CN106505624B - 确定配电网分布式电源最优吸纳能力的调控系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了确定配电网分布式电源最优吸纳能力的调控系统及方法。配电网分布式电源最优吸纳能力优化调控系统包括配电网自动化系统接口模块、配电网络结构数据库模块、分布式电源吸纳能力优化分析模块、控制对象选择模块、人机交互模块、操作命令下发通信接口模块，同时，本发明提出了基于阻抗支路方程和对地支路方程的配电网计算模型及配电网最大流模型下的配电网分布式电源最优吸纳能力计算模型，并利用两种计算模型进行分布式电源吸纳能力优化计算，形成了分布式电源吸纳能力优化控制策略的调控方法，以此调控方法可快速计算并形成配电网分布式电源吸纳能力优化控制策略，提高了配电网分布式电源吸纳能力优化系统的求解效率，提高运算速度。
Description
技术领域
本发明涉及电力技术，尤其涉及一种确定配电网分布式电源最优吸纳能力调控系统及方法。
背景技术
近年来，为保障能源安全、推动环境保护，以风力发电和光伏发电为代表的分布式电源的开发和利用得到国内外的广泛关注。但是，当接入电网的分布式电源达到一定规模后，由于其具有间歇性、波动性以及难预测性等特点，对电力系统运行的安全稳定构成威胁。因此，对大规模分布式电源并网的吸纳能力决定能否进一步有效提升其利用水平。电力系统的电源构成、电网结构、用户负荷特性等方面均存在着影响分布式电源吸纳的相关因素，其中配电网络作为连接分布式电源与负荷中心的唯一桥梁，其容量的大小和充裕性对提升分布式电源吸纳能力和引导分布式能源优化配置起到关键作用。目前，已有考虑通过改善配电网络达到提高吸纳分布式电源的研究结果，一般从安全约束经济调度、机会约束规划和分布式电源调度模式等方面建立模型，考虑系统电源分布情况、分布式电源接入电网不同位置、电网输电容量限制、负荷特性等因素，研究不同分布式电源并网下吸纳能力。还有有学者提出了网络流模型，其特点是网络中被使用的“流”在流动过程中是不衰减的。对于网络中衰减的“流”则通常采用简化的算法，忽略这些衰减量，因此对于衰减“流”的研究不够充分。对于电力网络来说因为网络存在损耗，所以被传输的功率流是发生衰减的，而其中的电流是不衰减的。当前的研究都是以配电网络现有输电容量作为约束条件来进行的，并没有针对配电网络进行优化。
发明内容
本发明的目的是提供一种确定配电网分布式电源最优吸纳能力调控系统及方法，以提高配电网对分布式电源最优吸纳能力的求解效率及解的准确度，提高配电网分布式电源优化调控系统的整体工作效果。
本发明为解决其技术问题所采用的技术方案是，
确定配电网分布式电源最优吸纳能力的调控系统，包括：
配电网自动化系统，用于获取典型运行日下配电网历史运行数据值及当前时刻下配电网的实时运行数据；
配电网络结构数据库，用于获取配电网支路参数，并设定优化迭代计算的终止判断参数值；
分布式电源吸纳能力优化分析模块，接收该配电网自动化系统获取的典型运行日下配电网各节点电压历史数据值、各节点注入的有功功率值及无功功率值作为分布式电源吸纳能力优化分析模块的电压初始计算值，利用基于阻抗支路方程和对地支路方程组成的配电网络计算模型及支路电压初始值计算配电网各条支路的电流初始值，利用电压初始值、各支路电流初始值、配电网最大流模型求解的最优分布式电源最优吸纳能力及牛顿拉夫逊迭代算法计算出各支路电流的新值，并依据各支路电流新值与各支路电流初始值之间的差值利用基于阻抗支路方程和对地支路方程的配电网计算模型形成最优分布式电源吸纳能力调控策略；
控制对象选择模块，用于提供调度人员对操作对象进行选择，发出控制命令；
人机交互模块，输出计算出的配电网最优分布式电源吸纳能力调控策略及各仿真信息；
操作命令下发通信接口模块，提供与配电网自动化系统之间的通信接口，将控制命令传递给该配电网自动化系统。
