0019] ut:连续决策变量向量；
[0020] vt:离散决策变量向量；
[0021] teT:期间T内的时间间隔t;
[0022] wt:附加的连续决策变量向量，如逆变器控制的无功或电容器组；
[0023]Ht ():间隔t内的三相不平衡潮流方程；
[0024]Jt:线性矩阵，并且式（3)为连续性决策变量u 、下限；
[0025]Kt:线性矩阵，并且式（4)为离散性决策变量Vtl、下限；
[0026]Lt:线性矩阵，并且式（5)为附加决策变量《t上、下限；
[0027] G():配电系统安全约束的非线性函数。
[0028] 2)复杂最优潮流计算的分解
[0029] 当式⑵作为约束条件的一部分时，式⑴求解困难，采用Benders法，将上节的 复杂优化问题分解为主问题和可行子问题，则计算复杂性将大大减少，
[0030] ⑴主问题
[0031]目标函数为式（1)，而约束条件为式（3)、式（4)，由于目标成本函数f能够进行线 性化，并且约束条件式（3)、式（4)都是线性的，则主问题由式（1)、式（3)和式（4)作为混 合整数线性规划方法求解，已求解的最优解决方案表示为= 〇 ;
[0032](ii)可行子问题
[0033] 主问题最优解决方案迭代次数为〇时，若发生状态变量越界，则生成新的约 束条件并且包含在主问题的表述中，然后主问题用新的最优解决方案= 1来进行求 解，接着再次转到可行子问题求解，主问题和可行子问题之间发生的迭代持续进行，直到在 可行子问题中不再检测出状态变量越界，可行子问题表示为
[0034] 目标函数：
[0035] Minimizef' = 1T .s (7)
[0036] 约束条件：
[0037] Ht(xt,ut, wt) = 0 ⑶
[0038] μ, =g (9)
[0039] Lt .wd (10)
[0040] G(xt)+s彡 0 (11)
[0041] 由于约束条件式（6)和式（9)都是非线性的，采用迭代法求解，其过程为：首先， 设定wt的初值 < ;然后，求解三相不平衡潮流方程) = 0得出状态xt的初值 < ;最 后，在?f周围进行线性化，得
[0042] 目标函数：
[0043]Minimizef' = 1T .s (12)
[0044] 约束条件：
[0049]其中^：_为偏微分运算因子，s为决策变量向量，矩阵A的兀素为
表示了控制变量^的约束条件G(·)，的雅可比矩阵， 通过使用不平衡潮流方程式Ht( · ) = 0来进行数值计算；
[0050] 最优化问题式（12)-式（16)是一个带有决策变量Awt的线性规划问题，能够采用 单纯形法进行求解，更新决策变量w/+1Aw/来执行迭代解决方案，直到目标函数的变 化f在预先定义的临界值内，迭代过程中，使目标成本函数值s'O并且约束条件式（14)的 拉格朗日乘数为λ%添加到主问题中的新约束条件为：
[0051] 5' (!.(： -ιι}>〇 (Ι7)
[0052] 新约束条件的目的是迫使主问题接受它的决策以至于帮助消除在可行子问题中 所识别出变量越界；
[0053] 3)三相不平衡配电网网损计算的简化过程
[0054] 在式（16)中矩阵Α的元素包含了约束条件，节点电压和支路流量对节点注入功率 的灵敏度值，对于三相不平衡配电系统网络来说，解析式的推导会变得非常困难；为了减少 计算的复杂性，使用近似损耗灵敏度解析式（18)，考虑两个假设：（1)本相电网上游支路和 负荷对该相损耗的影响大；（2)配网具备足够的无功支撑，负荷的微小变化不会引起大的 电压偏差，即电压为常数，这两个假设符合配电网实际运行要求，应用两个假设后，损耗灵 敏度计算量将大大简化，对于一个给定的网络节点η在Φ相，损耗灵敏度可以近似表示为：
[0064] 其中
[0065] Dn φ是在网络节点η的Φ相负荷；
[0066] λ η巾是在网络节点η的φ相损耗灵敏度；
[0067] ?"和尤，是流向节点η的线路和变压器的集合；
[0068]Plcissi和Plciss&是负荷在线路和变压器上的分段光滑损耗函数；
[0069]R和Z分别是线路电阻和阻抗；
[0070]Re()，取复数变量的实部；
[0071]Φ表示相，并且Φe{a，b,c};
[0072]V及下角标表示：某相的节点电压；
[0073]I及下角标表示：某相线路或变压器的电流；
[0074] Θ及下角标表示：电流或电压的相角；
[0075] K及下角标表示：是一个与变压器电压比有关的恒定参数。
[0076] 本发明的考虑离散和连续决策变量的大规模配电网最优潮流计算方法，包括建立 涉及复杂三相不平衡配电网的数学模型、复杂最优潮流计算的分解和三相不平衡配电网网 损计算的简化过程等内容，能够将复杂优化问题分解为混合整数线性规划主问题和非线性 可行子问题，采用相互迭代的计算策略将决策寻优与系统安全约束有机结合，将最优潮流 嵌套入决策过程，同时利用损耗灵敏度简化过程，能够实现大规模不对称最优潮流的快速 计算。适用于配电网的三相不平衡潮流计算、环网结构、双向潮流、离散和连续决策变量的 实时决策与最优潮流，具有科学合理，适应能力强，运算准确、速度快等优点。
【附图说明】
[0077] 图1为主动配电网最优潮流示范算例；
[0078]图2为考虑离散和连续决策变量的大规模配电网最优潮流计算方法流程框图。
【具体实施方式】
[0079] 下面利用附图和实例对本发明作进一步说明。
[0080] 图1所示算例为典型的主动配电网结构，可验证本发明的考虑离散和连续决策变 量的大规模配电网最优潮流计算方法的有效性。算例为21节点主动配电网测试系统，包含 的分布式发电单元及储能单元总个数为8个，其类型、配置参数如表1所示：
[0081] 表1分布式电源及储能单元配置
[0082]
[0083] 注：表中光伏的参数表不输出峰值功率
[0084] 参照图2,本发明的考虑离散和连续决策变量的大规模配