CN106329546B - 一种基于等网损微增率的主动配电网分布式无功优化方法 - Google Patents

一种基于等网损微增率的主动配电网分布式无功优化方法 Download PDF

Info

Publication number
CN106329546B
CN106329546B CN201610818830.4A CN201610818830A CN106329546B CN 106329546 B CN106329546 B CN 106329546B CN 201610818830 A CN201610818830 A CN 201610818830A CN 106329546 B CN106329546 B CN 106329546B
Authority
CN
China
Prior art keywords
reactive power
subregion
node
formula
indicate
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201610818830.4A
Other languages
English (en)
Other versions
CN106329546A (zh
Inventor
顾伟
陈明
柳伟
楼冠男
曹戈
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Southeast University
Original Assignee
Southeast University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Southeast University filed Critical Southeast University
Priority to CN201610818830.4A priority Critical patent/CN106329546B/zh
Publication of CN106329546A publication Critical patent/CN106329546A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN106329546B publication Critical patent/CN106329546B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/18—Arrangements for adjusting, eliminating or compensating reactive power in networks
    • H02J3/1821—Arrangements for adjusting, eliminating or compensating reactive power in networks using shunt compensators
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J2203/00—Indexing scheme relating to details of circuit arrangements for AC mains or AC distribution networks
    • H02J2203/20—Simulating, e g planning, reliability check, modelling or computer assisted design [CAD]
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E40/00—Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
    • Y02E40/30—Reactive power compensation

Abstract

本发明公开了一种基于等网损微增率的主动配电网分布式无功优化方法，该控制方法包括下述步骤：步骤10)进行初始化：初始化分区无功优化参数；步骤20)进行分区无功优化求解：根据分区潮流计算结果利用等微增率准备求解各个分布式电源和无功补偿装置的无功功率调整量；步骤30)进行分区间信息交互：相邻分区交互信息，更新分区运行状态；步骤40)收敛性判断：判断主站节点有功功率偏差是否小于指定收敛阈值，若是则停止迭代，若否，则判断是否达到最大迭代次数，若是则停止迭代，若否，则迭代次数加1，转到步骤20)。该控制方法基于分布式通信架构和等网损微增率准则，收敛速度快，可以实现多个分区间无功分布式协调优化和全局网损的分布式优化，提高了主动配电网无功优化控制的鲁棒性和供电的可靠性。

Description

一种基于等网损微增率的主动配电网分布式无功优化方法
技术领域
本发明属于配电网运行控制领域，具体来说，涉及一种基于等网损微增率的主动配电网分布式无功优化方法。
背景技术