具体地，典型运行日下配电网历史运行数据包括典型运行日典型时刻对应的配电网各节点电压历史运行值、配电网各节点注入有功功率值、无功功率值，当前时刻下配电网的实时运行数据包括当前时刻下配电网各节点电压运行值、各节点注入有功功率数值；
配电网支路参数包括配电网各节点类型、配电网各节点有功电源出力最大、最小值，各节点无功电源出力最大、最小值，节点编号，支路编号。
确定配电网分布式电源最优吸纳能力的调控方法，包括如下步骤：
步骤一，利用配电网自动化系统获取典型运行日下配电网历史运行数据值及当前时刻下配电网的实时运行数据，利用配电网络结构数据库获得配电网支路参数，并设定优化迭代计算的终止判断参数值ε；
步骤二，将获取的典型运行日下配电网各节点电压历史数据值、各节点注入的有功功率值及无功功率值，传递给配电网分布式电源吸纳能力优化分析模块，作为配电网分布式电源吸纳能力优化分析模块电压初始计算值；
步骤三，利用基于阻抗支路方程和对地支路方程的配电网计算模型及步骤二中获得的电压初始值，计算配电网各条支路的电流初始值；
步骤四，利用电压初始值、电网各支路电流初始值、配电网最大流模型求解的配电网分布式电源吸纳能力优化分析计算模型及牛顿拉夫逊迭代算法计算出各支路电流的新值；
步骤五，计算各支路电流新值与各支路电流初始值之间的差值，判断如果：
||I(k+1)-I(k)||≤ε
条件满足，则转到步骤七，若差值大于给定的ε值，则转到步骤六，ε为一个给定的比较小的正数；
步骤六，将步骤四中各支路电流的新值作为配电网分布式电源吸纳能力优化分析计算各支路电流的初始值，并利用基于阻抗支路方程和对地支路方程的配电网计算模型计算出对应于各支路电流初始值的节点电压的初始值，转到步骤四；
步骤七，依据基于阻抗支路方程和对地支路方程的配电网计算模型计算出对应于各支路电流的各节点电压及各节点的最大流，并形成配电网分布式电源吸纳能力优化调控策略。
进一步，在步骤七之后，还包括如下步骤：
依据获取的配电网实时运行电网各节点电压数据、各节点注入的有功功率、无功功率数值对所述配电网分布式电源吸纳能力优化分析调控策略进行配电网潮流计算、网损计算，从而对调制策略进行安全性及配电网经济性校验，并将调控策略及校验结果输出；通过控制命令下发通信接口模块将调控命令传递给配电网自动化系统，由配电网自动化系统传递控制信息到控制对象，从而完成配电网分布式电源吸纳能力优化控制的执行工作；
基于阻抗支路方程和对地支路方程的配电网计算模型包括阻抗支路方程和对地支路方程，阻抗支路方程为：
ZI＝ATU
进一步得：
对地支路方程为：
进一步得：
即可得到配电网络功率方程：
其中，V为注入节点n的节点电压幅值矩阵，θ为功率因数角矩阵；Ia为阻抗支路的电流的实部矩阵；Ir为阻抗支路的电流的虚部矩阵；A表示支路-节点关联矩阵；表示对角线矩阵；Gs为阻抗支路电导矩阵，Bs为阻抗支路电纳矩阵；为注入节点n的电流实部矩阵；为注入节点n的电流虚部矩阵；P为注入节点n的有功功率矩阵，Q为注入节点n的无功功率矩阵；Bg为对地支路电纳矩阵；
配电网最大流模型如下：
max I
约束条件为：
Vmin≤V≤Vmax
其中：I为配电网支路电流；为网络中的i，j节点之间的支路电流的上下限；Vmax,Vmin为各节点电压的上下限；
对于配电网最大流模型中的电压不等式约束条件Vmin≤V≤Vmax，由于：
可得：
进而得到：
上述配电网络最大流优化模型描述了在给定的配电网络结构和支路电流约束条件下对分布式电源的最大吸纳能力。
