CN108448571A - 一种考虑分布式电源的配电网负荷转移方法 - Google Patents

一种考虑分布式电源的配电网负荷转移方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种考虑分布式电源的配电网负荷转移方法，对可恢复供电路径进行分类，建立了一种负荷转移路径选取方法，在安全运行约束下，首先计算单路径馈线最大负荷转移量，并把最优解作为多路径馈线初始值，然后生成多种转供方案，对每种转供方案进行最大恢复负荷量计算，最后对所有转供方案按最大恢复负荷量排序，把最大恢复负荷的方案加入优选方案集，作为最优路径。此方法能充分考虑分布式电源对负荷转供的支撑作用，发挥配电自动化系统在恢复供电方案的优势，使得选出的最优路径更具有可操作性。

Description

一种考虑分布式电源的配电网负荷转移方法
技术领域
本发明涉及电力工程技术，具体涉及配电网分析技术领域。
背景技术
随着分布式电源的快速发展，分布式电源在配电网中占比越来越高,其作用越来越不可忽视。
目前，配电网在运行过程中，当变电站全停或面临全停风险时，所带负荷需要安全转移到其它变电站。现有的负荷转移技术仅仅考虑转供对侧变压器与对侧线路的承载能力，并没有充分考虑到分布式电源对电压的影响作用，从而使得优选出的转供方案不能充分反映实际网络转供能力，在网架比较薄弱时，容易造成有效转供方案的漏选。
发明内容
本发明所要解决的技术问题就是提供一种考虑分布式电源的配电网负荷转供方法，充分考虑了分布式电源在配电网中的作用，使得优选出的转供方案更加准确。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种考虑分布式电源的配电网负荷转移方法，包括如下步骤，
(1)对停电变电站每条馈线进行处理，采集停电前馈线负荷与接入馈线的分布式电源出力，并识别其所属类型；
(2)收集各路径所关联的母线、变电站、主变、馈线以及分布式电源，构建潮流方程，计算转供线路的电压分布以及转供裕度及主变裕度；
(3)判断各节点电压是否满足节点运行约束；
(4)当末端节点电压越下限时，进行节点灵敏度计算，计算出末端节点最大负荷限值Pmax；
(5)进行第一阶段单路径馈线恢复计算，对恢复负荷和限额进行设置，建立安全运行约束；
(6)生成多路径转供方案集；
(7)对每个转供方案中的转供路径进行潮流与灵敏度计算，获取电压不越限时最大负荷限值Pmax；
(8)对每个转供方案，把最优解作为供电恢复第一阶段目标，把第一阶段执行结果作为第二阶段的初始状态，建立第二阶段运行约束并进行计算；
(9)判断转移方案集中所有方案是否计算完成，如果没有完成，重复步骤(8)计算；
(10)对各转移方案的目标函数值进行排序，选择最大值，把方案加入优选方案集。
优选的，所述的步骤(3)中的节点包含分布式电源接入节点，转移负荷节点以及母线节点。
优选的，所述的步骤(3)数学表达式如下：
Umin≤Ui≤Umax (1)
式中：Ui为节点i处电压，Umin为10kV电压等级运行下限，Umax为10kV电压等级运行上限。
优选的，所述的步骤(5)中安全运行约束包括线路传输限额约束及主变限额约束、电压约束。
优选的，所述的步骤(5)中安全运行约束数学表达如下：
(5.1)线路限额约束
Xi≤min(Ri(1-ai),Li) (2)
Li＝min(Pmax,kPstop) (3)
式(2)中,xi为单路径馈线i的待恢复负荷量，Ri为转移侧的线路容量，ai为转移侧实际负载率，Li为待转移有效负荷量；
式(3)中，Pmax转移后电压不越限时的允许转移最大负荷量，Pstop为停电馈线负荷，k为负荷波动因子，其中0<k,表示负荷转移期间波动系数；
(5.2)主变限额约束
式中：Ω1为转移到同一台主变上的所有单路径停电馈线的组合，Ti为转移到同一台主变的限额，限额由运行方式所确定，bi为转移前主变的负载率。
优选的，所述的步骤(5)中第一阶段数学模型表达的初始目标函数如下：
式中：xi代表单路径馈线i上所能恢复的负荷，n为单路径馈线的数量，F为停电变电站所能恢复的最大负荷量；
对约束条件进行松弛，引入松弛变量将函数不等式约束化为等式约束；
式(2)、(4)可转换成如下形式：
Xi+Xi'＝min(Ri(1-ai),Li) (6)
式中：Xi'，Xi”分别为对应Xi与Ti的松驰变量；
最终将第一阶段目标函数转化成：
其中m为转移主变的数量，
建立数学模型后，以Xi'，Xi”作为数学模型的基变量，得到一个单位矩阵，令非基变量为0，得到初始基可行解，利用单纯形法进行迭代，求出目标函数最大值，由于矩阵列向量均为非零向量，故有最优解。
优选的，所述的步骤(5)中待转移有效负荷量为转移后电压不越限时的允许转移最大负荷量与停电馈线负荷的波动值中的最小值决定。
优选的，所述的步骤(6)转移方案生成规则如下：
a.在每一次方案生成时，一条多路径馈线只能从其可行的转移方案中选择一种；
b.所有的多路径馈线在每一次方案生成时，都必须选择一次；
c.每种选择方案至少有一条转移路径与其它方案不同。
优选的，所述的步骤(8)中建立第二阶段运行约束并进行计算，数学表达示如下：
(8.1)线路负荷时效限额约束
WjXj≤min(Rj(1-aj),Lj) (9)
Lj＝min(Pmax,kPstop) (10)
其中Xj为多路径馈线转移的所能恢复的负荷量，Wi为负荷转移时间系数，Rj转移侧的线路容量，aj为转移侧目前的负载率，Lj为待转移有效负荷量,Pmax为转移后电压不越限时的允许转移最大负荷量，Pstop为停电馈线负荷，k为负荷波动因子，其中0<k,表示负荷转移期间波动系数；
Wj计算公式如下：
其中，u为负荷转移路径需要的联络开关数量，Nk为此条转移路径的每一个联络开关，Ck为此联络开关闭合所花费的时间，Ck可以取标幺值，其基础量纲可根据实际设置；
(8.2)主变限额约束，
其中，Ω2为转移到同一台主变上的所有多路径停电馈线的组合，Tj为转移到同一台主变的限额，限额由运行方式所确定，bj为第一阶段转移后主变的负载率。
优选的，建立多路径馈线最优解为目标的数学模型表达式，所述数学模型表达的初始目标函数如下：
式中：Xj代表多路径馈线j上所能恢复的负荷，d为多路径馈线的数量，F'为停电变电站所能恢复的最大负荷量；
对约束条件进行松弛，引入松弛变量将函数不等式约束(9)和(12)化为等式约束WjXj+X'j＝min(Rj(1-aj),kLj) (14)
其中X'j，X”j分别为对应Xj与Tj的松驰变量；
最终将第二阶段目标函数转化成
其中q为转移主变的数量。
本发明对可恢复供电路径进行分类，建立了一种负荷转移路径选取方法，能充分考虑分布式电源对负荷转供的支撑作用，发挥配电自动化系统在恢复供电方案的优势，使得选出的最优路径更具有可操作性。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步描述：
图1是本发明的流程图；
图2是单路径馈线示意图；
图3是多路径馈线示意图。
具体实施方式
下面结合本发明实施例的附图对本发明实施例的技术方案进行解释和说明，但下述实施例仅为本发明的优选实施例，并非全部。基于实施方式中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得其他实施例，都属于本发明的保护范围。
本发明公开了一种考虑分布式电源的配电网负荷转移方法，对可恢复供电路径进行分类，建立了一种负荷转移路径选取方法，参考图1所示，本发明一种考虑分布式电源的配电网负荷转移方法的具体步骤：
1、识别停电馈线路径，对停电变电站每条馈线进行处理，采集与停电前负荷，并识别其所属类型：
a.单路径馈线：馈线只有一条恢复路径；
b.多路径馈线：馈线有多于一条的恢复路径；
所述的单路径馈线见图2中的C1椭圆形区域所包括的馈线。
所述的多路径馈线见图3中的C2椭圆形区域所包括的馈线。
2、收集计算参数，包括各路径所关联的母线、变电站、主变，计算转供线路的裕度及主变裕度参数。
所述的计算主要进行潮流计算，潮流计算可以采用适合于配电网的潮流算法，如改进的牛顿-拉夫逊算法、最优乘子法等。
3、判断各节点电压是否满足节点运行约束，数学表达式如下：
Umin≤Ui≤Umax (1)
式中：Ui为节点i处电压，Umin为10kV电压等级运行下限，Umax为10kV电压等级运行上限。
根据潮流计算结果，判断各节点是否越限。所述的节点指母线节点，此处的母线节点指分布式电源接入的节点，负荷节点。
4、当末端节点电压越下限时，进行节点灵敏度计算，计算出末端节点最大负荷限值Pmax。
由于末端负荷节点为反映转移的负荷大小，末端节点最有可能越限，当末端节点越下限时，需要减小转移的负荷量。通过节点灵敏度计算，可以计算出电压保持在限值内的负荷变动量，从而得出末端节点最大负荷限值。节点灵敏度计算采用现有技术，在此不再赘述。
5、进行第一阶段单路径馈线恢复计算，对恢复负荷和限额进行设置，建立安全运行约束，安全运行约束包括线路传输限额约束及主变限额约束、电压约束，数学表达如下：
(5.1)线路限额约束
Xi≤min(Ri(1-ai),Li) (2)
Li＝min(Pmax,kPstop) (3)
式(2)中,xi为单路径馈线i的待恢复负荷量，Ri为转移侧的线路容量，ai为转移侧实际负载率，Li为待转移有效负荷量。
式(3)中，Pmax转移后电压不越限时的允许转移最大负荷量，Pstop为停电馈线负荷。k为负荷波动因子，其中0<k,表示负荷转移期间波动系数。
(5.2)主变限额约束
式中：Ω1为转移到同一台主变上的所有单路径停电馈线的组合，Ti为转移到同一台主变的限额，限额由运行方式所确定，bi为转移前主变的负载率。
建立以单路径馈线最优解为目标的数学模型表达；所述数学模型表达建立在以下假设基础上：
a.研究的各停电馈线未来一段时间内的负荷波动是相同的。
b.对于三双接线的馈线认为其停电前的负荷就是其恢复后的负荷，不考虑因送电时间差异所导致的两条馈线间的负荷转移；
c.不考虑停电变电站母线间的运行方式。
所述第一阶段数学模型表达的初始目标函数如下：
式中：xi代表单路径馈线i上所能恢复的负荷，n为单路径馈线的数量，F为停电变电站所能恢复的最大负荷量
对约束条件进行松弛，引入松弛变量将函数不等式约束化为等式约束；
式(2)、(4)可转换成如下形式：
Xi+Xi'＝min(Ri(1-ai),Li) (6)
式中：Xi'，Xi”分别为对应Xi与Ti的松驰变量；
最终将第一阶段目标函数转化成：
其中m为转移主变的数量
建立数学模型后，以Xi'，Xi”作为数学模型的基变量，得到一个单位矩阵，令非基变量为0，得到初始基可行解，利用单纯形法进行迭代，求出目标函数最大值，由于矩阵列向量均为非零向量，故有最优解。
6、生成多路径转供方案集，转移方案生成规则如下：
a.在每一次方案生成时，一条多路径馈线只能从其可行的转移方案中选择一种；
b.所有的多路径馈线在每一次方案生成时，都必须选择一次；
c.每种选择方案至少有一条转移路径与其它方案不同；
7、对每个转供方案中的转供路径进行潮流与灵敏度计算，获取电压不越限时最大负荷限值Pmax。
8、对每个转供方案，把最优解作为供电恢复第一阶段目标，把第一阶段执行结果作为第二阶段的初始状态，建立第二阶段运行约束并进行计算，数学表达示如下：
(8.1)线路负荷时效限额约束
WjXj≤min(Rj(1-aj),Lj) (9)
Lj＝min(Pmax,kPstop) (10)
其中Xj为多路径馈线转移的所能恢复的负荷量，Wi为负荷转移时间系数，Rj转移侧的线路容量，aj为转移侧目前的负载率，Lj为待转移有效负荷量,Pmax为转移后电压不越限时的允许转移最大负荷量，Pstop为停电馈线负荷。k为负荷波动因子，其中0<k,表示负荷转移期间波动系数。
Wj计算公式如下：
其中，u为负荷转移路径需要的联络开关数量，Nk为此条转移路径的每一个联络开关，Ck为此联络开关闭合所花费的时间，Ck可以取标幺值，其基础量纲可根据实际设置。
(8.2)主变限额约束，
其中，Ω2为转移到同一台主变上的所有多路径停电馈线的组合，Tj为转移到同一台主变的限额，限额由运行方式所确定，bj为第一阶段转移后主变的负载率。
建立多路径馈线最优解为目标的数学模型表达；所述数学模型表达建立在以下假设基础上：
a.不同多路径馈线可以转移到同一台主变；
b.一条多路径馈线转移路径至少有两条；
c.一条多路径馈线的可转移路径不能同时出现在一个数学模型中。
d.所有的多路径馈线必须在一个数据模型中。
所述数学模型表达的初始目标函数如下：
式中：Xj代表多路径馈线j上所能恢复的负荷，d为多路径馈线的数量，F'为停电变电站所能恢复的最大负荷量
对约束条件进行松弛，引入松弛变量将函数不等式约束(9)和(12)化为
等式约束WjXj+X'j＝min(Rj(1-aj),kLj) (14)
其中X'j，X”j分别为对应Xj与Tj的松驰变量；
最终将第二阶段目标函数转化成
其中q为转移主变的数量。
对转移方案，应用单纯形法求解第二阶段目标函数值。
9、判断转移方案集中所有方案是否计算完成，如果没有完成，重复进行第(8)步计算。
10、对各转移方案的目标函数值进行排序，选择最大值，把方案加入优选方案集。
对所有可选方进行排序。排序时的主要依据第二阶段目标函数值的大小，如以图3中的S1变电站发生全停，多选路径有S1->S2,S1->S3两条多路径方案。如果S1->S2和S1->S3联络开关均为自动化开关，并且都能够满足运行约束，则它们都属于最优方案，如果S1->S2联络开关属于自动化开关，而S1->S3中的联络开关属于需要人工现场合闸的非自动化开关，则S1->S2目标函数值将超过S1->S3目标函数值，S1->S2则为最优方案。
本发明能够充分考虑转移侧分布式电源对负荷的支撑与限制作用，有效发挥现有网架的网络转供能力，使得选出的最优路径更符合实际。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，熟悉该本领域的技术人员应该明白本发明包括但不限于附图和上面具体实施方式中描述的内容。任何不偏离本发明的功能和结构原理的修改都将包括在权利要求书的范围中。

Claims (10)

1.一种考虑分布式电源的配电网负荷转移方法，其特征在于包括如下步骤，
(1)对停电变电站每条馈线进行处理，采集停电前馈线负荷与接入馈线的分布式电源出力，并识别其所属类型；
(2)收集各路径所关联的母线、变电站、主变、馈线以及分布式电源，构建潮流方程，计算转供线路的电压分布以及转供裕度及主变裕度；
(3)判断各节点电压是否满足节点运行约束；
(4)当末端节点电压越下限时，进行节点灵敏度计算，计算出末端节点最大负荷限值Pmax；
(5)进行第一阶段单路径馈线恢复计算，对恢复负荷和限额进行设置，建立安全运行约束；
(6)生成多路径转供方案集；
(7)对每个转供方案中的转供路径进行潮流与灵敏度计算，获取电压不越限时最大负荷限值Pmax；
(8)对每个转供方案，把最优解作为供电恢复第一阶段目标，把第一阶段执行结果作为第二阶段的初始状态，建立第二阶段运行约束并进行计算；
(9)判断转移方案集中所有方案是否计算完成，如果没有完成，重复步骤(8)计算；
(10)对各转移方案的目标函数值进行排序，选择最大值，把方案加入优选方案集。
2.根据权利要求1所述的一种考虑分布式电源的配电网负荷转移方法，其特征在于，所述的步骤(3)中的节点包含分布式电源接入节点、转移负荷节点以及母线节点。
3.根据权利要求2所述的一种考虑分布式电源的配电网负荷转移方法，其特征在于，所述的步骤(3)数学表达式如下：
Umin≤Ui≤Umax (1)
式中：Ui为节点i处电压，Umin为10kV电压等级运行下限，Umax为10kV电压等级运行上限。
4.根据权利要求1所述的一种考虑分布式电源的配电网负荷转移方法，其特征在于，所述的步骤(5)中安全运行约束包括线路传输限额约束及主变限额约束、电压约束。
5.根据权利要求4所述的一种考虑分布式电源的配电网负荷转移方法，其特征在于，所述的步骤(5)中安全运行约束数学表达如下：
(5.1)线路限额约束
Xi≤min(Ri(1-ai),Li) (2)
Li＝min(Pmax,kPstop) (3)
式(2)中,xi为单路径馈线i的待恢复负荷量，Ri为转移侧的线路容量，ai为转移侧实际负载率，Li为待转移有效负荷量；
式(3)中，Pmax转移后电压不越限时的允许转移最大负荷量，Pstop为停电馈线负荷，k为负荷波动因子，其中0<k,表示负荷转移期间波动系数；
(5.2)主变限额约束
式中：Ω1为转移到同一台主变上的所有单路径停电馈线的组合，Ti为转移到同一台主变的限额，限额由运行方式所确定，bi为转移前主变的负载率。
6.根据权利要求5所述的一种考虑分布式电源的配电网负荷转移方法，其特征在于，所述的步骤(5)中第一阶段数学模型表达的初始目标函数如下：
式中：xi代表单路径馈线i上所能恢复的负荷，n为单路径馈线的数量，F为停电变电站所能恢复的最大负荷量；
对约束条件进行松弛，引入松弛变量将函数不等式约束化为等式约束；
式(2)、(4)可转换成如下形式：
Xi+X′i＝min(Ri(1-ai),Li) (6)
式中：X′i，X″i分别为对应Xi与Ti的松驰变量；
最终将第一阶段目标函数转化成：
其中m为转移主变的数量，
建立数学模型后，以X′i，X″i作为数学模型的基变量，得到一个单位矩阵，令非基变量为0，得到初始基可行解，利用单纯形法进行迭代，求出目标函数最大值，由于矩阵列向量均为非零向量，故有最优解。
7.根据权利要求6所述的一种考虑分布式电源的配电网负荷转移方法，其特征在于，所述的步骤(5)中待转移有效负荷量为转移后电压不越限时的允许转移最大负荷量与停电馈线负荷的波动值中的最小值决定。
8.根据权利要求1所述的一种考虑分布式电源的配电网负荷转移方法，其特征在于，所述的步骤(6)转移方案生成规则如下：
a.在每一次方案生成时，一条多路径馈线只能从其可行的转移方案中选择一种；
b.所有的多路径馈线在每一次方案生成时，都必须选择一次；
c.每种选择方案至少有一条转移路径与其它方案不同。
9.根据权利要求1所述的一种考虑分布式电源的配电网负荷转移方法，其特征在于，所述的步骤(8)中建立第二阶段运行约束并进行计算，数学表达示如下：(8.1)线路负荷时效限额约束
WjXj≤min(Rj(1-aj),Lj) (9)
Lj＝min(Pmax,kPstop) (10)
其中Xj为多路径馈线转移的所能恢复的负荷量，Wi为负荷转移时间系数，Rj转移侧的线路容量，aj为转移侧目前的负载率，Lj为待转移有效负荷量,Pmax为转移后电压不越限时的允许转移最大负荷量，Pstop为停电馈线负荷，k为负荷波动因子，其中0<k,表示负荷转移期间波动系数；
Wj计算公式如下：
其中，u为负荷转移路径需要的联络开关数量，Nk为此条转移路径的每一个联络开关，Ck为此联络开关闭合所花费的时间，Ck可以取标幺值，其基础量纲可根据实际设置；
(8.2)主变限额约束，
其中，Ω2为转移到同一台主变上的所有多路径停电馈线的组合，Tj为转移到同一台主变的限额，限额由运行方式所确定，bj为第一阶段转移后主变的负载率。
10.根据权利要求9所述的一种考虑分布式电源的配电网负荷转移方法，其特征在于，建立多路径馈线最优解为目标的数学模型表达式，所述数学模型表达的初始目标函数如下：
式中：Xj代表多路径馈线j上所能恢复的负荷，d为多路径馈线的数量，F'为停电变电站所能恢复的最大负荷量；
对约束条件进行松弛，引入松弛变量将函数不等式约束(9)和(12)化为等式约束WjXj+X′j＝min(Rj(1-aj),kLj) (14)
其中X′j，X″j分别为对应Xj与Tj的松驰变量；
最终将第二阶段目标函数转化成
其中q为转移主变的数量。
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