10kV配电网合环电流调控方法、系统及存储介质与流程

10kv配电网合环电流调控方法、系统及存储介质
技术领域
1.本发明涉及配电自动化和微电网技术领域，特别是一种10kv配电网合环电流调控方法,本发明同时公开了使用该调控方法的系统及存储介质。


背景技术：

2.国外在配电网合环操作及合环电流调控技术方面的研究较少，主要是因为国外电力系统网架建设较国内较为先进，多采用环网运行方式，继电保护装置的装设十分全面。在美国及附近地区采用环网供电的比例占到总配电网供电的90％以上，通过不同馈线和电源配电给电力客户，一旦配电线路发生故障，可快速转换配电路径，显著提高了配电网的可靠供电能力。在法国及其周围地区，配电网的继电保护装置有非常严谨的装设程序，因此其配电网停电率较低而供电质量较高。此外中国台湾地区装设了大量的合环继保设备，合环成功率处于全球较高水平。
3.我国的10kv配电网在正常状态下是开环运行，而在某一10kv母线或线路发生故障时，以往的停电检修操作将造成较短时间甚至较长时间负荷断电情况，这种现象在目前的经济发展水平下已经是不允许出现的，而配电网合环转供操作先闭合联络开关，将故障线路上的负荷转移至正常运行线路，再断开故障线路馈线开关，能够做到不停电转供，既提高了配电网的可靠供电能力，也做到了更加灵活的配电网供电方式，并减少了电力用户的停电时间，真正实现了电力公司和电力客户的共赢局面。但进行合环操作时会产生较大的合环冲击电流，如果不对合环冲击电流进行调控可能会使配电线路过载，甚至引起继电保护装置动作，产生更严重的故障引发事故。因此，为了做到合环操作安全平稳进行，应对合环电流进行有效调控，避免事故的发生。
4.目前对于合环电流调控的手段主要有四种，分别是调整发电机端电压、调整变压器分接头、并联电容器组和调节用户用电负荷。调整发电机端电压由于成本太高而较少采用，调节用户用电负荷则是当前配电网可靠供电所不允许的，因此现阶段对合环电流的调控主要是通过调整变压器分级头和并联电容器组两种手段，而有关技术只是考虑了分布式电源接入对合环电流调控的影响，并未将分布式电源作为调控手段进行合环电流调控，利用分布式电源进行合环电流调控可减少上述两种手段调控所造成的较大配电网波动。而现有的合环电流调控数学模型的目标函数比较单一，只考虑了合环稳态电流，未考虑电网的稳定性等问题，并且约束条件不够完善。


技术实现要素：

5.本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术不足，提供一种10kv配电网合环电流调控方法、系统及存储介质，明显降低最大合环冲击电流，并且对大量接入配电网的分布式电源进行合理利用，提高配电网供电可靠性。
6.为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种10kv配电网合环电流调控方法，包括以下步骤：建立10kv配电网合环电流调控的目标函数，所述目标函数包括进行
合环配电网的合环支路最大合环冲击电流、进行合环配电网的合环后节点电压偏移平均值；明确10kv配电网合环电流调控手段，所述合环电流调控手段包括调整合环支路两侧变压器分接头档位、调整分布式电源有功无功出力；建立10kv配电网合环电流调控的数学模型；利用模拟退火粒子群算法解得10kv配电网合环电流调控的数学模型，获取所述目标函数最优的pareto非支配解；根据获取的pareto非支配解综合考虑多方面因素，选择最佳的调控方法进行合环电流调控。
7.根据本发明的具体应用算例，所述目标函数一进行合环配电网的合环支路最大合环冲击电流为：
[0008][0009]
式中，v
oc
表示合环点电压差的有效值，z
l
表示合环网络等值阻抗，k表示控制变量变压器分接头档位，q表示控制变量分布式电源有功无功出力，f1表示合环支路最大合环冲击电流，ta为时间常数。
[0010]
根据本发明的具体应用算例，所述目标函数二进行合环配电网的合环后节点电压偏移平均值为：
[0011][0012]
式中，n表示节点数，ui表示合环操作后节点i的电压值，ur表示节点的额定电压值，f2表示节点电压偏移平均值。
[0013]
根据本发明的具体应用算例，所述约束条件包括等式约束和不等式约束，所述等式约束包括10kv配电网功率平衡约束，所述不等式约束包括进行合环配电网的非合环支路最大载流量约束、节点电压约束、节点无功约束、变压器负载率约束以及分布式电源并网总容量约束。
[0014]