本发明的优点在于，本发明确定配电网分布式电源最优吸纳能力的研究方法和系统采用了基于阻抗支路方程和对地支路方程的配电网计算模型，以及配电网最大流模型的配电网分布式电源最优吸纳能力计算模型。利用这种模型同时对配电网中的节点电压和支路电流进行计算，同时利用配电网最大流模型，解决了配电网分布式电源最优吸纳能力计算过程中的线性化问题，提高了配电网分布式电源最优吸纳能力计算解的收敛速度，并将配电网分布式电源最优吸纳能力控制策略对配电网实时运行状态下在线安全性校验计算及调控前后网络损耗对比等实时仿真计算，并将配电网配电网分布式电源最优吸纳能力分析模块计算得到的配电网分布式电源最优吸纳能力控制策略结果、在线安全性校验结果、调控前后网络损耗对比等实时仿真计算结果输出到人机交互界面，由电力系统调度员进一步进行修改确认，形成的控制策略，需再次进行安全性校验及网络损耗对比计算，直到调整后的策略满足电网安全经济运行的目标为止，才最终将控制策略经配电网配电网分布式电源最优吸纳能力调控系统的控制命令下发通信接口模块下发给配电网自动化系统，由配电网自动化系统完成对配电网实际运行设备投切控制，可以安全地提高配电网运行的经济性，进而提高配电网运行的经济效益及社会效益。
附图说明
图1是本发明提出的确定配电网分布式电源最优吸纳能力的系统架构图；
图2是本发明提出的确定配电网分布式电源最优吸纳能力的方法步骤流程图。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合图示与具体实施例，进一步阐述本发明。
如图1所示，本发明确定配电网分布式电源最优吸纳能力的研究系统包括：配电网自动化系统接口模块101、配电网络结构数据库模块102、分布式电源吸纳能力优化分析模块103、控制对象选择模块104、人机交互模块105、操作命令下发通信接口模块106。
其中，配电网自动化系统接口模块101用于获取典型运行日下配电网历史运行数据值及当前时刻下配电网的实时运行数据，所述典型运行日下配电网历史运行数据包括：典型运行日典型时刻对应的配电网各节点电压历史运行值、配电网各节点注入有功功率值、无功功率值，所述配电网当前时刻下电网的实时运行数据包括：当前时刻下配电网各节点电压运行值、各节点注入有功功率数值。
配电网络结构数据库模块102用于获取配电网支路参数，配电网支路参数包括：配电网各节点类型、配电网各节点有功电源出力最大、最小值，各节点无功电源出力最大、最小值，节点编号，支路编号。
分布式电源吸纳能力优化分析模块103，接收配电网自动化系统模块获取的典型运行日下配电网各节点电压历史数据值，各节点注入的有功功率值及无功功率值作为分布式电源吸纳能力优化分析模块的电压初始计算值，利用基于阻抗支路方程和对地支路方程的配电网计算模型及电压初始值计算电网各条支路的电流初始值，利用分布式电源吸纳能力优化分析模块的电压初始值、配电网各支路电流初始值、配电网最大流模型求解的分布式电源吸纳能力优化分析计算模型及牛顿拉夫逊迭代算法计算出各支路电流的新值，并依据各支路电流新值与各支路电流初始值之间的差值利用基于阻抗支路方程和对地支路方程的配电网计算模型形成分布式电源吸纳能力优化分析调控策略。
其中，基于阻抗支路方程和对地支路方程的配电网计算模型包括阻抗支路方程和对地支路方程，所述阻抗支路方程为：
ZI＝ATU
进一步得：
所述对地支路方程为：
进一步得：
即可得到配电网络功率方程：
其中，V为注入节点n的节点电压幅值矩阵，θ为功率因数角矩阵；Ia为阻抗支路的电流的实部矩阵；Ir为阻抗支路的电流的虚部矩阵；A表示支路-节点关联矩阵；表示对角线矩阵；Gs为阻抗支路电导矩阵，Bs为阻抗支路电纳矩阵；为注入节点n的电流实部矩阵；为注入节点n的电流虚部矩阵；P为注入节点n的有功功率矩阵，Q为注入节点n的无功功率矩阵；Bg为对地支路电纳矩阵。
进一步地，该配电网最大流模型如下：
max I
约束条件为：
Vmin≤V≤Vmax
其中：I为配电网支路电流；为网络中的i，j节点之间的支路电流的上下限；Vmax,Vmin为各节点电压的上下限。
对于配电网最大流模型中的电压不等式约束条件Vmin≤V≤Vmax，由于：
可得：
进而得到：
