CN106972501B - 一种配电网控制的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种配电网控制的方法，涉及电力系统技术领域，本发明提供的配电网控制的方法，包括：获得每个作为所述配电网的节点的器件潮流参数，确定每个所述节点随时间点变化的负载曲线；按照以下最优分割法的公式，根据各个时间点变化的负载，将多个时间点划分为多个时间段；在下一周期的每个时间段，对相应的器件或设备执行控制操作。本发明提供的配电网控制方法，通过协调多种可控设备的调控能力，高效求解最大可能实现网络中电压不越限、容量不越限的配电网协调控制方案。

Description

一种配电网控制的方法

技术领域

本发明涉及电力系统技术领域，尤其是涉及一种配电网控制的方法。

背景技术

我国配电系统正处于机遇与挑战并存的高速发展期。据《2014中国电力年鉴》统计，2013年我国并网太阳能飞速增长，国家能源局、国务院均大力倡导其分布式接入；我国电力负荷仍在以较高速度增长，东部省份超过接近8％，西部省份可接近并超过10％；电动汽车于近期取得了较高的市场关注，2015年1-7月纯电动车产量同比翻倍。分布式间歇性电源接入既能缓解容量阻塞、提高配电系统供电能力，又可使潮流双向流动导致电压问题，其出力不确定性又造成偶发的容量不足；负荷的快速增长既能带来经济收益，又可能导致局部阻塞进而要求额外投资；电动汽车则具有天生的集聚性容易导致局部阻塞与过载，却兼有柔性负荷特点，能够通过合理的充放电策略改善配电网运行安全经济性。

目前的配电网形态下，分布式电源的高渗透率接入和负荷的增长可能导致高电压、低电压或容量出现越限风险，此时依赖其中一两种手段既可能无法实现足够的调节效果，又可能造成不必要的损失与浪费，例如弃光、分接头频繁动作、柔性负荷受影响过多等。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种配电网控制的方法，通过协调多种设备的调控能力，高效求解最大可能实现网络中电压不越限、容量不越限的配电网协调控制方案。

本发明提供一种配电网控制的方法，包括：

获得每个作为所述配电网的节点的器件潮流参数，确定每个所述节点随时间点变化的负载曲线；其中，所述时间点通过划分预定的时间单位得到的；

按照以下最优分割法的公式，根据各个时间点变化的负载，将多个时间点划分为多个时间段；

划分过程包括：

根据公式

确定方差D；

其中，x为每个时间点的负载参数，i、j、m为时间点的序号；

根据公式

不断的递归，遍历N个时间点的负载参数，确定出方差和最小时的时间段K；J、K、N为正整数，j为变量符；

在下一周期的每个时间段，对相应的器件或设备执行控制操作。

优选地，所述器件潮流参数至少包括以下之一：功率、电流、电压。

优选地，所述可控设备至少包括以下之一：

光伏逆变器、有载调压变压器、电动汽车、柔性直流互联换流站。

优选地，还包括：在每个时间段，构造每个所述可控设备的约束条件；利用半正定条件构造支路潮流功率约束；

利用SeDuMi或Mosek软件求解含有所述约束条件的模型。

优选地，所述约束条件的模型包括：

所述有载调压变压器容量约束的模型：

所述光伏发电系统的有功无功注入约束的模型：

所述直流互联系统有功无功注入约束的模型：

所述电动汽车负荷约束的模型：

所述有载调压变压器变比约束的模型：

所述支路潮流电压约束的模型：

所述支路潮流功率约束的优化模型：

其中，o节点、a节点和b节点为配电网中的一个节点；P_o，t表示第t个时间点o节点有载调压变压器注入的有功功率；Q_o，t表示第t个时间点o节点有载调压变压器注入的无功功率；C_OLTC表示有载调压变压器容量；P_PV，a，t表示第t个时间点a节点光伏发电系统注入的有功功率；α_a，t表示第t个时间点a节点的光照强度；C_PV，a表示a节点接入的光伏容量；Q_PV，a，t表示第t 个时间点a节点光伏发电系统注入的无功功率；S_PV，Ω表示配电网中光伏发电系统接入的节点集合，其中Ω表示配电网的个数的集合；

