CN111952958A - 一种考虑控制模式转换的配电网柔性软开关优化配置方法 - Google Patents

一种考虑控制模式转换的配电网柔性软开关优化配置方法 Download PDF

Info

Publication number
CN111952958A
CN111952958A CN202010671940.9A CN202010671940A CN111952958A CN 111952958 A CN111952958 A CN 111952958A CN 202010671940 A CN202010671940 A CN 202010671940A CN 111952958 A CN111952958 A CN 111952958A
Authority
CN
China
Prior art keywords
node
distribution network
power distribution
power
flexible soft
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202010671940.9A
Other languages
English (en)
Inventor
胡泽春
丛鹏伟
唐亮
孙辰军
王卓然
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tsinghua University
State Grid Hebei Electric Power Co Ltd
Original Assignee
Tsinghua University
State Grid Hebei Electric Power Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Tsinghua University, State Grid Hebei Electric Power Co Ltd filed Critical Tsinghua University
Priority to CN202010671940.9A priority Critical patent/CN111952958A/zh
Publication of CN111952958A publication Critical patent/CN111952958A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/008—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks involving trading of energy or energy transmission rights
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/04—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks for connecting networks of the same frequency but supplied from different sources
    • H02J3/06—Controlling transfer of power between connected networks; Controlling sharing of load between connected networks
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/38—Arrangements for parallely feeding a single network by two or more generators, converters or transformers
    • H02J3/381—Dispersed generators
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/38—Arrangements for parallely feeding a single network by two or more generators, converters or transformers
    • H02J3/46—Controlling of the sharing of output between the generators, converters, or transformers
    • H02J3/466—Scheduling the operation of the generators, e.g. connecting or disconnecting generators to meet a given demand
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J2203/00—Indexing scheme relating to details of circuit arrangements for AC mains or AC distribution networks
    • H02J2203/10—Power transmission or distribution systems management focussing at grid-level, e.g. load flow analysis, node profile computation, meshed network optimisation, active network management or spinning reserve management
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J2203/00—Indexing scheme relating to details of circuit arrangements for AC mains or AC distribution networks
    • H02J2203/20—Simulating, e g planning, reliability check, modelling or computer assisted design [CAD]
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J2300/00—Systems for supplying or distributing electric power characterised by decentralized, dispersed, or local generation
    • H02J2300/20—The dispersed energy generation being of renewable origin
    • H02J2300/22—The renewable source being solar energy
    • H02J2300/24—The renewable source being solar energy of photovoltaic origin
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J2300/00—Systems for supplying or distributing electric power characterised by decentralized, dispersed, or local generation
    • H02J2300/20—The dispersed energy generation being of renewable origin
    • H02J2300/28—The renewable source being wind energy
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J2300/00—Systems for supplying or distributing electric power characterised by decentralized, dispersed, or local generation
    • H02J2300/40—Systems for supplying or distributing electric power characterised by decentralized, dispersed, or local generation wherein a plurality of decentralised, dispersed or local energy generation technologies are operated simultaneously
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/56—Power conversion systems, e.g. maximum power point trackers

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Supply And Distribution Of Alternating Current (AREA)

Abstract

本发明涉及配电系统自动化技术领域，尤其涉及一种考虑控制模式转换的配电网柔性软开关优化配置方法。本方法考虑REG随机性的影响，基于SOP控制模式转换建立SOP二层规划模型：上层以包括年配电网运行成本和年SOP投资维护成本的综合规划成本最小为目标函数，对SOP的位置容量进行规划；下层对SOP传输功率和DG削减进行优化调度，针对正常、风险两种运行场景转换SOP控制模式，在正常场景下优化运行成本，在风险场景下优化电压偏差。本方法能有效应对REG随机出力引起的电压安全问题，增强配电网对于REG的消纳能力，在安全运行的基础上保证更低的投资和运行成本。

