CN111404154A - 一种配电网供电能力优化方法、设备及存储介质 - Google Patents

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CN111404154A CN202010299138.1A CN202010299138A CN111404154A CN 111404154 A CN111404154 A CN 111404154A CN 202010299138 A CN202010299138 A CN 202010299138A CN 111404154 A CN111404154 A CN 111404154A
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Abstract

本发明公开了一种配电网供电能力优化方法、设备及存储介质，包括：建立负荷聚集商经济调度模型以及配电网供电能力优化模型；求解负荷聚集商经济调度模型，提取t时刻的储能充放电量以及负荷聚集商购售电量，转化为潮流计算方程中的有功功率，将有功功率输入到配电网供电能力优化模型中进行求解，计算t时刻的节点电压是否满足节点电压约束；若满足，判断t是否大于T，若是，计算负荷聚集商经济调度模型和配电网供电能力优化模型的输出，对配电网进行优化。本发明将储能充放电量以及负荷聚集商购售电量转化为潮流计算方程中的有功功率，考虑到了负荷聚集商优化调度策略对整个网络的电压、线路潮流的影响，提高配电网供电能力。

Description

一种配电网供电能力优化方法、设备及存储介质
技术领域
本发明涉及配电网优化技术领域，尤其涉及一种配电网供电能力优化方法、设备及存储介质。
背景技术
目前，由于可再生能源出力固有的波动性和间歇性，其大量接入会对配电网产生消极影响。如增大节点电压偏移，降低配电网运行的经济性和供电能力等。如何协调分布式能源和储能装置，并有效参与到当前电力市场中，从而改善配电网电压水平、提高配电网供电能力成为亟待解决的问题。
负荷聚集商(load aggregator,LA)作为一种专业的负荷侧资源管理主体，是未来电力市场中整合和管理负荷侧各种分布式电源、储能装置的重要形式之一。LA可积极参与电力市场交易，通过灵活的需求响应服务，有效解决分散负荷侧资源的调度障碍，参与配电网的电压调整和供电能力优化。然而，目前对配电网供电能力优化的研究方法均从经济性的角度对LA参与市场时的优化调度进行分析与建模，而忽略了LA优化调度策略对整个网络的电压、线路潮流的影响，使得LA优化调度的最优解有可能违反电网的潮流约束，导致节点过电压和线路过载等，从而降低配电网的供电能力，不利于电网的安全稳定运行。
综上所述，现有技术中配电网供电能力优化的研究方法忽略了LA优化调度策略对整个网络的电压、线路潮流的影响，导致存在着配电网的供电能力降低的技术问题。
发明内容
本发明提供了一种配电网供电能力优化方法、设备及存储介质，用于解决现有技术中配电网供电能力优化的研究方法忽略了LA优化调度策略对整个网络的电压、线路潮流的影响，导致存在着配电网的供电能力降低的技术问题。
本发明提供的一种配电网供电能力优化方法，包括以下步骤：
S1：获取配电网中的参数，建立负荷聚集商经济调度模型以及配电网供电能力优化模型；
S2：求解负荷聚集商经济调度模型，得到调度周期T内的储能充放电量
Figure BDA0002453325700000021
以及负荷聚集商购售电量
Figure BDA0002453325700000022
S3：将配电网供电能力优化模型转化为二阶锥优化模型，并定义t＝1；
S4：提取t时刻负荷聚集商经济调度模型的储能充放电量
Figure BDA0002453325700000023
以及负荷聚集商购售电量
Figure BDA0002453325700000024
S5：将储能充放电量
Figure BDA0002453325700000025
以及负荷聚集商购售电量
Figure BDA0002453325700000026
转化为潮流计算方程中的有功功率Ps和Pm，将有功功率Ps和Pm输入到二阶锥优化模型中并进行求解，计算t时刻的节点电压是否满足节点电压约束；
S6：若不满足节点电压约束，将
Figure BDA0002453325700000027
进行缩减，重新执行S5；若满足节点电压约束，则判断t是否大于T，若不满足，则令t＝t+1，重新执行S4，若满足，则计算此时负荷聚集商经济调度模型和配电网供电能力优化模型的输出，对配电网进行优化。
优选的，负荷聚集商经济调度模型包括目标函数和条件约束，约束包括供需平衡约束、储能约束以及配网交互功率约束；目标函数以负荷聚集商的收益最大为优化目标。
