基于仿射术的含分布式电源配网线损计算方法、装置及设备

1.本发明属于电力系统线损分析计算领域，尤其涉及一种基于仿射术的含分布式电源配电网线损计算方法、装置及设备。


背景技术：

2.节约资源、绿色发展是我国社会发展的一项长远方针，新能源发电占比的不断提高是大势所趋。而随着经济的快速发展、电气化的普及，人们的用电负荷日益增加，配电网的规模逐步扩大，结构更加复杂，电能损耗也在逐年增加，如何有效的降损节能对实现配电网经济运行有着深远意义。目前，我国的配网线损率平均在6％左右，高于发达国家的配网线损率，降损节能空间较大。配电网线损作为企业考核的一项重要经济指标，直接影响着电力企业的经济效益，它也能反映出电力企业运营水平的高低。线损计算是电力系统分析中的重要内容之一。线损管理一直以来都是电网企业加强经营管理，实现降本增效的核心业务。
3.然而，在分布式电源渗透率不断提高，检测设备未完全覆盖的配网中，无论是基于传统计算方法或者人工智能方法的线损计算方法，都无法精确计算理论线损。即使检测设备完全覆盖，受限于采集密度，线损计算仍然可能存在较大的误差。


技术实现要素：

4.针对当前配网分布式电源大量接入，采集密度低的情况，本发明提出了一种基于仿射算术的线损区间计算方法。利用仿射算法，将采集密度低等问题对线损测量的影响降至最低，提升线损计算的可靠性和实用性。
5.一方面，本发明提出一种基于仿射术的含分布式电源配电网线损计算方法，包括：
6.采集配网系统数据；
7.根据采集的配网系统数据建立目标函数，得到配网系统在一个时段内线损的区间值，目标函数中各个节点的电压实部虚部用仿射形式进行表达求解；目标函数的约束条件包括潮流约束、节点功率限制约束；节点功率限制约束包括负荷节点功率约束、pv节点电压约束和pv节点无功约束；负荷节点功率约束包括区间约束、电量约束和输电网末端电压约束；；
8.采用二分法分割所述区间约束，根据区间约束分割的结果，采用近似方法将所述电量约束的含积分的等式用求和等式代替；
9.基于所述约束条件与所述目标函数，得到求解线损波动区间的线性规划，并对所述线性规划进行求解，得到线损结果。
[0010][0011]
进一步，所述目标函数的仿射形式为：
[0012][0013]
潮流约束f(p,e,f)＝0包括：
[0014][0015][0016][0017]
潮流约束即pq、pv、平衡节点的平衡方程；
[0018]
节点功率限制约束g(p,e,f)≤0包括：
[0019]
负荷节点功率约束
[0020][0021]
pv节点电压约束
[0022][0023]
pv节点无功约束
[0024][0025]
其中，e为节点电压实部，f为节点电压虚部，g为支路导纳实部，b为支路导纳虚部，v为节点电压幅值，p为负荷所需功率或发电机发出功率；vap为有功功率为波动值的节点集合，vaq为无功功率为波动值的节点集合；x0为中心值，xi为实数系数，代表噪声幅值的大小，为噪声元，εi代表互相独立的不确定来源，其值为区间数[-1,1]；x
p
和xq代表有功功率为波动值的节点与无功功率为波动值的节点；用表示x的仿射形式；x表示任何满足这一形式的下标的量；风电场的功率因数恒为1，为0；r
ij
表示连接i节点与j节点的支路的电阻，x
ij
表示连接i节点与j节点的支路电抗。
[0026]
进一步，所述负荷节点功率约束包括:
[0027][0028]
其中，第一条约束为区间约束，第二条约束为电量约束，其为含积分的等式，第三条约束为输电网末端电压约束；un为输电网末端电压，p
li
为负荷节点i的有功功率，t为时间变量，和为负荷节点的电度表在时刻q和q-1的度数，为输电网末端电压表的平均电压，平均电压，为负荷功率的最大值、最小值。
[0029]
进一步，采用二分法分割所述区间约束，将区间值p
li
二分为p
li1
、p
li2
，对应的时间区间分别为t
i1
、t
i2
；假设有m个负荷节点，则一共有2m个时间区间，划分出2m个子区间，采用近似方法将所述电量约束用电量约束等式代替；
[0030]
其中，电量约束等式为：
[0031][0032]
其中，t
i1
∩为t
i1
和其他2m-2个时间区间不同组合的交集，t
i2
∩为t
i2
和其他2m-2个时间区间不同组合的交集；为的平均值，为的平均值，为的平均值。
[0033]
进一步，所述线性规划为：
[0034][0035]
s.t.
