CN113300413B - 一种虚拟电厂多约束分布式电源可接入能力评估方法 - Google Patents

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CN113300413B CN202110606546.1A CN202110606546A CN113300413B CN 113300413 B CN113300413 B CN 113300413B CN 202110606546 A CN202110606546 A CN 202110606546A CN 113300413 B CN113300413 B CN 113300413B
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Abstract

本申请公开了一种虚拟电厂多约束分布式电源可接入能力评估方法，通过对大规模电网模型采用电气拓扑分区，在保持优化模型变量总数不变的情况下，每个分区独立构造当前分区优化模型，对每个独立分区建立进行多约束的分布式电源最大可接入能力评估模型，从而进行单独优化求解后加和得出虚拟电厂的电网运行断面的分布式电源最大可接入容量。从而降低了单次计算优化模型变量总数，可以快速且高效地求解分布式电源消纳能力评估模型，降低了求解过程复杂程度，由于进行分区求解，提高了评估的准确性，保证了虚拟电厂侧在安全稳定范围之内运行。

Description

一种虚拟电厂多约束分布式电源可接入能力评估方法
技术领域
本申请涉及配电网电源能力优化技术领域，尤其涉及一种虚拟电厂多约束分布式电源可接入能力评估方法。
背景技术
能源紧缺、气候变化以及环境污染等问题日益严峻，对电力系统的发展提出了新的挑战。在新形势下，电力系统中的发电资源呈现出清洁型、分散型的发展趋势。
然而，这些新型发电资源的并网运行，在促进节能减排的同时，也在区域电网的安全稳定、供电可靠性等方面带来了一系列负面影响。此外，这些分布式发电资源规模较小、布局分散，导致其难以真正参与电力系统的经济调度，乃至电力市场的竞争，难以通过市场发现其经济价值。
为缓解负面效应，充分发挥新型能源资源的积极作用，虚拟电厂(Virtual PowerPlant，VPP)引起了人们的广泛关注。虚拟电厂作为包含灵活负荷和多种分布式电源的独立可控系统，将分布式电源、负荷、储能装置、变流器以及监控保护装置有机整合在一起，可以灵活地在并网运行与孤岛运行模式之间平滑切换，从而大大提高供电的可靠性、安全性和主网友好性。然而，随着分布式电源接入比例的不断增加，电网公司需评估分布式电源接入的危险程度，而电源可接入能力反应了电源接入的水平。目前，是采用常规搭建模型进行仿真计算的方法对电源可接入能力进行评估，但其求解过程复杂且可评估准确性较差，因此，急需提出一种简单有效的评估方法。
发明内容
本申请提供了一种虚拟电厂多约束分布式电源可接入能力评估方法，用于解决求解过程复杂且评估准确性较差的技术问题。
有鉴于此，本申请提供了一种虚拟电厂多约束分布式电源可接入能力评估方法，包括以下步骤：
S1、根据虚拟电厂的电网运行断面电气拓扑连接关系对电网进行分区，从而将电网分割为多个独立分区；
S2、以最大化电源可接入容量裕度为目标，构建每个独立分区的多约束的分布式电源最大可接入能力评估模型；
S3、基于CPLEX求解器对所述多约束的分布式电源最大可接入能力评估模型进行求解；
S4、将多个独立分区相应的所述多约束的分布式电源最大可接入能力评估模型的求解结果进行加和处理，获得虚拟电厂的电网运行断面的分布式电源最大可接入容量。
优选地，在步骤S1之前还包括：
S101、基于虚拟电厂的实时数据库，读取虚拟电厂模型数据，所述虚拟电厂模型数据包括高压侧主变母线节点、断路器、刀闸、线路、配变绕组、负荷、分布式电源和无功补偿装置；
S102、基于虚拟电厂的配电自动化系统，读取电网遥信状态数据，所述电网遥信状态数据用于生成实时拓扑；
S103、将所述高压侧主变母线节点设置为虚拟电厂模型的拓扑起点，并将配变台区设置为虚拟电厂模型的拓扑终点对电网运行断面进行拓扑搜索，从而获得电网运行断面的拓扑连接关系。
优选地，步骤S1具体包括：
S111、根据所有高压侧主变母线节点构成的节点集合构建待搜索节点列表；
S112、基于所述待搜索节点列表获取第N个高压侧主变母线节点，其中，N＝1,2,3,...,M，M为节点集合中的高压侧主变母线节点总个数；
S113、根据所述电网运行断面的拓扑连接关系遍历所述第N个高压侧主变母线节点所连接的所有电气设备；
S114、将所述第N个高压侧主变母线节点及其对应的所连接的电气设备组成相应的高压侧主变节点的供电范围集合作为独立分区；
S115、重复步骤S112～S114遍历所述待搜索节点列表中所有高压侧主变母线节点，从而得出每个高压侧主变母线节点相对应的独立分区。
优选地，步骤S113具体包括：
按照所述电网运行断面的拓扑连接关系遍历所述第N个高压侧主变母线节点所连接的所有电气设备；当遍历到所述第N个高压侧主变母线节点所连接的电气设备为单端设备，则将所述单端设备标记为属于所述第N个高压侧主变母线节点相应的供电范围集合，转至步骤S114；当遍历到所述第N个高压侧主变母线节点所连接的电气设备为双端设备，则将所述双端设备标记为属于所述第N个高压侧主变母线节点相应的供电范围集合，并将所述双端设备远离所述第N个高压侧主变母线节点的另一节点加入至所述待搜索节点列表的末端，转至步骤S114。
优选地，步骤S2中的多约束的分布式电源最大可接入能力评估模型为：
Figure BDA0003089871950000031
公式1中，
Figure BDA0003089871950000032
为当前的独立分区的最大分布式电源总装机容量，
Figure BDA0003089871950000033
为当前的独立分区中的第i个光伏的容量；
构建所述多约束的分布式电源最大可接入能力评估模型的约束条件包括：分布式电源出力约束条件、节点功率平衡约束条件、潮流方程约束条件、节点电压约束条件、支路传输功率约束条件、上级变压器容量约束条件和上级主变压器容量约束条件；
所述分布式电源出力约束条件如公式2：
Figure BDA0003089871950000034
公式2中，
Figure BDA0003089871950000035
和
Figure BDA0003089871950000036
分别表示当前的独立分区中的第i个分布式电源的实时有功功率和实时无功功率；
Figure BDA0003089871950000037
和
Figure BDA0003089871950000038
分别表示当前的独立分区中的第i个分布式电源的有功下限值和上限值；
Figure BDA0003089871950000039
和
Figure BDA00030898719500000310
分别表示当前的独立分区中的第i个分布式电源的无功下限值和上限值；Ndg为当前的独立分区中的分布式电源的个数集合；
所述节点功率平衡约束条件如公式3：
Figure BDA00030898719500000311
公式3中，Pij和Qij分别为当前的独立分区中的支路ij流过的有功功率和无功功率；Pij,loss和Qij,loss分别为当前的独立分区中的支路ij的有功损耗和无功损耗；Pi,d和Qi,d分别为节点i的负荷有功功率和无功功率；Pi,DG和Qi,DG分别为当前的独立分区中的节点i的分布式电源有功功率和无功功率；Nd为当前的独立分区中的节点的个数集合；
所述潮流方程约束条件如公式4：
Figure BDA0003089871950000041
公式4中，Φ(j)表示当前的独立分区中所有与节点j相连的节点组成的节点集，
Figure BDA0003089871950000042
为节点i的电压幅值，
Figure BDA0003089871950000043
为节点i的电压幅值，
Figure BDA0003089871950000044
和
Figure BDA0003089871950000045
分别为支路ij首端的有功功率和无功功率，
Figure BDA0003089871950000046
和
Figure BDA0003089871950000047
分别为支路ij的电阻和电抗，
Figure BDA0003089871950000048
和
Figure BDA0003089871950000049
分别为节点j的有功功率和无功功率净注入量，其中，
Figure BDA00030898719500000410
和
Figure BDA00030898719500000411
通过公式5进行计算：
Figure BDA00030898719500000412
公式5中，
Figure BDA00030898719500000413
和
Figure BDA00030898719500000414
分别为节点j所连接的分布式光伏的有功功率和无功功率，
Figure BDA00030898719500000415
和
Figure BDA00030898719500000416
分别为节点j所连接的负荷的有功功率和无功功率；
所述节点电压约束条件如公式6：
Figure BDA00030898719500000417
公式6中，Ui为节点i的电压值，
Figure BDA00030898719500000418
和
Figure BDA00030898719500000419
分别为节点电压允许的下限值和上限值；
所述支路传输功率约束条件如公式7：
Figure BDA00030898719500000420
公式7中，Sij为支路ij的传输功率，Sij,max为支路ij的最大传输功率，Nl为线路集合；
若当前的独立分区中的分布式电源接入点为380V台区变压器时，则受380V台区变压器的容量约束，所述上级变压器容量约束条件如公式8：
Figure BDA0003089871950000051
公式8中，
Figure BDA0003089871950000052
和
Figure BDA0003089871950000053
分别为当前的独立分区中的第i个380V台区的变压器容量下限值和上限值，
Figure BDA0003089871950000054
为当前的独立分区中第i个变压器容量，Nr为当前的独立分区中接入分布式电源的380V台区变压器集合；
考虑分布式电源返送功率对高压侧电压的影响，则受高压侧主变压器返送容量约束，所述上级主变压器容量约束条件如公式9：
Figure BDA0003089871950000055
公式9中，
Figure BDA0003089871950000056
和
Figure BDA0003089871950000057