化石能源的发掘和应用大大加快了人类文明的发展速度，然而传统的化石能源产生速度较慢，而且储量有限，同时化石能源的消耗也使人类的生存环境面临着巨大的挑战。能源枯竭问题和生态环境问题使得清洁可持续能源的研究和应用成为世界各国研究的重点内容。储量丰富的太阳能和风能成为新能源应用的热点，而基于新能源的分布式发电技术也得到了极大的发展。大量清洁能源以分布式电源的形式接入到配电网中既提高了清洁能源在能源使用中的比例，减少了传统能源对于环境的污染，但同时诸如风能、太阳能等可再生能源固有的间歇性和随机性也给配电网的稳定运行带来了较大的不确定性。
为了应对高渗透率、大规模分布式电源接入对配电网稳定经济运行所提出的挑战，国内外学者在智能电网背景下提出了主动配电网的概念，即在主动配电网中，先进的通信技术、电力电子技术及智能控制技术的应用使得配电网可以协调所包含的分布式发电单元以及其他可控单元实现优化控制，保证配电网供电的安全性、可靠性和经济性。
目前，配电网中分布式电源主要通过电力电子器件实现并网运行，尽管风光分布式电源具有一定的间歇性和随机性，给配电网的稳定运行带来了不利的影响，但有功的随机性也使得高渗透背景下配电网的无功控制具有较大的发掘潜力。分布式电源在可再生能源输出的低谷期可以输出较多的无功功率，给配电网提供无功电压支撑，降低配电网网损，提高配电网供电的经济性。当前配电网的无功优化控制建立在集中通信框架下，对于通信可靠性的要求较高，需要付出较大的通信成本，并且无功优化控制算法复杂，求解困难。而基于区内集中式、区间分布式的配电网分布式优化则有利于提高主动配电网无功优化控制策略对于通信的鲁棒性，且能简化集中式无功优化模型，有利于提高配电网控制的鲁棒性和供电的可靠性。
发明内容
技术问题：本发明所要解决的技术问题是：提供一种基于等网损微增率的主动配电网分布式无功优化方法，该控制方法基于等网损微增率法则和分布式通信架构，可以实现多个分区间的无功分布式协调优化，降低系统网损，提高主动配电网无功优化控制的鲁棒性和供电的可靠性。
技术方案：为解决上述技术问题，本发明实施例采取一种基于等网损微增率的主动配电网分布式无功优化方法，该方法包括下述步骤：
步骤10)进行初始化：根据主动配电网中分布式电源和无功补偿装置的分布位置，以及主动配电网的拓扑结构，将主动配电网分成Nz个分区，将所有两个相邻分区边界联络线上的任意一点复制到该两个相邻分区，并等效成两个虚拟发电单元，实现多个分区间相对独立；各个分区将与上游邻居分区相邻的边界节点作为平衡节点，分区控制器采集区内功率电压信息，初始化分区平衡节点的电压幅值和网损微增率，各分布式电源和无功补偿装置输出的无功功率初始值，以及分区边界节点的有功功率和无功功率，设置分区迭代次数k的初始值为1，并设定最大迭代次数；
步骤20)进行分区无功优化求解：各个分区首先进行潮流计算，根据潮流计算的结果计算分区中各分布式电源和无功补偿装置的网损微增率，利用等网损微增率原则，求解各个分布式电源和无功补偿装置输出的无功功率调整量，得到第k次迭代的分布式电源和无功补偿装置的无功出力优化值，重新进行潮流计算，根据潮流计算结果计算分区平衡节点到分区边界节点的网损微增率；
步骤30)进行分区间信息交互：各个分区根据最近一次潮流计算结果，将分区平衡节点的有功功率和无功功率信息传递至上游邻居分区，将分区边界节点的网损微增率信息以及电压信息传递至下游邻居分区；各个分区根据上游邻居分区传递的网损微增率信息和电压信息更新平衡节点的网损微增率和电压，根据下游邻居分区传递的有功功率和无功功率信息更新相应边界节点的有功功率和无功功率信息；
步骤40)收敛性判断：判断主站节点有功功率偏差是否小于设定的收敛阈值，若是，则停止迭代，输出各分布式电源和无功补偿装置的无功出力优化值；若否，则判断是否达到最大迭代次数，若是，则停止迭代，输出各分布式电源和无功补偿装置的无功出力优化值，若否，则迭代次数加1，返回步骤20)。
作为优选例，所述的步骤20)中，第k次迭代中第一次潮流计算后，分区m中各个分布式电源、无功补偿装置到平衡节点的网损微增率如式(1)所示：
式中，表示第k次迭代中第一次潮流计算后，节点i处分布式电源或无功补偿装置到平衡节点的网损微增率；J(i)表示节点i到平衡节点的所有线路的集合；Rjl表示线路jl的电阻；表示第k次迭代中第一次潮流计算后，节点l处的电压幅值；表示第k次迭代中第一次潮流计算后，线路jl末端流向首端的无功功率；表示第k次迭代中第一次潮流计算后，线路jl首端流向末端的无功功率。
作为优选例，所述的步骤20)中，分区m中分布式电源和无功补偿装置的总数量为Nm，各个分布式电源、无功补偿装置的无功功率调整量通过联立下述Nm个式(2)组成的方程组计算获得：
式中，表示第k次迭代过程中线路jl末端流向首端的无功功率的变化量，其表达式如式(3)所示；若k＝1，则表示分区m平衡节点处的网损微增率的初始值；若k>1，则表示第k-1次迭代后，与分区m平衡节点相邻的边界节点处的网损微增率；Rm0表示分区m平衡节点到配电网主站节点的线路电阻；若k＝1，则表示分区m平衡节点输出的无功功率变化值的初始值；若k>1， 表示第k-1次迭代过程中分区m平衡节点输出的无功功率的变化值，其表达式如式(4)所示；Bm表示与分区m相邻的分区标号集合；若k＝1，则表示分区z平衡节点输出的无功功率变化量的初始值；若k>1，表示第k-1次迭代过程中，分区z平衡节点输出的无功功率变化量，其表达式如式(5)所示； 表示第k次迭代过程中节点j处分布式电源或无功补偿装置的无功功率调整量；Gm表示分区m中分布式电源、无功补偿装置所在的节点集合；
式中，u(j)表示分区m中线路j末端节点及线路j所有下游节点处存在的分布式电源或无功补偿装置所在的节点集合；表示第k次迭代过程中节点s处分布式电源或无功补偿装置的无功功率调整量；
式中，若k＝1，则表示分区m平衡节点输出的无功功率初始值；若k>1，则表示第k-1次迭代后分区m平衡节点输出的无功功率；若k＝2，则表示分区m平衡节点输出的无功功率初始值，若k>2，则表示第k-2次迭代后分区m平衡节点输出的无功功率；
式中，若k＝1，则表示分区z平衡节点输出的无功功率初始值，若k>1，则表示第k-1次迭代后分区z平衡节点输出的无功功率；若k＝2，则表示分区m平衡节点输出的无功功率初始值；若k>2，则表示第k-2次迭代后分区m平衡节点输出的无功功率；
由于并联电容器输出的无功功率是离散值且动作次数有限，故设并联电容器的投切次数取整方式如式(6)所示：
式中，表示节点i处并联电容器投入或切除的组数；函数fix(x)表示截尾取整函数；表示通过式(2)计算出节点i处分布式电源、无功补偿装置的无功功率调整量；Qci表示节点i处单组电容器的无功功率值；表示整数1、-1或0，由式(7)决定：
式中，函数abs(x)表示取整函数；η表示阈值系数；
校验无功功率调整量：对于分布式电源或无功出力连续的无功补偿装置，其无功功率调整量约束如式(8)所示；
式中，Qmini表示节点i处的分布式电源或无功出力连续的无功补偿装置输出无功功率的最小值；Qmaxi表示节点i处的分布式电源或无功出力连续的无功补偿装置输出无功功率的最大值；若k＝1，则表示节点i处的分布式电源或无功出力连续的无功补偿装置无功功率初始值；若k>1，则表示第k-1次迭代所得的节点i处的分布式电源或无功出力连续的无功补偿装置的无功功率优化值；μ表示分布式电源或无功出力连续的无功补偿装置的无功功率调整系数；
对于并联电容器，其电容器组投切组数的约束如式(9)所示；
式中，若k＝1，则表示节点i处电容器的初始投入组数；若k>1，则表示第k-1次迭代所得的节点i处电容器的投入组数；Nmaxci表示节点i处电容器的最大投入组数；
若联立式(2)所求得的无功功率调整量均满足式(8)和式(9)的约束条件，则即为所求；若存在超过约束上限或下限的情况，则相应分布式电源、无功补偿装置的功率调整值即为其所能达到的上限值或下限值，将这一部分变量设为相应的上限值或下限值，并将该节点所对应的等网损微增率方程从式(2)所示的方程组中除去，重新求解式(2)，直到所求得的无功功率调整量均满足式(8)和式(9)约束条件。
作为优选例，所述的步骤20)中，第k次迭代所得的分布式电源和无功补偿装置无功出力优化值，按照式(10)求得：
式中，表示第k次迭代所得的分区m中节点i处的分布式电源或无功补偿装置无功出力优化值；Xm表示分区m中分布式电源或无功出力连续的无功补偿装置所在的节点集合；Sm表示分区m中并联电容器所在的节点集合。
作为优选例，所述的步骤30)中，第k次迭代后分区m中边界节点网损微增率的计算公式如下式所示：
式中，表示第k次迭代中第二次潮流计算后，边界节点i处的网损微增率；表示第k次迭代过程中，分区m平衡节点输出的无功功率的变化值，其表达式如式(12)所示；表示第k次迭代中第二次潮流计算后，节点j处的电压幅值；表示第k次迭代中第二次潮流计算后，线路jl首端流向末端的无功功率；表示第k次迭代中第二次潮流计算后，线路jl末端流向首端的无功功率；
式中，表示第k次迭代后分区m平衡节点输出的无功功率。
作为优选例，所述的步骤40)中，主站节点有功功率偏差如式(13)所示：
式中，δP0表示主站节点输出的有功功率偏差；表示第k次迭代后主站节点输出的有功功率；若k＝1，则表示主站节点输出的有功功率初始值；若k>1，则表示第k-1次迭代后主站节点输出的有功功率；P’loss表示线路网损的预估值。
有益效果：与现有技术相比，本发明实施例具有以下有益效果：本发明实施例的基于等网损微增率的主动配电网分布式无功优化方法，基于分布式通信架构和等网损微增率原则提出了多分区分布式无功协调优化方法，使得各个分区仅需与邻居分区通信可以实现全局有功网损优化，提高主动配电网供电的经济性。所提无功优化方法基于分布式的通信架构，优化模型简单，处理约束的能力强，收敛特性好，提高了控制策略应对通信故障和集中控制器故障的鲁棒性，增强了主动配电网供电的可靠性和经济性，并且所基于的通信拓扑与配电网物理拓扑相似，分区间数据通信较少，有利于利用载波通信技术满足主动配电网的通信需求，降低系统的通信成本。
附图说明
图1是本发明实施例的流程框图。
图2是本发明实施例中IEEE33节点配电系统分区方式图。
图3是本发明实施例中IEEE69节点配电系统分区方式图。
图4是本发明实施例中相邻分区边界联络线上节点复制示意图。
图5是本发明实施例中仿真场景一的系统有功网损线条图。
图6是本发明实施例中仿真场景一的各分布式电源、无功补偿装置的无功出力线条图。
图7是本发明实施例中仿真场景二的系统有功网损线条图。
图8是本发明实施例中仿真场景二的各分布式电源、无功补偿装置的无功出力线条图。
图9是本发明实施例中仿真场景二不同无功功率调整系数下有功网损比较示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施案例对本发明进行深入地详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施案例仅仅用以解释本发明，并不用于限定发明。
如图1所示，本发明实施例的一种基于等网损微增率的主动配电网分布式无功优化方法，包括下述步骤：
步骤10)进行初始化：根据主动配电网中分布式电源和无功补偿装置的分布位置，以及主动配电网的拓扑结构，将主动配电网分成Nz个分区，将所有两个相邻分区边界联络线上的任意一点复制到该两个相邻分区，并等效成两个虚拟发电单元，实现多个分区间相对独立；各个分区将与上游邻居分区相邻的边界节点作为平衡节点，分区控制器采集区内功率电压信息，初始化分区平衡节点的电压幅值和网损微增率，各分布式电源和无功补偿装置输出的无功功率初始值，以及分区边界节点的有功功率和无功功率，设置分区迭代次数k的初始值为1，并设定最大迭代次数。
步骤20)进行分区无功优化求解：各个分区首先进行潮流计算，根据潮流计算的结果计算分区中各分布式电源和无功补偿装置的网损微增率，利用等网损微增率原则，求解各个分布式电源和无功补偿装置输出的无功功率调整量，得到第k次迭代的分布式电源和无功补偿装置的无功出力优化值，重新进行潮流计算，根据潮流计算结果计算分区平衡节点到分区边界节点的网损微增率。
在步骤20)中，第k次迭代中第一次潮流计算后，分区m中各个分布式电源、无功补偿装置到平衡节点的网损微增率如式(1)所示：
式中，表示第k次迭代中第一次潮流计算后，节点i处分布式电源或无功补偿装置到平衡节点的网损微增率；J(i)表示节点i到平衡节点的所有线路的集合；Rjl表示线路jl的电阻；表示第k次迭代中第一次潮流计算后，节点l处的电压幅值；表示第k次迭代中第一次潮流计算后，线路jl末端流向首端的无功功率；表示第k次迭代中第一次潮流计算后，线路jl首端流向末端的无功功率。
所述的步骤20)中，分区m中分布式电源和无功补偿装置的总数量为Nm，各个分布式电源、无功补偿装置的无功功率调整量通过联立下述Nm个式(2)组成的方程组计算获得：
式中，表示第k次迭代过程中线路jl末端流向首端的无功功率的变化量，其表达式如式(3)所示；若k＝1，则表示分区m平衡节点处的网损微增率的初始值；若k>1，则表示第k-1次迭代后，与分区m平衡节点相邻的边界节点处的网损微增率；Rm0表示分区m平衡节点到配电网主站节点的线路电阻；若k＝1，则表示分区m平衡节点输出的无功功率变化值的初始值；若k>1， 表示第k-1次迭代过程中分区m平衡节点输出的无功功率的变化值，其表达式如式(4)所示；Bm表示与分区m相邻的分区标号集合；若k＝1，则表示分区z平衡节点输出的无功功率变化量的初始值；若k>1，表示第k-1次迭代过程中，分区z平衡节点输出的无功功率变化量，其表达式如式(5)所示； 表示第k次迭代过程中节点j处分布式电源或无功补偿装置的无功功率调整量；Gm表示分区m中分布式电源、无功补偿装置所在的节点集合；
式中，u(j)表示分区m中线路j末端节点及线路j所有下游节点处存在的分布式电源或无功补偿装置所在的节点集合；表示第k次迭代过程中节点s处分布式电源或无功补偿装置的无功功率调整量；
式中，若k＝1，则表示分区m平衡节点输出的无功功率初始值；若k>1，则表示第k-1次迭代后分区m平衡节点输出的无功功率；若k＝2，则表示分区m平衡节点输出的无功功率初始值，若k>2，则表示第k-2次迭代后分区m平衡节点输出的无功功率；
式中，若k＝1，则表示分区z平衡节点输出的无功功率初始值，若k>1，则表示第k-1次迭代后分区z平衡节点输出的无功功率；若k＝2，则表示分区m平衡节点输出的无功功率初始值；若k>2，则表示第k-2次迭代后分区m平衡节点输出的无功功率；
由于并联电容器输出的无功功率是离散值且动作次数有限，故设并联电容器的投切次数取整方式如式(6)所示：
式中，表示节点i处并联电容器投入或切除的组数；函数fix(x)表示截尾取整函数；表示通过式(2)计算出节点i处分布式电源、无功补偿装置的无功功率调整量；Qci表示节点i处单组电容器的无功功率值；表示整数1、-1或0，由式(7)决定：
式中，函数abs(x)表示取整函数；η表示阈值系数；
由于通过联立式(2)的Nm个方程所求出的无功功率调整量，未必满足各个分布式电源、无功补偿装置的输出功率约束，因此需要校验。校验无功功率调整量：对于分布式电源或无功出力连续的无功补偿装置，其无功功率调整量约束如式(8)所示；
式中，Qmini表示节点i处的分布式电源或无功出力连续的无功补偿装置输出无功功率的最小值；Qmaxi表示节点i处的分布式电源或无功出力连续的无功补偿装置输出无功功率的最大值；若k＝1，则表示节点i处的分布式电源或无功出力连续的无功补偿装置无功功率初始值；若k>1，则表示第k-1次迭代所得的节点i处的分布式电源或无功出力连续的无功补偿装置的无功功率优化值；μ表示分布式电源或无功出力连续的无功补偿装置的无功功率调整系数。当选择较小的调整系数μ时，有利于抑制功率振荡。
对于并联电容器，其电容器组投切组数的约束如式(9)所示；
式中，若k＝1，则表示节点i处电容器的初始投入组数；若k>1，则表示第k-1次迭代所得的节点i处电容器的投入组数；Nmaxci表示节点i处电容器的最大投入组数；
若联立式(2)所求得的无功功率调整量均满足式(8)和式(9)的约束条件，则即为所求；若存在超过约束上限或下限的情况，则相应分布式电源、无功补偿装置的功率调整值即为其所能达到的上限值或下限值，将这一部分变量设为相应的上限值或下限值，并将该节点所对应的等网损微增率方程从式(2)所示的方程组中除去，重新求解式(2)，直到所求得的无功功率调整量均满足式(8)和式(9)约束条件。