优选的，配电网供电能力优化模型包括目标函数和条件约束，约束包括网络潮流约束、节点电压约束、支路功率约束以及电容器组运行约束；目标函数以配电网供电能力最大化为优化目标。
优选的，节点电压约束为：
Umin≤Ui≤Umax,i∈ψb
式中，Umax、Umin为配电网节点电压上下限，ψb为配电网节点集合。
优选的，负荷聚集商经济调度模型的目标函数f1为：
Figure BDA0002453325700000028
式中，T为调度周期；若
Figure BDA0002453325700000029
为正，为t时刻负荷聚集商向配电网出售电量，
Figure BDA00024533257000000212
为对应的售电电价，若
Figure BDA00024533257000000210
为负，表示t时刻负荷聚集商向配电网购电，
Figure BDA00024533257000000211
为对应的购电电价。
优选的，配电网供电能力优化模型的目标函数为：
Figure BDA0002453325700000031
式中，ψb为配电网节点集合，
Figure BDA0002453325700000032
为t时刻i节点的负荷，其中i∈ψb。
优选的，在S5中，根据负荷聚集商的储能节点编号s、电力交易结算节点编号m，将储能充放电量
Figure BDA0002453325700000033
以及负荷聚集商购售电量
Figure BDA0002453325700000035
转换为潮流计算方程中的节点s、m的有功功率Ps和Pm。
优选的，在S6中，将
Figure BDA0002453325700000034
除以固定比例k从而进行缩减。
一种配电网供电能力优化设备，包括处理器以及存储器；
所述存储器用于存储程序代码，并将所述程序代码传输给所述处理器；
所述处理器用于根据所述程序代码中的指令执行上述的一种配电网供电能力优化方法。
一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质用于存储程序代码，所述程序代码用于执行上述的一种配电网供电能力优化方法。
从以上技术方案可以看出，本发明实施例具有以下优点：
本发明实施例采用双层优化模型，负荷聚集商经济调度模型关注负荷聚集商经济收益，配电网供电能力优化模型关注配电网供电能力优化，本发明实施例将储能充放电量
Figure BDA0002453325700000036
以及负荷聚集商购售电量
Figure BDA0002453325700000037
转化为潮流计算方程中的有功功率Ps和Pm，从而考虑到了负荷聚集商优化调度策略对整个网络的电压、线路潮流的影响，使得负荷聚集商在自身获得经济收益的同时，提高配电网供电能力，解决了现有技术中配电网供电能力优化的研究方法忽略了LA优化调度策略对整个网络的电压、线路潮流的影响，导致存在着配电网的供电能力降低的技术问题。
本发明另一个实施例还存在着另一个优点：
本发明实施例将对配电网供电能力优化模型进行二阶锥松弛，从而将复杂的配电网优化问题转变为可以高效求解的二阶锥优化问题，提高求解速度，确保调度方案全局最优。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为本发明实施例提供的一种配电网供电能力优化方法、设备及存储介质的方法流程图。
图2为本发明实施例提供的一种配电网供电能力优化方法、设备及存储介质的设备框架图。
具体实施方式
本发明实施例提供了一种配电网供电能力优化方法、设备及存储介质，用于解决现有技术中配电网供电能力优化的研究方法忽略了LA优化调度策略对整个网络的电压、线路潮流的影响，导致存在着配电网的供电能力降低的技术问题。
为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1，图1为本发明实施例提供的一种配电网供电能力优化方法、设备及存储介质的方法流程图。
本发明提供的一种配电网供电能力优化方法，包括以下步骤：
S1：从配电网GIS系统、配电自动化系统、生产管理系统、调度系统、新能源管理系统、售电交易系统中获取配电网网络拓扑数据、储能安装点，容量、负荷聚集商的组成成分，交易方案等，建立负荷聚集商经济调度模型以及配电网供电能力优化模型，负荷聚集商经济调度模型主要关注负荷聚集商经济收益，而配电网供电能力优化模型主要关注配电网供电能力优化；
S2：求解负荷聚集商经济调度模型，得到调度周期T内的储能充放电量
Figure BDA0002453325700000051
以及负荷聚集商购售电量
Figure BDA0002453325700000052
将两者作为负荷聚集商经济调度模型的最优解，储能充放电量决定着负荷聚集商经济调度模型的储能充放电策略，负荷聚集商购售电量决定着负荷聚集商经济调度模型的购售电策略；
S3：将配电网供电能力优化模型转化为二阶锥优化模型，将复杂的配电网优化问题转变为可以高效求解的二阶锥优化问题，提高求解速度，确保调度方案全局最优，并定义t＝1；
S4：提取t时刻负荷聚集商经济调度模型的储能充放电量
Figure BDA00024533257000000514
以及负荷聚集商购售电量
Figure BDA0002453325700000053
S5：根据负荷聚集商的储能节点编号s、电力交易结算节点编号m，将储能充放电量
Figure BDA0002453325700000054
以及负荷聚集商购售电量
Figure BDA0002453325700000055
转换为潮流计算方程中的节点s、m的有功功率Ps和Pm，将有功功率Ps和Pm输入到二阶锥优化模型中并进行求解，得到t时刻线路潮流量
Figure BDA0002453325700000056
和电容器无功输出量
Figure BDA0002453325700000057
并计算t时刻的节点电压是否满足节点电压约束；线潮流量
Figure BDA0002453325700000058
决定着配电网供电能力优化模型的潮流调度策略，而电容器无功输出量
Figure BDA0002453325700000059
决定着配电网供电能力优化模型的无功调整策略；
S6：若不满足节点电压约束，将
Figure BDA00024533257000000510
进行缩减，重新执行S5；若满足节点电压约束，则判断t是否大于T，若不满足，则令t＝t+1，重新执行S4，若满足，则计算此时负荷聚集商经济调度模型和配电网供电能力优化模型的目标函数的输出，根据输出从而对配电网进行优化。
作为一个优选的实施例，负荷聚集商经济调度模型包括目标函数和条件约束，负荷聚集商经济调度模型的条件约束包括供需平衡约束、储能约束以及配网交互功率约束；目标函数以负荷聚集商的收益最大为优化目标，各个约束的具体约束内容如下：
1)供需平衡约束
Figure BDA00024533257000000511
式中，
Figure BDA00024533257000000512
为t时段LA中分布式电源i的出力，nDG为分布式电源数量；
Figure BDA00024533257000000513
为t时刻LA内负荷需求。
2)储能约束
Figure BDA0002453325700000061
Figure BDA0002453325700000062
Figure BDA0002453325700000063
λminEs≤Es,t≤λmaxEs
式中，
Figure BDA0002453325700000064
为储能t时刻充放电功率，正数表明充电，负数表明放电；
Figure BDA0002453325700000065
Figure BDA0002453325700000066
表示储能的最大充放电功率；Es,t为t时刻储能装置的容量；Es为储能装置的额定容量；λmax、λmin为储能的最大和最小荷电状态。
3)与配网交互功率约束
Figure BDA0002453325700000067
式中，Pmax为LA与配网交互功率上限值。
作为一个优选的实施例，配电网供电能力优化模型包括目标函数和条件约束，配电网供电能力优化模型的条件约束包括网络潮流约束、节点电压约束、支路功率约束以及电容器组运行约束；目标函数以配电网供电能力最大化为优化目标；各个约束的具体约束内容如下：
1)网络潮流约束：
Figure BDA0002453325700000068
式中，i∈u(j)表示所有以j作为末端节点的支路集合；k∈v(j)表示所有以j作为首端节点的支路集合；Pij、Qij为节点i流入节点j的有功功率和无功功率；Pj、Qj为节点j的有功功率和无功功率；rij、xij为支路(i,j)的电阻值；Ui为配电网节点i的电压幅值；Iij表示流过支路(i,j)的电流值。
2)节点电压约束
Umin≤Ui≤Umax,i∈ψb
式中，Umax、Umin为配电网节点电压上下限。
3)支路功率约束
Figure BDA0002453325700000071
式中，Imax表示支路l所允许的传输功率上限，ψl为配电网支路集合。
4)电容器组运行约束
Figure BDA0002453325700000072
式中，
Figure BDA0002453325700000073
为t时刻第k个SC安装节点的无功功率；Nk,t、
Figure BDA0002453325700000074
分别为SC投运组数和单组无功功率；Nk,max为SC最大投运组数。
负荷聚集商主要是整合其内部各类分布式电源与储能装置，通过向内部负荷供电以及将多余电力出售给配电网获益，负荷聚集商经济调度模型的目标函数f1为：