表示第t 个时间点其中一个节点直流互联系统注入的有功功率；

表示第t 个时间点其中一个节点直流互联系统注入的无功功率；C_DC，Ω表示接入的直流互联系统容量；S_DC，Ω表示配电网中直流互联系统接入的节点集合；

表示第t个时间点a节点电动汽车注入的最大有功功率；P_EV，a，t表示第t个时间点a节点电动汽车注入的有功功率；S_EV，Ω表示配电网电动汽车接入的节点集合；

表示a节点与b节点之间线路的有载调压变压器变比的最大值；ρ _ab表示a节点与b节点之间线路的有载调压变压器变比的最小值；U_a，t表示第t个时间点a节点有载调压变压器的电压；U_b，t表示第t个时间点b节点有载调压变压器的电压；

表示a节点的支路潮流电压向量；

表示b节点的支路潮流电压向量；R_ab表示a节点与b节点之间线路的支路潮流电阻；P_ab表示a节点与b节点之间线路的支路潮流有功功率；Q_ab表示a节点与b节点之间线路的支路潮流无功功率；X_ab表示a节点与b节点之间线路的支路潮流电抗；

表示a节点与b节点之间线路的支路潮流电流相量；

表示a 节点与b节点之间线路留过的支路潮流复数潮流；

表示a节点与b节点之间线路留过的支路潮流最大复功率。

与现有技术相比，本发明的说明性实施例包括以下优点：

本发明提供一种配电网控制的方法，通过协调多种设备的调控能力，高效求解最大可能实现网络中电压不越限及容量不越限的配电网协调控制方案。

附图说明

图1为本发明配电网控制的方法的流程图；

图2为本发明配电网结构示意图。

具体实施方式

本发明提供一种配电网控制的方法，现参照图1，图1示出了一些实施例中的配电网控制的方法的流程图，如图1所示，公开了一种配电网控制的方法，包括以下步骤：

S1：获得每个作为所述配电网的节点的器件潮流参数，确定每个所述节点随时间点变化的负载曲线；其中，所述时间点通过划分预定的时间单位得到的；

预定的时间单位，可以是24小时的预定的时间单位，当然，并不限制一定为24小时，也可以划分其他的时间单位，加入36小时、或12小时等。

其中，如图2所示，配电网是覆盖农村、城市、铁路等的供电系统；配电网所含可控设备至少包括以下之一：有载调压变压器、分布式电源、电动汽车等设备。

每一种可调控设备的多个电学的潮流参数都会对配电网的电压、容量产生影响，例如：

若干个10kV配电网A、B、C…，将未来一天分为1440个时刻，定义如下的参数如表所示：

设系统中的光伏发出有功P_PV，i，t＝C_PV，i，tβ_i，t，β_i，t代表i节点t时间下的光伏出力比例，电动汽车以最大功率

充电，负荷曲线为P_L，i，t+jQ_L，i，t，计算A、B、C…等各系统的1440时刻潮流，求得所有节点的电压曲线，将 t时刻的电压按节点编号排成一列向量，记为x_t，其中i节点为配电网中的一个节点。

S2：按照以下最优分割法的公式，根据各个时间点变化的负载，将多个时间点划分为多个时间段；

划分过程包括：

根据公式

确定方差D；

其中，x为每个时间点的负载参数，可以是向量X_t，i、j、m为时间点的序号；

根据公式

不断的递归，遍历N个时间点的负载参数，确定出方差和最小时的时间段K；J、K、N为正整数， j为变量符；

为便于清楚说明，下面通过一个实例详细说明时间段的划分过程，将表 1中的数据分成2-5个段，为了将参数简化并利于说明，表中的参数采用了简化后的参数。

表1

数据点1	数据点2	数据点3	数据点4	数据点5	数据点6
						2	3	6	5	1	2

表1中每个数据为公式中的参数x；N＝6，J＝5；

S2-1、根据表1中的参数生成表2中的距离矩阵D。

表2

例如，数据3、4中的方差D为：

相应可获得全部表2中的方差D。

对于多维向量的计算过程，例如二维的情况，包括：

参见表1-1

表1-1二维向量举例

数据点1	数据点2	数据点3	数据点4	数据点5	数据点6
						2	3	6	5	1	2
2	3	6	5	1	2

二维向量的方差计算举例，例如将数据点3-数据点4归为一个时间段所引入的方差(物理意义：损失的信息量)的计算方法为：

数据点3至数据点4的平均值：[5.5，5.5]

数据点3和其平均值的差[6，6]-[5.5，5.5]＝[0.5，0.5]，向量的范数＝0.5^2+0.5^2＝0.5；

数据点4和其平均值的差[5，5]-[5.5，5.5]＝[-0.5，-0.5]，向量的范数＝(-0.5)^2+(-0.5)^2＝0.5；

将数据点3至数据点4引入的方差＝0.5+0.5＝1

从而得到如表2-1中的的各个数据的方差D。

表2-1

S2-2-1初始化分段，首先计算将数据分成2段的分割方案，即从小到大枚举n的值，计算L[P(n，2)]，结果在表3中。

例如：L[P(4，2)]

L[P(4，2)]＝min{D(1，1)+D(2，4)，D(1，2)+D(3，4)，

D(1，3)+D(4，4)}＝min{4.67，1，8.67}＝1

将数据分成两段的最优分割方案在表3中给出：

表3

	L[P(2，2)]	L[P(3，2)]	L[P(4，2)]	L[P(5，2)]	L[P(6，2)]
						方差	0	0.5	1	10	10.5
最优分段	[1]，[2]	[1，2]，[3]	[1，2]，[3，4]	[1，2，3，4]，[5]	[1，2，3，4]，[5，6]

S2-2-2接下来采用递归方法计算L[P(n，k)].

如表4所示将前5个数据分成3段的过程包括：枚举5个数据中最后一段的位置，再用到将在其之前的数据分成2段的最优分割方案。

L[P(5，3)]＝min{L[P(2，2)]+D(3，5)]，L[P(3，2)]+D(4，5)]，

L[P(4，2)]+D(5，5)}

＝min{0+14，0.5+8，1+0}＝1

表4

	L[P(3，3)]	L[P(4，3)]	L[P(5，3)]	L[P(6，3)]
					方差	0	0.5	1	1.5
最优分段	[1，2，3]	[1][2][3，4]	[1，2][3，4][5]	[1，2][3，4][5，6]

最终，得到如表5所示的不同时间段的划分。

表5

	2段.	3段.	4段.	5段.
					方差	10.5	1.5	1	0.5
最优分段	[1-4][5，6]	[1，2][3，4][5，6]	[1][2][3，4][5，6]	[1][2][3][4][5，6]

根据表5中划分的时间段，在下一周期的每个时间段，对相应的器件或设备执行控制操作。

在表5中，当划分5段时，方差最小，将5个时间段作为划分的依据，根据表5中划分的时间段，在下一周期的每个时间段，对相应的器件或设备执行控制操作。当应用于变压器时，在5个时间段的每个时间段内，执行开关操作，可有效减少开关的操作次数，且又可满足电器要求。

S3：构造目标函数：在本实施例中，最小化A，B，C…系统由主变注入的有功功率，与电动汽车负荷削减惩罚项的和，该目标函数旨在鼓励分布式电源全额消纳并尽量不使电动汽车充电受到影响。

S4：在每一个所述时间段，构建多个所述可控设备的约束条件的模型；

根据目标函数，构建多个所述可控设备的约束条件的模型。

不同的受控设备，由于具有不同的电器特性，可采用不同的约束条件实现控制。

为了调节配电网网络中的电压，就需要调节配电网网络中各处的有功功率和无功功率，改变了一个配电网网络中各处的有功功率和无功功率，就改变了网络中各处的电压；为实现对电压的控制，需要用优化方法调节各个地方的有功功率和无功功率，对于不同类型的设备，它的调节能力不同，也就构成了各种电学参数的约束；通过各种电学参数的约束，计算相应的参与电压调控的参数，从而构成最佳的协调控制方案。

虽然变压器的分接头可以调节，但是调节的频率不能过于频繁，一天中调节几次已为上限，如果分接头调节的太快，那么分接头在较短的时间内会受到损害，因此分时段构造构造优化的目的在于考虑有载调压变压器一天内的操作次数约束，分为多个时间段后，每一个时间段内的有载调压变压器的分接头为定值。

其中，所述可控设备电学参数约束包括：变压器容量约束、光伏发电系统的有功无功注入约束、直流互联系统有功无功注入约束、电动汽车负荷约束、有载调压变压器变比约束、支路潮流电压约束和支路潮流功率约束。

所述可控设备的约束条件的优化模型如下表，包括：

为了清楚各个约束条件的优化模型，选择其中的某一个节点来解释优化模型，其中，o节点、a节点和b节点为配电网中的一个节点；

其中，P_o，t表示第t个时间点o节点有载调压变压器注入的有功功率； Q_o，t表示第t个时间点o节点有载调压变压器注入的无功功率；C_OLTC表示有载调压变压器容量；P_PV，a，t表示第t个时间点a节点光伏发电系统注入的有功功率；α_a，t表示第t个时间点a节点的光照强度；C_PV，a表示a节点接入的光伏容量；Q_PV，a，t表示第t个时间点a节点光伏发电系统注入的无功功率； S_PV，Ω表示配电网中光伏发电系统接入的节点集合，其中Ω表示配电网的个数的集合；

表示第t个时间点其中一个节点直流互联系统注入的有功功率；

表示第t个时间点其中一个节点直流互联系统注入的无功功率；C_DC，Ω表示接入的直流互联系统容量；S_DC，Ω表示配电网中直流互联系统接入的节点集合；

表示第t个时间点a节点电动汽车注入的最大有功功率；P_EV，a，t表示第t个时间点a节点电动汽车注入的有功功率；S_EV，Ω表示配电网电动汽车接入的节点集合；

表示a节点与b节点之间线路的有载调压变压器变比的最大值；ρ _ab表示a节点与b节点之间线路的有载调压变压器变比的最小值；U_a，t表示第t个时间点a节点有载调压变压器的电压；U_b，t表示第t个时间点b节点有载调压变压器的电压；

表示a节点的支路潮流电压向量；

表示b节点的支路潮流电压向量；R_ab表示a节点与b 节点之间线路的支路潮流电阻；P_ab表示a节点与b节点之间线路的支路潮流有功功率；Q_ab表示a节点与b节点之间线路的支路潮流无功功率；X_ab表示 a节点与b节点之间线路的支路潮流电抗；

表示a节点与b节点之间线路的支路潮流电流相量；

表示a节点与b节点之间线路留过的支路潮流复数潮流；

表示a节点与b节点之间线路留过的支路潮流最大复功率。

S5：利用SeDuMi或Mosek软件优化模型，得到某一个时间段的协调控制结果。分别对一日中各个时间段进行求解，即可得到未来一天的各个约束模型的协调控制结果。

最后，若系统中有载调压变压器变比为离散量，则可在完成S5后，对变压器支路ab，计算|U_a|/|U_b|并取最接近的离散变比，记为ρ_ab。重复S4，将有载调压变压器变比约束更改为|U_a，t|²＝ρ_ab ²|U_a，t|²并重新求解。

对所述110/10kV有载调压变压器变比的优化模型更改后的模型进行求解，求得第t个时间点110/10kV有载调压变压器在a节点和b节点的电压。

其中，U_a，t表示第t个时间点a节点有载调压变压器的电压；ρ_ab为位于节点a与节点b之间的有载调压变压器变比；U_b，t表示第t个时间点b节点有载调压变压器的电压。

由于在配电网形态下，分布式电源的高渗透率接入和负荷的增长导致高电压、低电压或容量越限风险共存，依赖其中一种或两种手段既可能无法实现足够的调节效果，所以采用了对上述多种可调控设备电学参数的进行控制，旨在尽可能丰富地将控制手段加以融合。

一般情况下，调节电压是要付出代价的，要不然是浪费光电资源，要不然让负荷的用电受到影响，所以构建目标函数目的在鼓励分布式电源全额消纳并尽量不使电动汽车充电受到影响，让电压调节的代价变得最小。

以上对本发明实施例所提供的一种配电网控制的方法，进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明实施例的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明实施例的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明实施例的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明实施例的限制。

Claims (5)

1.一种配电网控制的方法，其特征在于，

获得每个作为所述配电网的节点的器件潮流参数，确定每个所述节点随时间点变化的负载曲线；其中，所述时间点通过划分预定的时间单位得到的；

按照以下最优分割法的公式，根据各个时间点变化的负载，将多个时间点划分为多个时间段；

划分过程包括：

根据公式

确定方差D；

其中，x为每个时间点的负载参数，i、j、m为时间点的序号；

根据公式

不断的递归，遍历N个时间点的负载参数，确定出方差和最小时的时间段K；J、K、N为正整数，j为变量符；

在下一周期的每个时间段，对设备中的器件执行控制操作。

2.根据权利要求1所述的配电网控制的方法，其特征在于，所述器件潮流参数至少包括以下之一：功率、电流、电压。

3.根据权利要求1所述的配电网控制的方法，其特征在于，所述设备至少包括以下之一：

光伏逆变器、有载调压变压器、电动汽车、柔性直流互联换流站。

4.根据权利要求3所述的配电网控制的方法，其特征在于，还包括：在每个时间段，构造每个所述设备的约束条件；利用半正定条件构造支路潮流功率约束；

利用SeDuMi或Mosek软件求解含有所述约束条件的模型。

5.根据权利要求4所述的配电网控制的方法，其特征在于，所述约束条件的模型包括：

所述有载调压变压器容量约束的模型：

光伏发电系统的有功无功注入约束的模型：

直流互联系统有功无功注入约束的模型：

所述电动汽车负荷约束的模型：

所述有载调压变压器变比约束的模型：

支路潮流电压约束的模型：

所述支路潮流功率约束的模型：

其中，o节点、a节点和b节点为配电网中的一个节点；P_o，t表示第t个时间点o节点有载调压变压器注入的有功功率；Q_o，t表示第t个时间点o节点有载调压变压器注入的无功功率；C_OLTC表示有载调压变压器容量；

P_PV，a，t表示第t个时间点a节点光伏发电系统注入的有功功率；α_a，t表示第t个时间点a节点的光照强度；C_PV，a表示a节点接入的光伏容量；Q_PV，a，t表示第t个时间点a节点光伏发电系统注入的无功功率；S_PV，Ω表示配电网中光伏发电系统接入的节点集合.其中Ω表示配电网的个数的集合；

表示第t个时间点其中一个节点直流互联系统注入的有功功率；

表示第t个时间点其中一个节点直流互联系统注入的无功功率；C_DC，Ω表示接入的直流互联系统容量；S_DC，Ω表示配电网中直流互联系统接入的节点集合；

表示第t个时间点a节点电动汽车注入的最大有功功率；P_EV，a，t表示第t个时间点a节点电动汽车注入的有功功率；S_EV，Ω表示配电网电动汽车接入的节点集合；

表示a节点与b节点之间线路的有载调压变压器变比的最大值；ρ _ab表示a节点与b节点之间线路的有载调压变压器变比的最小值；U_a，t表示第t个时间点a节点有载调压变压器的电压；U_b，t表示第t个时间点b节点有载调压变压器的电压；

表示a节点的支路潮流电压向量；

表示b节点的支路潮流电压向量；R_ab表示a节点与b节点之间线路的支路潮流电阻；P_ab表示a节点与b节点之间线路的支路潮流有功功率；Q_ab表示a节点与b节点之间线路的支路潮流无功功率；X_ab表示a节点与b节点之间线路的支路潮流电抗；

表示a节点与b节点之间线路的支路潮流电流相量；

表示a节点与b节点之间线路留过的支路潮流复数潮流；

表示a节点与b节点之间线路留过的支路潮流最大复功率。

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