一种考虑电力弹簧的配电网降压节能优化方法

1.本发明涉及配电网节能技术领域，具体涉及一种考虑电力弹簧的配电网降压节能优化方法。


背景技术：

2.随着电力负荷的需求逐渐增加，世界能源短缺问题也越来越严重。同时，天然气和煤炭价格的上涨，大幅增加了电厂发电成本，导致电力供应的短缺，电价大幅上涨。此时，节能是缓解这一矛盾的重要手段。主动配电网降压节能是配电网根据负载静态电压特性降低负载电压，同时将负载电压保持在允许范围内，从而降低能耗的一种方法，很多发达国家通过主动配电网降压节能实现了不同程度的节能。
3.现有的主动配电网降压节能是通过离散控制装置实现的，例如，通过对有载分接开关和电容器组的控制来降低馈线电压。但现有可再生能源的主动配电网，存在大量间歇性分布式发电，例如，光伏发电和风力发电。然而，离散控制装置的响应速度慢，调节时间有限，很难有效应对可再生能源的波动，导致配电网降压节能的效果不好。申请人在研究中发现，在配电网中加入电力弹簧能够在一定程度上解决上述问题，电力弹簧与非关键负载串联，构成的智能负载具有较强的负荷响应能力，能够将分布式能源波动转移到非关键负载，克服普通无功补偿装置存在的缺点。因此，如何设计一种考虑电力弹簧的配电网降压节能优化方法是亟需解决的技术问题。


技术实现要素：

4.针对上述现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是：如何提供一种考虑电力弹簧的配电网降压节能优化方法，以能够提高配电网降压节能的调节响应效率且能够实现需求侧的负载跟随发电量变化，从而能够保证配电网降压节能的效果。
5.为了解决上述技术问题，本发明采用了如下的技术方案：
6.一种考虑电力弹簧的配电网降压节能优化方法，包括以下步骤：
7.s1：建立配电网的节点导纳矩阵和电力弹簧稳态模型；
8.s2：基于配电网的节点导纳矩阵和电力弹簧稳态模型构建对应的第一阶段优化模型和第二阶段优化模型；
9.s3：第一阶段优化模型通过滚动期内负荷需求和分布式发电输出的预测数据，生成对应离散控制设备的调度策略；
10.s4：第二阶段优化模型根据滚动期内负荷需求和分布式发电输出的预测数据以及离散控制设备的调度策略，优化和更新电力弹簧的设定值，生成电力弹簧的输出无功功率。
11.优选的，步骤s1中，具体包括如下步骤：
12.s101：获取配电网的参数和电力弹簧的位置；
13.s102：构建电力弹簧的等效电路；
14.s103：根据配电网的参数和电力弹簧的位置以及电力弹簧的等效电路，建立对应
的节点导纳矩阵和电力弹簧稳态模型。
15.优选的，步骤s3中，具体包括如下步骤：
16.s301：在时间间隔[t0，t0 t
h-δt]，预测滚动期内负荷需求和分布式发电输出；
[0017]
s302：生成ns预测错误场景；
[0018]
s303：第一阶段优化模型通过滚动期内负荷需求和分布式发电输出的预测数据生成对应离散控制设备的调度策略。
[0019]
优选的，步骤s4中，具体包括如下步骤：
[0020]
s401：在时间间隔[t0，t0 δt]，确定对应离散控制设备的调度策略，并令t＝t0；
[0021]
s402：在时间间隔[t，t δτ]，预测滚动期内负荷需求和分布式发电输出；
[0022]
s403：第二阶段优化模型通过滚动期内负荷需求和分布式发电输出的预测数据以及离散控制设备的调度策略，优化和更新电力弹簧的设定值，生成电力弹簧的输出无功功率。
[0023]
优选的，步骤s404中，在生成电力弹簧的输出无功功率后，令t＝t δτ：若t＞t0 δt，则令t0＝t0 δt，并执行步骤s301；否则，返回步骤s402。
[0024]
优选的，步骤s2中，第一阶段优化模型表示为：
[0025][0026]
x∈l(x)；
[0027]yt
∈ω(x，y
t
)；
[0028][0029][0030]
式中：ω和l分别表示y
t
和x约束集；g(
·
)表示y
t
的函数方程；α
t
表示有载调压的抽头位置；表示总线上运行的电容器组数量；v
it
表示时间t母线的电压；和分别表示在时间t母线的有功功率和无功功率；表示在时间t电力弹簧的无功功率；表示在时间t电容器组的无功功率；和f
it
分别表示母线电压的实部和虚部；表示变电站电压单位值。
[0031]
优选的，步骤s2中，第一阶段优化模型：
[0032]
目标函数为：
[0033]
式中：表示第一阶段优化模型中时间t的变电站有功功率；
[0034]
约束条件为：
[0035]
负荷模型为：
[0036]
式中：和分别表示在时间t母线的有功功率和无功功率；和表示额定电压下的有功功率和无功功率；表示电压；a
p，σ
、b
p，σ
和c
p，σ
表示有功功率的模型系数；a
q，σ
、b
q，σ
和c
q，σ
表示无功功率的模型系数；
[0037]
电力弹簧模型为：
[0038]
式中：和表示电力弹簧的最小无功功率和最大无功功率；
[0039]
有载调压和电容器模型为：
[0040][0041]
α
t
∈{-5，-4，
…
，-1，0，1，
…
，4，5}；
[0042][0043][0044][0045][0046][0047]
式中：表示变电站电压单位值；α
t
表示有载调压的抽头位置；v
tap
表示两个相邻位置之间的电压差；oltc
max
和分别表示时间范围[t0，t0 t
h-δt]和周期t内的最大抽头位置变化时间；表示总线上运行的电容器组数量；表示电容器组的最大数量；q
cb
表示电容器组的无功功率；cb
max
表示时间范围内允许的最大开关更改时间；
[0048]
网络安全约束为：
[0049][0050][0051]
式中：v
imin
和v
imax
表示最小和最大母线电压；和表示最小和最大非关键负荷电压；和f
it
分别表示母线电压的实部和虚部；和分别表示非关键负荷电压的实部和虚部。
[0052]
优选的，步骤s2中，第二阶段优化模型的电力弹簧运行模式表示为：
[0053][0054]yt
∈ω(x，y
t
)。
[0055]
优选的，通过序列界紧缩算法对第一阶段优化模型和第二阶段优化模型进行线性化处理。
[0056]
优选的，离散控制设备的调度策略包括有载调压的抽头位置和电容器输出。
[0057]
本发明的配电网降压节能优化方法与现有技术相比，具有如下有益效果：
[0058]
本发明通过在配电网中加入电力弹簧，改变了现有电力系统发电量跟随负载变化的运行方式，能够实现需求侧负载跟随发电量变化，进而能够有效解决新能源发电引发的问题。
[0059]
本发明采用两阶段优化的策略对电力弹簧进行等效处理，使得能够基于滚动期内负荷需求和分布式发电输出的预测数据以及离散控制设备的调度策略优化和更新电力弹簧的设定值，生成电力弹簧的输出无功功率，进而能够提高配电网降压节能的调节响应效率且能够实现需求侧负载跟随发电量变化，从而能够保证配电网降压节能的效果。
附图说明
[0060]
为了使发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步的详细描述，其中：
[0061]
图1为考虑电力弹簧的配电网降压节能优化方法的逻辑框图；
[0062]
图2为考虑电力弹簧的配电网降压节能优化方法的流程图。
具体实施方式
[0063]
下面通过具体实施方式进一步详细的说明：
[0064]
实施例：
[0065]
本实施例中公开了一种考虑电力弹簧的配电网降压节能优化方法。
[0066]
如图1所示，考虑电力弹簧的配电网降压节能优化方法，包括以下步骤：
[0067]
s1：建立配电网的节点导纳矩阵和电力弹簧稳态模型；本实施例中，可通过现有手段建立节点导纳矩阵和电力弹簧稳态模型，这里不再赘述。
[0068]
s2：基于配电网的节点导纳矩阵和电力弹簧稳态模型构建对应的第一阶段优化模型和第二阶段优化模型；
[0069]
s3：第一阶段优化模型通过滚动期内负荷需求和分布式发电输出的预测数据，生成对应离散控制设备的调度策略；本实施例中，离散控制设备的调度策略包括有载调压的抽头位置和电容器输出。
[0070]
s4：第二阶段优化模型根据滚动期内负荷需求和分布式发电输出的预测数据以及离散控制设备的调度策略，优化和更新电力弹簧的设定值，生成电力弹簧的输出无功功率。
[0071]
本发明通过在配电网中加入电力弹簧，改变了现有电力系统发电量跟随负载变化的运行方式，能够实现需求侧负载跟随发电量变化，进而能够有效解决新能源发电引发的问题。同时，本发明采用两阶段优化的策略对电力弹簧进行等效处理，使得能够基于滚动期内负荷需求和分布式发电输出的预测数据以及离散控制设备的调度策略优化和更新电力弹簧的设定值，生成电力弹簧的输出无功功率，进而能够提高配电网降压节能的调节响应效率且能够实现需求侧负载跟随发电量变化，从而能够保证配电网降压节能的效果。
[0072]
具体实施过程中，如图2所示：
[0073]
步骤s1中，具体包括如下步骤：
[0074]
s101：获取配电网的参数和电力弹簧的位置；
[0075]
s102：构建电力弹簧的等效电路；
[0076]
s103：根据配电网的参数和电力弹簧的位置以及电力弹簧的等效电路，建立对应的节点导纳矩阵和电力弹簧稳态模型。
[0077]
步骤s3中，具体包括如下步骤：
[0078]
s301：在时间间隔[t0，t0 t
h-δt]，预测滚动期内负荷需求和分布式发电输出；
[0079]
s302：生成ns预测错误场景；本实施例中，可通过现有成熟手段生成ns预测错误场景，具体过程这里不再赘述。
[0080]
s303：第一阶段优化模型通过滚动期内负荷需求和分布式发电输出的预测数据生成对应离散控制设备的调度策略。
[0081]
步骤s4中，具体包括如下步骤：
[0082]
s401：在时间间隔[t0，t0 δt]，确定对应离散控制设备的调度策略，并令t＝t0；
[0083]
s402：在时间间隔[t，t δτ]，预测滚动期内负荷需求和分布式发电输出；
[0084]
s403：第二阶段优化模型通过滚动期内负荷需求和分布式发电输出的预测数据以及离散控制设备的调度策略，优化和更新电力弹簧的设定值，生成电力弹簧的输出无功功率。
[0085]
在生成电力弹簧的输出无功功率后，令t＝t δτ：若t＞t0 δt，则令t0＝t0 δt，并执行步骤s301；否则，返回步骤s402。
[0086]
本发明通过上述步骤能够不断重复执行两个阶段的优化策略，能够有效的对电力弹簧进行等效处理，使得能够更好的基于滚动期内负荷需求和分布式发电输出的预测数据以及离散控制设备的调度策略优化和更新电力弹簧的设定值，生成电力弹簧的输出无功功率，进而能够进一步提高配电网降压节能的调节响应效率，且能够更好的实现需求侧负载跟随发电量变化。
[0087]
具体实施过程中，第一阶段优化模型表示为：
[0088][0089]
x∈l(x)；
[0090]yt
∈ω(x，y
t
)；
[0091][0092][0093]
式中：ω和l分别表示y
t
和x约束集；g(
·
)表示y
t
的函数方程；α
t
表示有载调压的抽头位置；表示总线上运行的电容器组数量；v
it
表示时间t母线的电压；和分别表示在时间t母线的有功功率和无功功率；表示在时间t电力弹簧的无功功率；表示在时间t电容器组的无功功率；和f
it
分别表示母线电压的实部和虚部；表示变电站电压单位值。
[0094]
具体实施过程中，步骤s2中，第一阶段优化模型：
[0095]
目标函数为：
[0096]
式中：表示第一阶段优化模型中时间t的变电站有功功率；
[0097]
约束条件为：
[0098]
其中，约束条件分别为变电站电压、有载调压分接位置、时间间隔为一个介于-5和5之间的整数变量、时间段t和时间范围内有载调压抽头位置变化的最大时间、电容器组的无功功率、时间段t和时间范围内的最大电容器组开关变化时间；
[0099]
负荷模型为：
[0100]
式中：和分别表示在时间t母线的有功功率和无功功率；和表示额定电压下的有功功率和无功功率；表示电压；a
p，σ
、b
p，σ
和c
p，σ
表示有功功率的模型系数；a
q，σ
、b
q，σ
和c
q，σ
表示无功功率的模型系数；
[0101]
电力弹簧模型为：
[0102]
式中：和表示电力弹簧的最小无功功率和最大无功功率；
[0103]
有载调压和电容器模型为：
[0104][0105]
α
t
∈{-5，-4，
…
，-1，0，1，
…
，4，5}；
[0106][0107][0108][0109][0110][0111]
式中：表示变电站电压单位值；α
t
表示有载调压的抽头位置；v
tap
表示两个相邻位置之间的电压差；oltc
max
和分别表示时间范围[t0，t0 t
h-δt]和周期t内的最大抽头位置变化时间；表示总线上运行的电容器组数量；表示电容器组的最大数量；q
cb
表示电容器组的无功功率；cb
max
表示时间范围内允许的最大开关更改时间；
[0112]
网络安全约束为：
[0113][0114][0115]
式中：v
imin
和v
imax
表示最小和最大母线电压；和表示最小和最大非关键负荷电压；和f
it
分别表示母线电压的实部和虚部；和分别表示非关键负荷电压的实部和虚部。
[0116]
具体实施过程中，第二阶段优化模型的电力弹簧运行模式表示为：
[0117][0118]yt
∈ω(x，y
t
)。
[0119]
具体实施过程中，通过序列界紧缩算法对第一阶段优化模型和第二阶段优化模型进行线性化处理。第一阶段优化模型和第二阶段优化模型是非凸的混合整数非线性规划问题，因此很难获得它们的最优解，并且计算量很大。
[0120]
本发明通过序列界紧缩算法对优化模型进行线性化处理，能够将第一阶段优化模型和第二阶段优化模型原本的非线性方程转化为混合整数线性规划和线性规划问题，从而能够减少优化问题的计算量并提高模型的收敛性。
[0121]
最后需要说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制技术方案，本领域的普通技术人员应当理解，那些对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。