Description

一种考虑控制模式转换的配电网柔性软开关优化配置方法
技术领域
本发明涉及配电系统自动化技术领域，尤其涉及一种考虑控制模式转换的配电网柔性软开关优化配置方法。
背景技术
高渗透率分布式电源(distributed generation,以下简称DG)并网是未来配电系统的发展趋势和重要特征。其中，风电、光伏等出力随机性很强的可再生能源发电(renewable energy generation,以下简称REG)极大地影响了系统的潮流分布与电压稳定，给配电网的规划运行带来了安全风险与新的挑战。为了满足配电网接入大量分布式电源的要求，同时实现潮流的柔性控制和网络结构的灵活调整，光伏逆变器、柔性软开关(soft open point，以下简称SOP)等电力电子设备开始接入到配电系统中，电力电子化配电系统成为主动配电网的未来发展方向。其中，柔性软开关是一种新型电力电子设备，能够替代原有的联络开关，接入配电网后可以实时准确控制其所联两侧馈线的有功和无功。SOP改变了传统配电网闭环设计、开环运行的方式，能够适应主动配电网拓扑灵活多变的需求，成为一种重要的主动配电网优化调控手段，对于主动配电网经济安全运行有重要作用。
目前，在结构概念、暂态特性、配电网运行优化方面，已有一些针对含SOP配电网的研究，这些研究证明了SOP能够有效缓解由于高渗透率可再生能源接入引起的潮流、电压越限等问题，对含高渗透率REG的主动配电网经济安全运行有重要作用。然而，SOP的实现主要基于全控型电力电子器件，其投资与运行维护成本较高，因此对SOP的合理规划十分必要。
文献Wang C,Song G,Li P,et al.Optimal siting and sizing of soft openpoints in active electrical distribution networks[J].Applied Energy,2017,189:301-309.中公开了考虑分布式电源的长时间尺度运行特性，采用Wasserstein distance方法产生典型运行场景，以年运行损耗与SOP投资维护费用之和为目标函数建立SOP规划模型，优化SOP的安装位置以及容量。但是该文献中生成的场景数量有限，不能应对当分布式电源渗透率较高时，极端场景下引起的配电网安全风险。除此之外，目前在主动配电网中对于SOP的配置研究很少，在高渗透率可再生能源接入后，SOP的优化配置值得深入研究。
发明内容
本发明的目的是提出一种考虑控制模式转换的配电网柔性软开关优化配置方法，在运行优化中，发挥SOP的最大运行调控能力，对SOP位置和容量进行合理的优化配置。
本发明提出的考虑控制模式转换的配电网柔性软开关优化配置方法，包括以下步骤：
(1)根据柔性软开关控制模式，建立柔性软开关控制模型，包括以下步骤：
(1-1)建立在有功-无功控制模式下的柔性软开关运行控制模型如下：
Figure BDA0002582608590000021
式中：
Figure BDA0002582608590000022
分别为柔性软开关连接配电网节点i的变流器和连接配电网节点j的变流器在t时刻的有功功率；
Figure BDA0002582608590000023
分别为柔性软开关连接配电网节点i的变流器和连接配电网节点j的变流器在t时刻的无功功率；
Figure BDA0002582608590000024
分别为柔性软开关连接配电网节点i的变流器和连接配电网节点j的变流器无功输出的上限和下限，
Figure BDA0002582608590000025
分别为柔性软开关连接配电网节点i的变流器和连接配电网节点j的变流器的接入容量；
(1-2)建立在有功-电压控制模式下的柔性软开关运行控制模型如下：
Figure BDA0002582608590000026
式中：
Figure BDA0002582608590000027
分别为柔性软开关连接配电网节点i的变流器和连接配电网节点j的变流器在t时刻的电压，
Figure BDA0002582608590000028
分别为柔性软开关连接配电网节点i的变流器和连接配电网节点j的变流器的电压上限和下限，
Figure BDA0002582608590000029
分别为柔性软开关连接配电网节点i的变流器和连接配电网节点j的变流器在t时刻的电压与输出无功的函数关系；
(2)建立基于柔性软开关控制模式转换的二层规划模型，包括以下步骤：
(2-1)建立上层规划模型，包括以下步骤：
(2-1-1)以配电公司的年综合成本最小为目标函数，建立上层规划模型的目标函数如下：
minFupper＝CSOP+COP
Figure BDA0002582608590000031
Figure BDA0002582608590000032
式中：Fupper为配电公司的年综合成本，CSOP是柔性软开关的年运行维护费用，COP是配电公司年运行费用，包括从上级电网购电成本、从分布式电源发电商购电成本以及削减分布式电源发电商出力的赔偿成本，α是柔性软开关投资费用的贴现率，
Figure BDA00025826085900000314
为柔性软开关经济使用年限，β为柔性软开关年运行维护费用系数，μSOP为柔性软开关单位容量投资成本，
Figure BDA0002582608590000033
为配电网中节点i和节点j之间的线路ij上柔性软开关的安装容量，
Figure BDA0002582608590000034
为季节s的天数；μG为从上级电网购电的电价，
Figure BDA0002582608590000035
为季节s时段t上级电网购电功率，NDG为配电网中的分布式电源数量，
Figure BDA0002582608590000036
为从第m个分布式电源发电商购电的电价，
Figure BDA0002582608590000037
为季节s时段t第m个分布式电源发电商购电功率，
Figure BDA0002582608590000038
为削减1kWh电量赔偿分布式电源发电商的费用，
Figure BDA0002582608590000039
为季节s时段t内第m个分布式电源发电商最大发电功率；
(2-1-2)建立上层规划模型的柔性软开关安装容量约束如下：
