一种主动配电网电能质量的优化管理方法技术

本发明专利技术公开了一种动配电网电能质量的优化管理方法，涉及电网优化管理领域，所述方法包括：步骤1、建立预测时域内的主动配电网电能质量的优化管理模型，所述优化管理模型以最小化所述预测时域内的网络功率损耗为优化目标，以与电能质量和系统安全运行相关的条件作为约束条件；步骤2、采用布谷鸟算法对所述优化管理模型进行求解，获得最优管理模型结果；步骤3、在所述最优管理模型结果基础上，配合采用具有反馈特性的模型预测控制来减轻预测不确定性问题带来的影响。本发明专利技术提供的一种主动配电网电能质量的优化管理方法可以有效减少由谐波带来的功率损耗，得出的调度计划也考虑了电能质量的因素，并且采用模型预测控制降低不确定因素的影响。

An Optimal Management Method for Power Quality of Active Distribution Network

The invention discloses an optimization management method for power quality of power distribution network, which relates to the field of power network optimization management. The method includes: step 1. Establishing an optimization management model for power quality of active distribution network in prediction time domain. The optimization management model aims at minimizing the network power loss in the prediction time domain, and is in phase with power quality and safe operation of the system. The relevant conditions are constraints; step 2, the cuckoo algorithm is used to solve the optimal management model and obtain the optimal management model results; step 3, on the basis of the optimal management model results, the model predictive control with feedback characteristics is used to mitigate the impact of predictive uncertainty. The optimal management method of the active distribution network power quality provided by the invention can effectively reduce the power loss caused by harmonics, and the resulting scheduling plan also takes into account the factors of power quality, and uses model predictive control to reduce the influence of uncertainties.

