CN115296296A - 配电网节能降损优化方法、系统、存储介质及计算设备 - Google Patents

配电网节能降损优化方法、系统、存储介质及计算设备 Download PDF

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CN115296296A CN202210996932.0A CN202210996932A CN115296296A CN 115296296 A CN115296296 A CN 115296296A CN 202210996932 A CN202210996932 A CN 202210996932A CN 115296296 A CN115296296 A CN 115296296A
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赵新冬
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Abstract

本发明公开了一种配电网节能降损优化方法、系统、存储介质及计算设备，本发明通过配电网节能降损优化模型，对分布式电源接入情况下的配电网拓扑结构和无功补偿进行调整，从电网拓扑角度和无功补偿角度同时改善网络，可以有效提升系统的电压质量，降低配电网网络损耗，提升配电网运行的经济性和稳定性，具有很大的经济和社会效益。

Description

配电网节能降损优化方法、系统、存储介质及计算设备
技术领域
本发明涉及一种配电网节能降损优化方法、系统、存储介质及计算设备，属于配电网优化技术领域。
背景技术
线损一直以来都是电网企业加强经营管理，实现降本增效的核心业务，线损指标可以综合反映出电网规划设计、生产运行和经营管理水平。在“双碳”目标及“构建以新能源为主体的新型电力系统”的大背景下，为高效应对高比例新能源接入给电力系统降损节能带来的挑战，急需研究一种适用于新能源接入下的节能降损优化方法。
发明内容
本发明提供了一种配电网节能降损优化方法、系统、存储介质及计算设备，解决了背景技术中披露的问题。
为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
配电网节能降损优化方法，包括：
采集优化参数；其中，优化参数为配电网网络结构参数和无功补偿参数：
将优化参数作为预先构建的配电网节能降损优化模型的输入，对配电网节能降损优化模型进行求解，获得配电网节能降损优化结果；其中，配电网节能降损优化模型以配电网日网损最小为目标。
配电网节能降损优化模型的目标函数为：
Figure BDA0003805956440000011
其中，f(x)为配电网节能降损优化模型，N为配电网支路总数，Ri′为第i′条支路的电阻，Pi′为第i′条支路的有功功率，Qi′为第i′条支路的无功功率，Ui′为第i′条支路节点处功率注入的母线电压。
配电网网络结构参数为配电网网络结构状态向量，配电网网络结构状态向量中的元素为各支路的开关状态，无功补偿参数为电容器投切状态，配电网节能降损优化模型的约束条件包括配电网节点功率平衡约束、配电网节点电压约束、配电网支路电流约束、配电网新能源功率约束、配电网网络拓扑约束和配电网电容器投切约束。
配电网网络拓扑约束为配电网在重构过程中满足连通性约束与辐射状约束，公式为：
Figure BDA0003805956440000021
其中，fdi为节点i的虚拟负荷，fij为支路ij处流过的虚拟流量，支路ij为节点i和节点j之间的支路，αij为配电网重构后支路ij的开关状态，C(i)为与节点i相连的所有节点的集合，Nb为支路数，Nn为节点数，Ns为电源数。
配电网电容器投切约束为：
Figure BDA0003805956440000022
其中，
Figure BDA0003805956440000023
为节点i处电容器的无功补偿容量，
Figure BDA0003805956440000024
为节点i处投切的电容器数量，
Figure BDA0003805956440000025
为投入单个电容器的无功补偿容量，
Figure BDA0003805956440000026
为节点i处投切的电容器总数。
配电网节能降损优化系统，包括：
采集模块，采集优化参数；其中，采集优化参数；其中，优化参数为配电网网络结构参数和无功补偿参数；
优化模块，将优化参数作为预先构建的配电网节能降损优化模型的输入，对配电网节能降损优化模型进行求解，获得配电网节能降损优化结果；其中，配电网节能降损优化模型以配电网日网损最小为目标。
优化模块中，配电网节能降损优化模型的目标函数为：
Figure BDA0003805956440000031
其中，f(x)为配电网节能降损优化模型，N为配电网支路总数，Ri′为第i′条支路的电阻，Pi′为第i′条支路的有功功率，Qi′为第i′条支路的无功功率，Ui′为第i′条支路节点处功率注入的母线电压。
配电网网络结构参数为配电网网络结构状态向量，配电网网络结构状态向量中的元素为各支路的开关状态，无功补偿参数为电容器投切状态，配电网节能降损优化模型的约束条件包括配电网节点功率平衡约束、配电网节点电压约束、配电网支路电流约束、配电网新能源功率约束、配电网网络拓扑约束和配电网电容器投切约束。
一种存储一个或多个程序的计算机可读存储介质，所述一个或多个程序包括指令，所述指令当由计算设备执行时，使得所述计算设备执行配电网节能降损优化方法。
一种计算设备，包括一个或多个处理器、一个或多个存储器以及一个或多个程序，其中一个或多个程序存储在所述一个或多个存储器中并被配置为由所述一个或多个处理器执行，所述一个或多个程序包括用于执行配电网节能降损优化方法的指令。
本发明所达到的有益效果：本发明通过配电网节能降损优化模型，对分布式电源接入情况下的配电网拓扑结构和无功补偿进行调整，从电网拓扑角度和无功补偿角度同时改善网络，可以有效提升系统的电压质量，降低配电网网络损耗，提升配电网运行的经济性和稳定性，具有很大的经济和社会效益。
附图说明
图1为本发明方法的流程图；
图2为IEEE-33节点网络拓扑图；
图3为节能降损优化后配电网节点电压情况。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
如图1所示，配电网节能降损优化方法，包括以下步骤：
步骤1，采集优化参数；其中，优化参数为配电网网络结构参数和无功补偿参数：
步骤2，将优化参数作为预先构建的配电网节能降损优化模型的输入，对配电网节能降损优化模型进行求解，获得配电网节能降损优化结果；其中，配电网节能降损优化模型以配电网日网损最小为目标。
上述方法通过配电网节能降损优化模型，对分布式电源接入情况下的配电网拓扑结构和无功补偿进行调整，从电网拓扑角度和无功补偿角度同时改善网络，可以有效提升系统的电压质量，降低配电网网络损耗，提升配电网运行的经济性和稳定性，具有很大的经济和社会效益。
上述配电网节能降损优化模型需要预先构建，在满足电源和负荷动态变化的情况和满足开关动作次数约束的前提下，构建该模型，通过该模型可以对配电网拓扑结构和无功补偿进行调整。
配电网节能降损优化模型将配电网拓扑结构参数和无功补偿参数作为决策变量，以配电网日网损最小为目标；其中，配电网网络结构参数为配电网网络结构状态向量，配电网网络结构状态向量中的元素为各支路的开关状态，如0表示支路开关断开，1表示支路开关闭合，无功补偿参数为电容器投切状态，即无功补偿通过电容器投切的方法进行；
决策变量用公式可表示为：
Figure BDA0003805956440000051
其中，S为配电网拓扑结构状态向量，可以用0,1表示，
Figure BDA0003805956440000052
为节点i处电容器的无功补偿容量。
配电网节能降损优化模型的目标函数用公式可表示为：
Figure BDA0003805956440000053
其中，f(x)为配电网节能降损优化模型，N为配电网支路总数，Ri′为第i′条支路的电阻，Pi′为第i′条支路的有功功率，Qi′为第i′条支路的无功功率，Ui′为第i′条支路节点处功率注入的母线电压。
配电网节能降损优化模型的约束条件包括配电网节点功率平衡约束、配电网节点电压约束、配电网支路电流约束、配电网新能源功率约束、配电网网络拓扑约束和配电网电容器投切约束；
其中，配电网节点功率平衡约束用公式可表示为：
Figure BDA0003805956440000061
Figure BDA0003805956440000062
其中，C(i)为与节点i相连的所有节点的集合，Pi为节点i的有功，Qi为节点i的无功，Ui为节点i的电压，Uj为节点j的电压，Gij为支路ij的电导，支路ij为节点i和节点j之间的支路，Bij为支路ij的电纳，δij为支路ij的电压相角差，Gii为节点i的自电导，Bii为节点i的自电钠，αij表示支路ij的开关状态。
配电网节点电压约束用公式可表示为：
Uimin＜Ui＜Uimax
其中，Uimin、Uimax分别为Ui的下限和上限。
配电网支路电流约束用公式可表示为：
0＜Ii″＜Ii″max
其中，Ii为支路i″的电流，Ii″max为支路i″允许通过的最大电流。
配电网新能源功率约束用公式可表示为：
Figure BDA0003805956440000063
其中，PDGi为节点i出DG的有功出力，
Figure BDA0003805956440000064
分别为PDGi的下限和上限，QDGi为节点i出DG的无功出力，
Figure BDA0003805956440000065
分别为QDGi的下限和上限。
配电网网络拓扑约束为配电网在重构过程中满足连通性约束与辐射状约束，用公式可表示为：
Figure BDA0003805956440000066
其中，fdi为节点i的虚拟负荷，fij为支路ij处流过的虚拟流量，支路ij为节点i和节点j之间的支路，Nb为支路数，Nn为节点数，Ns为电源数。
配电网网络拓扑约束作用在于，保证重构过程中所有负荷节点满足连通性约束，如果存在负荷节点被孤立，则该节点虚拟功率平衡约束不满足；若节点虚拟功率平衡的情况下，没有孤立节点，所有负荷节点均需保持连通，同时由于配电网的网络线路连通数量等于N-1(N为节点数量)，虚拟负荷和虚拟流量的作用在于保证满足网络连通性约束及辐射状约束，一般可取1。
配电网电容器投切约束用公式可表示为：
Figure BDA0003805956440000071
其中，
Figure BDA0003805956440000072
为节点i处电容器的无功补偿容量，
Figure BDA0003805956440000073
为节点i处投切的电容器数量，
Figure BDA0003805956440000074
为投入单个电容器的无功补偿容量，
Figure BDA0003805956440000075
为节点i处投切的电容器总数。
在上述模型的基础上，先采集优化参数，即配电网网络结构参数和无功补偿参数，当然也采集模型相关的参数，如各支路首末节点、支路阻抗和节点负荷等，将采集参数输入配电网节能降损优化模型，对配电网节能降损优化模型进行求解，获得配电网节能降损优化结果，即最优的配电网拓扑结构状态和无功投切状态。
为了验证上述方法，以图2所示的常用于可靠性分析的IEEE-33节点的配电网系统进行验证，该配电网络包含1个变电站、33个节点、34条支路构成，电源网络首端基准电压为12.66kV，三相功率基准值为10MVA。在原始的IEEE-33配电网接入光伏和电容器构成改进的三相配电网。光伏接入位置为节点7和22，额定容量为900kVA。风机接入位置为节点17和25，额定容量900kVA。电容器接入位置为节点9和33，额定容量为1000kvar。加入联络开关7-13、20-15、23-27、28-33，配电网参数以表1所示。
表1配电网参数
Figure BDA0003805956440000081
Figure BDA0003805956440000091
采样上述方法进行节能降损优化，获得的优化结果见表2。
表2优化结果
Figure BDA0003805956440000092
Figure BDA0003805956440000101
将本发明对配电网实施网络拓扑调整和无功补偿，与仅无功补偿进行节能降损进行对比，结果如图3所示，对其分析可知，融合配电网重构后，整体节点位置向着平衡节点的位置集中，电压值得到明显的改善。因此验证了在节能降损优化策略中，考虑新能源接入，从配电网重构和无功补偿两个措施响应。可以有效提升系统的电压质量，提升系统运行的经济性和稳定性。
基于相同的技术方案，本发明还公开了上述方法的软件系统，配电网节能降损优化系统，包括：
采集模块，采集优化参数；其中，采集优化参数；其中，优化参数为配电网网络结构参数和无功补偿参数。
优化模块，将优化参数作为预先构建的配电网节能降损优化模型的输入，对配电网节能降损优化模型进行求解，获得配电网节能降损优化结果；其中，配电网节能降损优化模型以配电网日网损最小为目标。
优化模块中，配电网节能降损优化模型的目标函数为：
Figure BDA0003805956440000102
其中，f(x)为配电网节能降损优化模型，N为配电网支路总数，Ri′为第i′条支路的电阻，Pi′为第i′条支路的有功功率，Qi′为第i′条支路的无功功率，Ui′为第i′条支路节点处功率注入的母线电压。
配电网网络结构参数为配电网网络结构状态向量，配电网网络结构状态向量中的元素为各支路的开关状态，无功补偿参数为电容器投切状态，配电网节能降损优化模型的约束条件包括配电网节点功率平衡约束、配电网节点电压约束、配电网支路电流约束、配电网新能源功率约束、配电网网络拓扑约束和配电网电容器投切约束。
这里的约束条件与方法的一致，这里的不重复描述了。
基于相同的技术方案，本发明还公开了一种存储一个或多个程序的计算机可读存储介质，所述一个或多个程序包括指令，所述指令当由计算设备执行时，使得所述计算设备执行配电网节能降损优化方法。
基于相同的技术方案，本发明还公开了一种计算设备，包括一个或多个处理器、一个或多个存储器以及一个或多个程序，其中一个或多个程序存储在所述一个或多个存储器中并被配置为由所述一个或多个处理器执行，所述一个或多个程序包括用于执行配电网节能降损优化方法的指令。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
以上仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均包含在申请待批的本发明的权利要求范围之内。

Claims (10)

1.配电网节能降损优化方法，其特征在于，包括：
采集优化参数；其中，优化参数为配电网网络结构参数和无功补偿参数；
将优化参数作为预先构建的配电网节能降损优化模型的输入，对配电网节能降损优化模型进行求解，获得配电网节能降损优化结果；其中，配电网节能降损优化模型以配电网日网损最小为目标。
2.根据权利要求1所述的配电网节能降损优化方法，其特征在于，配电网节能降损优化模型的目标函数为：
Figure FDA0003805956430000011
其中，f(x)为配电网节能降损优化模型，N为配电网支路总数，Ri′为第i′条支路的电阻，Pi′为第i′条支路的有功功率，Qi′为第i′条支路的无功功率，Ui′为第i′条支路节点处功率注入的母线电压。
3.根据权利要求1所述的配电网节能降损优化方法，其特征在于，配电网网络结构参数为配电网网络结构状态向量，配电网网络结构状态向量中的元素为各支路的开关状态，无功补偿参数为电容器投切状态，配电网节能降损优化模型的约束条件包括配电网节点功率平衡约束、配电网节点电压约束、配电网支路电流约束、配电网新能源功率约束、配电网网络拓扑约束和配电网电容器投切约束。
4.根据权利要求3所述的配电网节能降损优化方法，其特征在于，配电网网络拓扑约束为配电网在重构过程中满足连通性约束与辐射状约束，公式为：
Figure FDA0003805956430000021
其中，fdi为节点i的虚拟负荷，fij为支路ij处流过的虚拟流量，支路ij为节点i和节点j之间的支路，αij为配电网重构后支路ij的开关状态，C(i)为与节点i相连的所有节点的集合，Nb为支路数，Nn为节点数，Ns为电源数。
5.根据权利要求3所述的配电网节能降损优化方法，其特征在于，配电网电容器投切约束为：
Figure FDA0003805956430000022
其中，
Figure FDA0003805956430000023
为节点i处电容器的无功补偿容量，
Figure FDA0003805956430000024
为节点i处投切的电容器数量，
Figure FDA0003805956430000025
为投入单个电容器的无功补偿容量，
Figure FDA0003805956430000026
为节点i处投切的电容器总数。
6.配电网节能降损优化系统，其特征在于，包括：
采集模块，采集优化参数；其中，优化参数为配电网网络结构参数和无功补偿参数；
优化模块，将优化参数作为预先构建的配电网节能降损优化模型的输入，对配电网节能降损优化模型进行求解，获得配电网节能降损优化结果；其中，配电网节能降损优化模型以配电网日网损最小为目标。
7.根据权利要求6所述的配电网节能降损优化系统，其特征在于，优化模块中，配电网节能降损优化模型的目标函数为：
Figure FDA0003805956430000027
其中，f(x)为配电网节能降损优化模型，N为配电网支路总数，Ri′为第i′条支路的电阻，Pi′为第i′条支路的有功功率，Qi′为第i′条支路的无功功率，Ui′为第i′条支路节点处功率注入的母线电压。
8.根据权利要求6所述的配电网节能降损优化系统，其特征在于，配电网网络结构参数为配电网网络结构状态向量，配电网网络结构状态向量中的元素为各支路的开关状态，无功补偿参数为电容器投切状态，配电网节能降损优化模型的约束条件包括配电网节点功率平衡约束、配电网节点电压约束、配电网支路电流约束、配电网新能源功率约束、配电网网络拓扑约束和配电网电容器投切约束。
9.一种存储一个或多个程序的计算机可读存储介质，其特征在于，所述一个或多个程序包括指令，所述指令当由计算设备执行时，使得所述计算设备执行根据权利要求1至5所述的方法中的任一方法。
10.一种计算设备，其特征在于，包括：
一个或多个处理器、一个或多个存储器以及一个或多个程序，其中一个或多个程序存储在所述一个或多个存储器中并被配置为由所述一个或多个处理器执行，所述一个或多个程序包括用于执行根据权利要求1至5所述的方法中的任一方法的指令。
CN202210996932.0A 2022-08-19 2022-08-19 配电网节能降损优化方法、系统、存储介质及计算设备 Pending CN115296296A (zh)

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