CN104158198A - 配电网优化潮流控制装置和方法 - Google Patents

Abstract

一种含分布式电源的配电网优化潮流控制方法，包括：数据采集步骤，获取用于配电网潮流分布计算的电学参数并建立电学参数之间的电学关系；优化潮流计算步骤，反复迭代调整配电网的根节点电压、和根节点上的无功补偿设备的第1优化计算；和调整配电网的根节点以外的其他节点上的无功补偿设备的第2优化计算，从而计算出优化潮流控制策略；以及，策略导出步骤，根据所述优化潮流控制策略，对根节点的电压和各个节点上的无功补偿设备进行调整。根据本发明，能够在含分布式电源的配电网实时执行配电网优化潮流控制，以降低网损和解决电压越限。

Description

配电网优化潮流控制装置和方法

技术领域

本发明涉及一种配电网优化潮流控制装置和方法。

背景技术

配电网是输电网和用户传输的重要枢纽，电能通过配电网的安全高效传输满足用户负荷用电需求。配电网覆盖面积广，设备数量众多，能力传输过程是从变电站端经由馈线将电能传输至用户负荷端的过程。电能传输的过程中，特别是大量的无功功率传输，会产生功率损耗和电压降落；同时由于大多数用户负荷为单相负荷，造成配电网运行三相不平衡，进一步加重了电能损耗和电压质量问题。另外，传统配电网是无源网络，电压水平随馈线的延伸呈单调下降趋势，然而随着越来越多的分布式能源接入，特别是分布式能源在馈线末端的接入，导致电压水平在馈线末端反而被抬升。配电网优化潮流控制方法是提高配电网电压质量，减少配电网能量损耗，降低变电站出线三相不平衡的有效措施。

配电网优化潮流控制方式采用无功优化系统用于优化配电网中的电压和电流分配。所以，经常在配电网中配置无功补偿设备。电网中的无功补偿设备主要有静态无功补偿设备、静态无功发生器、静止同步补偿设备和并联电容器。随着分布式能源发电设备不断渗透到配电网，配电网由原来被动受电的电网，转换成含分布式电源设备的有源电网。分布式电源设备具有无功补偿能力，所以分布式电源设备也是配电网中的无功补偿设备。

图8是用于说明本发明所解决的主要问题，即分布式电源接入对配电网电压影响。本发明的实际配电网包含变电站、馈线、用户负荷，其中变电站中配置了用于调节母线电压的有抽头的变压器设备，用户侧则配置了分布式电源设备，例如太阳能。传统配电网电能有变电站侧通过馈线传输到用户负荷侧，沿馈线电压如图中蓝色曲线表示为单调下降分布，通常如果配电网设计不合理，馈线侧节点电压可能会越下限。但接入分布式电源设备后的配电网，因为分布式电源电能上网，则配电网的能量流动方向不在是单一方向，而会出现逆潮流，导致配电网的潮流分布发生变化，如图中红色电压曲线显示，馈线末端装有分布式能源有可能出现部分节点电压不合格越上限的情况。

优化潮流控制方法有数十年的研究历史，特别是无功优化算法作为一个混合整数优化问题，在数学上属NP(Non-DeterministicPolynomial；非确定多项式)难题，目前还没有数学上严格最优的多项式算法。以往提出的算法包括启发式算法、现代优化算法和近似算法等。已有算法主要有如下缺陷：

(1)启发式算法，由于利用在不同寻优方向的大规模的试探性计算来找到最优解，算法具有类似全枚举的性质，计算规模大，计算效率低，无法满足在线无功补偿优化的需求；

(2)现代优化算法、神经网络、专家系统等方法缺乏明晰的物理意义，并且存在同一求解条件下，每次计算结果不同的问题；

(3)近似算法存在求解振荡的问题。

现行配电网优化潮流控制方法大多是基于相对成熟的输电网优化潮流解决方案。配电网有着自有的电气特性，其优化潮流的方法与传统输电网方法不同，表现在：

(1)配电网主要由馈线组成，每条馈线的计算量不大，但所有馈线的优化计算规模庞大；

(2)配电网电压控制方法只考虑电压越下限的情况，而含分布式能源的配电网电压控制方法不仅要考虑电压越下限同时还需要考虑电压越上限的问题；

(3)低压配电网三相负荷不平衡，将降低配变出力，增大线路上的功率损失，影响电压质量。因此提高三相平衡度，能有效降低变压器的损耗，而且由于配电网线路短，其提高三相平衡度降损的效果，甚至比降低线路的损耗明显得多。