分别为当前的独立分区中第i个高压侧主变压器容量下限值和上限值；Nt为当前的独立分区中接入高压侧主变压器集合；
Figure BDA0003089871950000058
为当前的独立分区中第i个高压侧主变压器返送容量，其中，第i个高压侧主变压器返送容量通过公式10计算：
Figure BDA0003089871950000059
公式10中，
Figure BDA00030898719500000510
为当前的独立分区中第i个高压侧主变压器的第j条出线返送容量。
优选地，对所述第i个高压侧主变压器返送容量进行约束，具体的约束过程为：
S211、根据节点类型确定当前的独立分区中的第i个高压侧主变节点；
S212、假设第i个高压侧主变节点存在NL条出线，每条出线返送容量组成出线返送容量集合，记为Ai，根据虚拟电厂的电网运行断面电气拓扑连接关系确定第i个高压侧主变节点所连接的j条配电网出线，j≥1，遍历j条配电网出线得出每条配电网出线相应的流出容量，记为
Figure BDA00030898719500000511
S213、按照潮流设定，得出每条配电网出线相应的返送容量，记为
Figure BDA00030898719500000512
并将每条配电网出线相应的返送容量
Figure BDA00030898719500000513
添加至出线返送容量集合Ai中；
S214、对出线返送容量集合Ai中的每条配电网出线相应的返送容量
Figure BDA00030898719500000514
进行加和处理，得到当前的独立分区中的第i个高压侧主变节点的总返送容量，记为
Figure BDA00030898719500000515
S215、设置当前的独立分区中的第i个高压侧主变节点的总返送容量
Figure BDA0003089871950000061
总返送容量
Figure BDA0003089871950000062
满足约束条件为
Figure BDA0003089871950000063
S216、重复步骤S211～S215，直至设置当前的独立分区中的所有高压侧主变节点的总返送容量。
优选地，步骤S4中的虚拟电厂的电网运行断面的分布式电源最大可接入容量的计算公式如公式11：
Figure BDA0003089871950000064
公式11中，
Figure BDA0003089871950000065
为每个独立分区的最大分布式电源总装机容量，Smax为虚拟电厂的电网运行断面的分布式电源最大可接入容量。
从以上技术方案可以看出，本发明具有以下优点：
本发明通过对大规模电网模型采用电气拓扑分区，在保持优化模型变量总数不变的情况下，每个分区独立构造当前分区优化模型，对每个独立分区建立进行多约束的分布式电源最大可接入能力评估模型，从而进行单独优化求解后加和得出虚拟电厂的电网运行断面的分布式电源最大可接入容量。从而降低了单次计算优化模型变量总数，可以快速且高效地求解分布式电源消纳能力评估模型，降低了求解过程复杂程度，由于进行分区求解，提高了评估的准确性，保证了虚拟电厂侧在安全稳定范围之内运行。
附图说明
图1为本申请实施例提供的一种虚拟电厂多约束分布式电源可接入能力评估方法的流程图；
图2为本申请实施例提供的馈线拓扑连接图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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他实施例，都属于本申请保护的范围。
为了便于理解，请参阅图1，本申请提供的一种虚拟电厂多约束分布式电源可接入能力评估方法，包括以下步骤：
S1、根据虚拟电厂的电网运行断面电气拓扑连接关系对电网进行分区，从而将电网分割为多个独立分区；
S2、以最大化电源可接入容量裕度为目标，构建每个独立分区的多约束的分布式电源最大可接入能力评估模型；
S3、基于CPLEX求解器对多约束的分布式电源最大可接入能力评估模型进行求解；
需要说明的是，CPLEX求解器可以应用单目标优化算法对多约束的分布式电源最大可接入能力评估模型进行求解。
S4、将多个独立分区相应的多约束的分布式电源最大可接入能力评估模型的求解结果进行加和处理，获得虚拟电厂的电网运行断面的分布式电源最大可接入容量。
需要说明的是，本实施例通过对大规模电网模型采用电气拓扑分区，在保持优化模型变量总数不变的情况下，每个分区独立构造当前分区优化模型，对每个独立分区建立进行多约束的分布式电源最大可接入能力评估模型，从而进行单独优化求解后加和得出虚拟电厂的电网运行断面的分布式电源最大可接入容量。从而降低了单次计算优化模型变量总数，可以快速且高效地求解分布式电源消纳能力评估模型，降低了求解过程复杂程度，由于进行分区求解，提高了评估的准确性，保证了虚拟电厂侧在安全稳定范围之内运行。
以下为本实施例的进一步地详细说明；
进一步地，在步骤S1之前还包括：
S101、基于虚拟电厂的实时数据库，读取虚拟电厂模型数据，虚拟电厂模型数据包括高压侧主变母线节点、断路器、刀闸、线路、配变绕组、负荷、分布式电源和无功补偿装置；
可以理解的是，虚拟电厂的实时数据库是预先对虚拟电厂模型数据进行实时采集的。
S102、基于虚拟电厂的配电自动化系统，读取电网遥信状态数据，电网遥信状态数据用于生成实时拓扑；
其中，电网遥信状态数据包括电网遥信分位状态和电网遥信合位状态。
