CN115207924B - 一种考虑svg跟踪区域无功波动作用的区间潮流分析方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种考虑SVG跟踪区域无功波动作用的区间潮流分析方法,该方法包括:遍历整个配电网络,为网络中节点编号并统计接有SVG的节点;将每个节点的负荷波动表示为包含上限与下限信息的区间形式;根据SVG的节点位置划定其无功补偿区域;以每个节点的电压幅值、每条支路有功功率及无功功率的上下限作为目标函数,结合约束条件,建立优化模型;使用优化算法求解优化模型,得到区间潮流的解,约束条件包括SVG跟踪其无功补偿区域内的无功功率波动的等式约束。本发明方法考虑了SVG对区域内无功波动的跟踪作用,提高了计算结果的准确性与实用性,并可以在有效克服统区间方法保守性的同时,提高计算效率。
Description
技术领域
本发明属于电力系统稳态分析领域,涉及一种电力系统不确定潮流分析方法,更具体地,涉及一种考虑静止无功补偿器跟踪区域无功波动作用的区间潮流分析方法。
背景技术
潮流分析是根据给定电力网络结构及运行条件分析整个网络的潮流分布,计算结果中最基本的电气量是系统各节点处电压幅值以及各支路的功率。它是研究电力系统运行、规划以及安全性、可靠性的基础,也是各种电磁暂态和机电暂态分析的基础和出发点,其内容属于电力系统稳态分析。
区间潮流是针对电力系统当前及未来时刻,由于负荷和发电机的出力具有波动性,无法准确获取其具体量,但可根据其历史数据确定其在一定的区间范围内,通过分析得到的潮流分布结果是一组区间解。随着大量具有波动性的负荷和可再生能源接入电网,电力系统波动性不断增强,区间潮流的研究意义越发重要。最早的区间潮流是将区间算法应用于潮流计算,但由于区间运算具有保守性,导致计算结果范围远大于电力系统实际运行状态,尽管前人在此基础上提出使用Krawczyk迭代算子求解区间方程等方法来提升结果精确性,但无法根除保守性对区间潮流计算结果的影响。
有学者创造性的将区间潮流问题转化为优化模型,通过求解优化模型得到待求量的上界与下界。此方法克服了传统潮流算法的保守性缺陷,其求解结果理论上都存在于实际电力系统运行状态中。但优化模型的求解过于复杂,大大降低了区间潮流的计算速度,且未能考虑SVG等无功补偿装置对区域无功波动的跟踪作用,导致该方法的实用性大大降低。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术存在的问题,提供一种贴近电网实际运行状态,能够精准且高效求解电力系统中状态变量区间范围,考虑SVG(静止无功补偿器)对区域无功波动跟踪作用的区间潮流分析方法。
为实现上述技术目的,本发明采用如下技术方案:
一种考虑SVG跟踪区域无功波动作用的区间潮流分析方法,该方法包含如下步骤:
1)遍历整个配电网络,为网络中节点编号并统计接有SVG的节点;将每个节点的有功功率和无功功率需求的波动表示为包含下限至上限的区间形式;
2)根据接有SVG的节点在配电网中的位置,以及该SVG的最大输出和当前输出,划定SVG的无功补偿区域;
3)以每个节点电压的幅值、每条支路的有功功率和无功功率的上下限作为目标函数,结合约束条件构建得到电压幅值优化模型、支路有功功率优化模型和支路无功功率优化模型,其中,所述约束条件包括SVG跟踪其无功补偿区域内的无功功率波动的等式约束,如下:
其中,为SVG无功输出波动量,为实时SVG无功输出,为初始状态下SVG无功输出;为节点无功波动量,为实时节点无功需求,为初始状态节点无功需求;g为SVG的编号;k为编号为g的SVG跟踪其无功补偿区域的编号;Ω k 为SVG跟踪其无功补偿区域k中的节点集合;
4)求解所述步骤3)中得到的三种优化模型,得到区间形式的解,即每个节点电压幅值与每条支路的有功功率和无功功率的区间范围。
作为一种优选的实施方式,所述步骤1)中,节点编号由自然数1开始顺序编号(1~N),在编号过程中无需考虑是否接有SVG。
作为一种优选的实施方式,所述步骤1)中,分别设置所有节点有功功率和无功功率的最小值和最大值,从而将节点的负荷波动表征为包含上限与下限信息的区间形式。
作为一种优选的实施方式,设置SVG无功功率出力裕度,无功补偿区域划定时,使区域内最大无功功率波动量之和小于所述SVG无功功率出力裕度,且区域内无功功率波动量之和与区域外任意一相邻节点最大无功功率波动相加大于所述SVG无功功率出力裕度。
作为一种优选的实施方式,所述步骤3)中,约束条件还包括基于DistFlow潮流方程的等式约束、基于节点负荷给定参数的有功功率和无功功率不等式约束、以及在电力网络包含系统状态量阈值时,建立基于电力系统运行限制的约束。