Figure BDA00025826085900000310
式中：
Figure BDA00025826085900000311
为配电网中线路ij上允许安装的最大柔性软开关容量；
(2-2)建立下层规划模型，包括如下步骤：
(2-2-1)柔性软开关采用有功-无功控制模式，以配电公司年运行费用
Figure BDA00025826085900000312
最小为目标函数，建立正常状态下下层规划模型的目标函数如下：
Figure BDA00025826085900000313
(2-2-2)正常状态下下层规划模型约束条件采用与步骤(1-1)中有功-无功控制模式下的柔性软开关运行控制模型相同；
(2-2-3)建立正常状态下下层规划模型系统潮流约束如下：
Figure BDA0002582608590000041
Figure BDA0002582608590000042
Figure BDA0002582608590000043
式中：Φi为在配电网中以节点i为末端节点支路的首端节点集合，Ψi为以节点i为首端节点支路的末端节点集合，Rji和Xji分别为配电网中支路ji的电阻和电抗，Pt,ji和Qt,ji分别为t时段节点j流向节点i的有功功率和无功功率，Pt,i和Qt,i分别为t时段节点i上注入的净有功功率之和和净无功功率之和，
Figure BDA0002582608590000044
分别为t时段节点i上可再生能源注入的有功功率和无功功率以及负荷的有功功率和无功功率，Ut,i和Ut,j分别为t时段节点i的电压幅值和节点j的电压幅值，It,ji为t时段节点j向节点i的电流幅值；
(2-2-4)建立正常状态下下层规划模型分布式电源出力约束如下：
Figure BDA0002582608590000045
式中：
Figure BDA0002582608590000046
为时段t内节点i上的分布式电源发电商最大有功功率；
Figure BDA0002582608590000047
为时段t内节点i上的分布式电源发电商最大无功功率；
(2-2-5)建立正常状态下下层规划模型节点电压约束如下：
Uimin＜Ut,i＜Uimax i∈B
式中：Uimin和Uimax分别为节点i电压的下限和上限值，B为配电网中所有的节点的集合；
(2-2-6)建立正常状态下下层规划模型支路电流约束如下：
It,ij≤Iijmax i,j∈B
式中：Iijmax为节点i流向节点j的电流幅值上限；
(2-2-7)采用二阶锥方法，对步骤(2-2-1)的正常状态下的下层规划模型进行求解，得到各时刻配电网的最低节点电压，并以此作为依据对配电网的运行状态进行判断：若某时刻配电网的最低节点电压标幺值在[σl，σh]之间，则定义该时刻状态为配电网为正常运行状态，若某时刻配电网的最低节点电压标幺值在[0.93，σl)或(σh，1.07]之间，则定义该时刻状配电网的运行状态为风险状态，其中σl为正常状态下配电网最低节点电压标幺值下限，σh为正常状态下配电网最低节点电压标幺值上限；
(2-2-8)对于风险状态下的时刻tr，柔性软开关采用有功-电压控制模式，以该时刻tr内配电网节点偏差最小为目标函数，建立风险状态下下层规划模型的目标函数为：
Figure BDA0002582608590000051
式中：
Figure BDA0002582608590000052
为在风险时刻tr下节点i的电压，UN为额定电压；
(2-2-9)风险状态下下层规划模型的约束条件采用(1-2)中有功-电压控制模式下柔性软开关运行约束；
(2-2-10)风险状态下下层规划模型约束条件采用(2-2-3)中的系统潮流约束；
(2-2-11)风险状态下下层规划模型约束条件采用(2-2-5)中节点电压约束；
(2-2-12)风险状态下下层规划模型约束条件采用(2-2-6)中支路电流约束；
(3)采用粒子群-二阶锥混合方法，对柔性软开关二层规划模型进行求解，包括如下步骤：
(3-1)采用二阶锥规划方法，对步骤(2-2)的下层规划模型进行求解，包括如下步骤：
(3-1-1)采用I2,t,ij和U2,t,i替换步骤(2-2-3)公式中的二次项(It,ij)2和(Ut,i)2，对步骤(2-2-3)配电网潮流约束进行二阶锥转化如下：
Figure BDA0002582608590000053
Figure BDA0002582608590000054
Figure BDA0002582608590000055
(3-2-2)采用U2,t,i替换二次项(Ut,i)2的形式，对步骤(2-2-5)的节点电压约束进行二阶锥转化如下：
Figure BDA0002582608590000061
(3-2-3)采用I2,t,ij替换二次项(It,ij)2的形式，对步骤(2-2-6)的支路电流约束进行二阶锥转化如下：
Figure BDA0002582608590000062
(3-2-4)将步骤(3-1-1)的配电网潮流约束松弛并等价变形为二阶锥形式如下：
||[2Pt,ij 2Qt,ij It,2,ij-Ut,2,ij]T||2≤It,2,ij+Ut,2,ij
(3-2-5)将步骤(1-1)的柔性软开关运行约束条件转换为旋转锥约束如下：
Figure BDA0002582608590000063
(3-2-6)经过上述步骤的转化，得到下层规划模型转化为二阶锥规划模型，采用CPLEX方法对二阶锥规划模型进行求解，得到SOP的出力调度结果和配电网的运行费用；
(3-3)采用(3-2)的二阶锥方法，分别对步骤(2-2-1)中正常状态下的下层规划模型和步骤(2-2-8)中风险状态下的下层规划模型进行求解，获得各个运行时刻SOP的出力调度结果
Figure BDA0002582608590000064
并将各时刻总的配电网运行费用(COP)返回到步骤(3-1)的上层规划模型中，重新对上层规划模型进行优化计算；
(3-4)重复步骤(3-1)-(3-3)，当上层规划模型两次前后迭代优化结果相同时，结束循环，获得柔性软开关最优的规划位置与容量。
本发明提出的考虑控制模式转换的配电网柔性软开关优化配置方法，其优点是：