S103、将高压侧主变母线节点设置为虚拟电厂模型的拓扑起点，并将配变台区设置为虚拟电厂模型的拓扑终点对电网运行断面进行拓扑搜索，从而获得电网运行断面的拓扑连接关系。
需要说明的是，以高压侧主变母线节点设置为虚拟电厂模型的拓扑起点进行拓扑搜索时，在一般示例中，供电范围途经断路器、刀闸、线路，终止于配变台区，则高压侧主变节点及其供电范围内电网模型即为馈线。
其中，10kV馈线有环网运行和辐射运行两种运行方式，其中，环网运行即馈线间存在联络关系的运行方式，辐射运行即馈线并未与其他馈线联络的运行方式。
进一步地，步骤S1具体包括：
S111、根据所有高压侧主变母线节点构成的节点集合构建待搜索节点列表；
S112、基于待搜索节点列表获取第N个高压侧主变母线节点，其中，N＝1,2,3,...,M，M为节点集合中的高压侧主变母线节点总个数；
S113、根据电网运行断面的拓扑连接关系遍历第N个高压侧主变母线节点所连接的所有电气设备；
S114、将第N个高压侧主变母线节点及其对应的所连接的电气设备组成相应的高压侧主变节点的供电范围集合作为独立分区；
S115、重复步骤S112～S114遍历待搜索节点列表中所有高压侧主变母线节点，从而得出每个高压侧主变母线节点相对应的独立分区。
需要说明的是，在对待搜索节点列表中的高压侧主变母线节点进行遍历时，可以按照顺序进行依次遍历，也可以随机遍历，但在遍历一个高压侧主变母线节点时，需对该高压侧主变母线节点进行标记为已遍历，则不再对已遍历的高压侧主变母线节点进行重复遍历，同时，在遍历高压侧主变母线节点时，按照电网运行断面的拓扑连接关系得出高压侧主变母线节点所连接的电气设备后，需对该电气设备标记为已遍历，则在本次遍历的高压侧主变母线节点过程中，不再对已遍历的电气设备进行重复遍历。
另外，由于在前述已经获得电网运行断面的拓扑连接关系，则可以根据电网运行断面的拓扑连接关系建立所有高压侧主变母线节点对应的节点设备列表，以便于进行获取所连接的所有电气设备。
进一步地，步骤S113具体包括：
按照电网运行断面的拓扑连接关系遍历第N个高压侧主变母线节点所连接的所有电气设备；当遍历到第N个高压侧主变母线节点所连接的电气设备为单端设备，则将单端设备标记为属于第N个高压侧主变母线节点相应的供电范围集合，转至步骤S114；当遍历到第N个高压侧主变母线节点所连接的电气设备为双端设备，则将双端设备标记为属于第N个高压侧主变母线节点相应的供电范围集合，并将双端设备远离第N个高压侧主变母线节点的另一节点加入至待搜索节点列表的末端，转至步骤S114。
需要说明的是，单端设备是指只有一个连接节点用于连接其他设备，如负荷、分布式电源、无功补偿装置；双端设备是指具有两个不同的连接节点用于连接其他设备，如断路器、刀闸、线路。
当搜索到双端设备时，则将另一端节点即为广度搜索的下一层节点加入至待搜索节点列表的末端，用于遍历找到全部设备节点。
进一步地，步骤S2中的多约束的分布式电源最大可接入能力评估模型为：
Figure BDA0003089871950000091
公式1中，
Figure BDA0003089871950000092
为当前的独立分区的最大分布式电源总装机容量，
Figure BDA0003089871950000093
为当前的独立分区中的第i个光伏的容量；
需要说明的是，分布式电源最大可接入能力可以通过最大分布式电源总装机容量来反映。
构建多约束的分布式电源最大可接入能力评估模型的约束条件包括：分布式电源出力约束条件、节点功率平衡约束条件、潮流方程约束条件、节点电压约束条件、支路传输功率约束条件、上级变压器容量约束条件和上级主变压器容量约束条件；
分布式电源出力约束条件如公式2：
Figure BDA0003089871950000094
公式2中，
Figure BDA0003089871950000101
和
Figure BDA0003089871950000102
分别表示当前的独立分区中的第i个分布式电源的实时有功功率和实时无功功率；
Figure BDA0003089871950000103
和
Figure BDA0003089871950000104
分别表示当前的独立分区中的第i个分布式电源的有功下限值和上限值；
Figure BDA0003089871950000105
和
Figure BDA0003089871950000106
分别表示当前的独立分区中的第i个分布式电源的无功下限值和上限值；Ndg为当前的独立分区中的分布式电源的个数集合；
可以理解的是，分布式电源并网应分别满足其有功功率和无功功率的上、下限，使得多约束的分布式电源最大可接入能力评估模型的求解结果满足实际情况。
节点功率平衡约束条件如公式3：
Figure BDA0003089871950000107
公式3中，Pij和Qij分别为当前的独立分区中的支路ij流过的有功功率和无功功率；Pij,loss和Qij,loss分别为当前的独立分区中的支路ij的有功损耗和无功损耗；Pi,d和Qi,d分别为节点i的负荷有功功率和无功功率；Pi,DG和Qi,DG分别为当前的独立分区中的节点i的分布式电源有功功率和无功功率；Nd为当前的独立分区中的节点的个数集合；
可以理解的是，虚拟电厂的各个独立分区中各节点应满足功率平衡约束。
潮流方程约束条件如公式4：
Figure BDA0003089871950000108
公式4中，Φ(j)表示当前的独立分区中所有与节点j相连的节点组成的节点集，
Figure BDA0003089871950000109
为节点i的电压幅值，
Figure BDA00030898719500001010
为节点i的电压幅值，
Figure BDA00030898719500001011
和
Figure BDA00030898719500001012
分别为支路ij首端的有功功率和无功功率，
Figure BDA00030898719500001013
和
Figure BDA00030898719500001014
分别为支路ij的电阻和电抗，
Figure BDA00030898719500001015
和
Figure BDA00030898719500001016
分别为节点j的有功功率和无功功率净注入量，其中，
Figure BDA00030898719500001017
和
Figure BDA00030898719500001018
通过公式5进行计算：
Figure BDA0003089871950000111
公式5中，
Figure BDA0003089871950000112
和
Figure BDA0003089871950000113
分别为节点j所连接的分布式光伏的有功功率和无功功率，
Figure BDA0003089871950000114
和
Figure BDA0003089871950000115
分别为节点j所连接的负荷的有功功率和无功功率；
可以理解的是，潮流方程约束是保证电网稳态运行的基本条件，根据虚拟电厂各个独立分区中给定的运行条件和网络结构，保证虚拟电厂分区内各个节点运行在稳定范围内。则节点j的三相支路形式潮流方程约束条件需满足公式4。
节点电压约束条件如公式6：
Figure BDA0003089871950000116
公式6中，Ui为节点i的电压值，
Figure BDA0003089871950000117
和
Figure BDA0003089871950000118
分别为节点电压允许的下限值和上限值；
可以理解的是，节点电压约束是实际电网运行中最为基本的安全约束之一。
支路传输功率约束条件如公式7：
Figure BDA0003089871950000119
公式7中，Sij为支路ij的传输功率，Sij,max为支路ij的最大传输功率，Nl为线路集合；
若当前的独立分区中的分布式电源接入点为380V台区变压器时，则受380V台区变压器的容量约束，上级变压器容量约束条件如公式8：
Figure BDA00030898719500001110
公式8中，
Figure BDA00030898719500001111
和
Figure BDA00030898719500001112
分别为当前的独立分区中的第i个380V台区的变压器容量下限值和上限值，
Figure BDA00030898719500001113
为当前的独立分区中第i个变压器容量，Nr为当前的独立分区中接入分布式电源的380V台区变压器集合；
需要说明的是，当虚拟电厂分区中分布式电源接入点为380V台区时，需受380V台区变压器的容量约束，进一步影响分布式电源的并网容量。
另外，分布式电源返送功率大小通常对高压侧电压有一定影响，需受高压侧主变返送容量约束，进一步影响分布式电源的并网容量。考虑分布式电源返送功率对高压侧电压的影响，则受高压侧主变压器返送容量约束，上级主变压器容量约束条件如公式9：
Figure BDA0003089871950000121
公式9中，
Figure BDA0003089871950000122
和
Figure BDA0003089871950000123
分别为当前的独立分区中第i个高压侧主变压器容量下限值和上限值；Nt为当前的独立分区中接入高压侧主变压器集合；
Figure BDA0003089871950000124
为当前的独立分区中第i个高压侧主变压器返送容量，其中，第i个高压侧主变压器返送容量通过公式10计算：
Figure BDA0003089871950000125
公式10中，
Figure BDA0003089871950000126
为当前的独立分区中第i个高压侧主变压器的第j条出线返送容量。
需要说明的是，对于高压侧主变常见的单主变压器多出线接线方式，返送容量应为所有出线返送容量之和。
进一步地，对第i个高压侧主变压器返送容量进行约束，具体的约束过程为：
S211、根据节点类型确定当前的独立分区中的第i个高压侧主变节点；
S212、假设第i个高压侧主变节点存在NL条出线，每条出线返送容量组成出线返送容量集合，记为Ai，根据虚拟电厂的电网运行断面电气拓扑连接关系确定第i个高压侧主变节点所连接的j条配电网出线，j≥1，遍历j条配电网出线得出每条配电网出线相应的流出容量，记为
Figure BDA0003089871950000127
S213、按照潮流设定，得出每条配电网出线相应的返送容量，记为
Figure BDA0003089871950000128
并将每条配电网出线相应的返送容量
Figure BDA0003089871950000129
添加至出线返送容量集合Ai中；
需要说明的是，潮流设定为按照流入为正流出为负的潮流设定，对出线流出功率
Figure BDA00030898719500001210
取反，则可以得出相应的返送容量
Figure BDA00030898719500001211
S214、对出线返送容量集合Ai中的每条配电网出线相应的返送容量
Figure BDA00030898719500001212
进行加和处理，得到当前的独立分区中的第i个高压侧主变节点的总返送容量，记为
Figure BDA00030898719500001213
S215、设置当前的独立分区中的第i个高压侧主变节点的总返送容量
Figure BDA00030898719500001214
总返送容量
Figure BDA00030898719500001215
满足约束条件为
Figure BDA00030898719500001216
S216、重复步骤S211～S215，直至设置当前的独立分区中的所有高压侧主变节点的总返送容量。
可以理解的是，对于j条配电网出线的遍历形式可以按照顺序进行遍历，也可以进行随机遍历，当遍历一条配电网出线后，需对该配电网出线标记为已遍历，则不再对已遍历的配电网出线进行重复计算；同理，在遍历所有高压侧主变节点时，也是按照上述遍历方式进行遍历。
本实施例通过对高压侧变压器返送容量设置约束，减少了分布式电源接入对于主网的冲击，实现了满足主网运行安全的分布式电源接入容量的最大化。
进一步地，步骤S4中的虚拟电厂的电网运行断面的分布式电源最大可接入容量的计算公式如公式11：
Figure BDA0003089871950000131
公式11中，
Figure BDA0003089871950000132
为每个独立分区的最大分布式电源总装机容量，Smax为虚拟电厂的电网运行断面的分布式电源最大可接入容量。
以下为验证虚拟电厂多约束分布式电源可接入能力评估方法的仿真实例。
本仿真实例在VisualStudio环境下进行建模，并调用CPLEX求解器实现高效求解，本仿真实例仿真计算机CPU主频为2.5GHz，内存为16GB。
本仿真实例为某地区实际计算模型算例，以其中一台110kV主变及其供电区域为例。通过电网分区拓扑分析，其中，110kV主变节点连接一条10kV馈线，该馈线拓扑连接如图2所示。
进一步依次设置电网分区约束条为：
1)分布式电源出力约束条件：电网分区变压器容量参数如表1中10kV电压等级变压器所示，设定功率下限
Figure BDA0003089871950000133
和
Figure BDA0003089871950000134
为0，
Figure BDA0003089871950000135
和
Figure BDA0003089871950000136
为其额定容量；
2)节点电压约束条件：电网分区节点电压按照电压等级分为10kV和0.4kV，各电压等级实际电压上下限设置为电压基值±5％，实际约束如表2所示；
3)支路传输功率约束条件：电网线路按照其线路型号，设置线路传输功率上限为线路容量如表3所示；
4)380V台区分布式电源上级变压器容量约束条件：电网分区380V变压器容量参数如表1中0.4kV电压等级变压器所示，设定分布式电源功率Sri的下限
Figure BDA0003089871950000142
为0，上限
Figure BDA0003089871950000143
为其额定容量；
5)上级主变压器容量约束条件：110kV高压侧主变容量如表4所示，设置主变返送功率
Figure BDA0003089871950000144
的下限
Figure BDA0003089871950000145
为-50MW，上限
Figure BDA0003089871950000146
为15MW。
表1 电网分区变压器参数
Figure BDA0003089871950000141
Figure BDA0003089871950000151
Figure BDA0003089871950000161
表2 电网分区电压参数
电压等级 电压基值(kV) 电压下限值(kV) 电压上限值(kV)
10kV 10.5 9.975 11.025
0.4kV 0.4 0.38 0.42
表3 电网分区线路容量通用参数
线路型号 安全电流(A) 线路容量(kVA)
JKLYJ-240 503 5281.5
表4 高压侧110kV主变容量参数
Figure BDA0003089871950000162
通过所提出的虚拟电厂多约束分布式电源最大可接入能力评估方法，根据约束条件按照典型日分布式电源24时刻出力曲线分别进行24次优化计算，如表5所示，得到当前110kV主变在13时存在最大接入容量为12375.93kVA，主变返送功率为0.0kVA；
电网分区最大可接入容量如表6所示，其中馈线1最大可接入容量为12375.93kVA。
通过表6表明所提出的虚拟电厂多约束分布式电源最大可接入能力评估方法可以快速获得高精度的优化解。
表5 电网分区可接入容量结果
Figure BDA0003089871950000163
表6 电网分区可接入容量结果
Figure BDA0003089871950000164
Figure BDA0003089871950000171
以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，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申请各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (5)

1.一种虚拟电厂多约束分布式电源可接入能力评估方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、根据虚拟电厂的电网运行断面电气拓扑连接关系对电网进行分区，从而将电网分割为多个独立分区；
S2、以最大化电源可接入容量裕度为目标，构建每个独立分区的多约束的分布式电源最大可接入能力评估模型；
S3、基于CPLEX求解器对所述多约束的分布式电源最大可接入能力评估模型进行求解；
S4、将多个独立分区相应的所述多约束的分布式电源最大可接入能力评估模型的求解结果进行加和处理，获得虚拟电厂的电网运行断面的分布式电源最大可接入容量；
步骤S1具体包括：
S111、根据所有高压侧主变母线节点构成的节点集合构建待搜索节点列表；
S112、基于所述待搜索节点列表获取第N个高压侧主变母线节点，其中，N＝1,2,3,...,M，M为节点集合中的高压侧主变母线节点总个数；
S113、根据所述电网运行断面的拓扑连接关系遍历所述第N个高压侧主变母线节点所连接的所有电气设备；
步骤S113具体包括：
按照所述电网运行断面的拓扑连接关系遍历所述第N个高压侧主变母线节点所连接的所有电气设备；当遍历到所述第N个高压侧主变母线节点所连接的电气设备为单端设备，则将所述单端设备标记为属于所述第N个高压侧主变母线节点相应的供电范围集合，转至步骤S114；当遍历到所述第N个高压侧主变母线节点所连接的电气设备为双端设备，则将所述双端设备标记为属于所述第N个高压侧主变母线节点相应的供电范围集合，并将所述双端设备远离所述第N个高压侧主变母线节点的另一节点加入至所述待搜索节点列表的末端，转至步骤S114；
S114、将所述第N个高压侧主变母线节点及其对应的所连接的电气设备组成相应的高压侧主变节点的供电范围集合作为独立分区；
S115、重复步骤S112～S114遍历所述待搜索节点列表中所有高压侧主变母线节点，从而得出每个高压侧主变母线节点相对应的独立分区。
2.根据权利要求1所述的虚拟电厂多约束分布式电源可接入能力评估方法，其特征在于，在步骤S1之前还包括：
S101、基于虚拟电厂的实时数据库，读取虚拟电厂模型数据，所述虚拟电厂模型数据包括高压侧主变母线节点、断路器、刀闸、线路、配变绕组、负荷、分布式电源和无功补偿装置；
S102、基于虚拟电厂的配电自动化系统，读取电网遥信状态数据，所述电网遥信状态数据用于生成实时拓扑；
S103、将所述高压侧主变母线节点设置为虚拟电厂模型的拓扑起点，并将配变台区设置为虚拟电厂模型的拓扑终点对电网运行断面进行拓扑搜索，从而获得电网运行断面的拓扑连接关系。
3.根据权利要求1所述的虚拟电厂多约束分布式电源可接入能力评估方法，其特征在于，步骤S2中的多约束的分布式电源最大可接入能力评估模型为,
Figure FDA0003750649730000021
公式1中，
Figure FDA0003750649730000022
为当前的独立分区的最大分布式电源总装机容量，
Figure FDA0003750649730000023
为当前的独立分区中的第i个光伏的容量；
构建所述多约束的分布式电源最大可接入能力评估模型的约束条件包括：分布式电源出力约束条件、节点功率平衡约束条件、潮流方程约束条件、节点电压约束条件、支路传输功率约束条件、上级变压器容量约束条件和上级主变压器容量约束条件；
所述分布式电源出力约束条件如公式2：
Figure FDA0003750649730000024
公式2中，
Figure FDA0003750649730000025
和
Figure FDA0003750649730000026
分别表示当前的独立分区中的第i个分布式电源的实时有功功率和实时无功功率；
Figure FDA0003750649730000027
和
Figure FDA0003750649730000028
分别表示当前的独立分区中的第i个分布式电源的有功下限值和上限值；
Figure FDA0003750649730000029
和
Figure FDA00037506497300000210
分别表示当前的独立分区中的第i个分布式电源的无功下限值和上限值；Ndg为当前的独立分区中的分布式电源的个数集合；
所述节点功率平衡约束条件如公式3：
Figure FDA0003750649730000031
公式3中，Pij和Qij分别为当前的独立分区中的支路ij流过的有功功率和无功功率；Pij,loss和Qij,loss分别为当前的独立分区中的支路ij的有功损耗和无功损耗；Pi,d和Qi,d分别为节点i的负荷有功功率和无功功率；Pi,DG和Qi,DG分别为当前的独立分区中的节点i的分布式电源有功功率和无功功率；Nd为当前的独立分区中的节点的个数集合；
所述潮流方程约束条件如公式4：
Figure FDA0003750649730000032
公式4中，Φ(j)表示当前的独立分区中所有与节点j相连的节点组成的节点集，
Figure FDA0003750649730000033
为节点i的电压幅值，
Figure FDA0003750649730000034
为节点j的电压幅值，
Figure FDA0003750649730000035
和
Figure FDA0003750649730000036
分别为支路ij首端的有功功率和无功功率，
Figure FDA0003750649730000037
和
Figure FDA0003750649730000038
分别为支路ij的电阻和电抗，
Figure FDA0003750649730000039
和
Figure FDA00037506497300000310
分别为节点j的有功功率和无功功率净注入量，其中，
Figure FDA00037506497300000311
和
Figure FDA00037506497300000312
通过公式5进行计算：
Figure FDA00037506497300000313
公式5中，
Figure FDA00037506497300000314
和
Figure FDA00037506497300000315
分别为节点j所连接的分布式光伏的有功功率和无功功率，
Figure FDA00037506497300000316
和
Figure FDA00037506497300000317
分别为节点j所连接的负荷的有功功率和无功功率；
所述节点电压约束条件如公式6：
Figure FDA00037506497300000318
公式6中，Ui为节点i的电压值，
Figure FDA0003750649730000041
和
Figure FDA0003750649730000042
分别为节点电压允许的下限值和上限值；
所述支路传输功率约束条件如公式7：
Figure FDA0003750649730000043
公式7中，Sij为支路ij的传输功率，Sij,max为支路ij的最大传输功率，Nl为线路集合；
若当前的独立分区中的分布式电源接入点为380V台区变压器时，则受380V台区变压器的容量约束，所述上级变压器容量约束条件如公式8：
Figure FDA0003750649730000044
公式8中，
Figure FDA0003750649730000045
和
Figure FDA0003750649730000046
分别为当前的独立分区中的第i个380V台区的变压器容量下限值和上限值，
Figure FDA0003750649730000047
为当前的独立分区中第i个变压器容量，Nr为当前的独立分区中接入分布式电源的380V台区变压器集合；
考虑分布式电源返送功率对高压侧电压的影响，则受高压侧主变压器返送容量约束，所述上级主变压器容量约束条件如公式9：
Figure FDA0003750649730000048
公式9中，
Figure FDA0003750649730000049
和
Figure FDA00037506497300000410
分别为当前的独立分区中第i个高压侧主变压器容量下限值和上限值；Nt为当前的独立分区中接入高压侧主变压器集合；
Figure FDA00037506497300000411
为当前的独立分区中第i个高压侧主变压器返送容量，其中，第i个高压侧主变压器返送容量通过公式10计算：
Figure FDA00037506497300000412
公式10中，
Figure FDA00037506497300000413
为当前的独立分区中第i个高压侧主变压器的第j条出线返送容量。
4.根据权利要求3所述的虚拟电厂多约束分布式电源可接入能力评估方法，其特征在于，对所述第i个高压侧主变压器返送容量进行约束，具体的约束过程为：
S211、根据节点类型确定当前的独立分区中的第i个高压侧主变节点；
S212、假设第i个高压侧主变节点存在NL条出线，每条出线返送容量组成出线返送容量集合，记为Ai，根据虚拟电厂的电网运行断面电气拓扑连接关系确定第i个高压侧主变节点所连接的j条配电网出线，j≥1，遍历j条配电网出线得出每条配电网出线相应的流出容量，记为
Figure FDA0003750649730000051
S213、按照潮流设定，得出每条配电网出线相应的返送容量，记为
Figure FDA0003750649730000052
并将每条配电网出线相应的返送容量
Figure FDA0003750649730000053
添加至出线返送容量集合Ai中；
S214、对出线返送容量集合Ai中的每条配电网出线相应的返送容量
Figure FDA0003750649730000054
进行加和处理，得到当前的独立分区中的第i个高压侧主变节点的总返送容量；
S215、设置当前的独立分区中的第i个高压侧主变节点的总返送容量，总返送容量满足约束条件为
Figure FDA0003750649730000055
S216、重复步骤S211～S215，直至设置当前的独立分区中的所有高压侧主变节点的总返送容量。
5.根据权利要求3所述的虚拟电厂多约束分布式电源可接入能力评估方法，其特征在于，步骤S4中的虚拟电厂的电网运行断面的分布式电源最大可接入容量的计算公式如公式11：
Figure FDA0003750649730000056
公式11中，
Figure FDA0003750649730000057
为每个独立分区的最大分布式电源总装机容量，Smax为虚拟电厂的电网运行断面的分布式电源最大可接入容量。
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