在步骤20)中，第k次迭代所得的分布式电源和无功补偿装置无功出力优化值，按照式(10)求得：
式中，表示第k次迭代所得的分区m中节点i处的分布式电源或无功补偿装置无功出力优化值；Xm表示分区m中分布式电源或无功出力连续的无功补偿装置所在的节点集合；Sm表示分区m中并联电容器所在的节点集合。
步骤30)进行分区间信息交互：各个分区根据最近一次潮流计算结果，将分区平衡节点的有功功率和无功功率信息传递至上游邻居分区，将分区边界节点的网损微增率信息以及电压信息传递至下游邻居分区；各个分区根据上游邻居分区传递的网损微增率信息和电压信息更新平衡节点的网损微增率和电压，根据下游邻居分区传递的有功功率和无功功率信息更新相应边界节点的有功功率和无功功率信息。
在步骤30)中，第k次迭代后分区m中边界节点网损微增率的计算公式如下式所示：
式中，表示第k次迭代中第二次潮流计算后，边界节点i处的网损微增率；表示第k次迭代过程中，分区m平衡节点输出的无功功率的变化值，其表达式如式(12)所示；表示第k次迭代中第二次潮流计算后，节点j处的电压幅值；表示第k次迭代中第二次潮流计算后，线路jl首端流向末端的无功功率；表示第k次迭代中第二次潮流计算后，线路jl末端流向首端的无功功率；
式中，表示第k次迭代后分区m平衡节点输出的无功功率。
步骤40)收敛性判断：判断主站节点有功功率偏差是否小于设定的收敛阈值，若是，则停止迭代，输出各分布式电源和无功补偿装置的无功出力优化值；若否，则判断是否达到最大迭代次数，若是，则停止迭代，输出各分布式电源和无功补偿装置的无功出力优化值，若否，则迭代次数加1，返回步骤20)。
在步骤40)中，主站节点有功功率偏差如式(13)所示：
式中，δP0表示主站节点输出的有功功率偏差；表示第k次迭代后主站节点输出的有功功率；若k＝1，则表示主站节点输出的有功功率初始值；若k>1，则表示第k-1次迭代后主站节点输出的有功功率；P’loss表示线路网损的预估值。
根据主动配电网的短时无功优化调度周期，当需要进行全局无功优化时，本发明的控制方法首先进行初始化，之后各个分区根据等网损微增率准则独立求解各自分区分布式电源、无功补偿装置的无功优化值，并通过与邻居分区交互信息协调各个分区间的无功优化，经过多次迭代即可实现全局有功网损的优化。
本发明的控制方法基于等网损微增率准则，在区内集中式、区间分布式的通信架构下实现了多个分区间分布式无功协调优化，降低了全局网损。基于所提出的方法，各个分区仅需与邻居分区通信少量的信息即可实现全局有功网损优化，提高了主动配电网供电的经济性。所提无功优化方法基于分布式的通信架构，优化模型简单，处理约束的能力强，收敛特性好，提高了控制策略应对通信故障和集中控制器故障的鲁棒性，增强了主动配电网供电的可靠性和经济性，并且所基于的通信拓扑与配电网物理拓扑相似，分区间数据通信较少，有利于利用载波通信技术满足主动配电网的通信需求，降低系统的通信成本。
下面例举一个实施例。
为了验证所提分布式无功优化方法的有效性，针对IEEE33节点配电系统和IEEE69节点配电系统，基于MATLAB开发主动配电网分布式无功优化控制程序。根据分布式电源渗透率设置两种仿真场景，仿真场景一为图2所示的33节点包含8个分区的分区方式，其中存在8个分布式光伏发电单元，分别位于节点{3,6,11,16,21,24,27,30}，每个DG(分布式发电单元)的有功功率输出设为250kW，输出无功功率最大值为250kVar。仿真场景二为图3所示的69节点包含12个分区的分区方式，其中存在10个分布式光伏发电单元，分别位于节点{3,8,19,27,31,38,42,48,54,66}，每个DG(分布式发电单元)的有功功率输出均为300kW，相应逆变器视在功率模值为400kVA。节点61处配置6组电容器，每组电容器的容量为50kVar。节点12处配置一台静止无功补偿装置(SVC)，容量为300kVar。设置仿真参数η＝0.75，μ＝0.75。
在图2和图3中，为简单起见，相邻两个分区从靠近分区联络线的上游节点处选择一点复制到相邻两个分区，从而分区间的联络线通常包含在下游分区，而上游分区则通过一条零阻抗线路连接到复制的边界节点，边界节点复制示意图如图4所示。
图5表示本发明实施例中仿真场景一的系统有功网损线条图，图6表示本发明实施例中仿真场景一的各分布式电源、无功补偿装置的无功出力线条图，根据主站节点的有功功率变化量占网损预估值的比例可知，经过11次迭代，系统网损已经收敛到预估值(20kW))的1/1000。此时全局有功网损收敛到29.77kW，与集中式优化结果(29.77kW)的偏差为0。这说明本发明的方法可以通过分布式方式有效实现全局网损的优化。在图5中，有功网损最初逐渐增加是因为各个分区的边界变量节点的信息正在逐步更新，各个分区逐渐从各自独立的个体协调成一个互相关联的整体，之后在等网损微增率准则的作用下，网损逐渐收敛到全局最优值。在图6中，大多数DG(分布式发电单元)很快收敛到最优值，DG4的无功功率收敛相对较慢是因为4分区与1分区相隔较远，4分区DG的无功变化引起的平衡节点网损微增率的变化要经过6次迭代才能得到更新，但总体仍能再10次左右收敛到最优值，说明所提分布式控制方法具有很好的收敛特性。