本发明方法考虑大规模可再生能源的接入给配电网的规划运行带来的安全风险的问题，基于SOP控制模式转换和二层规划模型提出了配电网SOP最优配置方法。本方法考虑REG随机性的影响，基于SOP控制模式转换建立SOP二层规划模型：上层以包括年配电网运行成本和年SOP投资维护成本的综合规划成本最小为目标函数，对SOP的位置容量进行规划；下层对SOP传输功率和DG削减进行优化调度，针对正常、风险两种运行场景转换SOP控制模式，在正常场景下优化运行成本，在风险场景下优化电压偏差。提出粒子群-锥优化混合算法对二层模型进行求解。本方法的主要技术效果为：
1、本发明方法提出的基于SOP控制模式转换的二层规划模型，充分利用SOP不同模式的控制特性，在高渗透率REG接入的情况下实现SOP的最优配置，能有效应对REG随机出力引起的电压安全问题，增强配电网对于REG的消纳能力，在安全运行的基础上保证更低的投资和运行成本。
2、本发明方法针对复杂的二层规划问题，提出了粒子群-二阶锥混合求解算法，该方法基于分解协调的思想将上下层问题单独求解，再进行协调优化。该算法与只采用粒子群算法或直接采用算法包进行求解的方法相比，在保证求解最优性的同时，能大幅度缩短求解时间，证明了所提出的算法能够有效提高SOP优化配置问题的求解效率。
附图说明
图1是本发明方法的基于SOP控制模式转换的二层规划架构示意图。
图2是基于B2B VSC的SOP结构示意图。
图3本发明方法涉及的粒子群-锥规划混合算法流程图。
具体实施方式
本方法提出的考虑控制模式转换的配电网柔性软开关优化配置方法，其中涉及的二层规划架构如图1所示，该方法包括以下步骤：
(1)根据柔性软开关控制模式，建立柔性软开关控制模型，包括以下步骤：
本发明方法以背靠背电压源型变流器为基础的柔性软开关作为研究对象，其基本结构附图中的图2所示，提出柔性软开关的两种控制模式。在正常运行情况下，一个变流器实现对直流电压(Vdc)的稳定控制，另一个变流器实现对传输有功功率(P)的控制。由于每个变流器可以同时控制两个状态量，所以变流器还可以对无功功率(Q)或者交流侧电压(Vac)进行控制。因此，在非故障情况下，柔性软开关有两种控制模式，分别为PQ-VdcQ控制(有功-无功控制模式)和PVac-VdcVac控制(有功-电压控制模式)。在PQ-VdcQ控制模式下运行变量包括：两个变流器输出的有功功率和无功功率。两个变流器输出的有功功率应当满足其相加的和为零；变流器输出的无功功率相互独立，仅需要满足各自变流器的容量约束即可。在PVac-VdcVac控制模式下运行变量包括：两个变流器输出的有功功率和交流侧电压。
(1-1)建立在有功-无功控制模式(PQ-VdcQ控制模式)下的柔性软开关运行控制模型如下：
Figure BDA0002582608590000081
式中：
Figure BDA0002582608590000082
分别为柔性软开关连接配电网节点i的变流器和连接配电网节点j的变流器在t时刻的有功功率；
Figure BDA0002582608590000083
分别为柔性软开关连接配电网节点i的变流器和连接配电网节点j的变流器在t时刻的无功功率；
Figure BDA0002582608590000084
分别为柔性软开关连接配电网节点i的变流器和连接配电网节点j的变流器无功输出的上限和下限，
Figure BDA0002582608590000085
分别为柔性软开关连接配电网节点i的变流器和连接配电网节点j的变流器的接入容量；
(1-2)建立在有功-电压控制模式(PVac-VdcVac控制模式)下的柔性软开关运行控制模型如下：
Figure BDA0002582608590000086
式中：
Figure BDA0002582608590000087
分别为柔性软开关连接配电网节点i的变流器和连接配电网节点j的变流器在t时刻的电压，
Figure BDA0002582608590000088
分别为柔性软开关连接配电网节点i的变流器和连接配电网节点j的变流器的电压上限和下限，
Figure BDA0002582608590000089
分别为柔性软开关连接配电网节点i的变流器和连接配电网节点j的变流器在t时刻的电压与输出无功的函数关系；
(2)建立基于柔性软开关控制模式转换的二层规划模型，包括以下步骤：
(2-1)建立上层规划模型，包括以下步骤：
在上层的规划模型中，为了提高计算效率，同时又能体现风力、光伏等可再生能源及负荷在一年内的波动特性，选取一年四季四个典型日的可再生能源出力以及负荷水平作为输入条件进行优化计算。
(2-1-1)以配电公司的年综合成本最小为目标函数，建立上层规划模型的目标函数如下：
minFupper＝CSOP+COP
Figure BDA0002582608590000091
Figure BDA0002582608590000092
式中：Fupper为配电公司的年综合成本，CSOP是柔性软开关的年运行维护费用，COP是配电公司年运行费用，包括从上级电网购电成本、从分布式电源发电商购电成本以及削减分布式电源发电商出力的赔偿成本，α是柔性软开关投资费用的贴现率，
Figure BDA00025826085900000914
为柔性软开关经济使用年限，β为柔性软开关年运行维护费用系数，μSOP为柔性软开关单位容量投资成本，
Figure BDA0002582608590000093
为配电网中节点i和节点j之间的线路ij上柔性软开关的安装容量，
Figure BDA0002582608590000094
为季节s的天数；μG为从上级电网购电的电价，
Figure BDA0002582608590000095
为季节s时段t上级电网购电功率，NDG为配电网中的分布式电源数量，
Figure BDA0002582608590000096
为从第m个分布式电源发电商购电的电价，
Figure BDA0002582608590000097
为季节s时段t第m个分布式电源发电商购电功率，
Figure BDA0002582608590000098
为削减1kWh电量赔偿分布式电源发电商的费用，
Figure BDA0002582608590000099
为季节s时段t内第m个分布式电源发电商最大发电功率；
(2-1-2)建立上层规划模型的柔性软开关安装容量约束如下：
