CN109286186B - 一种主动配电网优化重构方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种主动配电网优化重构方法。所述方法包括：获取未来一段时间内主动配电网中新能源发电预测数据和超短期负荷预测数据；基于新能源发电预测数据和超短期负荷预测数据，计算主动配电网未来一段时间内的潮流分布得到预测馈线负载均衡情况；基于预测馈线负载均衡情况判断预测馈线的交换功率是否越限；对越限馈线进行网络拓扑分析，得到越限馈线可能的网络重构方案；对可能的网络重构方案优化分析；基于分析结果选择最优网络重构方案，得到重构开关操作序列和重构前后指标对比。本发明利用开关优化组合操作调整网络结构，在一定约束条件下由负荷转移实现馈线间功率协调控制，建立网络重构策略，消除馈线过载并提高消纳分布式电源能力。

Description

一种主动配电网优化重构方法

技术领域

本发明涉及主动配电网网络重构技术领域，具体涉及一种主动配电网优化重构方法。

背景技术

主动配电网(Active distribution network，AND)是可以综合控制分布式能源(DG、柔性负载和储能)的配电网，并使用灵活的网络技术实现潮流的有效管理，分布式能源在其合理的监管环境和接入准则基础上承担对系统一定的支撑作用。

在风电、光伏等分布式能源发电接入配网后，不仅改变了传统能量单向流通的特性，而且使得无功电压无论是稳态还是暂态都发生了显著变化，电压质量成为制约配网对分布式源消纳能力的关键因素，同时大规模的分布式能源接入配电网后，不仅可能产生电压越限问题，而且可能向电网倒送有功功率，产生线路有功越限甚至出现分布式能源出力流向更高电压等级的问题。

近些年，对于主动配电网的研究在国内外逐渐兴起，且愈发深入，国内外对于主动配电网针对分布式能源接入的相关控制手段做了大量研究，主要集中在基于整体层面的运行优化控制，而针对可再生能源变化快、难预测的特点，整体优化的速度难以满足电网对实时性的要求，缺少主动配电网的分层协调的能量控制体系来解决未来间歇式能源高渗透情况下的协调控制及有效消纳问题。

通过基于网络重构的实时运行方式调整和功率优化控制，能够满足主动配电网实时性的控制需求，实现分布式能源的就近消纳，从而提高消纳分布式电源能力和保障电网安全经济运行。