图7是本发明实施例中仿真场景二的系统有功网损线条图，图8是本发明实施例中仿真场景二的各分布式电源、无功补偿装置的无功出力线条图，根据主站节点的有功功率变化量占网损预估值的比例可知，经过13次迭代，系统网损已经收敛到预估值(30kW)的1/1000。此时全局有功网损收敛到44.29kW，与集中式优化结果(44.29kW)的偏差为0。这说明所提方法对于多分区和多节点配电系统仍可以通过分布式方式有效实现全局网损的优化，并且迭代次数变化不大。在图8中，DG3和DG4分别属于3分区和4分区，均与1分区相隔较远，因此收敛也相对较慢。
图9是本发明实施例中仿真场景二不同无功功率调整系数下有功网损比较示意图。由图9可见，无功调整系数越小，有功网损收敛越平稳，但收敛到最优解的速度也越慢，而无功调整系数较大时，有功网损收敛存在幅值趋弱的周期性波动。这是因为末游分区与主站节点所在分区间隔较远，当无功调整过大时，无功功率引起的网损微增率需要数次迭代才能更新，无功调整与网损微增率更新间存在时延，造成了无功功率的周期性波动，进而引起有功网损的周期性波动。因此，随着主站节点所在分区与末游分区间分区数的增加，无功功率调整系数应相应减小以降低有功网损的周期性波动，提高分布式控制的收敛速度。
由图5至图9的仿真结果可知，所提的分布式无功优化方法实施简单，收敛特性好，可较快的实现有功网损的全局优化，提高无功优化控制的实时性。同时，所提方法基于区内集中式、区间分布式的通信架构，有利于提高无功优化控制对通信故障的鲁棒性，增强主动配电网供电的可靠性。

Claims (6)

1.一种基于等网损微增率的主动配电网分布式无功优化方法，其特征在于，该方法包括下述步骤：
步骤10)进行初始化：根据主动配电网中分布式电源和无功补偿装置的分布位置，以及主动配电网的拓扑结构，将主动配电网分成Nz个分区，将所有两个相邻分区边界联络线上的任意一点复制到该两个相邻分区，并等效成两个虚拟发电单元，实现多个分区间相对独立；各个分区将与上游邻居分区相邻的边界节点作为平衡节点，分区控制器采集区内功率电压信息，初始化分区平衡节点的电压幅值和网损微增率，各分布式电源和无功补偿装置输出的无功功率初始值，以及分区边界节点的有功功率和无功功率，设置分区迭代次数k的初始值为1，并设定最大迭代次数；
步骤20)进行分区无功优化求解：各个分区首先进行潮流计算，根据潮流计算的结果计算分区中各分布式电源和无功补偿装置的网损微增率，利用等网损微增率原则，求解各个分布式电源和无功补偿装置输出的无功功率调整量，得到第k次迭代的分布式电源和无功补偿装置的无功出力优化值，重新进行潮流计算，根据潮流计算结果计算分区平衡节点到分区边界节点的网损微增率；
步骤30)进行分区间信息交互：各个分区根据最近一次潮流计算结果，将分区平衡节点的有功功率和无功功率信息传递至上游邻居分区，将分区边界节点的网损微增率信息以及电压信息传递至下游邻居分区；各个分区根据上游邻居分区传递的网损微增率信息和电压信息更新平衡节点的网损微增率和电压，根据下游邻居分区传递的有功功率和无功功率信息更新相应边界节点的有功功率和无功功率信息；
步骤40)收敛性判断：判断主站节点有功功率偏差是否小于设定的收敛阈值，若是，则停止迭代，输出各分布式电源和无功补偿装置的无功出力优化值；若否，则判断是否达到最大迭代次数，若是，则停止迭代，输出各分布式电源和无功补偿装置的无功出力优化值，若否，则迭代次数加1，返回步骤20)。
2.按照权利要求1所述的基于等网损微增率的主动配电网分布式无功优化方法，其特征在于，所述的步骤20)中，第k次迭代中第一次潮流计算后，分区m中各个分布式电源、无功补偿装置到平衡节点的网损微增率如式(1)所示：
式中，表示第k次迭代中第一次潮流计算后，节点i处分布式电源或无功补偿装置到平衡节点的网损微增率；J(i)表示节点i到平衡节点的所有线路的集合；Rjl表示线路jl的电阻；表示第k次迭代中第一次潮流计算后，节点l处的电压幅值；表示第k次迭代中第一次潮流计算后，线路jl末端流向首端的无功功率；表示第k次迭代中第一次潮流计算后，线路jl首端流向末端的无功功率。
3.按照权利要求1所述的基于等网损微增率的主动配电网分布式无功优化方法，其特征在于，所述的步骤20)中，分区m中分布式电源和无功补偿装置的总数量为Nm，各个分布式电源、无功补偿装置的无功功率调整量通过联立下述Nm个式(2)组成的方程组计算获得：
式中，表示第k次迭代中第一次潮流计算后，节点i处分布式电源或无功补偿装置到平衡节点的网损微增率；J(i)表示节点i到平衡节点的所有线路的集合；Rjl表示线路jl的电阻；表示第k次迭代中第一次潮流计算后，节点l处的电压幅值；表示第k次迭代过程中线路jl末端流向首端的无功功率的变化量，其表达式如式(3)所示；若k＝1，则表示分区m平衡节点处的网损微增率的初始值；若k>1，则表示第k-1次迭代后，与分区m平衡节点相邻的边界节点处的网损微增率；Rm0表示分区m平衡节点到配电网主站节点的线路电阻；若k＝1，则表示分区m平衡节点输出的无功功率变化值的初始值；若k>1，表示第k-1次迭代过程中分区m平衡节点输出的无功功率的变化值，其表达式如式(4)所示；Bm表示与分区m相邻的分区标号集合；若k＝1，则表示分区z平衡节点输出的无功功率变化量的初始值；若k>1，表示第k-1次迭代过程中，分区z平衡节点输出的无功功率变化量，其表达式如式(5)所示； 表示第k次迭代过程中节点j处分布式电源或无功补偿装置的无功功率调整量；Gm表示分区m中分布式电源、无功补偿装置所在的节点集合；