[0036][0037]
进一步，和求解方法为：
[0038]
将p视作变量，则f(e,f,pk)的全微分为
[0039][0040]
则有
[0041]
[0042]
式中，pk为第k个节点的有功功率，τk为第k个元素为1，其余为0的n维列向量；式中，为de/dpk第i个元素，为df/dpk第i个元素。
[0043]
进一步，所述负荷节点功率上下限按下式求取：
[0044][0045]
其中，为电压，为电流。
[0046]
另一方面，本发明提出一种基于仿射术的含分布式电源配电网线损计算装置，其特征在于，所述装置包括：
[0047]
数据采集模块，用于采集配网系统用户侧编号、输电网末端某时刻的电压、分布式电源节点代表日该时刻的有功、无功电度数、电压、电流；负荷节点代表日整点时刻的有功、无功电度数、电压和电流数据；
[0048]
目标函数建立模块，用于建立目标函数得到配网系统在一个时段内线损的区间值，目标函数中各个节点的电压实部虚部用仿射形式进行表达求解；目标函数的约束条件包括潮流约束、节点功率限制约束；节点功率限制约束包括负荷节点功率约束、pv节点电压约束和pv节点无功约束；负荷节点功率约束包括区间约束、电量约束和输电网末端电压约束；
[0049]
区间分割模块，用于采用二分法分割所述区间约束，在区间约束分割的基础上，采用近似方法将电量约束的含积分的等式用求和等式代替；
[0050]
线损区间求解模块，在所述区间分割的基础上，基于所述约束条件与所述目标函数，得到求解线损波动区间的线性规划，并对所述线性规划进行求解，得到线损结果。
[0051]
又一方面，本发明提出一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现上述一种基于仿射术的含分布式电源配电网线损计算方法。
[0052]
又一方面，本发明提出一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该计算机程序被处理器执行时实现上述的一种基于仿射术的含分布式电源配电网线损计算方法。
[0053]
本发明的技术效果：本发明针对当前配网分布式电源大量接入，采集密度低的情况，提出一种基于仿射算术的线损区间计算方法，可以将采集密度低等问题对线损测量的影响降至最低，并取得包含真实线损的线损区间，为准确线损计算提供参考和对照，提升线损计算的可靠性和实用性。
附图说明
[0054]
图1为本发明实施例提供的一种基于区间优化算法的配网区间线损计算方法的流程图；
[0055]
图2是本发明实施例中的4节点配网系统；
[0056]
图3是本发明中利用二分法进行约束条件分割的示意图。
具体实施方式
[0057]
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0058]
图1示出了本技术的一种基于仿射术的含分布式电源配电网区间线损计算法的流程图，如图所示，该方法具体包括以下步骤：
[0059]
步骤a：采集配网系统数据。
[0060]
其中，采集的数据包括集配网系统用户侧编号、输电网末端某时刻的电压、分布式电源节点代表日该时刻的有功、无功电度数、电压、电流；负荷节点代表日整点时刻的有功、无功电度数、电压和电流数据。具体数据采集的具体方法为本领域的常规方法，此处不再赘述。
[0061]
假设某配网系统的用户侧节点编号为1～n，在量测系统中采集配网首端时刻q的电压分布式电源节点代表日整点q时刻的有功、无功电度数电压电流负荷节点代表日整点时刻的有功、无功电度数电压电流
[0062]
以图2所示出的4节点系统为例，节点1为输电网末端，节点2为配电网首端，节点3为负荷，节点4为接入分布式电源。其中，un输电网末端电压，可通过电压表读出时刻q的电压p
l
为负荷节点的有功功率，每天整点(一小时一次，共24次)读取数据；pg为分布式电源的有功输出，每天整点(一小时一次，共24次)读取数据。为简要说明原理，设无功负荷和分布式电源的无功输出都为0。注意，un，p
l
，pg均为时间t的函数。
[0063]
步骤b：根据采集的配网系统数据建立目标函数，得到配网系统在一个时段内线损的区间值，目标函数的约束条件包括潮流约束、节点功率限制约束。
[0064]
配电网某一时段的线损一般用来表示，其中f(un,p
l
,pg为某一指定时刻断面的线损功率，当un，p
l
，pg确定时，这一指定时刻断面的整个配网的网损能够通过潮流计算得到精确解。但是依据步骤a中的相关数据，以及该公式为积分表达，无法求解，即无法得到配网系统在一个时段内(例如q-1时刻至q时刻)的线损值。所以本发明通过优化方法得到一个线损的区间值，实际线损就在这个区间内，目标函数如下所示；
[0065][0066]
潮流约束f(p,e,f)＝0，即pq、pv、sb节点的平衡方程。pq节点指节点的有功功率p和无功功率q给定的节点；pv节点指节点的有功功率p和电压幅值给定的节点；sb节点，即平衡节点，指节点的电压幅值和相角给定的节点。
[0067]
[0068][0069][0070]
其中，e为节点电压实部，f为节点电压虚部，g为支路导纳实部，b为支路导纳虚部，v为节点电压幅值，p为负荷所需功率或发电机发出功率。
[0071]
节点功率限制约束g(p,e,f)≤0，表达式如下：
[0072]
1)负荷节点功率约束
[0073][0074]
2)pv节点电压约束
[0075][0076]
3)pv节点无功约束
[0077][0078]
对上面的目标函数f(p,e,f)，即所有线路上的线损总和换一种表达式，
[0079][0080]
其中，r
ij
表示连接i节点与j节点的支路的电阻，x
ij
表示连接i节点与j节点的支路电抗，e和f为各个节点的电压实部和虚部。
[0081]
本发明的发明点之一是将目标函数中各个节点的电压实部虚部用仿射形式进行表达求解。
[0082]
设有功功率为波动值的节点集合为vap，无功功率为波动值的节点集合为vaq，各个节点的电压实部e和虚部f的仿射形式(用表示x的仿射形式)为
[0083][0084][0085]
式中，x0为中心值；xi为实数系数，代表噪声幅值的大小，为噪声元，εi代表互相独立的不确定来源，其值为区间数[-1,1]；x
p
和xq代表有功功率为波动值的节点与无功功率为波动值的节点。x表示任何满足这一形式的下标的量。
[0086]
控制风电场的功率因数恒为1的时候，为0。为方便起见本发明控制风电场的功率因数恒为1，则电压实部e和虚部f的仿射形式为：
[0087]
[0088][0089]
求解方法如下：
[0090]
将p视作变量，则f(e,f,pk)的全微分如下所示：
[0091][0092]
式中，pk为第k个节点的有功功率，τk为第k个元素为1，其余为0的n维列向量。
[0093]
因此有
[0094][0095]
式中，为de/dpk第i个元素，为df/dpk第i个元素。
[0096]
对于注入电流的有功它们的仿射形式为
[0097][0098][0099]
式中g
ij
和b
ij
分别为第i行第j列的电导与电纳。
[0100]
设
[0101][0102]
其中
[0103][0104]
设功率的表达式为pi＝eii
rei
fii
imi
，则pi的仿射形式如下所示
[0105][0106]
其中
[0107][0108][0109]
综合以上电压电流各自实部虚部的仿射表达式，可以求得：
[0110][0111]
其中
[0112][0113]
将e,f的仿射形式代入线损计算表达式中，可得：
[0114][0115]
由于p存在波动范围，因此需要根据p的范围压缩ε
p
的可行域，因此线损的波动区间可以用以下两个非线性规划求解。
[0116][0117]
但是此规划仍为一个非线性规划，无法直接利用现有工具进行求解，其主要问题是负荷节点功率p
l
无法进行实时测量得到每个点的数据，只能知晓其最大值和最小值，负荷节点功率约束无法得到，所以需要对负荷节点功率约束进行处理，使得上面公式(25)的非规划形成为线性规划，并可以在matlab中采用yalmip工具箱调用线性规划求解器求解。所以本发明的另一个主要发明点在于用二分法对负荷节点功率约束进行区间划分求解。
[0118]
以图2所示的4节点系统为例，负荷节点功率约束条件和分布式电源的有功输出约束条件为：
[0119]
其中约束条件为：
[0120][0121]
为了便于对二分法进行充分的说明，此示例中对于pg也进行二分法分割。但在实际中，分布式电源侧采集数据的设备往往是高密度采集，可以采集到实时的有功输出，所以主要考虑对负荷节点功率采用二分法处理。
[0122]
un,p
l
,pg的值是未知的，但是依据步骤a的测量数据，满足上面公式(26)的约束条件。其中，t为时间变量，和为负荷节点3的电度表分别在时刻q和q-1的度数，和为节点4的分布式电源的电度表在在时刻q,q-1的度数，为输电网末端电压表的平均电压。为负荷功率的最大值、最小值，为分布式电源有功出力的最大值、最小值。
[0123]
公式(26)中，第一和第二条约束为区间约束，第三和第四条约束为电量约束，第5条约束是输电网末端电压约束。
[0124]
公式(26)中的功率范围上下限按下述方法求取：
[0125]
(1)分布式电源节点有功输出功率上下限
[0126]
在接入配网的分布式电源处，存在电压表、电流表和电度表记录，每天整点(24点)读取数据，包括：电压电流分布式电源有功出力的最大值和最小值可按下式求取：
[0127][0128]
式中，分别为分布式电源额定有功出力最大值和最小值。
[0129]
(2)负荷节点功率上下限
[0130]
在接入配网的配电变压器或低压用户侧处，存在电压表、电流表和电度表记录，每天整点(24点)读取数据，包括：电压电流有功负荷的最大值和最小值可按下式求取：
[0131][0132]
由于输电网末端电压变化幅度较小，可令因此可以忽略公式(26)的约束条件中的第五条约束。
[0133]
从上面的公式(26)可以看出，负荷节点功率与时间乘积的积分等于电量，采用二分法分割公式(26)的约束条件中的区间约束(第一、二条约束)，采用近似方法将公式(26)的约束条件中的电量约束(第三、四条约束)用等式代替，包括：
[0134]
首先，将区间数p
l
和pg分别进行二分，即p
l1
、p
l2
和p
g1
、p
g2
，设对应功率范围内的时间分别为t
11
、t
12
和t
21
、t
22
。其中，p
l
表示区间数[p
lmin
,p
lmax
],pg表示区间数[p
gmin
,p
gmax
]。
[0135]
如图3所示，t
11
对应和的交叉时间，t
12
对应和的交叉时间，t
21
对应和的交叉时间，t
22
对应和的交叉时间。为的平均值，为的平均值。
[0136]
之后，依据上面的区间划分，用求和等式近似代替公式(26)的约束条件中的电量约束(第三、四条约束)
[0137][0138]
其中，为的平均值，为的平均值，为的平均值，为的平均值。
[0139]
所以，4节点配网系统的线损的波动区间可以用下述线性规划求解
[0140][0141]
式中，表示x,y为区间数时，某一时刻断面的线损功率的下限和上限。实际上等价于，节点功率在一定范围内波动时，该时间断面上，配网线损功率的波动区间计算。上述线性规划可以采用通用求解器如lingo等进行求解。
[0142]
多负荷节点的情况下，将区间值p
li
二分为p
li1
、p
li2
，对应的时间区间分别为t
i1
、t
i2
；假设有m个负荷节点，则一共有2m个时间区间，共有2m种组合方式，即划分出2m个子区间，电量约束的公式可改写为下式：
[0143][0144]
其中，t
i1
∩为t
i1
和其他2m-2个时间区间不同组合的交集，t
i2
∩为t
i2
和其他2m-2个时间区间不同组合的交集。为的平均值，为的平均值，为的平均值。
[0145]
本发明的一个实施例中，提出一种基于仿射术的含分布式电源配电网线损计算方法的装置，用于实现上述的计算方法，包括：
[0146]
数据采集模块，用于采集配网系统用户侧编号、输电网末端某时刻的电压、分布式电源节点代表日该时刻的有功、无功电度数、电压、电流；负荷节点代表日整点时刻的有功、无功电度数、电压和电流数据；
[0147]
目标函数建立模块，用于建立目标函数得到配网系统在一个时段内线损的区间值，目标函数中各个节点的电压实部虚部用仿射形式进行表达求解；目标函数的约束条件包括潮流约束、节点功率限制约束；节点功率限制约束包括负荷节点功率约束、pv节点电压约束和pv节点无功约束；负荷节点功率约束包括区间约束、电量约束和输电网末端电压约束；
[0148]
区间分割模块，用于采用二分法分割所述区间约束，在区间约束分割的基础上，采用近似方法将电量约束的含积分的等式用求和等式代替；
[0149]
线损区间求解模块，在所述区间分割的基础上，基于所述约束条件与所述目标函数，得到求解线损波动区间的线性规划，并对所述线性规划进行求解，得到线损结果。
[0150]
本发明实施例还提出一种电子设备，该电子设备包含以下部分：处理器(processor)、通信接口(communications interface)、存储器(memory)和通信总线，其中，处理器，通信接口，存储器通过通信总线完成相互间的通信。处理器可以调用存储器中的逻辑指令，以执行本发明上面实施例中的一种基于仿射术的含分布式电源配电网线损计算方法。
[0151]
此外，上述的存储器中的逻辑指令可以通过软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(rom，read-only memory)、随机存取存储器(ram，random access memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
[0152]
本发明实施例还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现以执行上述实施例中的一种基于仿射术的含分布式电源配电网线损计算方法。
[0153]
此实施例仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。