发明内容

为了解决上述现有技术的缺陷提出了本发明。因此，本发明的目的是提出含分布式电源的配电网优化潮流的控制方法。

本发明的一个方面，提供一种配电网优化潮流控制装置，对含分布式电源的配电网进行优化潮流控制，包括：

数据采集模块，从所述配电网获取用于配电网潮流分布计算的电学参数，并建立电学参数之间的电学关系；

优化潮流计算模块，实施第1优化计算和第2优化计算，第1优化计算按照所述配电网的无功平衡且电压不越限的方式计算所述配电网的根节点的优化根节点电压、和所述根节点上设置的第1无功补偿设备的优化无功补偿功率以及所需的调整量，第2优化计算按照减小所述配电网的网损的方式调整所述配电网的所述根节点以外的其他节点上设置的第2无功补偿设备的优化无功补偿功率，并且，按照直到所述第1优化计算得到的调整量分别小于规定电压和规定功率的方式反复迭代所述第1优化计算和所述第2优化计算，从而计算出优化潮流控制策略；以及，

策略导出模块，根据所述优化潮流控制策略，对所述根节点的电压和所述各个节点上的所述第1无功补偿设备和第2无功补偿设备进行调整。

本发明的另一个方面，提供一种配电网优化潮流控制方法，对含分布式电源的配电网进行优化潮流控制，包括：

数据采集步骤，从所述配电网获取用于配电网潮流分布计算的电学参数，并建立电学参数之间的电学关系；

优化潮流计算步骤，实施第1优化计算和第2优化计算，第1优化计算按照所述配电网的无功平衡且电压不越限的方式计算所述配电网的根节点的优化根节点电压、和所述根节点上设置的第1无功补偿设备的优化无功补偿功率以及所需的调整量，第2优化计算按照减小所述配电网的网损的方式调整所述配电网的所述根节点以外的其他节点上设置的第2无功补偿设备的优化无功补偿功率，并且，按照直到所述第1优化计算得到的调整量分别小于规定电压和规定功率的方式反复迭代所述第1优化计算和所述第2优化计算，从而计算出优化潮流控制策略；以及，

策略导出步骤，根据所述优化潮流控制策略，对所述根节点的电压和所述各个节点上的所述第1无功补偿设备和第2无功补偿设备进行调整。

本发明的技术思路，是将优化过程按照配电网特性分解为变电站层和馈线层进行交替迭代优化。上级变电站层的无功补偿设备主要是变压器抽头和大容量的电容器组，变电站层的无功补偿设备输出的无功功率主要作用是控制馈线根节点电压水平，以保证整网的电能质量。所以变电站层优化是通过调节变压器抽头解决馈线电压越限问题，同时调节变电站侧电容器档位满足全网无功平衡。对全网的降损则主要通过馈线层的优化实现。对每条辐射状馈线所带无功补偿设备如电容器，静态无功补偿设备、静态无功发生器、静止同步补偿设备等给出优化调节策略，实现无功功率的就地补偿，减小无功的远距离输送，降低网损。

配电网优化潮流的优化目标是降低网损，保证电压质量，降低变电站出线的三相不平衡度；控制变量是无功补偿设备注入电网的无功，无功补偿设备的类型包括：离散型无功补偿设备和连续型无功补偿设备；

为了实现上述目标，根据本发明的技术思路，具体实现的步骤包括：

1)首先通过与其它系统，包括地理信息系统，电量采集系统，生产管理系统及配电实时监控系统输入配电网及无功补偿设备的基础数据；

2)然后根据配电网的配置结构，获取表示配电网各节点、支路元件的拓扑关系的拓扑结构，建立所述各支路的支路电流与所述各节点处的节点注入电流之间的电学关系，并进一步根据各支路上阻抗，建立所述配电网馈线层有功损耗和三相不平衡度与所述各节点处的节点注入电流之间的电学关系；

3)按照使配电网馈线的系统有功损耗和三相不平衡度的综合优化目标小于规定值的方式，计算出安装有各个所述无功补偿设备的各节点处的最优节点注入电流，确定无功注入后根据无功补偿设备是离散型或连续型，对无功注入进行调整，确定各个所述无功补偿设备的最优无功补偿功率，并控制该无功补偿设备以该最优无功补偿功率对所述配电网进行无功补偿。如果无功补偿设备调整后已达到限值，则退出优化过程；

4)根据馈线层无功优化结果确定配电网无功总需求，按照使配电网全网无功输出等于无功输入的方式，确定变电站离散型大容量电容器无功补偿功率，并控制该无功补偿设备以该无功补偿功率对所述配电网进行无功补偿；根据馈线层无功优化结果，计算出各馈线节点中最高节点电压和最低节点电压，按照使配电网全网各节点电压越界小于规定值的方式，计算出变电站安装有可调分接头的变压器馈线根节点电压调整量，并控制变压器分接头档位按照该电压调整量对所述配电网进行电压控制；

5)完成变电站调整后重新进入馈线层优化计算，直到变电站层优化前后两次迭代无功调整不再改变；

6)根据系统优化计算结果，给出配电网无功补偿设备最优补偿功率，将控制策略输入配电网实时监控系统，通过配电网实时监控系统控制该无功补偿设备以最优无功补偿功率对所述配电网进行无功补偿。

本发明的配电网优化潮流控制方法有着如下优点：

1)配电网优化潮流过程按照配电网特性分解为变电站层和馈线层进行交替迭代优化，相对于以往的算法，本发明方法能够通过几步的交替迭代，实现问题的求解，计算效率高，能够满足在线应用的需求；

2)本发明方法在交替迭代计算中，使用的求解方法有很好的数值稳定性，所以不会出现振荡情况；

3)针对配电网三相不平衡特性，配电网计算用所有模型采用三相建模，实现更精确更实用的控制效果；

4)将三相不平衡度列入配电网优化潮流的控制目标进行计算，能有效降低变压器的损耗，提高配电网降低网损的效果。

附图说明

通过参考以下附图对所采用的优选实施方式的详细描述，本发明的上述目的、优点和特征将变得更显而易见，其中：

图1表示本发明所涉及的优化潮流控制装置在配电网优化潮流控制系统中的应用示意图。

图2是用于说明本发明所涉及的优化潮流控制装置60的方框图。

图3是用于说明变电站层优化计算中、控制根节点的电压的原理图。

图4是用于说明馈线层优化计算、即在馈线层实现配电网全网网损优化控制的原理。

图5是用于说明本发明所涉及的优化潮流控制装置60中的计算流程图。

图6表示馈线层优化计算的详细流程图。

图7表示变电站层优化计算的详细流程图。

图8是用于说明分布式电源接入对配电网电压影响的示意图。

具体实施方式

以下，结合附图对本发明的实施方式进行具体说明。

图1表示本发明所涉及的优化潮流控制装置在配电网优化潮流控制系统中的应用示意图。

配电网1是覆盖农村、城市、铁路等的供电系统，通过变电站2经由馈线3将电能传输到用户负荷10侧。配电网1所含设备，包括：变电站2的变压器4、馈线3、负荷10及分布式电源20(例如图1中的太阳能电池板)等一次设备，同时还包含用于实施系统监视控制用的监测设备30。

配电网1中还设有用于配电网优化潮流控制的多个无功补偿设备，包含有例如专门用于无功补偿的变电站侧大容量电容器组5和用户侧并联电容器11，或者作为分布式电源20的用于产生电能的发电装置，例如光伏发电设备、小型风力发电系统，微型燃气轮机和各种储能设备等，任何具有无功补偿能力的设备。另外，无论离散型无功补偿设备，或是连续型无功补偿设备，只要有无功补偿能力，都可作为本发明的无功补偿设备。例如，作为大容量电容器组5的电容器投切的组数是离散变量，作为用户侧并联电容器11的静止无功补偿器、静止无功发生器以及分布式电源设备的无功注入是连续变量。

通讯网络50是建立通信连接的网络，用于让用电信息采集系统100、配网生产管理系统200、配网监控系统300、配网地理信息系统400从配电网获取各种信息。例如，配电网1中变电站2内变压器4的当前档位和档位范围；用户侧并联电容器11的当前档位和档位范围，分布式电源20当前功率及无功限值，负荷10的三相有功功率和无功功率，馈线3的三相电气参数，变压器三相电气参数，节点电压限值，馈线根节点电压初值等各种参数，通过通讯网络与用电信息采集系统100、配网生产管理系统200、配网监控系统300、配网地理信息系统400共享。

优化潮流控制装置60，根据从用电信息采集系统100、配网生产管理系统200、配网监控系统300、配网地理信息系统400获取的各种信息生成优化后的控制策略，并通过配网监控系统300，实施对配电网无功补偿设备的实时控制。