其中,所述基于线性DistFlow潮流方程的等式约束为:
其中,P j 和Q j 分别为节点j所需的有功功率和无功功率,P ij 和Q ij 分别为从节点i到节点j的支路传输的有功功率和无功功率,P jl 和Q jl 分别为从节点j到节点l支路传输的有功功率和无功功率,U i 和U j 分别为节点i和节点j的电压幅值,R ij 和X ij 分别为从节点i到节点j支路的阻抗和感抗,Ω N 和Ω L 分别为配电网中节点和支路的集合,N和L分别为节点数量和支路数量;U sub 对应于变电站节点的电压;u(j)和v(j)分别表示与节点j连接的下游和上游节点的集合;
所述基于节点负荷给定参数的有功功率不等式约束为:
所述基于节点负荷给定参数的无功功率不等式约束为:
所述SVG跟踪其无功补偿区域内的无功功率波动的等式约束为:
作为一种优选的实施方式,所述步骤3)中,构建的目标潮流变量上下限优化模型如下:
obj.是优化模型中目标函数的标志符;
s.t.是优化模型中约束条件的标志符;
min表示以目标函数表达式的最小值作为优化目标;
max表示以目标函数表达式的最大值作为优化目标,
Ω S 表示SVG的集合;
作为一种优选的实施方式,所述步骤(4)中,模型求解顺序如下:
首先求解电压幅值优化模型,得到所有节点电压幅值的最大值与最小值,分别作为电压幅值区间的上界和下界。
然后求解支路有功功率优化模型,得到所有支路有功功率的最大值与最小值,分别作为支路有功功率区间的上界和下界。
最后求解支路无功功率优化模型,得到所有支路无功功率的最大值与最小值,分别作为支路无功功率区间的上界和下界。
本发明与现有技术相比,其显著优点为:(1)本发明使用的区间潮流分析方法,将传统的区间潮流分析方法中的非线性区间方程组求解问题转化为优化问题,通过求解与潮流待求量相同数量的优化模型,得到每个潮流待求量的上限与下限,进而得到区间潮流解的波动范围;在优化方法求解区间潮流计算中,通过优化得到的目标函数的极大值与极小值都是现实电力系统中客观存在在状态,因此,本方法完全摆脱了区间算法保守性;(2)相较于现有采用优化模型求解区间潮流的方法,本发明提供的方法采用线性DistFlow潮流方程将潮流约束线性化,将区间潮流计算转化成线性规划问题,大大提高求解效率,同时在优化模型中计及了配电网中SVG对其补偿区域内无功功率波动的跟踪作用的约束,使得本方法计算结果更贴近电力系统实际运行状态。
附图说明
图1是本发明的方法流程示意图。
图2是编号后装有SVG的IEEE-33节点系统结构图。
图3是本发明方法与传统区间方法节点电压计算结果对比。
图4是本发明方法与传统区间方法支路无功功率对比。
具体实施方式
传统区间潮流由于未考虑网络中各个不确定量之间的关联及依赖关系,所得的潮流结果往往过于保守,本发明使用的区间潮流分析方法,将传统的区间潮流分析方法中的非线性区间方程组求解问题转化为优化问题,通过求解与潮流待求量相同数量的优化模型,得到每个潮流待求量的上限与下限,进而得到区间潮流解的波动范围;在优化方法求解区间潮流计算中,通过优化得到的目标函数的极大值与极小值都是现实电力系统中客观存在在状态,因此,本方法完全摆脱了区间算法保守性;
下面结合实施例和说明书附图,对本发明的技术方案进行具体介绍。
图1是本发明的方法流程示意图,介绍了本发明方法的基本步骤。图2是编号后的IEEE-33节点系统,给定了节点的负荷波动范围(在本例中设定为有功功率及无功功率为确定值的±20%)、安装有SVG的节点(在本例中节点12、23、30设为SVG),以下以该系统为例说明本发明方法的具体实现。
1)遍历整个网络,确定网络节点个数N并为节点编号,为方便辐射状配电网潮流计算,需要满足上游节点标号小于下游节点标号。同时,统计接有SVG的节点,其中,接有SVG的节点为节点12、节点23、节点30。
2)将步骤1)所述网络中的负荷波动表示为包含上限与下限信息的区间形式。以图2所示系统中的节点5和节点30为例,其中节点5不接有SVG,负荷额定有功功率为60kW,额定无功功率为30kVar;有功功率与无功功率都考虑的负荷波动性,则节点5有功功率区间可表示为[54,66],无功功率区间可表示为[27,33];节点30为接有SVG节点,负荷额定有功功率200kW,额定无功功率600kVar,则节点30有功功率区间可表示为[180,220],无功功率区间可表示为[540,660];SVG应补偿区域内一定的无功,并留有一定裕量,30节点处接入的SVG额定无功出力为503kVar,最大出力为685kVar。另外,12节点处接入的SVG额定无功出力为258kVar,最大出力为300kVar;23节点处接入的SVG额定无功出力为335kVar,最大出力为400kVar。
