CN112531723A - 一种辐射状配电网的电压调节方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种辐射状配电网的电压调节方法和装置,属于电力系统领域,所述方法包括:利用数学规划模型建立整个辐射状配电网的电压调节模型,并根据配电网的电力物理原理设定电压调节目标,电压调节目标包括获取最小化无功出力成本函数和最小无功偏差惩罚;基于电压调节模块将任务按结构进行分解得到子问题,并利用内点法对子问题进行求解,并实施子问题的解;建立随机异步优化机制对子问题进行优化启动各个节点的计算,各个节点的计算结果用于更新调度总线上的分布式发电机组的无功注入,以对辐射状配电网进行电压调节。该电压调节方法成本低且能够增强配电网电压的鲁棒性,使得配电网拓扑结构的变化具有韧性且电压调节范围更广。
Description
技术领域
本发明属于电力系统领域,更具体地,涉及一种辐射状配电网的电压调节方法和装置。
背景技术
电压是电力系统最重要的物理量,为了防止配电网的电压失稳,会采用各种各样的手段对电压进行调节,如调节变压器分接头,投切并联电容器等等。
现有技术中公开的主动配电网中自适应电压无功控制方法能够自适应的选择集中式或者分布式电压无功控制。上述控制方案往往采用传统的调节变压器分接头或者投切并联电容器等。但随着配电网中可再生能源渗透率的不断提高,传统电压调节手段需要的设备投资不容小觑。同时,出于延长使用寿命的考虑,传统电压调节装置通常会被限制动作次数,因而难以适应可再生能源波动所导致的快速电压波动。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求,本发明提供了一种辐射状配电网的电压调节方法和装置,其目的在于克服传统电压调节装置无法适应可再生能源高渗透率导致的电压频繁波动的缺陷的技术问题,使得对配电网拓扑结构的变化具有韧性且电压调节范围更广。
为实现上述目的,按照本发明的一个方面,提供了一种辐射状配电网的电压调节方法。
一种辐射状配电网的电压调节方法,包括:
S1:利用数学规划模型建立整个辐射状配电网的电压调节模型,并根据配电网的电力物理原理设定电压调节目标,所述电压调节目标包括获取最小化无功出力成本函数和最小无功偏差惩罚;
S2:基于所述电压调节模块将任务按结构进行分解得到子问题,并利用内点法对所述子问题进行求解,并实施所述子问题的解;
S3:建立随机异步优化机制对所述子问题进行优化启动各个节点的计算,各个节点的计算结果用于更新调度总线上的分布式发电机组的无功注入,以对所述辐射状配电网进行电压调节。
在其中一个实施例中,所述步骤S1包括:
S11:根据DistFlow方程对所述辐射状配电网进行潮流建模得到所述电压调节模型,所述潮流建模包括有功潮流建模和无功潮流建模;
S12:调节总线上分布式发电机组的无功注入量;
S13:根据配电网的电力物理原理设定所述电压调节目标。
在其中一个实施例中,所述步骤S11包括:
其中,Vj分别表示总线第j个节点的有功功率消耗量、有功功率的生产量、无功功率消耗量、无功功率生产量、电压幅值;Vi表示总线第i个节点的电压幅值;Pij,Qij,Iij,rij,xij分别表示由节点i,j组成的联络线的有功潮流、无功潮流、电流的幅值、电阻、电抗。
在其中一个实施例中,所述步骤S13包括:
在其中一个实施例中,所述步骤S2包括:
S21:对各个节点进行子问题的建立和求解;针对节点j,启动节点j时子问题为:
其中,Qjk为子问题的优化变量,j是被启动的节点序号,而k为节点j的任意子节点的序号,Cj所有节点j的子节点集合;
S23:调节节点j及子节点k的无功注入,以实施所述子问题的计算结果。
在其中一个实施例中,所述步骤S23包括:
在其中一个实施例中,所述步骤S3包括:
S31:以预设概率启动配电网中所有节点,当启动的节点是叶子节点,则转到步骤S33,否则,进入步骤S32;
S32:进行启动节点的本地优化;
S33:启动下一步迭代,直至完成所有节点的启动,得到各个节点启动后的计算结果。
按照本发明的另一方面,提供了一种辐射状配电网的电压调节装置,包括:
建模模块,用于利用数学规划模型建立整个辐射状配电网的电压调节模型,并根据配电网的电力物理原理设定电压调节目标,所述电压调节目标包括获取最小化无功出力成本函数和最小无功偏差惩罚;
求解模块,用于基于所述电压调节模块将任务按结构进行分解得到子问题,并利用内点法对所述子问题进行求解,并实施所述子问题的解;
优化模块,用于建立随机异步优化机制对所述子问题进行优化启动各个节点的计算,各个节点的计算结果用于更新调度总线上的分布式发电机组的无功注入,以对所述辐射状配电网进行电压调节。
总体而言,通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比,能够取得下列有益效果:
本发明提供的辐射状配电网的电压调节方法,包括:利用数学规划模型建立整个辐射状配电网的电压调节模型,并根据配电网的电力物理原理设定电压调节目标;基于所述电压调节模块将任务按结构进行分解得到子问题,并利用内点法对所述子问题进行求解,并实施所述子问题的解;建立随机异步优化机制对所述子问题进行优化启动各个节点的计算,各个节点的计算结果用于更新调度总线上的分布式发电机组的无功注入,以对所述辐射状配电网进行电压调节。该电压调节方法成本低,能够增强配电网电压的鲁棒性,不需要各个发电机组的同步更新,对配电网拓扑结构的变化具有韧性且电压调节范围更广。同时,该电压调节方法可以适应可再生能源高渗透率导致的电压频繁波动的缺陷。
附图说明
图1是本发明一实施例中辐射状配电网的电压调节方法的流程图;
图2是本发明一实施例中节点j启动后的本地优化流程图;
图3是本发明一实施例中辐射状配电网的电压调节装置的结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图及实施例,对本发明进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。此外,下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
图1是本发明一实施例中辐射状配电网的电压调节方法的流程图;如图1所示,本发明提供的辐射状配电网的电压调节方法,包括:步骤S1至步骤S3。
S1:利用数学规划模型建立整个辐射状配电网的电压调节模型,并根据配电网的电力物理原理设定电压调节目标,电压调节目标包括获取最小化无功出力成本函数和最小无功偏差惩罚。
具体的,整个辐射状配电网电压调节建模。根据配电网的电力物理原理,设定电压调节的目标,利用数学规划模型建立整个辐射状配电网电压调节模型。该步骤具体描述如下:
步骤S11:辐射状配电网的有功、无功潮流建模。根据DistFlow方程辐射状配电网的潮流建模如下:
其中,Vj分别是是总线(节点)j的有功功率消耗量、有功功率的生产量、无功功率消耗量、无功功率的生产量、电压的幅值。Pij,Qij,Iij,rij,xij分别是联络线(i,j)有功潮流、无功潮流、电流的幅值、电阻、电抗。Ci是总线(节点)i的子节点。
步骤S13:电压调节目标建模。电压调节的目标包括:最小化无功出力成本、最小无功偏差的惩罚。为节点j(包含0)的无功成本函数。最小无功偏差的惩罚可以定义为(Vj-1)2。总的电压调节目标为:其中,Cj是一个正标量,与总线上的发电机组有关。其中,无功平衡约束:分布式机组的无功处理限制:分布式机组的装机容量限制(无功与有功的耦合关系):线路热极限约束:
S2:基于电压调节模块将任务按结构进行分解得到子问题,并利用内点法对子问题进行求解,并实施子问题的解。
具体的,本发明是通过各分布式发电机组互相通信自组织完成电压调节。计算调控必须把步骤S1得到的整个辐射状配电网变成与每个总线上需解决的本地子问题。后面步骤S3通过随机的方式每个启动每个节点的计算,根据计算结果,更新调度总线上的分布式发电机组的无功注入之完成局部电压调节。如果是j节点启动,节点j上的调节装置,将调节点j无功注入以及所有子节点k的无功注入。为了帮助进一步理解,将步骤S2本地优化如图2所示,具体步骤分为三步:
步骤S21.子问题的构建与求解:
节点j启动时需求解如下子问题:
该子问题的优化变量是Qjk,j是被启动的节点序号,而k属于所有节点j的子节点集合,即Cj。该问题是一个典型的凸优化问题。如果能明确知道相关参数,就可以通过内点法求解出来。
步骤S22基于局部通信的子问题求解
本发明提出了一种新的梯度计算方法,任意节点j的电压偏差可以由下列计算。决策变量是Qjk,,k∈Cj,对Qjk求偏导等于而(Vl-1),l∈Dk可以在本地测量。因此,如果节点j能够获得所有后续任一节点的电压偏差,则可以用来进行求梯度,从而可以用内点法计算子问题的解来。
因此本发明提出,从叶子结点开始,都往其父节点传输汇总后续节点的偏差值。在做内点法计算的时候,该部分利用汇总的电压偏差来计算梯度。
步骤S23:实施子问题的解。具体是调节节点j,以及所有后继节点k的无功注入之,实现子问题的计算结果Qjk,,k∈Cj。具体公式如下:
S3:建立随机异步优化机制对子问题进行优化启动各个节点的计算,各个节点的计算结果用于更新调度总线上的分布式发电机组的无功注入,以对辐射状配电网进行电压调节。
具体的,步骤S31:配电网中所有节点以一个均匀的概率启动,如IEEE 33节点,每个节点启动的概率是1/33。如果发现启动的节点是叶子节点,则转到步骤S33,否则,进入步骤S32。步骤S32:按照步骤S2中描述的方法,进行启动节点的本地优化。步骤S33:启动下一步迭代。
图3是本发明一实施例中辐射状配电网的电压调节装置的结构示意图,如图3所示,本发明提供的一种辐射状配电网的电压调节装置,包括:
建模模块,用于利用数学规划模型建立整个辐射状配电网的电压调节模型,并根据配电网的电力物理原理设定电压调节目标,电压调节目标包括获取最小化无功出力成本函数和最小无功偏差惩罚;
求解模块,用于基于电压调节模块将任务按结构进行分解得到子问题,并利用内点法对子问题进行求解,并实施子问题的解;
优化模块,用于建立随机异步优化机制对子问题进行优化启动各个节点的计算,各个节点的计算结果用于更新调度总线上的分布式发电机组的无功注入,以对辐射状配电网进行电压调节。
本领域的技术人员容易理解,以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种辐射状配电网的电压调节方法,其特征在于,包括:
S1:利用数学规划模型建立整个辐射状配电网的电压调节模型,并根据配电网的电力物理原理设定电压调节目标,所述电压调节目标包括获取最小化无功出力成本函数和最小无功偏差惩罚;
S2:基于所述电压调节模块将任务按结构进行分解得到子问题,并利用内点法对所述子问题进行求解,并实施所述子问题的解;
S3:建立随机异步优化机制对所述子问题进行优化启动各个节点的计算,各个节点的计算结果用于更新调度总线上的分布式发电机组的无功注入,以对所述辐射状配电网进行电压调节。
2.如权利要求1所述的辐射状配电网的电压调节方法,其特征在于,所述步骤S1包括:
S11:根据DistFlow方程对所述辐射状配电网进行潮流建模得到所述电压调节模型,所述潮流建模包括有功潮流建模和无功潮流建模;
S12:调节总线上分布式发电机组的无功注入量;
S13:根据配电网的电力物理原理设定所述电压调节目标。
7.如权利要求1-5任一项所述的辐射状配电网的电压调节方法,其特征在于,所述步骤S3包括:
S31:以预设概率启动配电网中所有节点,当启动的节点是叶子节点,则转到步骤S33,否则,进入步骤S32;
S32:进行启动节点的本地优化;
S33:启动下一步迭代,直至完成所有节点的启动,得到各个节点启动后的计算结果。
8.一种辐射状配电网的电压调节装置,其特征在于,包括:
建模模块,用于利用数学规划模型建立整个辐射状配电网的电压调节模型,并根据配电网的电力物理原理设定电压调节目标,所述电压调节目标包括获取最小化无功出力成本函数和最小无功偏差惩罚;
求解模块,用于基于所述电压调节模块将任务按结构进行分解得到子问题,并利用内点法对所述子问题进行求解,并实施所述子问题的解;
优化模块,用于建立随机异步优化机制对所述子问题进行优化启动各个节点的计算,各个节点的计算结果用于更新调度总线上的分布式发电机组的无功注入,以对所述辐射状配电网进行电压调节。
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