图2是用于说明本发明所涉及的优化潮流控制装置60的方框图。优化潮流控制装置主要包括三个模块：数据采集模块601、优化潮流计算模块602和策略导出模块603。

数据采集模块601，通过通讯网络50从配电网1获取用于配电网潮流分布计算的电学参数，并建立电学参数之间的电学关系。根据配电网潮流分布计算的公知技术，需要获取如下电学参数并形成相应的电学关系，包括：配电网1的配置结构，即通过与用电信息采集系统100、配网生产管理系统200、配网监控系统300、配网地理信息系统400的互联，获取表示配电网各节点、支路元件的拓扑关系的拓扑结构；根据拓扑结构，建立各支路的支路电流与各节点处的节点注入电流之间的电学关系，并进一步根据各支路上阻抗，建立配电网馈线层有功损耗和三相不平衡度与各节点处的节点注入电流之间的电学关系。

优化潮流计算模块602，实施变电站层优化计算(第1优化计算)和馈线层优化计算(第2优化计算)。

其中，变电站层优化计算，按照配电网的无功平衡且电压不越限的方式计算作为根节点的变电站2的变压器4的优化输出电压、和变电站2上设置的作为无功补偿设备的大容量电容器组5的优化无功补偿功率以及所需的调整量。

馈线层优化计算，按照减小配电网的网损的方式计算根节点以外的馈线3上其他节点上设置的作为无功补偿设备的用户侧并联电容器11、分布式电源20等的优化无功补偿功率。

并且，按照直到变电站层优化得到的调整量分别小于规定电压和规定功率的方式反复迭代变电站层优化计算和馈线层优化计算，从而计算出优化潮流控制策略

这里，所谓的无功优化无功补偿功率，是指计算出的当前参数环境下能够实现优化目的无功补偿功率；所谓的优化输出电压，是指计算出的当前参数环境下能够实现优化目的的输出电压；所谓的调整量是达到优化无功补偿功率或优化输出电压所需调整的量。

策略导出模块603，根据优化潮流计算模块602计算出的优化潮流控制策略，实施馈线层调整和变电站层调整，从而对根节点的电压和各个节点上的无功补偿设备进行调整。即，对馈线上设置的并联电容器11、静态无功补偿设备以及分布式发电装置20和变电站设置的大容量电容器组5的无功补偿功率和变电站2的变压器4的电压进行调整。

一般来说，变电站侧的调整主要通过调整大容量电容器组5的接入数量和变压器3的抽头来实现，属于阶梯性的调整，而用户侧并联电容器11和分布式电源20的调整是连续的。因此，优选将规定电压和规定功率分别设为变压器3的抽头调整所对应的电压、和大容量电容器组5的投切调整所对应的电压，来实施变电站层优化和馈线层优化的反复迭代。

图3是用于说明变电站层优化计算中、控制根节点的电压的原理图。这里，使用与背景技术的图8表示一致的配电网1。首先按照全网无功功率平衡的原理，调节变电站2的大容量电容器组5的无功功率输出量，保证馈线层优化后全网的无功功率平衡。进一步，若出现了馈线部分节点电压不合格的越上限情况，通过调节馈线根节点的电压，即控制变压器3的抽头的位置，整体降低馈线电压水平，以此实现馈线节点电压在标准要求的上下限之间运行，保证分布式电源接入的配电网全网电压运行质量，从而解决因为分布式电源接入对配电网电压的影响控制。

图4是用于说明馈线层优化计算、即在馈线层实现配电网全网网损优化控制的原理。这里，使用与背景技术的图3表示一致的配电网1，同时在馈线某节点接入用户侧并联电容器11。馈线的潮流分布由于用户侧并联电容器11的无功功率注入及分布式电源20的无功功率注入，从而改变了馈线潮流分布。

如图所示，作为馈线层安装的无功补偿设备的用户侧并联电容器11和分布式电源20，对电网注入无功电流I_C和I_PV，根据电学基本原理基尔霍夫定律，同时减小了配电网线路电流I₁、I₂、I₃、I₄的无功分量大小，从而减小了支路上的功率损耗，所以通过合理控制馈线侧无功补偿设备及分布式电源的无功功率，可以实现在此运行方式下配电网全网网损最低的目的，提高配电网运行经济性。

图5是用于说明本发明所涉及的优化潮流控制装置60中的计算流程图。本发明的优化潮流控制，主要通过以下几个步骤来实施.

首先，在步骤S101中，数据采集模块601获取配电网电学参数，建立电学参数之间的电学关系(计算模型)，实现配电网潮流分布计算。

接着，在步骤S102中，优化潮流计算模块602进行馈线层优化计算。即，依据电力系统无功功率就地平衡，以减小无功功率的传输的原理，采用节点注入电流最优的计算方法，优化馈线层所配置的无功补偿设备无功功率的输出，实现馈线层网损最小化及降低三相潮流不平衡度的目的。在这里计算系统有功损耗，采用公知的方法计算当前损耗，例如电流的平方乘以阻抗即当前损耗。

同时，还可计算馈线根节点三相不平衡度，同样采用公知的方法计算三相不平衡度，例如三相电流平方和。馈线层优化目标可以设定为网损最小和三相电流平方和最小的综合目标，并分别对两个目标按照实际配电网运行要求设置不同的权重系数，两个权重系数之和为1，对此加权的综合目标进行优化，直到综合目标值的变化小于一个规定的数值，则完成优化工序，计算出安装有无功补偿设备的馈线各节点处的最优节点注入电流，以此确定出各个无功补偿设备的最优无功补偿功率。

然后，在步骤S103中，优化潮流计算模块602进行变电站层优化计算。即，根据变电站侧馈线根节点的变压器抽头调节可以调整全网的电压水平配电网特性，采用馈线电压平均值靠近电压运行上下限均值的计算方法，通过变电站层变压器抽头的调节控制，实现配电网全网最低和最高电压在电压运行允许的限制内，保证电网电压运行质量。在这里根据馈线层无功优化计算的结果，可以得到馈线所有节点中的最高电压和最低电压，根据电压质量要求的电压上下限值，全网电压调整量为电压限值的平均值与馈线最高和最低电压平均值的差值。根据电压调整量，可得到变压器的档位。另外，根据负荷功率可以确定变电站电容器投切的容量，即大容量电容器组5的调整量。

接下来，在步骤S104中，优化潮流计算模块602以配置在变电站的2的无功补偿设备即大容量电容器组5的调整量、以及变电站2的变压器4的调整量小于规定值为判据，确定控制策略已达到最优解，从而结束馈线层优化计算与变电站层优化计算的交替迭代优化进程。

通过进行交替迭代，实质上是根据变电站层优化计算的结果，并再一次带入馈线层优化计算进行无功优化计算。经过反复迭代，直到变电站层优化计算得到的调整量小于变电站的变压器4抽头及大容量电容器组5的一个档位的容量，即变电站层的无功补偿设备不再进行调整，则完成整体配电网优化潮流计算。

最后，在步骤S105中，策略导出模块603根据配电网优化潮流计算结果，确定出变电站层以及馈线层的各个无功补偿设备的最优无功补偿功率、以及变电站层的，并通过控制各个无功补偿设备，以该最优无功补偿功率对配电网进行无功补偿。

上述的实例中虽然是先进行馈线层优化计算再进行变电站层优化计算，但馈线层优化计算和变电站层优化计算的先后顺序并不需要限定于此，也可以先进行变电站层优化计算再进行馈线层优化计算。

另外，由于无功补偿设备的无功补偿能力，实际上并不可能是无限的，因此有时确定的最优无功补偿能力会超出无功补偿设备的实际能力。这时，可在所确定的最优无功补偿功率超过了无功补偿设备的最大补偿能力的情况下，将该无功补偿设备的最大补偿功率作为最优无功补偿功率；在所确定的最优无功补偿功率小于了无功补偿设备的最小补偿功率的情况下，将该无功补偿设备的最小补偿功率作为最优无功补偿功率。

在这种情况下，由于无功补偿设备并没有能够提供计算出的无功补偿功率，因此系统整体可能并不能达到最优的补偿。这时，可以判断无功补偿设备实际提供的无功补偿功率与计算得出的最优无功补偿功率之间的差值即调整量，是否足够小。如果足够小即可以忽略这种差异，则认为不会对达到最优无功补偿带来实质影响，否则可将最优无功补偿功率达到最大功率或最小功率的无功补偿设备所处的节点除外，重新进行最优节点注入电流的计算。

以下，对上述各个步骤中可以采取的算法，结合具体例进行详细说明。但是，实现本发明并不限定于以下算法。

(1)形成配电网电气关系矩阵(S101)

根据配电网回路分析的基本定义，配电网所有的独立回路可以分成两部分：第一部分是不带电流源的回路。这一部分有n_t个节点，t个定义的根节点，b条支路和m条独立回路，共有(n_t-t)个独立节点、b＝n_t-t+m条支路。B是m×b的回-支关联矩阵，T是节点-道路关联矩阵；第二部分包括n条树支和所有的电流源。假设所有的电流源都是连支。

支路电流指流经支路的电流，支路电流主要有两部分电流叠加形成，一部分是每个节点注入电流g对支路电流的支路电流贡献f₁，节点注入电流与支路电流贡献的关系，通过道路矩阵T建立，f₁＝T^Tg，另一部分是连支上的电流对支路电流的贡献f₂，连支上的电流称为回路电流f_L，回路电流与支路电流贡献的关系，通过回路矩阵B建立，f₂＝B^Tf_L，每一支路的电流f_b可以看成是f₁和f₂的线性叠加f_b＝f₁+f₂.根据基尔霍夫定律，从节点电压降可以表示为：

ΔV＝TZ_b(T^T-B^TY_LBZ_bT^T)g+TZ_bB^TY_LBe＝TZ_bEg+TZ_bB^TY_LBe＝TZ_bf_b，其中e表示支路电势源列矢量；Z_b表示支路阻抗对角阵；Y_L表示回路导纳矩阵；E＝T^T-B^TY_LBZ_bT^T为节点注入电流与支路电流的关系矩阵；f_b为支路电流。根据ΔV公式可知，节点电压的增量可分为两部分的线性叠加，一部分为根节点电压的增量，另一部分为节点注入增量。根据这一原理，配电网的优化潮流控制可以分为两部分，一部分为降低网损和不平衡度的馈线层无功优化，一部分为提高全网电压质量的变电站层电压控制。

(2)配电网馈线层无功优化(S102)

设配电网节点i上装有无功补偿设备，无功补偿设备进行优化控制时，意味着节点注入电流g_i发生变化，设节点i的电压其中，V_i是节点i的电压幅值，θ_i是节点i的电压相角，无功补偿设备的有功功率为P_i，无功功率为Q_i，节点注入电流与无功补偿设备功率的关系为： ${\mathrm{\Δg}}_i=\mathrm{conj}\left(\frac{P_i+{\mathrm{jQ}}_i}{V_i\∠{\mathrm{\θ}}_i}\right)=\frac{Q_i}{V_i}\∠({\mathrm{\θ}}_i-\frac{\mathrm{\π}}{2})=\frac{P_i}{V_i}\∠{\mathrm{\θ}}_i+I_i\∠{\mathrm{\α}}_i,$ 其中 ${\mathrm{\α}}_i={\mathrm{\θ}}_i-\frac{\mathrm{\π}}{2},$ I_i表示节点注入电流无功部分的幅值。根据第(1)部分的推导，节点注入电流发生变化会引起支路电流发生变化Δf_b，其中Δf_b＝EΔg；变化后的支路电流为：f_b＝f_b0+EΔg，其中，f_b0是初始支路电流。

系统有功网损P_loss与节点注入电流g的关系是：

$P_{\mathrm{loss}}=\underset{l=1}{\overset{b}{\mathrm{\Σ}}}{R}_{\mathrm{bl}}({|f_{\mathrm{bl}}^{0r}+\underset{j=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}(E_{\mathrm{lj}}^r{i}_j{\cos \mathrm{\α}}_j-E_{\mathrm{lj}}^i{i}_j{\sin \mathrm{\α}}_j)|}^2+{|f_{\mathrm{bl}}^{0i}+\underset{j=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}(E_{\mathrm{lj}}^r{i}_j{\sin \mathrm{\α}}_j+E_{\mathrm{lj}}^i{i}_j{\cos \mathrm{\α}}_j)|}^2)$

其中表示初始支路电流的实部，表示初始支路电流的虚部， 表示节点j某一相电流，对支路电流一相电流的贡献的实部和虚部；

节点的三相不平衡度与注入电流之间的关系是：

$f_{\mathrm{unbalance}}={|f_{b{k}_0\left(2\right)}^0+\mathrm{\Δ}{f}_{b{k}_0\left(2\right)}|}^2+{|f_{b{k}_0\left(0\right)}^0+\mathrm{\Δ}{f}_{b{k}_0\left(0\right)}|}^2,$ 其中其中，表示根节点注入电流初始负序分量，表示根节点注入电流初始零序分量，表示支路k₀的三相支路功率增量，k₀表示根节点出线。

同时考虑有功网损与三相不平衡度后，采用多权重处理多目标优化问题，设网损权重为ω₁，不平衡度权重为ω₂，多目标权重满足ω₁+ω₂＝1，ω₁≥0，ω₂≥0，则多目标优化可写成为：

f_obj＝ω₁P_loss+ω₂f_unbalance

当f_obj最小时，关于节点注入电流无功部分的幅值I和节点电压的相角θ的偏导数为0，即：

$\frac{{\∂f}_{\mathrm{obj}}}{\∂I}+\frac{{\∂f}_{\mathrm{obj}}}{\∂\mathrm{\θ}}=0$

由于节点注入无功的变化，对节点电压的相角影响较小，因而上式中的第二项可以忽略。是最优节点注入电流的求解公式。图6表示馈线层优化计算步骤S102的详细计算流程的一例。

通过已知的配电网电气关系矩阵，计算配电网潮流分布，得到配电网各支路电流；(S201)

计算目标函数(网损与三相不平衡综合目标最小值)f_obj，得到f_obj的变化量；(S202)

目标函数的变化量小于一个小数，如10^-5，则得到无功补偿设备最优补偿容量，停止计算，否则，继续计算；(S203)

根据计算最优节点注入电流(S204)；

根据求出的最优节点注入电流，确定出各个无功补偿设备的最优无功补偿功率。根据最优无功补偿功率与无功补偿设备能实际提供的补偿功率之间的关系，可能需要对无功注入进行调整，调整方法如下：(S205)

(a)若ΔQ_optimal＞Q_max，则投入无功补偿设备的所能提供的最大无功，该无功补偿设备退出优化，其中Q_max是该无功补偿设备的最大无功补偿容量；

(b)若ΔQ_optimal＜0，Q_optimal＞Q_max，则投入无功补偿设备所能提供的最小无功，该无功补偿设备退出优化；

(c)若不是以上两种情况，则投入离ΔQ_optimal最近的无功，该无功补偿设备继续参与优化。

(3)配电网变电站层无功优化(S103)

根据负荷功率的无功功率总和Q_D，可以确定变电站大容量电容器组的无功补偿容量，以达到配电网全网无功平衡。同时通过公知技术可按照该电容器组的投切容量计算出该电容器组的等值阻抗Z_C。

根据馈线层无功优化计算的结果，可以计算得到配电网全网的最高电压为V_cmax和最低电压为V_cmin，而配电网电压质量标准要求配电网节点电压运行上限值为V_nmax＝1.03p.u.即1.03倍的标准电压，配电网电压质量标准要求配电网节点电压运行下限值为V_nmin＝0.97p.u.即0.97倍的标准电压，由此得到配电网全网电压调整值为：

$\mathrm{\ΔV}=\frac{V_{n\max }+V_{n\min }}{2}-\frac{V_{c\max }+V_{c\min }}{2}$

根据欧姆定律，可以得到变电站变压器档位与馈线根节点电压的关系：

${(Q_D+V_2^2(\frac{k}{Z_T}+\frac{Z_C(1-k)+Z_T}{Z_C\·Z_T}))}^2=\frac{V_1^2{V}_2^2{k}^2}{Z_T^2}-P_D^2,$ 其中V₂馈线根节点电压与配电网全网电压调整值的线性叠加，Z_T为变压器等值阻抗，k为变压器抽头档位，P_D为配电网全网有功功率总和。

通过牛顿法对上式求解，可以得到变压器抽头档位，实现变电站层的电压控制目标。图7表示变电站层优化计算的详细计算流程的一例。

根据馈线层无功优化计算结果，计算配电网全网总无功功率需求；(S301)

根据配电网全网无功功率需求调整变电站电容器组无功补偿功率，调整方法同馈线层无功补偿设备的调整方法；(S302)

根据馈线层无功优化计算结果，得到配电网全网节点运行电压，并根据最高和最低节点运行电压，计算馈线根节点运行电压调整量；(S303)

利用牛顿法求解变压器抽头档位最优值，调整馈线根节点电压，实现配电网全网节点运行电压越限最小的目标。(S304)

(4)配电网优化潮流迭代计算(S104)

完成变电站层无功优化计算后，如果变电站层的优化结果使得无功补偿设备变压器抽头及大容量电容器组没有进行调整，则得到配电网全网优化潮流最优控制策略，停止计算，转入S105；否则，继续计算，转到S102；

(5)配电网优化潮流控制策略的实施(S105)

根据配电网馈线层和变压器层的无功优化计算，将最后一次迭代计算的结果，即馈线层及变电站无功补偿设备的调节方案，利用信息共享的方式发送给配电网实时监控系统，通过配电网实时监控系统下达控制指令，有远程遥控功能的现场无功补偿设备通过配电网专用自动化网络远程接收控制信号后，实施现场的自动调节；没有远程遥控功能的现场无功补偿设备，通过现场人工操作，实现无功补偿设备的优化控制策略。

根据本发明，能够在含分布式电源的配电网实时执行配电网优化潮流控制，以降低网损和解决电压越限。

以上根据上述实施例对本发明进行了说明，但本发明并不仅局限于上述实施例的结构，本发明的范围，当然也包括作为本领域技术人员可获得的各种变形、修正。

Claims (10)