根据本发明的具体应用算例，依照所述的目标函数和约束条件建立10kv配电网合环电流调控的数学模型，利用模拟退火粒子群算法求解数学模型得到使目标函数达到最优的pareto非支配解过程包括：s1、初始化，包括在约束条件范围内随机产生粒子群的初始位置及速度、粒子种群大小、设定最大迭代次数、模拟退火算法的初始温度t，退火速度参数等；s2、根据粒子初始位置即初始各变压器分接头档位值以及分布式电源出力有功无功值调用潮流程序计算潮流电压，并计算当前粒子的适应值；s3、对计算出的pbest、gbest值，更新粒子速度、位置并满足不等式约束条件；s4、调用潮流程序计算适应值并修正pbest值；s5、采用模拟退火算法对求出的各粒子pbest进行抽样，产生新解并计算目标函数差值，按照metropolis准则接收或舍弃优选解；s6、根据抽样结果获得当前全局最优解gbest，检查是否达到最大迭代次数，如果没有达到最大迭代次数则转s3，否则转s7；s7、输出pareto非支配解，程序结束。
[0015]
本发明还提供了一种10kv配电网合环电流调控系统，其包括：建立目标函数模块，用于建立10kv配电网合环电流调控的目标函数，所述目标函数包括进行合环配电网的合环支路最大合环冲击电流及进行合环配电网的合环后节点电压偏移平均值；建立数学模型模
块，用于建立10kv配电网合环电流调控的数学模型；求解数学模型模块，用于利用模拟退火粒子群算法解得10kv配电网合环电流调控的数学模型，获取所述目标函数最优的pareto非支配解；选择最佳调控方法模块，用于根据获取的pareto非支配解选择最佳的调控方法。
[0016]
本发明还提供了一种计算机可读存储介质，其包括运行于处理器上的程序；该程序被配置或编程为用于执行本发明方法的步骤。
[0017]
与现有技术相比，本发明所具有的有益效果为：本发明不但将配电网安全合环操作考虑在内，而且考虑了合环操作对配电网可靠性的影响，利用本发明的方法进行配电网合环电流调控能明显降低最大合环冲击电流，保证了合环操作的安全进行，提高了配电网供电可靠性，展示了分布式电源对合环电流调控的有益之处，利用多种手段实现了配电网合环电流的有效调控和分布式电源的充分利用。
附图说明
[0018]
图1示出了本发明具体应用算例的方法流程图；
[0019]
图2示出了本发明具体应用算例的利用模拟退火粒子群算法求解数学模型流程图；
[0020]
图3示出了本发明具体应用算例的10kv配电网合环算例示意图；
[0021]
图4示出了本发明具体应用算例的pareto非支配解；
[0022]
图5示出了本发明具体应用算例的系统示意图。
具体实施方式
[0023]
本发明实施例针对10kv配电网合环电流调控存在的问题，建立合环电流调控数学模型，并利用模拟退火粒子群算法对数学模型进行求解，获取所述目标函数最优的pareto非支配解，根据获取的pareto非支配解综合考虑多方面因素，选择最佳的调控方法进行合环电流调控，该方法能够明显降低最大合环冲击电流，并且对大量接入配电网的分布式电源进行合理利用，提高配电网供电可靠性。
[0024]
根据图1，图1示出了本发明具体应用算例的方法流程图，实施步骤如下：
[0025]
建立10kv配电网合环电流调控的目标函数，所述目标函数包括进行合环配电网的合环支路最大合环冲击电流、进行合环配电网的合环后节点电压偏移平均值；
[0026]
建立10kv配电网合环电流调控的数学模型；
[0027]
利用模拟退火粒子群算法解得10kv配电网合环电流调控的数学模型，获取所述目标函数最优的pareto非支配解；
[0028]
根据获取的pareto非支配解综合考虑多方面因素，选择最佳的调控方法进行合环电流调控。
[0029]
本发明通过全面考虑进行合环10kv配电网的合环支路最大合环冲击电流及进行合环10kv配电网的合环后节点电压偏移，从两个方面建立目标函数，利用模拟退火粒子群算法对数学模型进行求解，获取所述目标函数最优的pareto非支配解，根据获取的pareto非支配解综合考虑多方面因素，选择最佳的调控方法进行合环电流调控。运用本发明的方法能够有效避免目前合环调控模型考虑因素不够全面、目标函数单调的问题，本发明能够明显降低最大合环冲击电流，减少电力客户停电时间，提高配电网供电可靠性。
[0030]
本发明建立10kv配电网合环电流调控的数学模型包括：
[0031]
建立10kv配电网合环电流调控的目标函数，所述目标函数包括进行合环配电网的合环支路最大合环冲击电流、进行合环配电网的合环后节点电压偏移平均值，其中目标函数一进行合环配电网的合环支路最大合环冲击电流为：
[0032][0033]
式中，v
oc
表示合环点电压差的有效值，z
l
表示合环网络等值阻抗，k表示控制变量变压器分接头档位，q表示控制变量分布式电源有功无功出力，f1表示合环支路最大合环冲击电流。
[0034]
目标函数二进行合环配电网的合环后节点电压偏移平均值为：
[0035][0036]
式中，n表示节点数，ui表示合环操作后节点i的电压值，ur表示节点的额定电压值，f2表示节点电压偏移平均值。
[0037]
明确10kv配电网合环电流调控手段，所述合环电流调控手段包括调整合环支路两侧变压器分接头档位、调整分布式电源有功出力。
[0038]
建立10kv配电网合环电流调控的约束条件，为减少电力客户停电时间以及提高配电网供电可靠性建立约束条件，该约束条件包括等式约束条件和不等式约束条件，等式约束包括10kv配电网功率平衡约束，不等式约束包括进行合环配电网的非合环支路最大载流量约束、节点电压约束、节点无功约束、变压器负载率约束以及分布式电源并网总容量约束。在控制变量的约束范围内产生各自粒子的初始位置，每个粒子中的维度为：变压器t1、t2的分接头档位k1、k2，分布式电源dg1、dg2的有功出力p
dg1
、p
dg2
，每个粒子的适应度值。完成粒子的初始位置设置后可产生粒子的初始速度。
[0039]
约束条件包括等式约束条件和不等式约束条件，等式约束包括10kv配电网有功功率和无功功率平衡约束，表达式如下：
[0040][0041]
式中，p
gi
和q
gi
分别表示节点i处发电机发出的有功功率与无功功率，p
li
和q
li
分别表示节点i处的有功负荷和无功负荷，p
dgi
和q
dgi
分别表示在节点i处并网的dg的有功出力和无功出力，ui和uj别表示节点i和节点j的电压幅值，δ
ij
表示节点i和节点j的电压相角差。
[0042]
不等式约束包括进行合环配电网的非合环支路最大载流量约束、节点电压约束、节点无功约束、变压器负载率约束以及分布式电源并网总容量约束，表达式如下：
[0043]il
≤i
l,max
[0044]
式中，i
l
表示支路电流，i
l,max
表示支路最大载流量。
[0045]ui,min
≤ui≤u
i,max
，i∈n
[0046]
式中，u
i,min
和u
i,max
分别表示节点i处电压上下限，一般不超过额定值的7％。
[0047]qi,min
≤qi≤q
i,max
，i∈g
[0048]
式中，q
i,min
和q
i,max
分别表示节点i处无功功率上下限，g表示10kv配电网结构的集合。
[0049][0050]
式中，u
t
和i
t
分别表示变压器t的电压和电流，s
n，t
表示变压器t的额定容量，β表示变压器t的最大负载率。
[0051][0052]
式中，α表示分布式电源有功占系统总负荷的比值，一般取10％，m表示接入的分布式电源数。
[0053]
根据图2，图2示出了本发明具体应用算例的利用模拟退火粒子群算法求解数学模型流程图，实施步骤如下：
[0054]
s1、初始化，包括在约束条件范围内随机产生粒子群的初始位置及速度、粒子种群大小、设定最大迭代次数、模拟退火算法的初始温度t，退火速度参数等。
[0055]
s2、根据粒子初始位置即初始各变压器分接头档位值以及分布式电源出力有功无功值调用潮流程序计算潮流电压，并计算当前粒子的适应值。
[0056]
s3、对计算出的pbest、gbest值，更新粒子速度、位置并满足不等式约束条件。
[0057]
s4、调用潮流程序计算适应值并修正pbest值。
[0058]
s5、采用模拟退火算法对求出的各粒子pbest进行抽样，产生新解并计算目标函数差值，按照metropolis准则接收或舍弃优选解。
[0059]
s6、根据抽样结果获得当前全局最优解gbest，检查是否达到最大迭代次数，如果没有达到最大迭代次数则转s3，否则转s7。
[0060]
s7、输出pareto非支配解，程序结束。
[0061]
pareto非支配解的定义为:对于多目标优化问题的一个可行解，如果不存在其他的可行解，在其余目标不变坏的前提下，使一个目标有所提升。这样的可行解就是pareto非支配解。
[0062]
粒子群(pso)优化算法是由kennedy博士和eberhart博士提出的一种基于鸟类群体智能搜索的随机演化计算方法，对求解大规模优化问题具有很快的收敛速度和全局寻优能力。
[0063]
以变压器分接头档位和分布式电源有功出力为基本粒子，其具体形式为
[0064][0065]
式中，p表示粒子群，x
ht
为矩阵中第h行第t列元素，表示第h个粒子在第t个变压器处的调节档位，x
hm
为矩阵中第h行第m列元素，表示第h个粒子在第m个分布式电源的有功出力，w
h(m 1)
表示第h个粒子的适应度大小,m》t。
[0066]
在每一次迭代中，各个粒子根据下列公式更新自己的位置及速度:
[0067][0068]
式中，c1、c2为学习因子，取值为2，w为加权系数，rand为(0,1)之间的随机数，pbest为局部最优解，gbest为全局最优解。
[0069]
尽管粒子群算法收敛速度比较快，但收敛精度较低，易陷入局部最优。而模拟退火算法(sa)是一种随机性组合优化方法。在初始温度足够高、温度下降足够慢的条件下，具有渐近收敛性，并能以概率1收敛到全局最优值，由于它以某种概率接受较差点，从而具有跳出局部最优解的能力。因此结合模拟退火算法的优点对粒子群算法进行改进，对每个个体的pbest执行sa的抽样,先对pbest添加适当扰动得新的pbest值，按照下式表示的metropolis准则去优选pbest值，用其结果作为下一代群体中各个体的历史最优解，并以其中最好的解作为pso算法的gbest。
[0070][0071]
图3示出了本发明具体应用算例的10kv配电网合环算例示意图，图中，母联开关qf1作为合环开关，其两侧是两条10kv线路，线路每千米电阻为0.27ω，电抗为0.335ω，变压器t1的变比为(110
±8×
1.25％)/10.5，变压器t2的变比为(110
±5×
1.25％)/10.5，两变压器型号均为sfl1-20000/100，变压器其他参数如表1所示。在节点3、6处装设分布式电源分别设为dg1和dg2，以参加合环电流调控，分布式电源单机有功出力设置为100kw，功率因数取0.9，每个节点最多装设5台。在本具体应用算例中，设置的种群粒子数目为20，最大迭代次数为100次，退火常数为0.5。合环操作前两变压器分接头档位均为0，分布式电源有功出力为0。
[0072]
表1变压器参数
[0073][0074]
为表示处本发明方法对于合环电流调控的有益效果，分两种情况进行表示。情况一为仅调节变压器分级头档位进行合环电流调控，情况二为同时调节变压器分接头档位和分布式电源有功出力进行合环电流调控。
[0075]
表2配电网各支路电流
[0076][0077]
表2展示了未进行合环电流调控前后的各支路电流、合环稳态电流以及最大合环冲击电流。
[0078]
表3节点电压情况
[0079][0080]
表3展示了未进行合环前各节点的电压及电压偏移平均值情况。
[0081]
表4合环电流调控方案(情况一)
[0082][0083]
上表为情况一下的合环电流调控目标函数值，由上表可知，通过改变变压器分接头档位进行合环调控可减少合环冲击电流大小。在高压侧提高变压器变比、在低压侧降低变压器变比均能降低合环点两侧电压差，合环环流也随之减少，但节点电压偏移将较合环
调控前有所增加。
[0084]
由表4可知，相比于未调控前，调控方案1～5的合环冲击电流均出现了不同程度地降低，方案5的合环支路电流达到最优，但节点电压偏移较大，因此无论哪种调控方案都不能使合环冲击电流与节点电压偏移同时达到最优，调度员可以根据实际情况选取调控方案。
[0085]
表5合环电流调控方案(情况二)
[0086][0087][0088]
表5为情况二下的合环电流调控目标函数值，由上表调控结果可以看出，将分布式电源也作为调控手段相比于单一的调整变压器分接头可大幅降低合环冲击电流的大小，表明分布式电源对合环电流调控有效，但相应的会抬高节点电压，使得节点电压偏移增大，因此在进行调控时应综合考虑各方面因素，选择最佳的调控方案进行合环调控。
[0089]
图4示出了本发明具体应用算例情况一的pareto非支配解，由图可知模拟退火粒子群算法可取得较好的pareto非支配解集，改进算法具有优越性。
[0090]
图5示出了本发明具体应用算例的系统示意图，用来执行10kv配电网合环电流调控方法的步骤，其特征在于，包括：
[0091]
建立目标函数模块，用于建立10kv配电网合环电流调控的目标函数，所述目标函数包括进行合环配电网的合环支路最大合环冲击电流及进行合环配电网的合环后节点电压偏移平均值；
[0092]
建立数学模型模块，用于建立10kv配电网合环电流调控的数学模型；
[0093]
求解数学模型模块，用于利用模拟退火粒子群算法解得10kv配电网合环电流调控的数学模型，获取所述目标函数最优的pareto非支配解；
[0094]
选择最佳调控方法模块，用于根据获取的pareto非支配解选择最佳的调控方法。
[0095]
本发明还包括一种计算机可读存储介质，其包括运行于处理器上的程序；该程序被配置或编程为用于执行本发明方法的步骤。
[0096]
上面根据具体实施算例对本发明内容作了详细解释，同时本发明可用于其他具体实施算例中，在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，可在不违背本发明宗旨的前提下做适当修改改进利用。