基于功率因数分段定价的供电区无功电压主动支撑优化方法与流程

本发明属于主动配电网优化运行与无功电压控制，具体涉及一种基于功率因数分段定价的供电区无功电压主动支撑优化方法。

背景技术：

1、随着分布式光伏、风电等新能源在配电网中的渗透率不断提高，配电网潮流由传统单向供电逐步转变为多源双向交互，新能源出力波动与负荷变化相互叠加，容易引起节点电压越限、线路无功环流增大及网络损耗上升。为提升供电区的调节能力，现有技术通常将配电网划分为若干电力平衡单元，并利用有载调压变压器（on-load tap changer，oltc）、并联电容器组（capacitor bank，cb）、静止无功补偿器（static var compensator，svc）、电池储能系统（battery energy storage system，bess）及分布式电源参与无功电压调节。

2、然而，现有供电区优化方法仍存在以下问题：

3、其一，通常仅将无功功率作为满足电压安全要求的约束条件，未将无功购售电成本作为独立经济变量，难以通过价格信号引导供电区减少无功外购并实现无功就地平衡；

4、其二，有功调度与无功优化往往分别进行，未充分考虑新能源出力、储能充放电、功率因数及无功购售电成本之间的耦合关系，难以兼顾电压安全、新能源消纳、网损降低及运行经济性；

5、其三，对oltc和cb等离散调节设备常采用连续化处理，不能准确反映档位变化、投切组数及动作次数约束，也难以与svc等连续调节资源形成协调控制。

6、因此，亟需一种能够综合考虑功率因数分段定价、有功无功双向交换以及多种离散和连续调节资源协同运行的无功电压主动支撑优化方法

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种基于功率因数分段定价的供电区无功电压主动支撑优化方法，用于解决现有供电区优化方法未能利用功率因数分段电价引导无功功率就地平衡、有功调度与无功电压优化相互割裂，以及难以准确协调离散型与连续型调节资源，导致节点电压调节能力不足、无功传输损耗较大且运行经济性不佳的技术问题。

2、本发明采用以下技术方案：

3、基于功率因数分段定价的供电区无功电压主动支撑优化方法，包括以下步骤：

4、s1、获取供电区电力平衡单元的网络拓扑、线路参数、负荷预测数据、分布式电源预测出力数据、有功购售电价以及各调节设备的运行参数；

5、s2、根据所述供电区电力平衡单元与上级电网之间交换的有功功率和无功功率确定各调度时段的功率因数，并依据所述功率因数所属的预设功率因数区间，确定对应调度时段的无功购电价格和无功售电价格，所述无功购电价格和无功售电价格作为无功购售电成本参数参与所述混合整数二阶锥优化模型的求解；

6、s3、以所述供电区电力平衡单元的总运行成本最小为优化目标，建立目标函数，所述总运行成本包括网络损耗成本、有功购售电成本、基于所述无功购电价格和无功售电价格确定的无功购售电成本、无功补偿装置运行成本以及分布式电源弃电成本；

7、s4、建立所述供电区电力平衡单元的运行约束，所述运行约束包括节点有功和无功平衡约束、经二阶锥松弛得到的支路潮流约束、节点电压约束、线路电流约束、有载调压变压器档位及动作次数约束、并联电容器组投切容量及动作次数约束、静止无功补偿器无功出力约束、储能系统充放电状态及荷电状态约束，以及分布式电源出力约束；

8、s5、以各调度时段的有功和无功交换功率、有载调压变压器档位、并联电容器组投切组数、静止无功补偿器无功出力、储能系统充放电功率及分布式电源实际出力为决策变量，根据所述目标函数和运行约束构建混合整数二阶锥优化模型并进行求解，得到各调度时段的调节设备运行控制量，并将所述运行控制量确定为对应有载调压变压器、并联电容器组、静止无功补偿器及储能系统的调度设定值。

9、进一步地，步骤s2中，以预设功率因数阈值划分功率因数区间；当所述功率因数不低于所述预设功率因数阈值时，将无功购电价格和无功售电价格设为第一价格；当所述功率因数低于所述预设功率因数阈值时，将无功购电价格和无功售电价格分别设为高于所述第一价格的第二价格和第三价格，且所述第二价格高于所述第三价格。

10、进一步地，步骤s3中，所述网络损耗成本根据各支路的电流幅值平方、支路电阻及网损价格确定；所述有功购售电成本和无功购售电成本分别根据各调度时段与上级电网交换的有功功率、无功功率及对应购售电价格确定；所述分布式电源弃电成本根据光伏和风电的预测出力与实际出力之差确定。

11、进一步地，步骤s4中，所述有载调压变压器档位及动作次数约束包括：

12、采用档位标识变量确定各调度时段的有载调压变压器档位，根据相邻调度时段之间的档位变化确定升档动作或降档动作，并限制优化周期内的档位动作总次数不超过预设最大动作次数。

13、进一步地，步骤s4中，所述并联电容器组投切容量及动作次数约束包括：

14、根据投运组数与单组补偿容量确定并联电容器组的无功补偿功率，并限制所述投运组数及优化周期内的投切次数；所述静止无功补偿器无功出力约束包括将其无功补偿功率限制在预设补偿功率下限与预设补偿功率上限之间。

15、进一步地，步骤s4中，所述储能系统充放电状态及荷电状态约束包括：

16、通过充电状态变量和放电状态变量限制储能系统在同一调度时段内不同时充电和放电，根据充电功率、放电功率、充电效率和放电效率更新相邻调度时段之间的储能电量，并将所述储能电量限制在预设电量下限与预设电量上限之间。

17、进一步地，步骤s4中，所述分布式电源出力约束包括：

18、将光伏和风电在各调度时段的实际有功出力限制在对应预测最大出力以内，并按照预设功率因数角确定光伏和风电的无功出力与其有功出力之间的对应关系。

19、进一步地，步骤s4中，所述经二阶锥松弛得到的支路潮流约束包括节点电压降约束、支路有功功率平衡约束、支路无功功率平衡约束及二阶锥约束，所述二阶锥约束用于限定支路电流幅值平方与支路首端节点电压幅值平方的乘积不小于所述支路有功功率平方与无功功率平方之和。

20、进一步地，步骤s5中，按照多个连续调度时段对所述混合整数二阶锥优化模型进行联合求解，得到各调度时段对应的有载调压变压器档位、并联电容器组投运组数、静止无功补偿器无功出力、储能系统充放电功率、分布式电源实际出力以及与上级电网之间的有功和无功交换功率。

21、第二方面，本发明实施例提供了基于功率因数分段定价的供电区无功电压主动支撑优化系统，包括：

22、数据获取模块，用于获取供电区电力平衡单元的网络拓扑、线路参数、负荷预测数据、分布式电源预测出力数据、有功购售电价以及各调节设备的运行参数；

23、分段定价模块，用于根据所述供电区电力平衡单元与上级电网之间交换的有功功率和无功功率确定功率因数，并根据所述功率因数所属的预设功率因数区间确定无功购电价格和无功售电价格，所述无功购电价格和无功售电价格作为无功购售电成本参数参与所述混合整数二阶锥优化模型的求解；

24、模型构建模块，用于建立包括网络损耗成本、有功购售电成本、无功购售电成本、无功补偿装置运行成本及分布式电源弃电成本的目标函数，并建立节点功率平衡约束、支路潮流约束、电压约束、电流约束及各调节设备的运行约束；

25、优化求解模块，用于根据所述目标函数和运行约束构建并求解混合整数二阶锥优化模型；

26、控制量输出模块，用于输出各调度时段的有载调压变压器档位、并联电容器组投运组数、静止无功补偿器无功出力、储能系统充放电功率及分布式电源实际出力。

27、第三方面，一种计算机设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述基于功率因数分段定价的供电区无功电压主动支撑优化方法的步骤。

28、第四方面，本发明实施例提供了一种计算机可读存储介质，包括计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述基于功率因数分段定价的供电区无功电压主动支撑优化方法的步骤。

29、第五方面，一种芯片，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述基于功率因数分段定价的供电区无功电压主动支撑优化方法的步骤。

30、第六方面，本发明实施例提供了一种电子设备，包括计算机程序，所述计算机程序被电子设备执行时实现上述基于功率因数分段定价的供电区无功电压主动支撑优化方法的步骤。

31、与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：

32、基于功率因数分段定价的供电区无功电压主动支撑优化方法，通过将功率因数分段无功定价、有功无功双向交换、网络损耗及多类调节资源纳入统一优化框架，可根据供电区实际运行状态同时确定功率交换量和设备控制量。改变有功调度与无功电压控制相互分离的运行方式，实现无功就地平衡、节点电压主动支撑、网损降低及新能源消纳之间的协同优化。

33、进一步的，根据功率因数区间确定无功购电价格和无功售电价格，可在功率因数降低时提高外购无功成本，并利用售电收益激励本地无功资源参与调节。以价格参数改变优化模型对无功交换方案的选择，减少供电区对上级电网无功功率的过度依赖。

34、进一步的，将网损、有功购售电、无功购售电、补偿装置成本和弃电成本共同纳入目标函数，可避免仅降低购电成本而导致网损增加、设备过度动作或新能源弃电。从系统总体运行成本出发评价不同调度方案。

35、进一步的，通过oltc档位约束和动作次数约束，使oltc能够根据节点电压变化实施分级调压，同时避免频繁换档。兼顾电压调节能力、机械触头寿命和设备运行可靠性。

36、进一步的，通过cb离散投切与svc连续调节相结合，使cb承担基础补偿和粗调，使svc承担动态补偿和精调。兼顾较大范围无功补偿能力和连续电压调节精度，并限制cb频繁投切。

37、进一步的，通过充放电互斥、功率限制、电量递推及荷电状态范围约束，可使bess响应分时电价和新能源出力变化，同时避免过充、过放。利用储能进行削峰填谷和源荷匹配，并保障储能运行安全。

38、进一步的，将光伏和风电实际出力限制在预测最大出力以内，并建立有功出力与无功出力之间的功率因数关系，使分布式电源能够参与无功电压调节。提高新能源消纳能力并充分利用逆变型电源的无功调节能力。

39、进一步的，采用二阶锥松弛处理支路电流、电压及功率之间的非凸关系，可将原非凸潮流模型转化为能够高效求解的凸优化模型。提高多时段优化问题的求解效率，并保持支路潮流和节点电压约束的物理关联。

40、进一步的，对多个连续调度时段进行联合求解，可同时考虑储能电量变化、oltc动作次数和cb投切次数等跨时段约束。避免逐时独立优化造成前后时段控制量冲突，使所得调度方案具有时间连续性和可执行性。

41、可以理解的是，上述第二方面至第六方面的有益效果可以参见上述第一方面中的相关描述，在此不再赘述。

42、综上所述，本发明通过功率因数分段无功定价，将有功无功双向交换、二阶锥潮流及多类调节资源纳入统一优化，协调oltc、cb、svc与储能实施分层调压和无功就地平衡，兼顾新能源消纳、网损降低、设备寿命与供电区经济运行。

43、下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。