式中，u(j)表示分区m中线路j末端节点及线路j所有下游节点处存在的分布式电源或无功补偿装置所在的节点集合；表示第k次迭代过程中节点s处分布式电源或无功补偿装置的无功功率调整量；
式中，若k＝1，则表示分区m平衡节点输出的无功功率初始值；若k>1，则表示第k-1次迭代后分区m平衡节点输出的无功功率；若k＝2，则表示分区m平衡节点输出的无功功率初始值，若k>2，则表示第k-2次迭代后分区m平衡节点输出的无功功率；
式中，若k＝1，则表示分区z平衡节点输出的无功功率初始值，若k>1，则表示第k-1次迭代后分区z平衡节点输出的无功功率；若k＝2，则表示分区z平衡节点输出的无功功率初始值；若k>2，则表示第k-2次迭代后分区z平衡节点输出的无功功率；
由于并联电容器输出的无功功率是离散值且动作次数有限，故设并联电容器的投切次数取整方式如式(6)所示：
式中，表示节点i处并联电容器投入或切除的组数；函数fix(x)表示截尾取整函数；表示通过式(2)计算出节点i处分布式电源、无功补偿装置的无功功率调整量；Qci表示节点i处单组电容器的无功功率值；表示整数1、-1或0，由式(7)决定：
式中，函数abs(x)表示取整函数；η表示阈值系数；
校验无功功率调整量：对于分布式电源或无功出力连续的无功补偿装置，其无功功率调整量约束如式(8)所示；
式中，Qmini表示节点i处的分布式电源或无功出力连续的无功补偿装置输出无功功率的最小值；Qmaxi表示节点i处的分布式电源或无功出力连续的无功补偿装置输出无功功率的最大值；若k＝1，则表示节点i处的分布式电源或无功出力连续的无功补偿装置无功功率初始值；若k>1，则表示第k-1次迭代所得的节点i处的分布式电源或无功出力连续的无功补偿装置的无功功率优化值；μ表示分布式电源或无功出力连续的无功补偿装置的无功功率调整系数；
对于并联电容器，其电容器组投切组数的约束如式(9)所示；
式中，若k＝1，则表示节点i处电容器的初始投入组数；若k>1，则表示第k-1次迭代所得的节点i处电容器的投入组数；Nmaxci表示节点i处电容器的最大投入组数；
若联立式(2)所求得的无功功率调整量均满足式(8)和式(9)的约束条件，则即为所求；若存在超过约束上限或下限的情况，则相应分布式电源、无功补偿装置的功率调整值即为其所能达到的上限值或下限值，将这一部分变量设为相应的上限值或下限值，并将该节点所对应的等网损微增率方程从式(2)所示的方程组中除去，重新求解式(2)，直到所求得的无功功率调整量均满足式(8)和式(9)约束条件。
4.按照权利要求3所述的基于等网损微增率的主动配电网分布式无功优化方法，其特征在于，所述的步骤20)中，第k次迭代所得的分布式电源和无功补偿装置无功出力优化值，按照式(10)求得：
式中，表示第k次迭代所得的分区m中节点i处的分布式电源或无功补偿装置无功出力优化值；Xm表示分区m中分布式电源或无功出力连续的无功补偿装置所在的节点集合；Sm表示分区m中并联电容器所在的节点集合。
5.按照权利要求1所述的基于等网损微增率的主动配电网分布式无功优化方法，其特征在于，所述的步骤30)中，第k次迭代后分区m中边界节点网损微增率的计算公式如下式所示：
式中，表示第k次迭代中第二次潮流计算后，边界节点i处的网损微增率；Rjl表示线路jl的电阻；表示第k次迭代过程中，分区m平衡节点输出的无功功率的变化值，其表达式如式(12)所示；表示第k次迭代中第二次潮流计算后，节点j处的电压幅值；表示第k次迭代中第二次潮流计算后，线路jl首端流向末端的无功功率；表示第k次迭代中第二次潮流计算后，线路jl末端流向首端的无功功率；若k＝1，则表示分区m平衡节点处的网损微增率的初始值；若k>1，则表示第k-1次迭代后，与分区m平衡节点相邻的边界节点处的网损微增率；Rm0表示分区m平衡节点到配电网主站节点的线路电阻；若k＝1，则表示分区m平衡节点输出的无功功率变化值的初始值；若k>1，表示第k-1次迭代过程中分区m平衡节点输出的无功功率的变化值，其表达式如式(4)所示；
式中，若k＝1，则表示分区m平衡节点输出的无功功率初始值；若k>1，则表示第k-1次迭代后分区m平衡节点输出的无功功率；若k＝2，则表示分区m平衡节点输出的无功功率初始值，若k>2，则表示第k-2次迭代后分区m平衡节点输出的无功功率；
式中，表示第k次迭代后分区m平衡节点输出的无功功率。
6.按照权利要求1所述的基于等网损微增率的主动配电网分布式无功优化方法，其特征在于，所述的步骤40)中，主站节点有功功率偏差如式(13)所示：
式中，δP0表示主站节点输出的有功功率偏差；表示第k次迭代后主站节点输出的有功功率；若k＝1，则表示主站节点输出的有功功率初始值；若k>1，则表示第k-1次迭代后主站节点输出的有功功率；P′loss表示线路网损的预估值。
CN201610818830.4A 2016-09-12 2016-09-12 一种基于等网损微增率的主动配电网分布式无功优化方法 Active CN106329546B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610818830.4A CN106329546B (zh) 2016-09-12 2016-09-12 一种基于等网损微增率的主动配电网分布式无功优化方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610818830.4A CN106329546B (zh) 2016-09-12 2016-09-12 一种基于等网损微增率的主动配电网分布式无功优化方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN106329546A CN106329546A (zh) 2017-01-11