3)根据接有SVG的节点在配电网中的位置及其自身可调节的无功出力,以节点30为例划定SVG无功补偿区域的划定。接于节点30的SVG可调节无功出力为182kVar,其中,由划定的无功波动量,区域内28、29、30、31、32和33节点波动量之和为180kVar,而27节点波动量为5kVar,与区域内波动量之和大于SVG可调节无功功率上限,因此区域内包含节点28-33。
4)建立约束条件,包括基于DistFlow潮流方程的等式约束、基于节点负荷给定参数的有功功率和无功功率不等式约束、SVG跟踪其无功补偿区域内的无功功率波动的等式约束、以及在电力网络包含系统状态量阈值时,建立基于电力系统运行限制的约束,其表达式如前文所示。
上述两个约束以节点9为例,有功功率不等式约束、与无功功率不等式约束分别为:
以节点30所接的编号为2的SVG为例,其等式约束为:
其中区域2包含的节点为节点28-节点33。
5)在步骤4)基础上求解每个节点电压的幅值、每条支路的有功功率和无功功率优化模型,可构建如下优化模型:
求解上述电压幅值优化模型、支路有功功率优化模型、支路无功功率优化模型,得到所有节点电压幅值、支路有功功率、支路无功功率的最大值与最小值,分别作为其区间的上界和下界。
由上述方法计算得到电压幅值与支路功率区间范围,其中电压上下限(p.u.)如下:
编号为1的节点,电压下限为1.0000,电压上限为1.0000;
编号为2的节点,电压下限为0.9971,电压上限为0.9980;
编号为3的节点,电压下限为0.9834,电压上限为0.9885;
编号为4的节点,电压下限为0.9763,电压上限为0.9835;
编号为5的节点,电压下限为0.9693,电压上限为0.9786;
编号为6的节点,电压下限为0.9534,电压上限为0.9672;
编号为7的节点,电压下限为0.9508,电压上限为0.9653;
编号为8的节点,电压下限为0.9459,电压上限为0.9620;
编号为9的节点,电压下限为0.9404,电压上限为0.9584;
编号为10的节点,电压下限为0.9353,电压上限为0.9551;
编号为11的节点,电压下限为0.9345,电压上限为0.9546;
编号为12的节点,电压下限为0.9330,电压上限为0.9537;
编号为13的节点,电压下限为0.9263,电压上限为0.9492;
编号为14的节点,电压下限为0.9238,电压上限为0.9475;
编号为15的节点,电压下限为0.9223,电压上限为0.9465;
编号为16的节点,电压下限为0.9208,电压上限为0.9455;
编号为17的节点,电压下限为0.9186,电压上限为0.9440;
编号为18的节点,电压下限为0.9179,电压上限为0.9436;
编号为19的节点,电压下限为0.9964,电压上限为0.9975;
编号为20的节点,电压下限为0.9922,电压上限为0.9947;
编号为21的节点,电压下限为0.9913,电压上限为0.9941;
编号为22的节点,电压下限为0.9906,电压上限为0.9936;
编号为23的节点,电压下限为0.9800,电压上限为0.9862;
编号为24的节点,电压下限为0.9722,电压上限为0.9811;
编号为25的节点,电压下限为0.9684,电压上限为0.9785;
编号为26的节点,电压下限为0.9517,电压上限为0.9660;
编号为27的节点,电压下限为0.9494,电压上限为0.9644;
编号为28的节点,电压下限为0.9408,电压上限为0.9579;
编号为29的节点,电压下限为0.9347,电压上限为0.9532;
编号为30的节点,电压下限为0.9318,电压上限为0.9512;
编号为31的节点,电压下限为0.9272,电压上限为0.9482;
编号为32的节点,电压下限为0.9262,电压上限为0.9475;
编号为33的节点,电压下限为0.9259,电压上限为0.9473。
支路功率上下限如下(Pij下界和Pij上界的单位为kW,Qij下界和Qij上界的单位为kVar):
编号为1的支路,首端节点i为1,末端节点j为2,Pij下界为2972,Pij上界为4458,Qij下界为1132,Qij上界为1276;
编号为2的支路,首端节点i为2,末端节点j为3,Pij下界为2604,Pij上界为3906,Qij下界为932,Qij上界为1036;
编号为3的支路,首端节点i为3,末端节点j为4,Pij下界为1788,Pij上界为2682,Qij下界为773,Qij上界为885;
编号为4的支路,首端节点i为4,末端节点j为5,Pij下界为1692,Pij上界为2538,Qij下界为709,Qij上界为789;
编号为5的支路,首端节点i为5,末端节点j为6,Pij下界为1644,Pij上界为2466,Qij下界为685,Qij上界为753;
编号为6的支路,首端节点i为6,末端节点j为7,Pij下界为860,Pij上界为1290,Qij下界为232,Qij上界为272;
编号为7的支路,首端节点i为7,末端节点j为8,Pij下界为700,Pij上界为1050,Qij下界为152,Qij上界为152;
编号为8的支路,首端节点i为8,末端节点j为9,Pij下界为540,Pij上界为810,Qij下界为32,Qij上界为72;
编号为9的支路,首端节点i为9,末端节点j为10,Pij下界为492,Pij上界为738,Qij下界为8,Qij上界为56;
编号为10的支路,首端节点i为10,末端节点j为11,Pij下界为444,Pij上界为666,Qij下界为-16,Qij上界为40;
编号为11的支路,首端节点i为11,末端节点j为12,Pij下界为408,Pij上界为612,Qij下界为-52,Qij上界为16;
编号为12的支路,首端节点i为12,末端节点j为13,Pij下界为360,Pij上界为540,Qij下界为164,Qij上界为246;
编号为13的支路,首端节点i为13,末端节点j为14,Pij下界为312,Pij上界为468,Qij下界为136,Qij上界为204;
编号为14的支路,首端节点i为14,末端节点j为15,Pij下界为216,Pij上界为324,Qij下界为72,Qij上界为108;
编号为15的支路,首端节点i为15,末端节点j为16,Pij下界为168,Pij上界为252,Qij下界为64,Qij上界为96;
编号为16的支路,首端节点i为16,末端节点j为17,Pij下界为120,Pij上界为180,Qij下界为48,Qij上界为72;
编号为17的支路,首端节点i为17,末端节点j为18,Pij下界为72,Pij上界为108,Qij下界为32,Qij上界为48;
编号为18的支路,首端节点i为2,末端节点j为19,Pij下界为288,Pij上界为432,Qij下界为128,Qij上界为192;
编号为19的支路,首端节点i为19,末端节点j为20,Pij下界为216,Pij上界为324,Qij下界为96,Qij上界为144;
编号为20的支路,首端节点i为20,末端节点j为21,Pij下界为144,Pij上界为216,Qij下界为64,Qij上界为96;
编号为21的支路,首端节点i为21,末端节点j为22,Pij下界为72,Pij上界为108,Qij下界为32,Qij上界为48;
编号为22的支路,首端节点i为3,末端节点j为23,Pij下界为744,Pij上界为1116,Qij下界为79,Qij上界为151;
编号为23的支路,首端节点i为23,末端节点j为24,Pij下界为672,Pij上界为1008,Qij下界为320,Qij上界为480;
编号为24的支路,首端节点i为24,末端节点j为25,Pij下界为336,Pij上界为504,Qij下界为160,Qij上界为240;
编号为25的支路,首端节点i为6,末端节点j为26,Pij下界为736,Pij上界为1104,Qij下界为437,Qij上界为457;
编号为26的支路,首端节点i为26,末端节点j为27,Pij下界为688,Pij上界为1032,Qij下界为417,Qij上界为427;
编号为27的支路,首端节点i为27,末端节点j为28,Pij下界为640,Pij上界为960,Qij下界为397,Qij上界为397;
编号为28的支路,首端节点i为28,末端节点j为29,Pij下界为592,Pij上界为888,Qij下界为373,Qij上界为381;
编号为29的支路,首端节点i为29,末端节点j为30,Pij下界为496,Pij上界为744,Qij下界为289,Qij上界为325;
编号为30的支路,首端节点i为30,末端节点j为31,Pij下界为336,Pij上界为504,Qij下界为168,Qij上界为252;
编号为31的支路,首端节点i为31,末端节点j为32,Pij下界为216,Pij上界为324,Qij下界为112,Qij上界为168;
编号为32的支路,首端节点i为32,末端节点j为33,Pij下界为48,Pij上界为72,Qij下界为32,Qij上界为48。
与未考虑SVG跟踪区域无功波动作用的计算结果对比如图3、图4,由图3、图4可知,相较于现有采用优化模型求解区间潮流的方法,本发明提供的方法采用线性DistFlow潮流方程将潮流约束线性化,将区间潮流计算转化成线性规划问题,大大提高求解效率,同时在优化模型中计及了配电网中SVG对其补偿区域内无功功率波动的跟踪作用的约束,使得本方法计算结果更贴近电力系统实际运行状态。
以上仅是本发明的优选实施方式,应当指出:对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理的前提下,还可以做出若干可以预期的改进和等同替换,这些对本发明权利要求进行改进和等同替换后的技术方案,均落入本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种考虑SVG跟踪区域无功波动作用的区间潮流分析方法,其特征在于,该方法包含如下步骤:
1)遍历整个配电网络,为网络中节点编号并统计接有SVG的节点;将每个节点的有功功率和无功功率需求的波动表示为包含下限至上限的区间形式;
2)根据接有SVG的节点在配电网中的位置,以及该SVG的最大输出和当前输出,划定SVG的无功补偿区域;
3)以每个节点电压的幅值、每条支路的有功功率和无功功率的上下限作为目标函数,结合约束条件构建得到电压幅值优化模型、支路有功功率优化模型和支路无功功率优化模型,其中,所述约束条件包括SVG跟踪其无功补偿区域内的无功功率波动的等式约束,如下:
其中,为SVG无功输出波动量,为实时SVG无功输出,为初始状态下SVG无功输出;为节点无功波动量,为实时节点无功需求,为初始状态节点无功需求;g为SVG的编号;k为编号为g的SVG跟踪其无功补偿区域的编号;Ω k 为SVG跟踪其无功补偿区域k中的节点集合;
4)求解所述步骤3)中得到的三种优化模型,得到区间形式的解,即每个节点电压幅值与每条支路的有功功率和无功功率的区间范围;
所述步骤3)中,约束条件还包括基于DistFlow潮流方程的等式约束、基于节点负荷给定参数的有功功率和无功功率不等式约束、以及在电力网络包含系统状态量阈值时,建立基于电力系统运行限制的约束;
所述基于线性DistFlow潮流方程的等式约束为:
其中,P j 和Q j 分别为节点j所需的有功功率和无功功率,P ij 和Q ij 分别为从节点i到节点j的支路传输的有功功率和无功功率,P jl 和Q jl 分别为从节点j到节点l支路传输的有功功率和无功功率,U i 和U j 分别为节点i和节点j的电压幅值,R ij 和X ij 分别为从节点i到节点j支路的阻抗和感抗,Ω N 和Ω L 分别为配电网中节点和支路的集合,N和L分别为节点数量和支路数量;U sub 对应于变电站节点的电压;u(j)和v(j)分别表示与节点j连接的下游和上游节点的集合;
所述基于节点负荷给定参数的有功功率不等式约束为:
所述基于节点负荷给定参数的无功功率不等式约束为:
2.根据权利要求1所述的考虑SVG跟踪区域无功波动作用的区间潮流分析方法,其特征在于,所述步骤1)中,节点编号由自然数1开始顺序编号,在编号过程中无需考虑是否接有SVG。
3.根据权利要求1所述的考虑SVG跟踪区域无功波动作用的区间潮流分析方法,其特征在于,所述步骤1)中,分别设置所有节点有功功率和无功功率的最小值和最大值,从而将节点的负荷波动表征为包含上限与下限信息的区间形式。
4.根据权利要求1所述的考虑SVG跟踪区域无功波动作用的区间潮流分析方法,其特征在于,所述步骤2)中,设置SVG无功功率出力裕度,无功补偿区域划定时,使区域内最大无功功率波动量之和小于所述SVG无功功率出力裕度,且区域内无功功率波动量之和与区域外任意一相邻节点最大无功功率波动相加大于所述SVG无功功率出力裕度。
6.根据权利要求1所述的考虑SVG跟踪区域无功波动作用的区间潮流分析方法,其特征在于,所述步骤4)中,首先求解电压幅值优化模型,得到所有节点电压幅值的最大值与最小值,分别作为电压幅值区间的上界和下界;
然后求解支路有功功率优化模型,得到所有支路有功功率的最大值与最小值,分别作为支路有功功率区间的上界和下界;
最后求解支路无功功率优化模型,得到所有支路无功功率的最大值与最小值,分别作为支路无功功率区间的上界和下界。
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