1.一种配电网优化潮流控制装置，对含分布式电源的配电网进行优化潮流控制，包括：

数据采集模块，从所述配电网获取用于配电网潮流分布计算的电学参数，并建立电学参数之间的电学关系；

优化潮流计算模块，实施第1优化计算和第2优化计算，第1优化计算按照所述配电网的无功平衡且电压不越限的方式计算所述配电网的根节点的优化根节点电压、和所述根节点上设置的第1无功补偿设备的优化无功补偿功率以及所需的调整量，第2优化计算按照减小所述配电网的网损的方式调整所述配电网的所述根节点以外的其他节点上设置的第2无功补偿设备的优化无功补偿功率，并且，按照直到所述第1优化计算得到的所述调整量分别小于规定电压和规定功率的方式反复迭代所述第1优化计算和所述第2优化计算，从而计算出优化潮流控制策略；以及，

策略导出模块，根据所述优化潮流控制策略，对所述根节点的电压和所述各个节点上的所述第1无功补偿设备和第2无功补偿设备进行调整。

2.根据权利要求1所述的配电网优化潮流控制装置，其特征在于，

所述数据采集模块，获取表示所述配电网的各节点、支路元件的拓扑关系的拓扑结构，根据所述拓扑结构，建立所述各支路的支路电流与所述各节点处的节点注入电流之间的电学关系，并进一步根据所述各支路上阻抗，建立所述配电网的馈线层有功损耗和三相不平衡度与所述各节点处的节点注入电流之间的电学关系。

3.根据权利要求1所述的配电网优化潮流控制装置，其特征在于，

所述第1优化计算，按照所述配电网的全网无功平衡的方式计算第1无功补偿设备的优化无功补偿功率，并按照所述馈线的各节点的电压中的最高电压和最低电压在电压允许范围内的方式，计算所述优化根节点电压。

4.根据权利要求1所述的配电网优化潮流控制装置，其特征在于，

所述第2优化计算，按照无功功率就地平衡以减小无功功率的传输的方式，采用节点注入电流最优的计算方法，来计算所述第2无功补偿设备的优化无功补偿功率。

5.根据权利要求4所述的配电网优化潮流控制装置，其特征在于，

所述第2优化计算，还计算所述根节点的三相不平衡度，按照对网损最小和三相不平衡度分别加权得到的综合目标小于规定值的方式，计算出安装有所述第2无功补偿设备的各个节点的最优节点注入电流，从而确定各个所述第2无功补偿设备的优化无功补偿功率。

6.根据权利要求1所述的配电网优化潮流控制装置，其特征在于，

所述第1优化计算是变电站层优化计算，所述第1无功补偿设备是变电站上设置的大功率电容器组，

所述规定电压是与调节变电站的变压器的抽头所能改变的电压幅度相当的值，所述规定功率是与调整所述大功率电容器组的投切数量所能改变的无功补偿功率相当的值。

7.根据权利要求1所述的配电网优化潮流控制装置，其特征在于，

所述第2优化计算是馈线层优化计算，所述第2无功补偿设备是所述馈线的各个节点上设置的电容器组、静态无功补偿设备或者分布式电源。

8.根据权利要求1所述的配电网优化潮流控制装置，其特征在于，

所述优化潮流计算模块，在计算出的无功补偿功率超出所述无功补偿设备的无功补偿的能力范围的情况下，将所述无功补偿功率调整为与所述无功补偿设备的无功补偿能力范围相当。

9.根据权利要求8所述的配电网优化潮流控制装置，其特征在于，

所述优化潮流计算模块，若将所述无功补偿优化功率调整为与所述无功补偿设备的无功补偿能力范围相当的调整量超过规定值，则将所述无功补偿设备从其所处的节点除外后，重新计算所述优化潮流控制策略。

10.一种配电网优化潮流控制方法，对含分布式电源的配电网进行优化潮流控制，包括：

数据采集步骤，从所述配电网获取用于配电网潮流分布计算的电学参数，并建立电学参数之间的电学关系；

优化潮流计算步骤，实施第1优化计算和第2优化计算，第1优化计算按照所述配电网的无功平衡且电压不越限的方式计算所述配电网的根节点的优化根节点电压、和所述根节点上设置的第1无功补偿设备的优化无功补偿功率以及所需的调整量，第2优化计算按照减小所述配电网的网损的方式调整所述配电网的所述根节点以外的其他节点上设置的第2无功补偿设备的优化无功补偿功率，并且，按照直到所述第1优化计算得到的调整量分别小于规定电压和规定功率的方式反复迭代所述第1优化计算和所述第2优化计算，从而计算出优化潮流控制策略；以及，

策略导出步骤，根据所述优化潮流控制策略，对所述根节点的电压和所述各个节点上的所述第1无功补偿设备和第2无功补偿设备进行调整。