CN103701142B - 考虑离散控制变量的主动配电网实时无功-电压控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种考虑离散控制变量的主动配电网实时无功-电压控制方法，属于电力系统运行和控制技术领域。本发明提出了能够处理三相主动配电网的支路形式的潮流方程，考虑了分布式电源、连续无功补偿装置和离散无功补偿的运行特性，建立了含离散控制变量的主动配电网实时无功-电压控制的目标函数，然后采用二阶锥松弛技术等价变形上述问题，可以提高实时无功-电压控制问题的求解效率。最后采用二阶锥规划方法求得连续和离散无功补偿装置的实时无功功率控制值，实现考虑离散控制变量的主动配电网实时无功-电压控制。本发明方法采用符合主动配电网运行特性的支路潮流模型，然后采用二阶锥松弛技术处理潮流方程，计算效率高，控制效果好。

Description

考虑离散控制变量的主动配电网实时无功-电压控制方法
技术领域
本发明涉及一种考虑离散控制变量的主动配电网实时无功-电压控制方法，属于电力系统运行和控制技术领域。
背景技术
近年来，配电网中分布式发电（DistributedGeneration，DG）、储能装置和无功补偿装置的渗透率逐渐提高，传统配电网逐步变为可调可控的主动配电网。在电网日常管理中，以降低主动配电网有功功率损耗为目标的实时无功-电压控制问题是提高配网自动化水平的重要组成部分。
然而，众多可控源的引入，给配电网运行带来了许多前所未有的挑战。在主动配电网实时无功-电压控制问题中，除连续可调的分布式电源无功功率、静止无功补偿装置无功功率等连续变量，还要优化控制分组电容器、电抗器等离散变量的无功功率。关于含离散变量的实时无功-电压控制这一非凸规划问题，离散变量的盲目规整可能严重破坏原问题的约束，且影响解的最优性。截至目前，尚缺乏一种理论上能严格兼顾解的最优性和计算高效性的求解方法。对
此外，电动汽车、电弧炉以及非全相并网的分布式电源等不对称设备日益增多，这使得配电网固有的三相负荷不平衡、线路参数不对称、有功无功不解耦等特性日趋显著，如果依旧采用单相模型计算，会引入很大误差。
发明内容
本发明的目的是提出一种考虑离散控制变量的主动配电网实时无功-电压控制方法，首先建立了反应辐射状配电网运行特性的三相支路潮流方程，建立了主动配电网实时无功-电压控制的目标函数，通过二阶锥规划方法，实现含离散控制变量主动配电网实时无功-电压控制。
本发明提出的考虑离散控制变量的主动配电网实时无功-电压控制方法，包括以下步骤：
（1）建立主动配电网实时无功功率的控制目标函数：
其中，分别为主动配电网中分布式电源、连续无功补偿装置和离散无功补偿装置的实时无功功率控制值，为主动配电网中支路ij的三相电流幅值；
（2）建立主动配电网的三相支路形式潮流方程，其中，
主动配电网中任一节点j的三相支路形式潮流方程为：
主动配电网中的任一支路ij的三相支路形式潮流方程为：
其中，分别为主动配电网中ij支路首端的三相有功功率和三相无功功率，i：i→j表示主动配电网中指向节点j的节点集i，分别为主动配电网中ij支路的三相支路电阻和三相支路电抗矩阵，分别为主动配电网中节点j的三相有功功率和三相无功功率净注入量：
其中，和分别为主动配电网中节点j上所连接的分布式电源的三相有功功率和三相无功功率，和分别为主动配电网中节点j上所连接的负荷的三相有功功率和三相无功功率，为主动配电网中节点j上所连接的无功补偿装置的三相无功功率；
（3）利用二阶锥松弛方法，将上述步骤（2）的潮流方程转换为如下形式：
其中，和的表达式分别为：
为的标准二阶锥松弛形式；
（4）主动配电网的安全运行约束为：
其中，为主动配电网中节点i的三相电压幅值，和分别为主动配电网电压幅值的下限值和电压幅值上限值，为主动配电网中支路ij的电流幅值，为主动配电网中支路ij的电流上限值；
（5）主动配电网中配电变压器根节点的功率约束为：
其中，为从配电变压器根节点流入主动配电网的三相有功功率，分别为主动配电网调度中心设定的配电变压器根节点的三相有功功率的下限值和上限值，为从配电变压器根节点流入主动配电网的三相无功功率，分别为主动配电网调度中心设定的配电变压器根节点的三相无功功率的下限值和上限值；
（6）主动配电网中分组投切电容器的运行约束为：
其中，为主动配电网中第i个电容器组的三相无功功率，为分组投切电容器中每一组的无功功率，为整数变量，n为分组投切电容器的电容器组数；
（7）主动配电网的静止无功补偿装置的运行约束为：
其中，为主动配电网中静止无功补偿装置的无功功率的控制值，和分别为主动配电网中静止无功补偿装置无功功率的下限值和上限值；
（8）主动配电网中分布式电源的运行约束为：
其中，为主动配电网中分布式电源的有功功率控制值，为主动配电网中分布式电源的有功功率预测值，为主动配电网中分布式电源的实时无功功率控制值，为主动配电网中分布式电源的无功功率预测值，为主动配电网中分布式电源的功率因数角；
（9）采用二阶锥规划方法，根据上述步骤（3）的潮流方程和步骤（4）～步骤（8）的主动配电网的运行约束，对上述步骤（1）的主动配电网实时无功-电压控制目标函数求解，得到主动配电网中分布式电源、连续无功补偿转置和分组投切电容器组的三相无功功率值，实现对主动配电网无功功率的实时控制。
本发明提出的考虑离散控制变量的主动配电网实时无功-电压控制方法，其优点是：本发明方法中建立了三相主动配电网实时无功-电压控制模型，因此避免了单相模型控制策略引入的误差；本方法中考虑了分布式电源、连续无功补偿装置、离散无功补偿装置的综合调度，涵盖主动配电网的主要调节设备，考虑了分组投切电容器的离散控制特性，避免直接圆整对主动配电网运行约束的破坏；本发明方法采用符合主动配电网运行特性的支路潮流模型，然后采用二阶锥松弛技术处理潮流方程，计算效率高，控制效果好。
附图说明
图1是本发明提出的主动配电网实时无功-电压控制方法中涉及的主动配电网的结构示意图。
具体实施方式
本发明提出的考虑离散控制变量的主动配电网实时无功-电压控制方法，包括以下步骤：
（1）建立主动配电网实时无功功率的控制目标函数：
其中，分别为主动配电网中分布式电源、连续无功补偿装置和离散无功补偿装置的实时无功功率控制值，为主动配电网中支路ij的三相电流幅值，目标函数使全网所有支路有功损耗最小化。
（2）建立主动配电网的三相支路形式潮流方程，涉及的主动配电网的结构如图1所示，主动配电网中任一节点j的三相支路形式潮流方程为：
主动配电网中的任一支路ij的三相支路形式潮流方程为：
其中，分别为主动配电网中ij支路首端的三相有功功率和三相无功功率，i：i→j表示主动配电网中指向节点j的节点集i，分别为主动配电网中ij支路的三相支路电阻和三相支路电抗矩阵，分别为主动配电网中节点j的三相有功功率和三相无功功率净注入量：
其中，和分别为主动配电网中节点j上所连接的分布式电源的三相有功功率和三相无功功率，和分别为主动配电网中节点j上所连接的负荷的三相有功功率和三相无功功率，为主动配电网中节点j上所连接的无功补偿装置的三相无功功率，无功补偿装置可以为分组投切电容器、静止无功补偿器等。
（3）利用二阶锥松弛方法，将上述步骤（2）的潮流方程转换为如下形式：
其中，和的表达式分别为：
为的标准二阶锥松弛形式；
（4）主动配电网的安全运行约束为：
其中，为主动配电网中节点i的三相电压幅值，和分别为主动配电网电压幅值的下限值和电压幅值上限值，为主动配电网中支路ij的电流幅值，为主动配电网中支路ij的电流上限值；
（5）主动配电网中配电变压器根节点的功率约束为：为了抑制主动配电网的功率波动对输电网的影响，需要将配电网根节点的关口交换功率约束考虑在内
其中，为从配电变压器根节点流入主动配电网的三相有功功率，分别为主动配电网调度中心设定的配电变压器根节点的三相有功功率的下限值和上限值，为从配电变压器根节点流入主动配电网的三相无功功率，分别为主动配电网调度中心设定的配电变压器根节点的三相无功功率的下限值和上限值；
（6）主动配电网中分组投切电容器的运行约束为：
分组电容器投切状态是离散决策变量，
其中，为主动配电网中第i个电容器组的三相无功功率，为分组投切电容器中每一组的无功功率，为整数变量，n为分组投切电容器的电容器组数；
（7）主动配电网的静止无功补偿装置的运行约束为：
上式反映了功率连续独立可调的补偿装置（静止无功补偿装置等）的无功补偿容量约束。
其中，为主动配电网中静止无功补偿装置的无功功率的控制值，和分别为主动配电网中静止无功补偿装置无功功率的下限值和上限值；
（8）主动配电网中分布式电源的运行约束为：
其中，为主动配电网中分布式电源的有功功率控制值，为充分利用主动配电网中的分布式电源有功功率，将主动配电网中的分布式电源的有功功率设定为最大功率追踪模式（MPPT）模式，为主动配电网中分布式电源的有功功率预测值，为主动配电网中分布式电源的实时无功功率控制值，为主动配电网中分布式电源的无功功率预测值，为主动配电网中分布式电源的功率因数角；根据典型文献，本方法分布式电源稳态运行时采用PQ类型。根据已有研究，分布式电源通过电力电子装置或常规旋转电机接口并网且其并网功率已能实现有功无功分别独立调节，为不失一般性，本文选择定功率因数的分布式电源功率控制策略。
（9）采用二阶锥规划方法，根据上述步骤（3）的潮流方程和步骤（4）～步骤（8）的主动配电网的运行约束，对上述步骤（1）的主动配电网实时无功-电压控制目标函数求解，得到主动配电网中分布式电源、连续无功补偿转置和分组投切电容器组的三相无功功率值，实现对主动配电网无功功率的实时控制。

Claims (1)

1.一种考虑离散控制变量的主动配电网实时无功-电压控制方法，其特征在于该方法包括以下步骤：
(1)建立主动配电网实时无功功率的控制目标函数：
其中，分别为主动配电网中分布式电源、连续无功补偿装置和分组投切电容器的实时无功功率控制值，为主动配电网中支路ij的三相电流幅值；
(2)建立主动配电网的三相支路形式潮流方程，其中，
主动配电网中任一节点j的三相支路形式潮流方程为：
主动配电网中的任一支路ij的三相支路形式潮流方程为：
其中，分别为主动配电网中ij支路首端的三相有功功率和三相无功功率，分别为主动配电网中节点i和节点j的三相电压幅值，Φi(j)表示主动配电网中指向节点j的节点集，i∈Φi(j)表示节点i指向节点j，Φo(j)表示主动配电网中由节点j指向的节点集，k∈Φo(j)表示节点j指向节点k，表示主动配电网中支路集jk的三相有功功率之和，表示主动配电网中支路集jk的三相无功功率之和，分别为主动配电网中ij支路的三相支路电阻和三相支路电抗矩阵，分别为主动配电网中节点j的三相有功功率和三相无功功率净注入量：
其中，和分别为主动配电网中节点j上所连接的分布式电源的三相有功功率和三相无功功率，和分别为主动配电网中节点j上所连接的负荷的三相有功功率和三相无功功率，为主动配电网中节点j上所连接的无功补偿装置的三相无功功率；
(3)利用二阶锥松弛方法，将上述步骤(2)的潮流方程转换为如下形式：
其中，和的表达式分别为：
为的标准二阶锥松弛形式；
(4)主动配电网的安全运行约束为：
其中，为主动配电网中节点i的三相电压幅值，和分别为主动配电网电压幅值的下限值和电压幅值上限值，为主动配电网中支路ij的三相电流幅值，为主动配电网中支路ij的电流上限值；
(5)主动配电网中配电变压器根节点的功率约束为：
其中，为从配电变压器根节点流入主动配电网的三相有功功率，分别为主动配电网调度中心设定的配电变压器根节点的三相有功功率的下限值和上限值，为从配电变压器根节点流入主动配电网的三相无功功率，分别为主动配电网调度中心设定的配电变压器根节点的三相无功功率的下限值和上限值；
(6)主动配电网中分组投切电容器的运行约束为：
其中，为主动配电网中第i个分组投切电容器的实时无功功率控制值，为分组投切电容器中每一组的无功功率，为整数变量，n为分组投切电容器的电容器组数；
(7)主动配电网的连续无功补偿装置的运行约束为：
其中，为主动配电网中连续无功补偿装置的实时无功功率控制值，和分别为主动配电网中连续无功补偿装置无功功率的下限值和上限值；
(8)主动配电网中分布式电源的运行约束为：
其中，为主动配电网中分布式电源的实时有功功率控制值，为主动配电网中分布式电源的有功功率预测值，为主动配电网中分布式电源的实时无功功率控制值，为主动配电网中分布式电源的无功功率预测值，为主动配电网中分布式电源的功率因数角；
(9)采用二阶锥规划方法，根据上述步骤(3)的潮流方程和步骤(4)～步骤(8)的主动配电网的运行约束，对上述步骤(1)的主动配电网实时无功-电压控制目标函数求解，得到主动配电网中分布式电源、连续无功补偿转置和分组投切电容器的三相无功功率值，实现对主动配电网无功-电压的实时控制。
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