上述配电网络最大流优化模型描述了在给定的配电网络结构和支路电流约束条件下对分布式电源的最大吸纳能力。
具体地说，分布式电源吸纳能力优化分析模块103，接收配电网自动化系统接口模块101获取的典型运行日下配电网各节点电压历史数据值，各节点注入的有功功率值及无功功率值作为电压初始计算值，然后利用基于阻抗支路方程和对地支路方程的配电网计算模型及电压初始值计算配电网各条支路的电流初始值，并利用电压初始值、配电网各支路电流初始值、配电网最大流模型求解的分布式电源吸纳能力优化分析计算模型及牛顿拉夫逊迭代算法计算出各支路电流的新值，接着计算各支路电流新值与各支路电流初始值之间的差值，判断这个差值是否小于一给定的ε值，如果差值小于给定的ε值，则依据基于阻抗支路方程和对地支路方程的配电网计算模型计算出对应于各支路电流的各节点电压及各支路的最大流，并形成分布式电源吸纳能力优化调控策略，如果差值大于给定的ε值，则将各支路电流的新值作为分布式电源吸纳能力优化分析模块计算各支路电流的初始值，利用基于阻抗支路方程和对地支路方程的配电网计算模型计算出对应于各支路电流初始值的节点电压的初始值，重新利用电压初始值、电网各支路电流初始值、配电网最大流模型求解的分布式电源吸纳能力优化分析计算模型及牛顿拉夫逊迭代算法计算出各支路电流的新值。
控制对象选择模块104，用于提供调度人员对操作对象进行选择，发出控制命令。具体地说，通过配电网分布式电源吸纳能力优化调控系统运行人员的控制策略后，配电网调度人员将在系统操作界面对操作对象进行选择，发出控制命令。
人机交互模块105，输出计算出的分布式电源吸纳能力优化控制策略、当前配电网运行状态下分布式电源吸纳能力优化控制策略执行后电网电压越上限或者越下限的仿真信息、当前配电网运行状态下分布式电源吸纳能力优化分析控制策略执行后，电网网损变化等仿真信息。在本发明较佳实施例中，通过计算机显示器提供人机交互界面，通过这个界面，系统运行人员可以获得所述的分布式电源吸纳能力优化调控系统计算出的分布式电源吸纳能力优化策略，当前配电网运行状态下分布式电源吸纳能力优化策略执行后电网电压越上限或者越下限的仿真信息，当前配电网运行状态下分布式电源吸纳能力优化策略执行后，电网网损变化等仿真信息，根据上述信息配电网分布式电源吸纳能力优化系统的运行人员可以确定是否需要对输出的优化控制策略进行诸如删除部分控制策略、调整电源点电压、调整变压器档位、增加控制对象等信息调整，经确认后，可再次执行仿真计算。
操作命令下发通信接口模块106，提供系统与配电网自动化系统之间的通信接口模块，将控制命令传递给配电网自动化系统，由配电网自动化系统完成对电网实际运行设备操作控制。
图2为本发明确定配电网分布式电源最优吸纳能力的研究方法的步骤流程图。如图2所示，本发明确定配电网分布式电源最优吸纳能力的研究方法，包括如下步骤：
步骤S1，获取典型运行日下配电网历史运行数据值及当前时刻下电网的实时运行数据，获得电网支路参数，设定无功优化迭代计算的终止判断参数值ε。具体地说，由配电网自动化系统接口模块获取典型运行日下配电网历史运行数据值及当前时刻下配电网的实时运行数据，所述典型运行日下配电网历史运行数据包括：典型运行日典型时刻对应的配电网各节点电压历史运行值、电网各节点注入有功功率值、无功功率值，所述配电网当前时刻下电网的实时运行数据包括：当前时刻下配电网各节点电压运行值、各节点注入有功功率数值；由配电网网络结构数据库接口模块获得配电网网络结构参数，所述配电网支路参数包括：电网各节点类型、电网各节点有功电源出力最大、最小值，各节点无功电源出力最大、最小值，节点编号，支路编号；最后通过人机界面设定无功优化迭代计算的终止判断参数值ε，所述的ε值是一个很小的数值，可以是0.1,0.01,0.001等。
步骤S2，将获取的典型运行日下配电网各节点电压历史数据值、各节点注入的有功功率值及无功功率值，传递给配电网分布式电源最优吸纳能力分析模块，作为确定配电网分布式电源最优吸纳能力优化模块电压初始计算值。