CN106329546B true CN106329546B (zh) 2019-03-19

Family

ID=57787207

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201610818830.4A Active CN106329546B (zh) 2016-09-12 2016-09-12 一种基于等网损微增率的主动配电网分布式无功优化方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN106329546B (zh)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108808745B (zh) * 2018-06-20 2021-08-03 华侨大学 一种主动配电网的动态无功优化方法
CN113937829A (zh) * 2021-11-16 2022-01-14 华北电力大学 一种基于d3qn的主动配电网多目标无功控制方法
CN114172149B (zh) * 2021-12-08 2023-10-24 国网安徽省电力有限公司电力科学研究院 一种分布式发电集群自治控制方法及系统
CN116565979B (zh) * 2023-07-10 2023-11-28 国网信息通信产业集团有限公司 一种包含多微网的主动配电网调度方法

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103346576B (zh) * 2013-07-03 2015-04-22 杭州电子科技大学 基于二阶网损灵敏度矩阵的配电网无功补偿选点方法
CN104009484B (zh) * 2014-06-12 2016-02-10 国家电网公司 一种基于潮流计算的电网降损评估方法
CN105226664B (zh) * 2015-10-14 2018-12-18 中国电力科学研究院 一种主动配电网无功电压分层分布协调控制方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN106329546A (zh) 2017-01-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN106329546B (zh) 一种基于等网损微增率的主动配电网分布式无功优化方法
CN106208102B (zh) 一种基于辅助问题原理的主动配电网分布式无功优化方法
CN103903073B (zh) 一种含分布式电源及储能的微电网优化规划方法及系统
CN105762841B (zh) 一种并联虚拟同步发电机分布式协同运行控制方法及系统
CN1327587C (zh) 电力系统中基于软分区的电压控制方法
CN106410808B (zh) 包含恒功率和下垂控制的通用型微电网群分布式控制方法
CN105870949B (zh) 一种基于分布式梯度算法的微电网储能单元优化控制方法
CN102541621B (zh) 风光储联合发电系统的仿真等值方法
CN104135030B (zh) 一种用于智能电网的柔性孤岛‑并网控制装置及方法
CN105186500B (zh) 一种基于重加权加速Lagrangian的配电网能量分散协调优化方法
CN112564135A (zh) 一种新能源与储能电站群频率/电压协调控制方法及装置
CN106849112A (zh) 基于非支配邻域免疫算法的配电网多目标无功优化方法
CN104820865A (zh) 基于图论的智能配电网故障恢复智能优化方法
CN103490428B (zh) 微电网无功补偿容量配置方法及系统
CN109149586A (zh) 面向智能软开关的有源配电网分区分散式电压控制方法
CN107546773A (zh) 一种基于图论的区域多微电网动态组网方法
CN110265991A (zh) 一种直流微电网的分布式协调控制方法
CN106684932B (zh) 一种考虑电网结构调整的互联电网经济调度方法
CN106786629A (zh) 一种风场内部无功电压协调控制方法
CN106505575A (zh) 一种基于粒计算的线路潮流经济调度方法
CN110445186B (zh) 一种自同步微电网控制系统及二次调频控制方法
CN109301882A (zh) 一种基于admm的电力系统分散式经济调度方法
CN103971183B (zh) 一种光伏电站的优化选址与容量配置方法
CN108695859A (zh) 一种接入主动配电网的电容器组选址定容方法
CN110120673A (zh) 基于戴维南等值参数辨识的分布式输配协同无功优化方法及系统

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant