一种考虑综合调节成本的台区配电网自治调控方法与流程

1.本发明涉及配电网优化调控领域，具体是一种考虑综合调节成本的台区配电网自治调控方法。


背景技术：

2.电力需求的持续增长、传统能源的短缺以及电力市场的开放正驱动配电网朝着高效、灵活、智能和可持续方式发展。为适应技术发展，配电网规模化接入分布式电源大大提高了配电网的低碳性和智能性。传统配电网是一种“电网(网)-负荷(荷)”的二元结构，即电网供电和用户用电之间的单向的电力分配网络。伴随着电网特性的日趋复杂，配电网形态将发生转变，传统配电网的二元结构正逐渐过渡到“源-网-荷-储”的四元结构。“源-网-荷-储”四元结构的新形态将对配电网造成广泛的影响，其不利影响主要表现为电压质量降低，影响网络的供电可靠性，且目前配电网仍然存在可再生能源消纳能力不足、一次网架薄弱、自动化水平不高、调度方式落后以及用电互动化水平较低等问题，严重制约了源荷储的灵活接入和协同调控以及与配电网的友好互动，不利于能源结构的优化调整。
3.由于低压配电网区域存在拓扑不明、通讯延迟等问题，这类不可全观测区域易对低压配电网实时调控结果造成影响，降低实施调控准确性。低压台区配电网的自治调控如何处理低压配电网拓扑数据不全问题成为调控效果好坏的关键。


技术实现要素：

4.为解决上述背景技术中提到低压台区拓扑数据不全和缺失的问题，本发明旨在于提供一种考虑综合调节成本的台区配电网自治调控方法，综合考虑配电网内网损、电压质量、电压调控费用、光伏有功出力减少量等多个目标，并通过低压台区配电网网损和电压对功率的灵敏度模型来解决拓扑数据不全和缺失的问题，从而实现低压台区配电网考虑综合调节成本的有效自治调控。
5.本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
6.一种考虑综合调节成本的台区配电网自治调控方法，包括以下步骤：
7.s1、建立低压台区配电网网损和电压分别对功率的灵敏度模型，即网损灵敏度计算模型和电压灵敏度计算模型，利用网损灵敏度计算模型和电压灵敏度计算模型分别计算网损和电压质量；
8.s2、根据光伏的出力特性，建立光伏的功率调节模型，得到光伏参与电压调节的光伏功率出力限制和电压调控费用；
9.s3、综合考虑低压台区配电网内网损、电压质量、电压调控费用，计及光伏功率出力限制，建立考虑配电网综合调节成本的台区配电网自治调控模型，基于台区配电网自治调控模型，采用粒子群算法求解寻优得到光伏的功率调节值，下发实际设备开展控制，从而实现台区配电网自治调控目标。
10.进一步的，步骤s1中电压灵敏度计算模型和网损灵敏度计算模型如下：
11.电压灵敏度计算模型为：
12.若节点电压采用极坐标形式表示，电力系统稳态运行的潮流方程为
[0013][0014]
式中，pi和qi分别表示流入节点i的有功和无功功率，ui和uj表示节点i和节点j的电压幅值，θ
ij
＝θ
i-θj表示节点i和节点j间的相角差，g
ij
和b
ij
表示节点i和节点j间的电导和电纳；
[0015]
采用牛顿-拉夫逊法求解潮流方程，假设网络具有n个节点，令n＝n-1，以平衡节点为参考节点，2n个极坐标形式的牛顿法潮流修正方程如下式：
[0016][0017]
式中，为雅可比矩阵，δθ和δv为节点电压的相角与幅值修正量；
[0018][0019]
式中，v为n维节点电压幅值对角阵，即v＝diag(v1,v2,...,vn)，g和b分别为节点导纳阵的实部和虚部，矩阵bcosθ的元素为b中对应元素b
ij
与cosθ
ij
的乘积，其他项类似，另外，上述p和q均为n阶对角矩阵，其对角元素分别为pi/v
i2
和qi/v
i2
；
[0020]
考虑台区配电网的线路电阻远大于电抗，则有功功率的变化主要取决于电压变化，无功功率的变化主要取决于相角变化，则h＝0，l＝0，同时电纳忽略不计，正常情况下，θ
ij
非常小，故可令cosθ
ij
＝1，sinθ
ij
＝0，假设vi≈1，则式(3)可简化为：
[0021][0022]
则电压有功灵敏度如式(5)所示；
[0023]
δv＝(g p)-1
δp＝k
up
δp
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(5)
[0024]
式中，k
up
即为电压和有功的灵敏度关系矩阵；
[0025]
台区电压质量fu用所有关键节点电压的方差衡量为：
[0026][0027]
式中，u
ref
为电压参考值；
[0028]
网损灵敏度计算模型为：
[0029]
假设某线路起始节点是i，结束节点是j，忽略线路电抗，线路电阻为r
ij
，则该线路的网损p
loss
·
ij
为：
[0030][0031]
式中，p
ij
和q
ij
是节点注入功率未变化时的支路传输的有功功率和无功功率，δp
mj
和δq
mj
是节点j下游节点注入的有功功率和无功功率变化量总和；
[0032]
所有线路网损总和为：
[0033][0034]
进一步的，步骤s2中光伏的功率调节模型建立如下：
[0035]
单个光伏受逆变器调节的范围表示为：
[0036]
p
pv
＝[0,p
pv,mpp
]
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(9)
[0037]
式中，p
pv
为光伏有功出力值，p
pv,mpp
为光伏有功最大出力值；
[0038]
光伏最大无功出力限制为：
[0039][0040]
式中，s为光伏容量，φ
max
为最大允许功率因数角；
[0041]
因此在光伏无功调节时，其调节范围受光伏有功出力制约，光伏有功出力变化时，光伏无功调节范围往往会跟随其变化，而反之，光伏无功变化时，并不影响有功出力，光伏无功出力调节范围表示为：
[0042]qpv
＝[-q
pv,max
,q
pv,max
]
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(11)
[0043]
根据式(9)和式(11)可得光伏功率出力限制为：
[0044]-p
pv
(t)≤δp
pv
≤p
pv,mpp-p
pv
(t)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(12)
[0045]-q
pv,max-q
pv
(t)≤δq
pv
≤q
pv,max-q
pv
(t)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(13)
[0046]
式中，p
pv
(t)和q
pv
(t)为t时刻pv实际有功出力和无功出力；
[0047]
由于调节导致的有功功率的减少量是光伏有功调节成本的主要组成部分，根据光伏上网价格，乘以有功功率减少量，即为第三方利益损失，以第三方利益损失为衡量光伏调节有功功率的成本的指标，光伏电压调控费用f
cost
计算公式如下：
[0048]fcost
＝f
pv
·
δpi·
pv
·
δt
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(14)
[0049]
式中，f
pv
为光伏上网价格，δpi·
pv
为光伏有功调节量，δt为时间间隔；
[0050]
光伏无功调节一般不计无功功率的调节成本，在后续的电压实时控制策略中，同样不考虑光伏无功调节成本。
[0051]
进一步的，步骤s3中考虑配电网综合调节成本的台区配电网自治调控模型的目标函数为：
[0052]
minf＝λ1f
loss
λ2fu λ3f
cost
λ4f
pvloss
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(15)
[0053]
式中，f为综合调节成本目标，f
pvloss
为pv有功出力减少量，λ1、λ2、λ3、λ4为权重系数，满足λ1 λ2 λ3 λ4＝1，通过设置调整权重系数调节各个单目标在综合调节成本中的比重，在设置权重系数时，优先保证电压调控效果和pv有功最大出力；
[0054]
为了最大限度利用光伏，定义光伏有功减少量f
pvloss
是为了抑制电压越限而控制pv有功出力的减少量，保证pv有功最大出力，式(15)中光伏有功减少量f
pvloss
为：
[0055]fpvloss
＝σδp
pv
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(16)
[0056]
式(15)的约束条件包括式(12)和式(13)所示的光伏功率出力限制以及电压质量约束，电压质量约束具体为：
[0057]
|(u
i-u
ref
)/u
ref
|≤5％
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(17)
[0058]
式(17)为保证电压越限得到控制要求关键节点电压在配电网电压允许范围内。
[0059]
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
[0060]
基于建立的低压台区配电网网损和电压分别对功率的灵敏度模型以及光伏功率调节模型，提出了考虑低压台区配电网内网损、电压质量、电压调控费用、光伏有功出力减少量等多个目标的低压台区配电网自治调控模型，采用粒子群算法寻优求解得到光伏设备的功率调节值开展控制，从而实现台区配电网自治调控；本发明方法避免了低压台区配电网自治调控对拓扑数据的依赖，可根据用户聚焦目标灵活调整优化权重，实现了低压台区配电网优化调控的整体成本与电压控制目标的兼顾，适合分布式电源及可控负荷大规模接入低压台区配电网情况，具有较大的经济意义。
附图说明
[0061]
图1是本发明考虑综合调节成本的台区配电网自治调控方法的流程图；
[0062]
图2是本发明实施例中低压配电台区拓扑结构；
[0063]
图3是本发明实施例中调压前关键节点电压；
[0064]
图4是本发明实施例中调压后关键节点电压。
具体实施方式
[0065]
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的一部分实施例，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做出创造性劳动的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。
[0066]
请参阅图1，本发明实施例提供一种考虑综合调节成本的台区配电网自治调控方法，包括以下步骤：
[0067]
s1、针对台区配电网，建立低压台区配电网网损和电压分别对功率的灵敏度模型，即网损灵敏度计算模型和电压灵敏度计算模型，利用网损灵敏度计算模型和电压灵敏度计算模型分别计算网损和电压质量；
[0068]
电压灵敏度计算模型为：
[0069]
若节点电压采用极坐标形式表示，电力系统稳态运行的潮流方程为
[0070][0071]
式中，pi和qi分别表示流入节点i的有功和无功功率，ui和uj表示节点i和节点j的电压幅值，θ
ij
＝θ
i-θj表示节点i和节点j间的相角差，g
ij
和b
ij
表示节点i和节点j间的电导和电纳。
[0072]
采用牛顿-拉夫逊法求解潮流方程。假设网络具有n个节点，令n＝n-1，以平衡节点为参考节点，2n个极坐标形式的牛顿法潮流修正方程如下式
[0073][0074]
式中，为雅可比矩阵，δθ和δv为节点电压的相角与幅值修正量。
[0075][0076]
式中，v为n维节点电压幅值对角阵，即v＝diag(v1,v2,...,vn)。g和b分别为节点导纳阵的实部和虚部，矩阵bcosθ的元素为b中对应元素b
ij
与cosθ
ij
的乘积，其他项类似。另外，上述p和q均为n阶对角矩阵，其对角元素分别为pi/v
i2
和qi/v
i2
。
[0077]
考虑台区配电网的线路电阻远大于电抗，则有功功率的变化主要取决于电压变化，无功功率的变化主要取决于相角变化，则h＝0，l＝0，同时电纳忽略不计，正常情况下，θ
ij
非常小，故可令cosθ
ij
＝1，sinθ
ij
＝0，假设vi≈1，则式(3)可简化为：
[0078][0079]
则电压有功灵敏度如式(5)所示。
[0080]
δv＝(g p)-1
δp＝k
up
δp
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(5)
[0081]
式中，k
up
即为电压和有功的灵敏度关系矩阵。
[0082]
台区电压质量fu用所有关键节点电压的方差衡量为：
[0083][0084]
式中，u
ref
为电压参考值。
[0085]
网损灵敏度计算模型为：
[0086]
假设某线路起始节点是i，结束节点是j，忽略线路电抗，线路电阻为r
ij
，则该线路的网损p
loss
·
ij
为：
[0087][0088]
式中，p
ij
和q
ij
是节点注入功率未变化时的支路传输的有功功率和无功功率，δp
mj
和δq
mj
是节点j下游节点注入的有功功率和无功功率变化量总和。
[0089]
所有线路网损总和为：
[0090][0091]
s2、根据光伏的出力特性，建立光伏的功率调节模型，得到光伏参与电压调节的光
伏功率出力限制和电压调控费用；
[0092]
光照不足时，有功出力降低，因此对光伏有功的可调节范围为0至其最大功率值，尤其在实时调控阶段，只能减少其出力值。
[0093]
单个光伏受逆变器调节的范围表示为：
[0094]
p
pv
＝[0,p
pv,mpp
]
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(9)
[0095]
式中，p
pv
为光伏有功出力值，p
pv,mpp
为光伏有功最大出力值；
[0096]
光伏最大无功出力限制为：
[0097][0098]
式中，s为光伏容量，φ
max
为最大允许功率因数角；
[0099]
因此在光伏无功调节时，其调节范围受光伏有功出力制约，光伏有功出力变化时，光伏无功调节范围往往会跟随其变化，而反之，光伏无功变化时，并不影响有功出力，光伏无功出力调节范围表示为：
[0100]qpv
＝[-q
pv,max
,q
pv,max
]
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(11)
[0101]
根据式(9)和式(11)可得光伏功率出力限制为：
[0102]-p
pv
(t)≤δp
pv
≤p
pv,mpp-p
pv
(t)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(12)
[0103]-q
pv,max-q
pv
(t)≤δq
pv
≤q
pv,max-q
pv
(t)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(13)
[0104]
式中，p
pv
(t)和q
pv
(t)为t时刻pv实际有功出力和无功出力。
[0105]
由于调节导致的有功功率的减少量是光伏有功调节成本的主要组成部分，根据光伏上网价格，乘以有功功率减少量，即为第三方利益损失，以第三方利益损失为衡量光伏调节有功功率的成本的指标，光伏电压调控费用f
cost
计算公式如下：
[0106]fcost
＝f
pv
·
δpi·
pv
·
δt
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(14)
[0107]
式中，f
pv
为光伏上网价格，δpi·
pv
为光伏有功调节量，δt为时间间隔；
[0108]
光伏无功调节一般不计无功功率的调节成本，在后续的电压实时控制策略中，同样不考虑光伏无功调节成本。
[0109]
s3、综合考虑低压台区配电网内网损、电压质量、电压调控费用，计及光伏功率出力限制，建立考虑配电网综合调节成本的台区配电网自治调控模型，基于台区配电网自治调控模型，采用粒子群算法求解寻优得到光伏的功率调节值，下发实际设备开展控制，从而实现台区配电网自治调控目标。
[0110]
具体的，考虑配电网综合调节成本的台区配电网自治调控模型的的目标函数为：
[0111]
minf＝λ1f
loss
λ2fu λ3f
cost
λ4f
pvloss
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(15)
[0112]
式中，f为综合调节成本目标，f
pvloss
为pv有功出力减少量，λ1、λ2、λ3、λ4为权重系数，满足λ1 λ2 λ3 λ4＝1，通过设置调整权重系数调节各个单目标在综合调节成本中的比重，在设置权重系数时，优先保证电压调控效果和pv有功最大出力；
[0113]
为了最大限度利用光伏，定义光伏有功减少量f
pvloss
是为了抑制电压越限而控制pv有功出力的减少量，保证pv有功最大出力，式(15)中光伏有功减少量f
pvloss
为：
[0114]fpvloss
＝∑δp
pv
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(16)
[0115]
式(15)的约束条件包括式(12)和式(13)所示的光伏功率出力限制以及电压质量约束，电压质量约束具体为：
[0116]
|(u
i-u
ref
)/u
ref
|≤5％
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(17)
[0117]
式(17)为保证电压越限得到控制要求关键节点电压在配电网电压允许范围内。
[0118]
根据式(15)～式(17)，采用粒子群算法求解寻优得到光伏设备的功率调节值，下发实际设备开展控制，从而实现台区配电网自治调控目标。
[0119]
采用某电网实际15节点低压配电台区作为算例系统，pv接入点为6、7、9、14、15。验证本发明所提优化方法的有效性。图2展示了该系统的拓扑结构。
[0120]
调压前关键节点电压如图3所示，在11:15、14:15时，节点6和节点7电压都出现了不同程度的电压越限情况。
[0121]
电压越限时，采用电压灵敏度拟合的方式，对光伏逆变器进行控制，并依据电压-功率灵敏度优先选择灵敏度高的节点，在保证调压效果的同时最大限度减少了调压费用。从仿真结果图4看出，根据电压灵敏度拟合的方法对台区电压进行优化控制，可有效抑制配电台区电压越限的情况，实现台区电压自治。
[0122]
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何属于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。