发明内容

本发明实施例的目的是提供一种提高新能源消纳率的主动配电网优化重构方法，以解决风电、光伏等分布式能源接入配电网后带来的馈线功率越限问题，提高新能源的消纳能力。

本发明实施例提供了一种主动配电网优化重构方法，包括：

获取未来一段时间内主动配电网中新能源发电预测数据和超短期负荷预测数据；

基于所述新能源发电预测数据和所述超短期负荷预测数据，计算所述主动配电网所述未来一段时间内的潮流分布得到预测馈线负载均衡情况；

基于所述预测馈线负载均衡情况判断预测馈线的交换功率是否越限；

对越限馈线进行网络拓扑分析，得到所述越限馈线可能的网络重构方案；

对所述可能的网络重构方案进行优化分析；

基于分析结果选择最优网络重构方案，得到重构开关操作序列和重构前后的指标对比。

进一步地，所述获取未来一段时间内主动配电网中新能源发电预测数据和超短期负荷预测数据中，

所述新能源发电预测数据包括风电发电预测数据、光伏发电预测数据；所述超短期负荷预测数据包括配变的负荷预测数据、馈线的负荷预测数据。

进一步地，所述基于所述预测馈线负载均衡情况判断预测馈线的交换功率是否越限，包括：

基于所述预测馈线负载均衡情况获得预测馈线的交换功率；

比较所述预测馈线的交换功率是否超越了预设的上限或预设的下限，如果超越了，则判定为越限。

进一步地，所述预设的下限为0，所述预设的上限由馈线最大承载容量、馈线供电的上级变电站站内主变容量共同决定。

进一步地，所述对越限馈线进行网络拓扑分析，得到所述越限馈线可能的网络重构方案，包括：

查找与所述越限馈线相连的支持馈线及联络开关；

基于越限馈线需转移的负荷和所述支持馈线的容量裕度，选择可与所述越限馈线进行支路交换的支持馈线；

选择所述越限馈线与所述进行支路交换的支持馈线之间的联络开关加入合环开关操作序列；

选择所述越限馈线与所述进行支路交换的支持馈线之间的分段开关加入解环开关操作序列，得到可能的网络重构方案。

进一步地，所述可能的网络重构方案中，

所述联络开关操作后，所述越限馈线与所述支持馈线之间的配电网络维持辐射状状态，不会构成环网。

进一步地，所述对所述可能的网络重构方案进行优化分析，包括：

在计及约束的情况下，对所述可能的网络重构方案进行优化分析。

进一步地，所述约束包括馈线交换功率约束、馈线功率平衡约束、分布式能源发电功率约束和储能充放电约束、储能剩余能量约束，其中：

馈线交换功率约束为：

P_F,min≤P_F(t)≤P_F,max；

式中P_Fmax、P_Fmin为馈线与上级电网允许交互功率的上下限值；

馈线功率平衡约束为：

式中:P_Fi(t)为t时段馈线与上级电网联络线交换的功率；P_DGi(t)为t时段分布式电源的有功出力；P_ESSi(t)为t时段储能的充放电功率，放电为正，充电为负；P_L(t)为t时段的负荷；

分布式能源发电功率约束为：

P_DGi,min≤P_DGi(t)≤P_DGi,max；

式中P_DGimax、P_DGimin为可控分布式能源发电功率的上下限值；

储能充放电功率约束为：

P_ESSi,min≤P_ESSi(t)≤P_ESSi,max；

式中P_ESSimax、P_ESSimin为储能充放电功率的上下限值；

储能剩余能量约束为：

E_ESSi,min≤E_ESSi(t)≤E_ESSi,max；

式中E_ESSimax、E_ESSimin为储能剩余能量的上下限值。

进一步地，所述基于分析结果选择最优网络重构方案，得到重构开关操作序列和重构前后的指标对比，包括：

基于分析结果以调节成本最小为目标选择最优网络重构方案，得到重构开关操作序列和重构前后的指标对比。

进一步地，所述目标的优化函数为：

式中:C_Fi(t)为t时段参与重构的馈线从上级电网单位购电成本；ΔP_Fi(t)为t时段参与重构的馈线与上级电网交换功率变化量；C_DGi(t)为t时段重构区域内参与调节的可控分布式能源单位调节成本；ΔP_DGi(t)为t时段重构区域内参与调节的可控分布式能源发电功率调节量；C_ESSi(t)为t时段重构区域内参与调节的储能充放电功率单位调节成本；ΔP_ESSi(t)为t时段重构区域内参与调节的储能充放电功率调节量。

本发明的实施例提供的技术方案，可利用主动配电网网络中的开关进行优化组合开合操作，以调整网络的辐射状结构，在满足一定的约束条件下控制网络中的有功和无功潮流，由负荷转移来实现馈线间功率协调控制，通过建立网络重构调度策略，满足主动配电网实时性的控制需求，达到消除馈线过载、提高消纳分布式电源能力的目的。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明一实施例提供的一种主动配电网优化重构方法流程示意图；

图2是本发明另一实施例提供的一种主动配电网优化重构方法流程示意图；

图3是本发明一实施例提供的一种主动配电网局部示意图；

图4是图3的主动配电网的网络重构方案示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，以下将结合附图和实施例，对本发明技术方案的具体实施方式进行更加详细、清楚的说明。然而，以下描述的具体实施方式和实施例仅是说明的目的，而不是对本发明的限制。其只是包含了本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，本领域技术人员对于本发明的各种变化获得的其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1是本发明一实施例提供的一种主动配电网优化重构方法流程示意图，包括以下步骤。

在步骤S110中，获取未来一段时间内主动配电网中新能源发电预测数据和超短期负荷预测数据。

新能源发电预测数据包括风电发电预测数据、光伏发电预测数据。预测数据是未来一段时间风电、光伏的输出功率最大值，基于高精度数值天气预报和现场实时监控数据、环境数据及历史统计等得到的超短期预测数据。

超短期负荷预测数据包括配变的负荷预测数据、馈线的负荷预测数据。预测数据是未来一段时间配变的可能负荷大小和馈线总的可能负荷大小等。

根据实际检测数据，利用专门的装置或软件，得到预测数据。未来一段时间可以根据需要进行设置，一般设置为15分钟，也可选取未来1小时内的数据进行网络重构分析，并不以此为限。

在步骤S120中，基于新能源发电预测数据和超短期负荷预测数据，计算主动配电网未来一段时间内的潮流分布得到预测馈线负载。

将主动配电网潮流模型中的新能源机组出力调整为校核时刻的新能源发电功率预测数据，对主动配电网潮流模型中的新能源机组功率注入进行修正。

将主动配电网潮流模型中的配变负荷调整为校核时刻的超短期负荷预测数据。采用配变的负荷预测数据对电网潮流模型中的配变负荷进行注入修正，对于缺少负荷预测数据的配变可结合馈线的负荷预测数据进行注入修正，为简化计算，可以假设馈线区域内负荷等比例变化，且负荷的功率因数保持不变。潮流分布计算后获得预测馈线负载均衡情况。

在步骤S130中，基于预测馈线负载均衡情况判断预测馈线的交换功率是否越限。

基于预测馈线负载均衡情况获得预测馈线的交换功率。上述的潮流分布计算后得到馈线的有功功率、无功功率、电流计算值等馈线负载均衡情况，馈线首段的有功功率即是馈线从配电网获得的功率，也就是馈线的交换功率。判断预测馈线的交换功率是否处于合理范围。

P_F,min≤P_F(t)≤P_F,max

式中P_Fmax、P_Fmin为馈线与上级电网允许交互功率的上下限值。

P_Fmax一般由馈线最大承载容量、馈线供电的上级变电站站内主变容量共同决定。

P_Fmin一般设置为0，即不允许馈线下新能源向上级电网倒送功率。

在步骤S140中，对越限馈线进行网络拓扑分析，得到越限馈线可能的网络重构方案。

如果越限，则对越限馈线进行网络拓扑分析，得到可能的网络重构方案。

可能的网络重构方案由辐射状网络中分析越限馈线和其支持馈线之间的一组开关操作组成，该组开关满足操作后越限馈线与支持馈线之前的配电网络维持辐射状状态，不会构成环网。

在步骤S150中，对可能的网络重构方案进行优化分析。

在计及约束的情况下，对可能的网络重构方案进行优化分析。约束包括馈线交换功率约束、馈线功率平衡约束、分布式能源发电功率约束和储能充放电功率约束、储能剩余能量约束。

在步骤S160中，基于分析结果选择最优网络重构方案，得到重构开关操作序列和重构前后的指标对比。

其中最优网络重构方案的选择，由调节成本最小为目标在可行的网络重构方案中比较产生，其馈线功率平衡约束优化目标函数为：

式中:C_Fi(t)为t时段参与重构的馈线从上级电网单位购电成本；ΔP_Fi(t)为t时段参与重构的馈线与上级电网交换功率变化量；C_DGi(t)为t时段重构区域内参与调节的可控分布式能源单位调节成本；ΔP_DGi(t)为t时段重构区域内参与调节的可控分布式能源发电功率调节量；C_ESSi(t)为t时段重构区域内参与调节的储能充放电功率单位调节成本；ΔP_ESSi(t)为t时段重构区域内参与调节的储能充放电功率调节量。

考虑的约束除馈线交换功率约束之外，还包括馈线功率平衡约束：

式中:P_Fi(t)为t时段馈线与上级电网联络线交换的功率；P_DGi(t)为t时段分布式电源的有功出力；P_ESSi(t)为t时段储能的充放电功率，放电为正，充电为负；P_L(t)为t时段的负荷。

分布式能源发电功率约束：

P_DGi,min≤P_DGi(t)≤P_DGi,max

式中P_DGimax、P_DGimin为可控分布式能源发电功率的上下限值。

储能充放电功率约束：

P_ESSi,min≤P_ESSi(t)≤P_ESSi,max

式中P_ESSimax、P_ESSimin为储能充放电功率的上下限值。

储能剩余能量约束：

E_ESSi,min≤E_ESSi(t)≤E_ESSi,max

式中E_ESSimax、E_ESSimin为储能剩余能量的上下限值。

根据各个约束，对目标函数进行优化计算，针对每一个可行的网络重构方案进行优化求解，选择调节成本最小的网络重构方案为最优方案，得到相应的重构方案和重构结果，包括重构的开关操作序列、可控分布式能源的调节策略、储能的调节策略、重构后馈线交换功率计算结果、重构后馈线负载率。

图2是本发明另一实施例提供的一种主动配电网优化重构方法流程示意图，包括以下步骤。

在步骤S210中，获取未来一段时间内主动配电网中新能源发电预测数据和超短期负荷预测数据。

在步骤S220中，基于新能源发电预测数据和超短期负荷预测数据，计算主动配电网未来一段时间内的潮流分布得到预测馈线负载。

在步骤S231中，基于预测馈线负载均衡情况获得预测馈线的交换功率。

基于预测馈线负载均衡情况获得预测馈线的交换功率。上述的潮流分布计算后得到馈线的有功功率、无功功率、电流计算值等馈线负载均衡情况，馈线首段的有功功率即是馈线从配电网获得的功率，也就是馈线的交换功率。

在步骤S232中，比较预测馈线的交换功率是否超越了预设的上限或预设的下限。

判断预测馈线的交换功率是否处于合理范围。

P_F,min≤P_F(t)≤P_F,max

式中P_Fmax、P_Fmin为馈线与上级电网允许交互功率的上下限值。

P_Fmax一般由馈线最大承载容量、馈线供电的上级变电站站内主变容量共同决定。

P_Fmin一般设置为0，即不允许馈线下新能源向上级电网倒送功率。

如果超越了，则判定为越限。

一般情况下，越限出现的都是交换功率超越上限，很少出现交换功率小于0的情况，也就是馈线下新能源向上级电网倒送功率的情况。

在步骤S241中，查找与越限馈线相连的支持馈线及联络开关。

图3是本发明一实施例提供的一种主动配电网局部示意图。

如图3所示，在由三条馈线FS1、FS2、FS3组成的主动配电网中，根据预测馈线负载判断馈线FS1存在越限需要进行负荷转移，那么FS2、FS3就是越限馈线FS1的支持馈线。CK1、CK2、CK3是出线开关，K2、K3、K4、K6、K8为负荷开关，K5、K7为联络开关。

在步骤S242中，基于越限馈线需转移的负荷和支持馈线的容量裕度，选择可与越限馈线进行支路交换的支持馈线。

如图3所示，在越限馈线FS1需要负荷转移时，可以选择FS2进行支路交换，也可以选择FS3进行支路交换，根据越限馈线FS1需转移的负荷和支持馈线FS2、FS3的容量裕度进行选择确定。

在步骤S243中，选择越限馈线与进行支路交换的支持馈线之间的联络开关加入合环开关操作序列。

在步骤S244中，选择越限馈线与进行支路交换的支持馈线之间的分段开关加入解环开关操作序列，得到可能的网络重构方案。

图4是图3的主动配电网的网络重构方案示意图。如图4所示，当FS1越限时，有六种可能的网络重构方案。

第一种，选择联络开关K5加入合环开关操作序列，选择分段开关K4加入解环开关操作序列。也就是合上K5，断开K4。K5与K4之间的负荷就从馈线FS1转移到了馈线FS2。

第二种，选择联络开关K5加入合环开关操作序列，选择分段开关K3加入解环开关操作序列。也就是合上K5，断开K3。K5与K3之间的负荷就从馈线FS1转移到了馈线FS2。

第三种，选择联络开关K5加入合环开关操作序列，选择分段开关K2加入解环开关操作序列。也就是合上K5，断开K2。K5与K2之间的负荷就从馈线FS1转移到了馈线FS2。

第四种，选择联络开关K7加入合环开关操作序列，选择分段开关K4加入解环开关操作序列。也就是合上K7，断开K4。K7与K4之间的负荷就从馈线FS1转移到了馈线FS3。

第五种，选择联络开关K7加入合环开关操作序列，选择分段开关K3加入解环开关操作序列。也就是合上K7，断开K3。K7与K3之间的负荷就从馈线FS1转移到了馈线FS3。

第六种，选择联络开关K7加入合环开关操作序列，选择分段开关K2加入解环开关操作序列。也就是合上K7，断开K2。K7与K2之间的负荷就从馈线FS1转移到了馈线FS3。

可能的网络重构方案由辐射状网络中分析越限馈线和其支持馈线之间的一组开关操作组成，该组开关满足操作后越限馈线与支持馈线之前的配电网络维持辐射状状态，不会构成环网。

在步骤S250中，对可能的网络重构方案进行优化分析。

在步骤S260中，基于分析结果选择最优网络重构方案，得到重构开关操作序列和重构前后的指标对比。

在本实施例中，步骤S210、S220、S250、S260与上述实施例中的步骤S110、S120、S150、S160相同，不再赘述。

需要说明的是，以上参照附图所描述的各个实施例仅用以说明本发明而非限制本发明的范围，本领域的普通技术人员应当理解，在不脱离本发明的精神和范围的前提下对本发明进行的修改或者等同替换，均应涵盖在本发明的范围之内。此外，除上下文另有所指外，以单数形式出现的词包括复数形式，反之亦然。另外，除非特别说明，那么任何实施例的全部或一部分可结合任何其它实施例的全部或一部分来使用。

Claims (7)

1.一种主动配电网优化重构方法，包括：

获取未来一段时间内主动配电网中新能源发电预测数据和超短期负荷预测数据；

基于所述新能源发电预测数据和所述超短期负荷预测数据，计算所述主动配电网所述未来一段时间内的潮流分布得到预测馈线的交换功率；

判断所述预测馈线的交换功率是否越限；

对越限馈线进行网络拓扑分析，得到所述越限馈线可能的网络重构方案；

在计及约束的情况下，对所述可能的网络重构方案进行优化分析，其中，所述约束包括馈线交换功率约束、馈线功率平衡约束、分布式能源发电功率约束和储能充放电约束、储能剩余能量约束；

基于分析结果以调节成本最小为目标选择最优网络重构方案，得到重构开关操作序列和重构前后的指标对比，所述目标的优化函数为：

式中:C_Fi(t)为t时段参与重构的馈线从上级电网单位购电成本；ΔP_Fi(t)为t时段参与重构的馈线与上级电网交换功率变化量；C_DGi(t)为t时段重构区域内参与调节的可控分布式能源单位调节成本；ΔP_DGi(t)为t时段重构区域内参与调节的可控分布式能源发电功率调节量；C_ESSi(t)为t时段重构区域内参与调节的储能充放电功率单位调节成本；ΔP_ESSi(t)为t时段重构区域内参与调节的储能充放电功率调节量。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取未来一段时间内主动配电网中新能源发电预测数据和超短期负荷预测数据中，

所述新能源发电预测数据包括风电发电预测数据、光伏发电预测数据；所述超短期负荷预测数据包括配变的负荷预测数据、馈线的负荷预测数据。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述判断预测馈线的交换功率是否越限，包括：

比较所述预测馈线的交换功率是否超越了预设的上限或预设的下限，如果超越了，则判定为越限。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述预设的下限为0，所述预设的上限由馈线最大承载容量、馈线供电的上级变电站站内主变容量共同决定。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对越限馈线进行网络拓扑分析，得到所述越限馈线可能的网络重构方案，包括：

查找与所述越限馈线相连的支持馈线及联络开关；

基于越限馈线需转移的负荷和所述支持馈线的容量裕度，选择可与所述越限馈线进行支路交换的支持馈线；

选择所述越限馈线与所述进行支路交换的支持馈线之间的联络开关加入合环开关操作序列；

选择所述越限馈线与所述进行支路交换的支持馈线之间的分段开关加入解环开关操作序列，得到可能的网络重构方案。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述可能的网络重构方案中，

所述联络开关操作后，所述越限馈线与所述支持馈线之间的配电网络维持辐射状状态，不会构成环网。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，馈线交换功率约束为：

P_F,min≤P_F(t)≤P_F,max；

式中P_{F, max}、P_{F, min}为馈线与上级电网允许交互功率的上下限值；

馈线功率平衡约束为：

式中:P_Fi(t)为t时段馈线与上级电网联络线交换的功率；P_DGi(t)为t时段分布式电源的有功出力；P_ESSi(t)为t时段储能的充放电功率，放电为正，充电为负；P_L(t)为t时段的负荷；

分布式能源发电功率约束为：

P_DGi,min≤P_DGi(t)≤P_DGi,max；

式中P_{DGi, max}、P_{DGi, min}为可控分布式能源发电功率的上下限值；

储能充放电功率约束为：

P_ESSi,min≤P_ESSi(t)≤P_ESSi,max；

式中P_{ESSi, max}、P_{ESSi, min}为储能充放电功率的上下限值；

储能剩余能量约束为：

E_ESSi,min≤E_ESSi(t)≤E_ESSi,max；

式中E_{ESSi, max}、E_{ESSi, min}为储能剩余能量的上下限值。

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