步骤S3，利用基于阻抗支路方程和对地支路方程的配电网计算模型及步骤S2中获得的电压初始值，计算电网各条支路的电流初始值。
具体地说，基于阻抗支路方程和对地支路方程的配电网计算模型包括阻抗支路方程和对地支路方程，所述阻抗支路方程为：
ZI＝ATU
进一步得：
所述对地支路方程为：
进一步得：
即可得到配电网络功率方程：
其中，V为注入节点n的节点电压幅值矩阵，θ为功率因数角矩阵；Ia为阻抗支路的电流的实部矩阵；Ir为阻抗支路的电流的虚部矩阵；A表示支路-节点关联矩阵；表示对角线矩阵；Gs为阻抗支路电导矩阵，Bs为阻抗支路电纳矩阵；为注入节点n的电流实部矩阵；为注入节点n的电流虚部矩阵；P为注入节点n的有功功率矩阵，Q为注入节点n的无功功率矩阵；Bg为对地支路电纳矩阵。
进一步地，该配电网最大流模型如下：
max I
约束条件为：
Vmin≤V≤Vmax
其中：I为配电网支路电流；为网络中的i，j节点之间的支路电流的上下限；Vmax,Vmin为各节点电压的上下限。
对于配电网最大流模型中的电压不等式约束条件Vmin≤V≤Vmax，由于：
可得：
进而得到：
上述配电网络最大流优化模型描述了在给定的配电网络结构和支路电流约束条件下对分布式电源的最大吸纳能力。
步骤S5，计算各支路电流新值与各支路电流初始值之间的差值，判断如果：
||I(k+1)-I(k)||≤ε(ε为一个给定的比较小的正数)
条件满足，则转到步骤S7，如果差值大于给定的ε值，则转到步骤S6；
步骤S6，将步骤S4中各支路电流的新值作为分布式电源最优吸纳能力模块计算各支路电流的初始值，利用基于阻抗支路方程和对地支路方程的配电网计算模型计算出对应于各支路电流初始值的节点电压的初始值，转到步骤S4；
S7，依据基于阻抗支路方程和对地支路方程的电网计算模型计算出对应于各支路电流的各节点电压及各支路的最大流，并形成分布式电源最优吸纳能力优化调控策略。
较佳的，在步骤S7之后，依据步骤S1中获取的配电网实时运行电网各节点电压数据、各节点注入的有功功率、无功功率数值对所述的分布式电源最优吸纳能力优化调控策略进行配电网潮流计算、网损计算，从而对所述的控制策略进行安全性及配电网经济性校验，并将控制策略及校验结果输出到人机界面，经人工对控制策略进行确认或者调整之后，通过控制命令下发通信接口模块将调控命令传递给配电网自动化系统，由配电网自动化系统传递控制信息到控制对象，从而完成分布式电源最优吸纳能力优化控制的执行工作。
综上所述，本发明确定配电网分布式电源最优吸纳能力的研究方法和系统采用了基于阻抗支路方程和对地支路方程的配电网计算模型，以及配电网最大流模型的分布式电源最优吸纳能力计算模型。利用这种模型同时对配电网中的节点电压和支路电流进行计算，同时利用配电网最大流模型，解决了配电网分布式电源最优吸纳能力计算过程中的线性化问题，提高了配电网分布式电源最优吸纳能力计算解的收敛速度，并将配电网分布式电源最优吸纳能力控制策略对配电网实时运行状态下在线安全性校验计算及调控前后网络损耗对比等实时仿真计算，并将配电网配电网分布式电源最优吸纳能力分析模块计算得到的配电网分布式电源最优吸纳能力控制策略结果、在线安全性校验结果、调控前后网络损耗对比等实时仿真计算结果输出到人机交互界面，由电力系统调度员进一步进行修改确认，形成的控制策略，需再次进行安全性校验及网络损耗对比计算，直到调整后的策略满足电网安全经济运行的目标为止，才最终将控制策略经配电网配电网分布式电源最优吸纳能力调控系统的控制命令下发通信接口模块下发给配电网自动化系统，由配电网自动化系统完成对配电网实际运行设备投切控制，可以安全地提高配电网运行的经济性，进而提高配电网运行的经济效益及社会效益。