Figure BDA00025826085900000910
式中：
Figure BDA00025826085900000911
为配电网中线路ij上允许安装的最大柔性软开关容量；
(2-2)建立下层规划模型，包括如下步骤：
(2-2-1)柔性软开关采用有功-无功控制模式，以配电公司年运行费用
Figure BDA00025826085900000912
最小为目标函数，建立正常状态下下层规划模型的目标函数如下：
Figure BDA00025826085900000913
(2-2-2)正常状态下下层规划模型约束条件采用与步骤(1-1)中有功-无功控制模式下的柔性软开关运行控制模型相同；
(2-2-3)建立正常状态下下层规划模型系统潮流约束如下：
Figure BDA0002582608590000101
Figure BDA0002582608590000102
Figure BDA0002582608590000103
式中：Φi为在配电网中以节点i为末端节点支路的首端节点集合，Ψi为以节点i为首端节点支路的末端节点集合，Rji和Xji分别为配电网中支路ji的电阻和电抗，Pt,ji和Qt,ji分别为t时段节点j流向节点i的有功功率和无功功率，Pt,i和Qt,i分别为t时段节点i上注入的净有功功率之和和净无功功率之和，
Figure BDA0002582608590000104
分别为t时段节点i上可再生能源注入的有功功率和无功功率以及负荷的有功功率和无功功率，Ut,i和Ut,j分别为t时段节点i的电压幅值和节点j的电压幅值，It,ji为t时段节点j向节点i的电流幅值；
(2-2-4)建立正常状态下下层规划模型分布式电源出力约束如下：
Figure BDA0002582608590000105
式中：
Figure BDA0002582608590000106
为时段t内节点i上的分布式电源发电商最大有功功率；
Figure BDA0002582608590000107
为时段t内节点i上的分布式电源发电商最大无功功率。
(2-2-5)建立正常状态下下层规划模型节点电压约束如下：
Uimin＜Ut,i＜Uimax i∈B
式中：Uimin和Uimax分别为节点i电压的下限和上限值，B为配电网中所有的节点的集合；
(2-2-6)建立正常状态下下层规划模型支路电流约束如下：
It,ij≤Iijmax i,j∈B
式中：Iijmax为节点i流向节点j的电流幅值上限；
(2-2-7)采用二阶锥方法，对步骤(2-2-1)的正常状态下的下层规划模型进行求解，得到各时刻配电网的最低节点电压，并以此作为依据对配电网的运行状态进行判断：若某时刻配电网的最低节点电压标幺值在[σl，σh]之间，则定义该时刻状态为配电网为正常运行状态，若某时刻配电网的最低节点电压标幺值在[0.93，σl)或(σh，1.07]之间，则定义该时刻状配电网的运行状态为风险状态，其中σl为正常状态下配电网最低节点电压标幺值下限，σh为正常状态下配电网最低节点电压标幺值上限；
(2-2-8)对于风险状态下的时刻tr，柔性软开关采用有功-电压控制模式，以该时刻tr内配电网节点偏差最小为目标函数，建立风险状态下下层规划模型的目标函数为：
Figure BDA0002582608590000111
式中：
Figure BDA0002582608590000112
为在风险时刻tr下节点i的电压，UN为额定电压；
(2-2-9)风险状态下下层规划模型的约束条件采用(1-2)中有功-电压控制模式下柔性软开关运行约束；
(2-2-10)风险状态下下层规划模型约束条件采用(2-2-3)中的系统潮流约束；
(2-2-11)风险状态下下层规划模型约束条件采用(2-2-5)中节点电压约束；
(2-2-12)风险状态下下层规划模型约束条件采用(2-2-6)中支路电流约束；
(3)采用粒子群-二阶锥混合方法，对柔性软开关二层规划模型进行求解，求解算法整体流程图如附图中的图3所示，包括如下步骤：
上层规划模型采用粒子群算法，用于获得上层柔性软开关的规划方案，并将上层模型中求解获得的柔性软开关位置和容量传递给下层规划模型。
(3-1)采用二阶锥规划方法，对步骤(2-2)的下层规划模型进行求解，包括如下步骤：
(3-1-1)采用I2,t,ij和U2,t,i替换步骤(2-2-3)公式中的二次项(It,ij)2和(Ut,i)2，对步骤(2-2-3)配电网潮流约束进行二阶锥转化如下：
Figure BDA0002582608590000113
Figure BDA0002582608590000114
Figure BDA0002582608590000121
(3-2-2)采用U2,t,i替换二次项(Ut,i)2的形式，对步骤(2-2-5)的节点电压约束进行二阶锥转化如下：
Figure BDA0002582608590000122
(3-2-3)采用I2,t,ij替换二次项(It,ij)2的形式，对步骤(2-2-6)的支路电流约束进行二阶锥转化如下：
Figure BDA0002582608590000123
(3-2-4)将步骤(3-1-1)的配电网潮流约束松弛并等价变形为二阶锥形式如下：
||[2Pt,ij 2Qt,ij It,2,ij-Ut,2,ij]T||2≤It,2,ij+Ut,2,ij
(3-2-5)将步骤(1-1)的柔性软开关运行约束条件转换为旋转锥约束如下：
Figure BDA0002582608590000124
(3-2-6)经过上述步骤的转化，得到下层规划模型转化为二阶锥规划模型，采用CPLEX方法对二阶锥规划模型进行求解，得到SOP的出力调度结果和配电网的运行费用；
(3-3)采用(3-2)的二阶锥方法，分别对步骤(2-2-1)中正常状态下的下层规划模型和步骤(2-2-8)中风险状态下的下层规划模型进行求解，获得各个运行时刻SOP的出力调度结果
Figure BDA0002582608590000125
并将各时刻总的配电网运行费用(COP)返回到步骤(3-1)的上层规划模型中，重新对上层规划模型进行优化计算；
(3-4)重复步骤(3-1)-(3-3)，当上层规划模型两次前后迭代优化结果相同时，结束循环，获得柔性软开关最优的规划位置与容量。

Claims (1)

1.一种考虑控制模式转换的配电网柔性软开关优化配置方法，其特征在于该方法包括以下步骤：
(1)根据柔性软开关控制模式，建立柔性软开关控制模型，包括以下步骤：
(1-1)建立在有功-无功控制模式下的柔性软开关运行控制模型如下：
Figure FDA0002582608580000011
式中：
Figure FDA0002582608580000012
分别为柔性软开关连接配电网节点i的变流器和连接配电网节点j的变流器在t时刻的有功功率；
Figure FDA0002582608580000013
分别为柔性软开关连接配电网节点i的变流器和连接配电网节点j的变流器在t时刻的无功功率；
Figure FDA0002582608580000014
分别为柔性软开关连接配电网节点i的变流器和连接配电网节点j的变流器无功输出的上限和下限，
Figure FDA0002582608580000015
分别为柔性软开关连接配电网节点i的变流器和连接配电网节点j的变流器的接入容量；
(1-2)建立在有功-电压控制模式下的柔性软开关运行控制模型如下：
Figure FDA0002582608580000016
式中：
Figure FDA0002582608580000017
分别为柔性软开关连接配电网节点i的变流器和连接配电网节点j的变流器在t时刻的电压，
Figure FDA0002582608580000018
分别为柔性软开关连接配电网节点i的变流器和连接配电网节点j的变流器的电压上限和下限，
Figure FDA0002582608580000019
分别为柔性软开关连接配电网节点i的变流器和连接配电网节点j的变流器在t时刻的电压与输出无功的函数关系；
(2)建立基于柔性软开关控制模式转换的二层规划模型，包括以下步骤：
(2-1)建立上层规划模型，包括以下步骤：
(2-1-1)以配电公司的年综合成本最小为目标函数，建立上层规划模型的目标函数如下：
min Fupper＝CSOP+COP
Figure FDA0002582608580000021
Figure FDA0002582608580000022
式中：Fupper为配电公司的年综合成本，CSOP是柔性软开关的年运行维护费用，COP是配电公司年运行费用，包括从上级电网购电成本、从分布式电源发电商购电成本以及削减分布式电源发电商出力的赔偿成本，α是柔性软开关投资费用的贴现率，
Figure FDA0002582608580000023
为柔性软开关经济使用年限，β为柔性软开关年运行维护费用系数，μSOP为柔性软开关单位容量投资成本，
Figure FDA0002582608580000024
为配电网中节点i和节点j之间的线路ij上柔性软开关的安装容量，
Figure FDA0002582608580000025
为季节s的天数；μG为从上级电网购电的电价，
Figure FDA0002582608580000026
为季节s时段t上级电网购电功率，NDG为配电网中的分布式电源数量，
Figure FDA0002582608580000027
为从第m个分布式电源发电商购电的电价，
Figure FDA0002582608580000028
为季节s时段t第m个分布式电源发电商购电功率，
Figure FDA0002582608580000029
为削减1kWh电量赔偿分布式电源发电商的费用，
Figure FDA00025826085800000210
为季节s时段t内第m个分布式电源发电商最大发电功率；
(2-1-2)建立上层规划模型的柔性软开关安装容量约束如下：
Figure FDA00025826085800000211
式中：
Figure FDA00025826085800000212
为配电网中线路ij上允许安装的最大柔性软开关容量；
(2-2)建立下层规划模型，包括如下步骤：
(2-2-1)柔性软开关采用有功-无功控制模式，以配电公司年运行费用
Figure FDA00025826085800000213
最小为目标函数，建立正常状态下下层规划模型的目标函数如下：
Figure FDA00025826085800000214
(2-2-2)正常状态下下层规划模型约束条件采用与步骤(1-1)中有功-无功控制模式下的柔性软开关运行控制模型相同；
(2-2-3)建立正常状态下下层规划模型系统潮流约束如下：
Figure FDA0002582608580000031
Figure FDA0002582608580000032
Figure FDA0002582608580000033
式中：Φi为在配电网中以节点i为末端节点支路的首端节点集合，Ψi为以节点i为首端节点支路的末端节点集合，Rji和Xji分别为配电网中支路ji的电阻和电抗，Pt,ji和Qt,ji分别为t时段节点j流向节点i的有功功率和无功功率，Pt,i和Qt,i分别为t时段节点i上注入的净有功功率之和和净无功功率之和，
Figure FDA0002582608580000034
分别为t时段节点i上可再生能源注入的有功功率和无功功率以及负荷的有功功率和无功功率，Ut,i和Ut,j分别为t时段节点i的电压幅值和节点j的电压幅值，It,ji为t时段节点j向节点i的电流幅值；
(2-2-4)建立正常状态下下层规划模型分布式电源出力约束如下：
Figure FDA0002582608580000035
式中：
Figure FDA0002582608580000036
为时段t内节点i上的分布式电源发电商最大有功功率；
Figure FDA0002582608580000037
为时段t内节点i上的分布式电源发电商最大无功功率；
(2-2-5)建立正常状态下下层规划模型节点电压约束如下：
Uimin＜Ut,i＜Uimax i∈B
式中：Uimin和Uimax分别为节点i电压的下限和上限值，B为配电网中所有的节点的集合；
(2-2-6)建立正常状态下下层规划模型支路电流约束如下：
It,ij≤Iijmax i,j∈B
式中：Iijmax为节点i流向节点j的电流幅值上限；
(2-2-7)采用二阶锥方法，对步骤(2-2-1)的正常状态下的下层规划模型进行求解，得到各时刻配电网的最低节点电压，并以此作为依据对配电网的运行状态进行判断：若某时刻配电网的最低节点电压标幺值在[σl，σh]之间，则定义该时刻状态为配电网为正常运行状态，若某时刻配电网的最低节点电压标幺值在[0.93，σl)或(σh，1.07]之间，则定义该时刻状配电网的运行状态为风险状态，其中σl为正常状态下配电网最低节点电压标幺值下限，σh为正常状态下配电网最低节点电压标幺值上限；
(2-2-8)对于风险状态下的时刻tr，柔性软开关采用有功-电压控制模式，以该时刻tr内配电网节点偏差最小为目标函数，建立风险状态下下层规划模型的目标函数为：
Figure FDA0002582608580000041
式中：
Figure FDA0002582608580000042
为在风险时刻tr下节点i的电压，UN为额定电压；
(2-2-9)风险状态下下层规划模型的约束条件采用(1-2)中有功-电压控制模式下柔性软开关运行约束；
(2-2-10)风险状态下下层规划模型约束条件采用(2-2-3)中的系统潮流约束；
(2-2-11)风险状态下下层规划模型约束条件采用(2-2-5)中节点电压约束；
(2-2-12)风险状态下下层规划模型约束条件采用(2-2-6)中支路电流约束；
(3)采用粒子群-二阶锥混合方法，对柔性软开关二层规划模型进行求解，包括如下步骤：
(3-1)采用二阶锥规划方法，对步骤(2-2)的下层规划模型进行求解，包括如下步骤：
(3-1-1)采用I2,t,ij和U2,t,i替换步骤(2-2-3)公式中的二次项(It,ij)2和(Ut,i)2，对步骤(2-2-3)配电网潮流约束进行二阶锥转化如下：
Figure FDA0002582608580000043
Figure FDA0002582608580000044
Figure FDA0002582608580000045
(3-2-2)采用U2,t,i替换二次项(Ut,i)2的形式，对步骤(2-2-5)的节点电压约束进行二阶锥转化如下：
Figure FDA0002582608580000051
(3-2-3)采用I2,t,ij替换二次项(It,ij)2的形式，对步骤(2-2-6)的支路电流约束进行二阶锥转化如下：
Figure FDA0002582608580000052
(3-2-4)将步骤(3-1-1)的配电网潮流约束松弛并等价变形为二阶锥形式如下：
||[2Pt,ij 2Qt,ij It,2,ij-Ut,2,ij]T||2≤It,2,ij+Ut,2,ij
(3-2-5)将步骤(1-1)的柔性软开关运行约束条件转换为旋转锥约束如下：
Figure FDA0002582608580000053
(3-2-6)经过上述步骤的转化，得到下层规划模型转化为二阶锥规划模型，采用CPLEX方法对二阶锥规划模型进行求解，得到SOP的出力调度结果和配电网的运行费用；
(3-3)采用(3-2)的二阶锥方法，分别对步骤(2-2-1)中正常状态下的下层规划模型和步骤(2-2-8)中风险状态下的下层规划模型进行求解，获得各个运行时刻SOP的出力调度结果
Figure FDA0002582608580000054
并将各时刻总的配电网运行费用(COP)返回到步骤(3-1)的上层规划模型中，重新对上层规划模型进行优化计算；
(3-4)重复步骤(3-1)-(3-3)，当上层规划模型两次前后迭代优化结果相同时，结束循环，获得柔性软开关最优的规划位置与容量。
CN202010671940.9A 2020-07-14 2020-07-14 一种考虑控制模式转换的配电网柔性软开关优化配置方法 Pending CN111952958A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010671940.9A CN111952958A (zh) 2020-07-14 2020-07-14 一种考虑控制模式转换的配电网柔性软开关优化配置方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010671940.9A CN111952958A (zh) 2020-07-14 2020-07-14 一种考虑控制模式转换的配电网柔性软开关优化配置方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN111952958A true CN111952958A (zh) 2020-11-17

Family

ID=73341503

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010671940.9A Pending CN111952958A (zh) 2020-07-14 2020-07-14 一种考虑控制模式转换的配电网柔性软开关优化配置方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN111952958A (zh)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112531783A (zh) * 2020-12-07 2021-03-19 青岛大学 一种具有sop功能的光伏发电系统
CN113032940A (zh) * 2021-04-22 2021-06-25 上海交通大学 考虑供需互动和风险管理的城镇多能网络规划方法及系统
CN113690877A (zh) * 2021-08-03 2021-11-23 中国矿业大学 一种考虑能源消纳的有源配电网与集中能源站互动方法
CN113988668A (zh) * 2021-11-02 2022-01-28 天津大学 一种考虑源荷多重不确定性的软开关规划方法
CN114629125A (zh) * 2022-02-21 2022-06-14 华能浙江能源销售有限责任公司 柔性软开关优化配置方法、系统、电子设备、存储介质
CN113988668B (zh) * 2021-11-02 2024-05-31 天津大学 一种考虑源荷多重不确定性的软开关规划方法

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112531783A (zh) * 2020-12-07 2021-03-19 青岛大学 一种具有sop功能的光伏发电系统
CN112531783B (zh) * 2020-12-07 2022-06-07 青岛大学 一种具有sop功能的光伏发电系统
CN113032940A (zh) * 2021-04-22 2021-06-25 上海交通大学 考虑供需互动和风险管理的城镇多能网络规划方法及系统
CN113032940B (zh) * 2021-04-22 2023-05-02 上海交通大学 考虑供需互动和风险管理的城镇多能网络规划方法及系统
CN113690877A (zh) * 2021-08-03 2021-11-23 中国矿业大学 一种考虑能源消纳的有源配电网与集中能源站互动方法
CN113988668A (zh) * 2021-11-02 2022-01-28 天津大学 一种考虑源荷多重不确定性的软开关规划方法
CN113988668B (zh) * 2021-11-02 2024-05-31 天津大学 一种考虑源荷多重不确定性的软开关规划方法
CN114629125A (zh) * 2022-02-21 2022-06-14 华能浙江能源销售有限责任公司 柔性软开关优化配置方法、系统、电子设备、存储介质
CN114629125B (zh) * 2022-02-21 2024-05-03 华能浙江能源销售有限责任公司 柔性软开关优化配置方法、系统、电子设备、存储介质

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN111030123B (zh) 一种基于边缘计算的多智能体负荷调控方法
CN111952958A (zh) 一种考虑控制模式转换的配电网柔性软开关优化配置方法
Bae et al. Dynamic modeling and operation strategy for a microgrid with wind and photovoltaic resources
Wang et al. A hybrid AC/DC micro-grid architecture, operation and control
CN109409705B (zh) 一种区域综合能源系统的多目标优化调度方法
AU2016208284A1 (en) DC/AC converter apparatus comprising means for controlling the reactive power and power conversion and generation system comprising such DC/AC converter apparatus
Manojkumar et al. Power electronics interface for hybrid renewable energy system—A survey
CN108400593A (zh) 基于分层多代理技术的主动配电网电气模型建立方法
CN108695840A (zh) 一种直流配电网电压控制方法及系统
Petrovic et al. Overview of software tools for integration and active management of high penetration of DERs in emerging distribution networks
CN114996908B (zh) 考虑智能软开关接入的主动配电网扩展规划方法及系统
Colak et al. Intelligent techniques to connect renewable energy sources to the grid: A review
Mythreyee et al. Genetic Algorithm Based Smart Grid System for Distributed Renewable Energy Sources.
Abdelkarim et al. Supersession of large penetration photovoltaic power transients using storage batteries
Latha et al. Centralized power control strategy for 25 kw nano grid for rustic electrification
Schonberger Distributed control of a nanogrid using dc bus signalling
CN113725916B (zh) 促进高渗透率新能源消纳的dpfc优化配置方法
Nithara et al. Review on Role of Power Electronics in Integration of Renewable Energy Sources with Micro grid
Attia Impact of photovoltaic microgrid system on renewable energy building
CN113541178A (zh) 一种海上风电场并网系统
CN110112741A (zh) 基于电力电子变压器的高渗透率光伏配电网优化调度方法
Hasan et al. Analysis of smart grid with 132/33 KV sub-transmission line in rural power system of Bangladesh
Olulope et al. Impact of stochastic load and hybrid distributed generation penetration level on transient stability of power systems
Meng A Rule-Based Energy Management System for Smart Micro-Grid
CN216894709U (zh) 一种用于水力发电系统的联储装置

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination