一种多端柔性互联的复杂配电网最优潮流求解方法与流程

1.本发明涉及潮流计算技术领域，尤其是指一种多端柔性互联的复杂配电网最优潮流求解方法。


背景技术：

2.潮流计算是配电网运行规划分析的重要组成部分，但通常配电网的设计准则为“闭环设计，开环运行”，因此基于配电网的潮流方程也需要以开环运行的配电网为基础进行求解。醉着配电网运行经济性需求的不断提升，以多端柔性互联装置为主的可进行时序潮流调节的新型电力电子装置在配电网中的接入比例不断增加，但伴随着多端柔性互联装置等新型电力电子装置的加入配电网，传统配电网的开环运行的准则被打破，其潮流计算方法需要进行对应改变。但现有技术中对于存在多端柔性互联装置等新型电力电子装置加入的复杂配电网的潮流计算，均为在辐射状配电网或者基于sop辐射状配电网情况下，对传统潮流计算方程进行时序潮流优化，但并未有考虑到多端柔性互联的配电网情况，依靠现有潮流计算方法，难以准确获取多端柔性互联的配电网情况下的潮流计算结果，也就使得不能充分发挥多端柔性互联的配电网中电力电子设备的调节能力。


技术实现要素：

3.本发明的目的是克服现有技术中的缺点，提供一种多端柔性互联的复杂配电网最优潮流求解方法。
4.本发明的目的是通过下述技术方案予以实现：
5.一种多端柔性互联的复杂配电网最优潮流求解方法，包括以下步骤：
6.步骤一，获取复杂配电网的网络拓扑结构，并根据复杂配电网的网络拓扑结构获取柔性互联装置信息；
7.步骤二，建立配电网最优潮流模型，并根据柔性互联装置信息以及网络拓扑结构确定配电网最优潮流模型的目标函数和约束条件；
8.步骤三，采用锥规划模型法对配电网最优潮流模型进行转化，获取二阶锥规划模型，并对二阶锥规划模型进行求解，获取潮流计算结果，获取最优潮流情况。
9.进一步的，步骤二中所述配电网最优潮流模型的目标函数为：
[0010][0011]
其中：p
loss
为配电网系统综合损耗；i
t,ij
为第t时刻支路上节点i流向节点j的电流；r
ij
为支路ij的电阻；为柔性互联装置的有功损耗系数，为第t时刻节点i对应柔性互联装置注入的有功功率。
[0012]
进一步的，所述复杂配电网包括若干个变电站，变电站之间互相连接，变电站连接线路中的中压线路通过柔性互联装置呈网孔状结构连接。
[0013]
进一步的，所述约束条件包括潮流约束、柔性互联装置功率约束和配电系统安全
运行约束。
[0014]
进一步的，在确定潮流约束时，先根据复杂配电网网络拓扑结构对配电网中线路进行线路分类，将配电网线路分为变电站所连接线路和网孔内所连线路，再根据柔性互联装置对变电站所连接线路和网孔内所连线路上的所有节点进行分类，将变电站所连接线路和网孔内所连线路上的节点分为变电站所连线路中和柔性互联装置相连的节点、变电站所连线路中不和柔性互联装置相连的节点、网孔内所连线路中不和柔性互联装置相连的节点和网孔内所连线路中和柔性互联装置相连的节点。
[0015]
进一步的，分类完成后，通过以下公式计算潮流约束方程：
[0016][0017][0018][0019]
变电站所连线路中和柔性互联装置相连的节点、变电站所连线路中不和柔性互联装置相连的节点、网孔内所连线路中不和柔性互联装置相连的节点和网孔内所连线路中和柔性互联装置相连的节点计算所得潮流约束公式分别为：
[0020]
变电站所连线路中和柔性互联装置相连的节点
[0021][0022][0023]
变电站所连线路中不和柔性互联装置相连的节点：
[0024][0025][0026]
网孔内所连线路中不和柔性互联装置相连的节点：
[0027][0028][0029]
网孔内所连线路中和柔性互联装置相连的节点：
[0030][0031][0032]
其中：r
ij
和x
ij
为支路ij的电阻和电抗；ωb为节点集合，i，j，k均为节点集合中的其中一个节点；u
t,i
表示第t时刻节点的电压幅值；i
t,ij
为为第t时刻支路上节点i流向节点j的电流；p
t,ij
为第t时刻支路上节点i流向节点j的有功功率，q
t,ij
为第t时刻支路上节点i流向节点j的无功功率，p
t,ik
为第t时刻支路上节点i流向节点k的有功功率，q
t,ik
为第t时刻支路上节点i流向节点k的无功功率；p
t,i
为第t时刻节点上注入的有功功率之和，为第t时刻
节点上分布式电源传输的有功功率；为第t时刻负荷消耗的有功功率；q
t,i
为第t时刻节点i上注入的无功功率之和，为第t时刻节点上分布式电源注入的无功功率，为第t时刻负荷消耗的无功功率；为第t时刻节点i对应柔性互联装置注入的有功功率，为第t时刻节点i对应柔性互联装置注入的无功功率。
[0033]
进一步的，所述柔性互联装置功率约束的计算公式为：
[0034][0035][0036][0037][0038]
其中：为第t时刻节点i对应柔性互联装置注入的有功功率，为第t时刻节点i对应柔性互联装置注入的无功功率，n为节点个数，为柔性互联装置的有功损耗系数；为柔性互联装置的容量，为柔性互联装置的有功损耗，为柔性互联装置输出的最小无功功率，为柔性互联装置输出的最大无功功率。
[0039]
进一步的，所述配电系统安全运行约束的公式为：
[0040]uimin
《ui《u
imax
[0041][0042]
其中：ik为支路k上流经的支路电流，为支路k上最大允许支路电流值；u
min
和u
max
分别为系统最小和最大允许节点电压值。
[0043]
进一步的，步骤三中根据锥规划模型方法对配电网最优潮流模型进行模型转换时，先采用电压幅值的平方以及支路电流幅值的平方对配电网最优潮流模型内的变量进行替换，并引入辅助变量，将配电网最优潮流模型的目标函数转换为线性方程，转换获取二阶锥规划模型。
[0044]
本发明的有益效果是：
[0045]
将柔性互联设备的有功功率和无功功率作为配电网最优潮流中的优化变量，并在考虑多端柔性互联的配电网的时序特性后，通过柔性互联设备以及配电网的具体网络拓扑结构建立模型，并对模型进行求解以获取多端柔性互联的配电网的最优潮流情况，后续以此为多端柔性互联设备的调节依据，使得多端柔性互联的配电网中以柔性互联设备为主的电力电子设备能够充分发挥其调节能力，在保证配电网正常运行降低的同时，降低配电网的损耗。
附图说明
[0046]
图1是本发明的一种流程示意图；
[0047]
图2是本发明实施例的一种复杂配电网的网架结构示意图。
具体实施方式
[0048]
下面结合附图和实施例对本发明进一步描述。
[0049]
实施例：
[0050]
一种多端柔性互联的复杂配电网最优潮流求解方法，如图1所示，包括以下步骤：
[0051]
步骤一，获取复杂配电网的网络拓扑结构，并根据复杂配电网的网络拓扑结构获取柔性互联装置信息；
[0052]
步骤二，建立配电网最优潮流模型，并根据柔性互联装置信息以及网络拓扑结构确定配电网最优潮流模型的目标函数和约束条件；
[0053]
步骤三，采用锥规划模型法对配电网最优潮流模型进行转化，获取二阶锥规划模型，并对二阶锥规划模型进行求解，获取潮流计算结果，获取最优潮流情况。
[0054]
所述最优潮流情况为在满足所有负荷节点供电的前提下，系统的综合损耗最低。
[0055]
步骤二中所述配电网最优潮流模型的目标函数为：
[0056][0057]
其中：p
loss
为配电网系统综合损耗；i
t,ij
为第t时刻支路上节点i流向节点j的电流；r
ij
为支路ij的电阻；为柔性互联装置的有功损耗系数，为第t时刻节点i对应柔性互联装置注入的有功功率。
[0058]
由于复杂配电网在运行过程中的损耗包含配电网的系统损耗以及功率流入柔性互联装置的能量损耗，因此在设置目标函数时，也将柔性互联装置的损耗考虑至目标函数中。
[0059]
进一步的，所述复杂配电网包括若干个变电站，变电站之间互相连接，变电站连接线路中的中压线路通过柔性互联装置呈网孔状结构连接。
[0060]
本实施例以6座变电站组成的复杂配电网为例，6座变电站分别为变电站a、b、c、d、e和f组成，并通过柔性互联装置sop1、sop2、sop3、sop4、sop5和sop6形成网孔状结构，其配电网的配网结构如图2所示。
[0061]
所述约束条件包括潮流约束、柔性互联装置功率约束和配电系统安全运行约束。
[0062]
在确定潮流约束时，先根据复杂配电网网络拓扑结构对配电网中线路进行线路分类，将配电网线路分为变电站所连接线路和网孔内所连线路，再根据柔性互联装置对变电站所连接线路和网孔内所连线路上的所有节点进行分类，将变电站所连接线路和网孔内所连线路上的节点分为变电站所连线路中和柔性互联装置相连的节点、变电站所连线路中不和柔性互联装置相连的节点、网孔内所连线路中不和柔性互联装置相连的节点和网孔内所连线路中和柔性互联装置相连的节点。
[0063]
所述复杂配电网上除变电站和柔性互联装置外共具备30个节点，按照分类方式，首先将线路分为两类，第一类为变电站所连线路，其中包括a、b、c、d、e、f、1、2、6、7、11、12、16、17、21、22、26和27节点，第二类为网孔内所连线路，其中包括3、4、5、8、9、10、13、14、15、
18、19、20、23、24、25、28、29和30节点。对于第一类线路中节点，将其分为变电站所连线路中和柔性互联装置相连的节点和变电站所连线路中不和柔性互联装置相连的节点，变电站所连线路中和柔性互联装置相连的节点包括节点2、7、12、17、22和27，变电站所连线路中不和柔性互联装置相连的节点包括节点1、6、11、16、21和26；对于第二类线路中节点，将其分为网孔内所连线路中不和柔性互联装置相连的节点和网孔内所连线路中和柔性互联装置相连的节点，其中网孔内所连线路中不和柔性互联装置相连的节点包括节点4、9、14、18、24和29，网孔内所连线路中和柔性互联装置相连的节点包括3、5、8、10、13、15、19、20、23、25、28和30。
[0064]
分类完成后，通过以下公式计算潮流约束方程：
[0065][0066][0067][0068]
变电站所连线路中和柔性互联装置相连的节点2、7、12、17、22和27计算所得潮流约束公式为：
[0069][0070][0071]
变电站所连线路中不和柔性互联装置相连的节点1、6、11、16、21和26计算所得潮流约束公式为：
[0072][0073][0074]
网孔内所连线路中不和柔性互联装置相连的节点4、9、14、18、24和29计算所得潮流约束公式为：
[0075][0076][0077]
网孔内所连线路中和柔性互联装置相连的节点3、5、8、10、13、15、19、20、23、25、28和30计算所得潮流约束公式为：
[0078][0079][0080]
其中：r
ij
和x
ij
为支路ij的电阻和电抗；ωb为节点集合，i，j，k均为节点集合中的其中一个节点；u
t,i
表示第t时刻节点的电压幅值；i
t,ij
为为第t时刻支路上节点i流向节点j的电流；p
t,ij
为第t时刻支路上节点i流向节点j的有功功率，q
t,ij
为第t时刻支路上节点i流向节点j的无功功率，p
t,ik
为第t时刻支路上节点i流向节点k的有功功率，q
t,ik
为第t时刻支路
上节点i流向节点k的无功功率；p
t,i
为第t时刻节点上注入的有功功率之和，为第t时刻节点上分布式电源传输的有功功率；为第t时刻负荷消耗的有功功率；q
t,i
为第t时刻节点i上注入的无功功率之和，为第t时刻节点上分布式电源注入的无功功率，为第t时刻负荷消耗的无功功率；为第t时刻节点i对应柔性互联装置注入的有功功率，为第t时刻节点i对应柔性互联装置注入的无功功率。
[0081]
所述柔性互联装置功率约束的计算公式为：
[0082][0083][0084][0085][0086]
其中：为第t时刻节点i对应柔性互联装置注入的有功功率，为第t时刻节点i对应柔性互联装置注入的无功功率，n为节点个数，为柔性互联装置的有功损耗系数；为柔性互联装置的容量，为柔性互联装置的有功损耗，为柔性互联装置输出的最小无功功率，为柔性互联装置输出的最大无功功率。
[0087]
所述配电系统安全运行约束的公式为：
[0088]uimin
《ui《u
imax
[0089][0090]
其中：ik为支路k上流经的支路电流，为支路k上最大允许支路电流值；u
min
和u
max
分别为系统最小和最大允许节点电压值。
[0091]
步骤三中根据锥规划模型方法对配电网最优潮流模型进行模型转换时，先采用电压幅值的平方以及支路电流幅值的平方对配电网最优潮流模型内的变量进行替换，由于在进行变量替换后，目标函数中仍含有绝对值项，因此引入辅助变量，从而实现将配电网最优潮流模型的目标函数转换为线性方程，转换获取二阶锥规划模型。
[0092]
所述辅助变量为其中，v
t,i
为引入的辅助变量，u
t,i
为第t时刻支路上节点i的电压幅值的平方，为节点电压幅值的优化区间上限，为节点电压幅值的优化区间下限。
[0093]
通过引入辅助变量进行变量替换后，将目标函数写成标准二阶锥形式：
[0094][0095]
其中||||2为二范数，i
t,ij
为第t时刻支路上节点i流向节点j的电流的平方，p
t,ij
为第t时刻支路上节点i流向节点j的有功功率，q
t,ij
为第t时刻支路上节点i流向节点j的无功功率，u
t,i
为第t时刻支路上节点i的电压幅值的平方。
[0096]
且由于柔性互联装置功率约束为非线性约束，再将其转换为旋转锥约束，转换后旋转锥约束具体为：
[0097][0098]
其中：为第t时刻节点j对应柔性互联装置注入的有功功率，为第t时刻节点j对应柔性互联装置注入的无功功率，为节点j对应柔性互联装置的容量。
[0099]
经过上述转化后，通过数学优化工具如mosek等进行二阶锥规划模型的求解，以获取最后的潮流计算结果。
[0100]
以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，并非对本发明作任何形式上的限制，在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。