以上实施方式只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让本领域的技术人员了解本发明的内容并加以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所做的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。
Claims (3)
1.确定配电网分布式电源最优吸纳能力的调控方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一，利用配电网自动化系统获取典型运行日下配电网历史运行数据值及当前时刻下配电网的实时运行数据，利用配电网络结构数据库获得配电网支路参数，并设定优化迭代计算的终止判断参数值ε；
步骤二，将获取的典型运行日下配电网各节点电压历史数据值、各节点注入的有功功率值及无功功率值，传递给配电网分布式电源吸纳能力优化分析模块，作为配电网分布式电源吸纳能力优化分析模块电压初始计算值；
步骤三，利用基于阻抗支路方程和对地支路方程的配电网计算模型及步骤二中获得的电压初始值，计算配电网各条支路的电流初始值；
步骤四，利用电压初始值、电网各支路电流初始值、配电网最大流模型求解的配电网分布式电源吸纳能力优化分析计算模型及牛顿拉夫逊迭代算法计算出各支路电流的新值；
步骤五，计算各支路电流新值与各支路电流初始值之间的差值，判断如果：
||I(k+1)-I(k)||≤ε
条件满足，则转到步骤七，若差值大于给定的ε值，则转到步骤六，ε为一个给定的比较小的正数；
步骤六，将步骤四中各支路电流的新值作为配电网分布式电源吸纳能力优化分析计算各支路电流的初始值，并利用基于阻抗支路方程和对地支路方程的配电网计算模型计算出对应于各支路电流初始值的节点电压的初始值，转到步骤四；
步骤七，依据基于阻抗支路方程和对地支路方程的配电网计算模型计算出对应于各支路电流的各节点电压及各节点的最大流，并形成配电网分布式电源吸纳能力优化调控策略；
基于阻抗支路方程和对地支路方程的配电网计算模型包括阻抗支路方程和对地支路方程，阻抗支路方程为：
ZI＝ATU
进一步得：
对地支路方程为：
进一步得：
即可得到配电网络功率方程：
其中，V为注入节点n的节点电压幅值矩阵，θ为功率因数角矩阵；Ia为阻抗支路的电流的实部矩阵；Ir为阻抗支路的电流的虚部矩阵；A表示支路-节点关联矩阵；表示对角线矩阵；Gs为阻抗支路电导矩阵，Bs为阻抗支路电纳矩阵；为注入节点n的电流实部矩阵；为注入节点n的电流虚部矩阵；P为注入节点n的有功功率矩阵，Q为注入节点n的无功功率矩阵；Bg为对地支路电纳矩阵。
2.如权利要求1所述的确定配电网分布式电源最优吸纳能力的调控方法，其特征在于，在步骤七之后，还包括如下步骤：
依据获取的配电网实时运行电网各节点电压数据、各节点注入的有功功率、无功功率数值对所述配电网分布式电源吸纳能力优化分析调控策略进行配电网潮流计算、网损计算，从而对调制策略进行安全性及配电网经济性校验，并将调控策略及校验结果输出；通过控制命令下发通信接口模块将调控命令传递给配电网自动化系统，由配电网自动化系统传递控制信息到控制对象，从而完成配电网分布式电源吸纳能力优化控制的执行工作。
3.如权利要求1所述的确定配电网分布式电源最优吸纳能力的调控方法，其特征在于，配电网最大流模型如下：
max I
约束条件为：
Vmin≤V≤Vmax
其中：I为配电网支路电流；为网络中的i，j节点之间的支路电流的上下限；Vmax,Vmin为各节点电压的上下限；
对于配电网最大流模型中的电压不等式约束条件Vmin≤V≤Vmax，由于：
可得：
进而得到：
上述配电网络最大流优化模型描述了在给定的配电网络结构和支路电流约束条件下对分布式电源的最大吸纳能力。
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