Figure BDA0002453325700000075
式中，T为调度周期；若
Figure BDA0002453325700000076
为正，为t时刻负荷聚集商向配电网出售电量，
Figure BDA0002453325700000077
为对应的售电电价，若
Figure BDA0002453325700000078
为负，表示t时刻负荷聚集商向配电网购电，
Figure BDA00024533257000000710
为对应的购电电价。
作为一个优选的实施例，配电网供电能力优化模型的目标函数为：
Figure BDA0002453325700000079
式中，ψb为配电网节点集合，
Figure BDA0002453325700000088
为t时刻i节点的负荷，其中i∈ψb。
需要进一步说明的是，由于潮流方程本质上是一个非线性非凸的优化模型，一般较难找到最优，因此将非线性优化问题转换为二阶锥优化模型，极大地降低了原问题的求解难度，并保证解的最优性，具体过程如下：
令
Figure BDA0002453325700000081
则配电网潮流方程变为
Figure BDA0002453325700000082
最后一个等式约束为非线性等式约束外，其余均为线性约束。为了解决这一问题，对
Figure BDA0002453325700000083
约束进行二阶锥松弛为
Figure BDA0002453325700000084
进一步可得(2Pij)2+(2Qij)2+(lij-Vi)2≤(lij+Vi)2，即
Figure BDA0002453325700000085
从而将上述非线性等式约束转变为锥约束，节点电压约束和功率约束变为
Figure BDA0002453325700000086
经过上述变换，将原来的非线性优化问题转变为二阶锥优化优化问题。
作为一个优选的实施例，在S6中，将
Figure BDA0002453325700000087
除以固定比例k从而进行缩减，k的值可根据实际需要进行设置。
如图2所示，一种配电网供电能力优化设备30，所述设备包括处理器300以及存储器301；
所述存储器301用于存储程序代码302，并将所述程序代码302传输给所述处理器；
所述处理器300用于根据所述程序代码302中的指令执行上述的一种配电网供电能力优化方法实施例中的步骤。
示例性的，所述计算机程序302可以被分割成一个或多个模块/单元，所述一个或者多个模块/单元被存储在所述存储器301中，并由所述处理器300执行，以完成本申请。所述一个或多个模块/单元可以是能够完成特定功能的一系列计算机程序指令段，该指令段用于描述所述计算机程序302在所述终端设备30中的执行过程。
所述终端设备30可以是桌上型计算机、笔记本、掌上电脑及云端服务器等计算设备。所述终端设备可包括，但不仅限于，处理器300、存储器301。本领域技术人员可以理解，图2仅仅是终端设备30的示例，并不构成对终端设备30的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件，例如所述终端设备还可以包括输入输出设备、网络接入设备、总线等。
所称处理器300可以是中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现成可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。
所述存储器301可以是所述终端设备30的内部存储单元，例如终端设备30的硬盘或内存。所述存储器301也可以是所述终端设备30的外部存储设备，例如所述终端设备30上配备的插接式硬盘，智能存储卡(Smart Media Card,SMC)，安全数字(Secure Digital,SD)卡，闪存卡(Flash Card)等。进一步地，所述存储器301还可以既包括所述终端设备30的内部存储单元也包括外部存储设备。所述存储器301用于存储所述计算机程序以及所述终端设备所需的其他程序和数据。所述存储器301还可以用于暂时地存储已经输出或者将要输出的数据。
一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质用于存储程序代码，所述程序代码用于执行上述的一种配电网供电能力优化方法。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统，装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统，装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-OnlyMemory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种配电网供电能力优化方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：获取配电网中的参数，建立负荷聚集商经济调度模型以及配电网供电能力优化模型；
S2：求解负荷聚集商经济调度模型，得到调度周期T内的储能充放电量
Figure FDA0002453325690000011
以及负荷聚集商购售电量
Figure FDA0002453325690000012
S3：将配电网供电能力优化模型转化为二阶锥优化模型，并定义t＝1；
S4：提取t时刻负荷聚集商经济调度模型的储能充放电量
Figure FDA0002453325690000013
以及负荷聚集商购售电量
Figure FDA0002453325690000014
S5：将储能充放电量
Figure FDA0002453325690000015
以及负荷聚集商购售电量
Figure FDA0002453325690000016
转化为潮流计算方程中的有功功率Ps和Pm，将有功功率Ps和Pm输入到二阶锥优化模型中并进行求解，计算t时刻的节点电压是否满足节点电压约束；
S6：若不满足节点电压约束，将
Figure FDA0002453325690000017
Figure FDA0002453325690000018
进行缩减，重新执行S5；若满足节点电压约束，则判断t是否大于T，若不满足，则令t＝t+1，重新执行S4，若满足，则计算此时负荷聚集商经济调度模型和配电网供电能力优化模型的输出，对配电网进行优化。
2.根据权利要求1所述的一种配电网供电能力优化方法，其特征在于，负荷聚集商经济调度模型包括目标函数和条件约束，约束包括供需平衡约束、储能约束以及配网交互功率约束；目标函数以负荷聚集商的收益最大为优化目标。
3.根据权利要求2所述的一种配电网供电能力优化方法，其特征在于，配电网供电能力优化模型包括目标函数和条件约束，约束包括网络潮流约束、节点电压约束、支路功率约束以及电容器组运行约束；目标函数以配电网供电能力最大化为优化目标。
4.根据权利要求3所述的一种配电网供电能力优化方法，其特征在于，节点电压约束为：
Umin≤Ui≤Umax,i∈ψb
式中，Umax、Umin为配电网节点电压上下限，ψb为配电网节点集合。
5.根据权利要求4所述的一种配电网供电能力优化方法，其特征在于，负荷聚集商经济调度模型的目标函数f1为：
Figure FDA0002453325690000021
式中，T为调度周期；若
Figure FDA0002453325690000022
为正，为t时刻负荷聚集商向配电网出售电量，
Figure FDA0002453325690000023
为对应的售电电价，若
Figure FDA0002453325690000024
为负，表示t时刻负荷聚集商向配电网购电，
Figure FDA0002453325690000025
为对应的购电电价。
6.根据权利要求5所述的一种配电网供电能力优化方法，其特征在于，配电网供电能力优化模型的目标函数为：
Figure FDA0002453325690000026
式中，ψb为配电网节点集合，
Figure FDA0002453325690000027
为t时刻i节点的负荷，其中i∈ψb。
7.根据权利要求6所述的一种配电网供电能力优化方法，其特征在于，在S5中，根据负荷聚集商的储能节点编号s、电力交易结算节点编号m，将储能充放电量
Figure FDA0002453325690000028
以及负荷聚集商购售电量
Figure FDA0002453325690000029
转换为潮流计算方程中的节点s、m的有功功率Ps和Pm。
8.根据权利要求7所述的一种配电网供电能力优化方法，其特征在于，在S6中，将
Figure FDA00024533256900000210
Figure FDA00024533256900000211
除以固定比例k从而进行缩减。
9.一种配电网供电能力优化设备，其特征在于，包括处理器以及存储器；
所述存储器用于存储程序代码，并将所述程序代码传输给所述处理器；
所述处理器用于根据所述程序代码中的指令执行权利要求1-8中任意一项所述的一种配电网供电能力优化方法。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质用于存储程序代码，所述程序代码用于执行权利要求1-8中任意一项所述的一种配电网供电能力优化方法。
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