CN103236694B - 一种适用于主动配电网最优潮流求解的方法 - Google Patents

Abstract

一种适用于主动配电网最优潮流求解的方法：S1提出基于主动配电网的最优潮流模流模型：S2-1将主动配电网最优潮流调度周期划分为若干个前后联系的断面；S2-2：第n个时间断面的状态转移方程如下式所示：x(n+1)=T_n(x(n),u(n)) （3）；第n个时间断面基础上的最优潮流u(n)=opf(x(n))；（4）；S2-3：断面的目标函数如下式：（5）；由各个断面的最优决策组合构成整个调度周期的最优潮流调度策略。本发明在满足各种网络运行约束及确保可再生能源最大利用的基础上，实现在一个完整调度周期内的运行成本最低。

Description

一种适用于主动配电网最优潮流求解的方法

技术领域

本发明涉及一种适用于主动配电网最优潮流求解的方法。

背景技术

主动配电网是指分布式电源高度渗透并能对接入的分布式能源进行主动调度控制、实现网络优化运行及可再生能源最大化利用的配电网。主动配电网的最优潮流是实现对网络优化运行并确保可再生能源最大化利用的核心部分。

目前，对于主动配电网的最优潮流的研究主要集中于在一个时间断面以网络线损最小为目标求解各分布式发电单元的最优出力。这种方法不足之处首先是没有考虑到主动配电网引入储能系统后带来的各个时间断面上的耦合相关性，其次是没有将联络开关的调节一并优化。

发明内容

本发明所要解决的技术问题，就是提供一种适用于主动配电网最优潮流求解的方法，使其在满足各种网络运行约束及确保可再生能源最大利用的基础上，实现在一个完整调度周期内的运行成本最低。

解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：

一种适用于主动配电网最优潮流求解的方法，其特征是：包括以下步骤：

S1提出基于主动配电网的最优潮流模型

最优潮流模型控制变量：包括除采用MPPT最大功率跟踪控制的间隙性能源外的所有接入主动配电网中的分布式发电单元、所有接入主动配电网的分散储能系统以及配电网的联络开关；

最优潮流模型目标：是整个完整调度周期内的综合运行成本，由调度周期内的每个时间断面的运行成本组成，包括：电网电能成本、储能充放电成本、其他类型分布式发电成本以及联络开关位置变化的调节成本，其目标函数可以如下式表示：

$\min F=\underset{t=0}{\overset{T}{\mathrm{\Σ}}}(\underset{f=1}{\overset{l}{\mathrm{\Σ}}}{C}_f\left(t\right)\×P_f\left(t\right)+\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{C}_i\left(t\right)\×P_{\mathrm{DG}-i}\left(t\right)+\underset{j=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{C}_j\left(t\right)\×P_{\mathrm{ESS}-j}\left(t\right)+\underset{k=1}{\overset{o}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\α}}_k\left(t\right)\×C_B)---\left(1\right)$

上式中C_f(t)、P_f(t)分别是t时刻断面的馈线电能电价成本和第f条馈线出口的有功功率，l是主动配电网供电区域的馈线数；C_i(t)、P_DG-i(t)分别是t时刻的第i个分布式发电单元的发电成本和发电功率，n是分布式发电单元的个数；C_j(t)、P_ESS-j(t)分别是t时刻的第j个储能单元的发电成本和发电功率，m是分布式储能单元的个数；α_k(t)是t时刻的第k个分段开关是否调整，C_B表示开关动作的成本，T是调度周期大小；

主动配电网最优潮流约束：包括完整调度周期内每个时间断面下的功率平衡约束、各节点电压约束、各支路潮流约束、网络开环运行拓扑约束以及各分布式发电单元的功率约束条件外，还包括整个调度周期内各分散储能系统的能量约束，必须满足下式：

$\left|\underset{t=0}{\overset{T}{\mathrm{\Σ}}}{y}_i\left(t\right)\right|\≤E---\left(2\right)$

其中y_i(t)表示第i个储能系统t时刻发出的功率，E表示该储能系统的容量，即对于任一时间断面而言，其前面时刻所发出或存储的能量不能超过储能系统容量本身；

式（1）和式（2）构成主动配电网的最优潮流模型；

S2基于动态规划法求解最优潮流模型，包括以下子步骤：

S2-1将主动配电网最优潮流调度周期划分为若干个前后联系的断面，即从调度周期开始为第一阶段，调度周期结束为最后阶段；

S2-2：第n个时间断面的状态转移方程如下式所示：

x(n+1)=T_n(x(n),u(n))  （3）

上式中：

x(n)和x(n+1)分别表示的是第n个和第n+1个时间断面的各个分散储能系统的电荷状态SOC，u(n)表示在第n个时间断面上做出的决策，根据动态规划最优化理论，u(n)是在当前第n个时间断面的网络状态基础上做出的最优决策，即在第n个时间断面基础上的最优潮流

u(n)=opf(x(n))  （4）；

S2-3：对于每一个时间断面上的状态转移方程，即最优决策的求解采用全局搜索能力强，搜索效率高的粒子群算法求解，即求解第n个时间断面的最优潮流，以当前时间断面各个储能系统的SOC状态为前提，将所有控制变量映射为单个粒子向量，将该时间断面的运行成本作为其目标函数，利用粒子群算法(PSO)求解，该断面的目标函数可如下式所示：

$(\underset{f=1}{\overset{l}{\mathrm{\Σ}}}{C}_f\left(t\right)\×P_f\left(t\right)+\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{C}_i\left(t\right)\×P_{\mathrm{DG}-i}\left(t\right)+\underset{j=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{C}_j\left(t\right)\×P_{\mathrm{ESS}-j}\left(t\right)+\underset{k=1}{\overset{o}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\α}}_k\left(t\right)\×C_B)---\left(5\right);$

上式中各个符号的含义如前所述，最终由各个断面的最优决策组合构成整个调度周期的最优潮流调度策略。

总的来说，本发明提出的基于主动配电网的最优潮流模型及计算方法可以在满足可再生能源利用最大化及网络安全运行的基础上，通过对分散储能系统及其他分布式发电单元和联络开关的优化控制，实现主动配电网的经济运行。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、本发明考虑了储能系统引入主动配电网后带来的运行控制在时间上的耦合关联性。

2、本发明引入的目标是整个调度周期总的经济运行成本最低，而不是某一时间断面上的经济性最优。

3、本发明在实现最优潮流的同时确保可再生能源的最大化利用，符合主动配电网对于绿色能源利用的宗旨。

4、本发明的最优潮流模型将分布式发电单元的出力、储能系统的充放电策略以及联络开关位置的调整统筹考虑。

附图说明

图1是本发明的原理示意图；

图2是本发明的基于主动配电网的最优潮流模型示意图。

具体实施方式

参考图1，本发明的适用于主动配电网最优潮流求解的方法，包括以下步骤：

S1提出基于主动配电网的最优潮流模型

最优潮流模型控制变量：包括除采用MPPT最大功率跟踪控制的间隙性能源外的所有接入主动配电网中的分布式发电单元、所有接入主动配电网的分散储能系统以及配电网的联络开关；

最优潮流模型目标：是整个完整调度周期内的综合运行成本，由调度周期内的每个时间断面的运行成本组成，包括：电网电能成本、储能充放电成本、其他类型分布式发电成本以及联络开关位置变化的调节成本，其目标函数可以如下式表示：

$\min F=\underset{t=0}{\overset{T}{\mathrm{\Σ}}}(\underset{f=1}{\overset{l}{\mathrm{\Σ}}}{C}_f\left(t\right)\×P_f\left(t\right)+\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{C}_i\left(t\right)\×P_{\mathrm{DG}-i}\left(t\right)+\underset{j=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{C}_j\left(t\right)\×P_{\mathrm{ESS}-j}\left(t\right)+\underset{k=1}{\overset{o}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\α}}_k\left(t\right)\×C_B)---\left(1\right)$

上式中C_f(t)、P_f(t)分别是t时刻断面的馈线电能电价成本和第f条馈线出口的有功功率，l是主动配电网供电区域的馈线数；C_i(t)、P_DG-i(t)分别是t时刻的第i个分布式发电单元的发电成本和发电功率，n是分布式发电单元的个数；C_j(t)、P_ESS-j(t)分别是t时刻的第j个储能单元的发电成本和发电功率，m是分布式储能单元的个数；α_k(t)是t时刻的第k个分段开关是否调整，C_B表示开关动作的成本，T是调度周期大小；

主动配电网最优潮流约束：包括完整调度周期内每个时间断面下的功率平衡约束、各节点电压约束、各支路潮流约束、网络开环运行拓扑约束以及各分布式发电单元的功率约束条件外，还包括整个调度周期内各分散储能系统的能量约束，必须满足下式：

$\left|\underset{t=0}{\overset{T}{\mathrm{\Σ}}}{y}_i\left(t\right)\right|\≤E---\left(2\right)$

其中y_i(t)表示第i个储能系统t时刻发出的功率，E表示该储能系统的容量，即对于任一时间断面而言，其前面时刻所发出或存储的能量不能超过储能系统容量本身；

式（1）和式（2）构成主动配电网的最优潮流模型。

S2基于动态规划法求解最优潮流模型，包括以下子步骤：

S2-1将主动配电网最优潮流调度周期划分为若干个前后联系的断面，即从调度周期开始为第一阶段，调度周期结束为最后阶段；

S2-2：虽然储能系统的充放电特性及其自身容量的约束引起了时间上的相关性，但储能系统自身的电荷状态(SOC)是严格满足动态规划中的最优化理论及无后效性原则的，因此对于任意断面而言，其最优决策是在上一个阶段决策引起的状态转移基础上实现的，即对于第n个时间断面的状态转移方程如下式所示：

x(n+1)=T_n(x(n),u(n))  （3）

上式中：

x(n)和x(n+1)分别表示的是第n个和第n+1个时间断面的各个分散储能系统的电荷状态SOC，u(n)表示在第n个时间断面上做出的决策，根据动态规划最优化理论，u(n)是在当前第n个时间断面的网络状态基础上做出的最优决策，即在第n个时间断面基础上的最优潮流

u(n)=opf(x(n))  （4）；

S2-3：对于每一个时间断面上的状态转移方程，即最优决策的求解采用全局搜索能力强，搜索效率高的粒子群算法求解，即求解第n个时间断面的最优潮流，以当前时间断面各个储能系统的SOC状态为前提，将所有控制变量映射为单个粒子向量，将该时间断面的运行成本作为其目标函数，利用粒子群算法(PSO)求解，该断面的目标函数可如下式所示：

$(\underset{f=1}{\overset{l}{\mathrm{\Σ}}}{C}_f\left(t\right)\×P_f\left(t\right)+\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{C}_i\left(t\right)\×P_{\mathrm{DG}-i}\left(t\right)+\underset{j=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{C}_j\left(t\right)\×P_{\mathrm{ESS}-j}\left(t\right)+\underset{k=1}{\overset{o}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\α}}_k\left(t\right)\×C_B)---\left(5\right);$

上式中各个符号的含义如前所述，最终由各个断面的最优决策组合构成整个调度周期的最优潮流调度策略。

Claims (1)

1.一种适用于主动配电网最优潮流求解的方法，其特征是：包括以下步骤：

S1提出基于主动配电网的最优潮流模型

最优潮流模型控制变量：包括除采用MPPT最大功率跟踪控制的间隙性能源外的所有接入主动配电网中的分布式发电单元、所有接入主动配电网的分散储能系统以及配电网的联络开关；

最优潮流模型目标：是整个完整调度周期内的综合运行成本，由调度周期内的每个时间断面的运行成本组成，包括：电网电能成本、储能充放电成本以及联络开关位置变化的调节成本，其目标函数可以如下式表示：

$\min F=\underset{t=0}{\overset{T}{\mathrm{\Σ}}}(\underset{f=1}{\overset{1}{\mathrm{\Σ}}}{C}_f\left(t\right)\×P_f\left(t\right)+\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{C}_i\left(t\right)\×P_{\mathrm{DG}-i}\left(t\right)+\underset{j=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{C}_j\left(t\right)\×P_{\mathrm{ESS}-j}\left(t\right)+\underset{k=1}{\overset{o}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\α}}_k\left(t\right)\×C_B)---\left(1\right)$

上式中C_f(t)、P_f(t)分别是t时刻断面的馈线电能电价成本和第f条馈线出口的有功功率，l是主动配电网供电区域的馈线数；C_i(t)、P_DG-i(t)分别是t时刻的第i个分布式发电单元的发电成本和发电功率，n是分布式发电单元的个数；C_j(t)、P_ESS-j(t)分别是t时刻的第j个储能单元的发电成本和发电功率，m是分布式储能单元的个数；α_k(t)是t时刻的第k个分段开关是否调整，C_B表示开关动作的成本，T是调度周期大小；

主动配电网最优潮流约束：包括完整调度周期内每个时间断面下的功率平衡约束、各节点电压约束、各支路潮流约束、网络开环运行拓扑约束以及各分布式发电单元的功率约束条件外，还包括整个调度周期内各分散储能系统的能量约束，必须满足下式：

$\left|\underset{t=0}{\overset{T}{\mathrm{\Σ}}}{y}_i\left(t\right)\right|\≤E---\left(2\right)$

其中y_i(t)表示第i个储能系统t时刻发出的功率，E表示该储能系统的容量，即对于任一时间断面而言，其前面时刻所发出或存储的能量不能超过储能系统容量本身；

式(1)和式(2)构成主动配电网的最优潮流模型；

S2基于动态规划法求解最优潮流模型，包括以下子步骤：

S2-1将主动配电网最优潮流调度周期划分为若干个前后联系的断面，即从调度周期开始为第一阶段，调度周期结束为最后阶段；

S2-2：第n个时间断面的状态转移方程如下式所示：

x(n+1)＝T_n(x(n),u(n))  (3)

上式中：x(n)和x(n+1)分别表示的是第n个和第n+1个时间断面的各个分散储能系统的电荷状态SOC，u(n)表示在第n个时间断面上做出的决策，根据动态规划最优化理论，u(n)是在当前第n个时间断面的网络状态基础上做出的最优决策，即在第n个时间断面基础上的最优潮流；

S2-3：对于每一个时间断面上的状态转移方程，即最优决策的求解采用全局搜索能力强，搜索效率高的粒子群算法求解，即求解第n个时间断面的最优潮流，以当前时间断面各个储能系统的SOC状态为前提，将所有控制变量映射为单个粒子向量，将该时间断面的运行成本作为其目标函数，利用粒子群算法(PSO)求解，该断面的目标函数可如下式所示：

$(\underset{f=1}{\overset{1}{\mathrm{\Σ}}}{C}_f\left(t\right)\×P_f\left(t\right)+\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{C}_i\left(t\right)\×P_{\mathrm{DG}-i}\left(t\right)+\underset{j=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{C}_j\left(t\right)\×P_{\mathrm{ESS}-j}\left(t\right)+\underset{k=1}{\overset{o}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\α}}_k\left(t\right)\×C_B)---\left(5\right);$

上式中各个符号的含义如前所述，最终由各个断面的最优决策组合构成整个调度周期的最优潮流调度策略。