【技术实现步骤摘要】
一种主动配电网电能质量的优化管理方法
本专利技术涉及电网优化管理领域，尤其涉及一种主动配电网电能质量的优化管理方法。
技术介绍
作为智能电网的重要组成部分，分布式发电(DistributedGeneration,DG)和储能(EnergyStorage,ES)在许多国家受到越来越多的关注。Navigant研究机构预测，和2014年87.3GW的DG装机容量相比，2023年的DG装机容量将超过165GW。此外，到2025年，中国的ES市场将达到87亿美元以及31GWh,这是2015年ES市场的三倍。DG和ES可为电力系统带来诸多好处，例如，DG可以降低功率损耗，从而减少相应的设备投资。ES可以将风力发电机等可再生类型的DG整合到电力系统中。然而，由于DG以及ES通过逆变器接入配电网，其也将带来包括谐波污染之类的一些负面影响。谐波调节对于配电网的运行和规划有重要影响，原因如下：1)一般来说，谐波注入与谐波资源的基频功率正相关。大基频输出意味着谐波资源的大量谐波注入。因此当谐波约束接近其极限时，具有不良谐波频谱的基于逆变器的DG和ES的输出都将受到限制；2)如果电容器未被正确配置，由于电容器和配电网络中的电感元件之间的谐振，小谐波注入将被放大。这意味着即使ES和DG的谐波注入很小，也会导致严重的电能质量(PowerQuality,PQ)问题。因此，配电网运行和规划中很有必要考虑DG带来的谐波污染问题。电压不平衡水平是配电网的另一个重要PQ指标。电压不平衡可能会导致负面影响，例如会造成更多的功率损耗。因此为了给终端用户提供良好的电力供应，需要保证电压水平在一定的合理范围内，同时限制配电网的电压不平衡水平也至关重要。目前，现有的研究主要集中在考虑谐波约束的DG最佳定址定容、考虑电压不平衡水平的配电网优化运行、确定配电网中基于逆变器的DG的最大渗透率水平、评估配电网中的DG配置容量以及考虑风能不确定性的配电网无功功率控制等。鲜有文献同时涉及到考虑电压不平衡水平和谐波污染的配电网优化运行方法，而且相关文献也较少考虑到处理可再生能源的不确定问题。鉴于电能质量问题的重要性，研究计及电能质量问题的主动配电网优化管理方法十分有必要。
技术实现思路
有鉴于现有技术的上述缺陷，本专利技术所要解决的技术问题是在同时考虑到主动配电网内的谐波污染与电压不平衡水平的情况下，以及面临可再生能源接入主动配电网带来的不确定性问题时，如何进行主动配电网电能质量的优化管理。为实现上述目的，本专利技术提供了一种主动配电网电能质量的优化管理方法，所述方法包括以下步骤：步骤1、建立预测时域内的主动配电网电能质量的优化管理模型，所述优化管理模型以最小化所述预测时域内的网络功率损耗为优化目标，以与电能质量和系统安全运行相关的条件作为约束条件，所述约束条件分为电能质量约束和系统安全约束，其中所述电能质量约束包括整体电压谐波畸变约束、单独谐波畸变约束、电压不平衡因子约束；所述系统安全约束包括电压有效值约束、电流有效值约束；步骤2、采用布谷鸟算法对所述优化管理模型进行求解，获得最优管理模型结果；步骤3、在所述最优管理模型结果基础上，配合采用具有反馈特性的模型预测控制来减轻预测不确定性问题带来的影响，所述预测不确定性问题为可再生能源接入所述主动配电网时带来的不确定性。进一步地，所述优化管理模型的目标函数为：其中，是时刻t下与基波频率相关的网络有功损耗，是时刻t下与谐波频率h相关的有功功率损耗；Ω是有关谐波频率的集合；T是与模型预测控制有关的预测时域，其中调度间隔可以取为1h或者0.5h，也就说所述优化管理模型会以预测时域T内的有功功率损耗最小为目标函数1h或者0.5h执行一次，但是仅下发下一时刻的调度计划，等到下一时刻边界点来临，再重复执行此过程。进一步地，所述整体电压谐波畸变约束能用来反应节点i的整体谐波水平，约束如下：其中，THD是Totalvoltageharmonicdistortion的缩写，指所述整体电压谐波畸变约束；Vip,t,分别是时刻t节点i的第p相的基波频率和谐波频率h电压值，THDi,max是THD的上限；所述单独谐波畸变约束是评估每个相关频率谐波水平的一个指标，每个节点i的单独谐波畸变约束满足如下约束：其中，IHD是IndividualHarmonicDistortionConstraints的缩写，指单独谐波畸变约束；是谐波频率h的单独电压谐波畸变的上限；所述电压不平衡因子约束可以用来反应电压不平衡水平，为了确保相对好的电压不平衡水平，下列约束应该满足：其中，VUF是VoltageUnbalanceFactorConstraints的缩写，指电压不平衡因子约束；Vi1,t,Vi2,t分别是时刻t节点i的正序以及负序电压值；UM％是VUF百分比形式的上限；由于电压不平衡因子的定义针对于正弦波，所以仅仅基波频率的电压用来计算VUF。进一步地，所述电压有效值约束为：其中，是时刻t节点i第p相的电压有效值；分别是电压有效值的上下限；所述电流有效值约束为：其中，是时刻t支路ij第p相的电流有效值；分别是电流有效值的上下限；是时刻t支路ij第p相基波频率和谐波频率h的电流值。进一步地，所述优化管理模型的约束条件还包括蓄电池约束，所述蓄电池约束一般包括能量值约束和功率值约束；所述能量值约束为：其中，是时刻t末存储在蓄电池中的能量；Ei,max,Ei,min分别是的上下限，PiES,t是时刻t的蓄电池的有功功率，εin,εout分别是蓄电池的充放电效率；公式(7)分别描述了两个连续时间能量值之间的关系以及蓄电池的能量值满足上下限的限制；为了确保蓄电池的有功功率，无功功率和视在功率在限制之内，所述功率值约束应该满足如下约束：其中，是蓄电池的额定有功功率，是时刻t的蓄电池无功功率，分别是的上下限值，是蓄电池视在功率的限值。进一步地，所述优化管理模型的约束条件还包括可控的分布式电源约束：其中，PiDDG,t是时刻t可控分布式电源的有功功率，分别是PiDDG,t的上下限值，是分布式电源的爬坡率上下限值，其中可控分布式电源可以是微型燃气轮机或者燃料电池；是时刻t的分布式电源的功率因数角，是的上下限值；所述优化管理模型的约束条件还包括电容器约束：其中，是时刻t节点i上可用的电容器容量，分别是该容量的限值；对于配电网络的运行而言，由于可用电容器的数目是离散的，所以是离散的决策变量；是电容器状态更换的次数，是次数的最大值，限制转换次数的目的是为了确保电容器具有好的生命周期。进一步地，所述优化管理模型的约束条件还包括平衡约束；所述平衡约束是每个时刻所述基波频率与所述谐波频率的功率流平衡公式；对于所述基波频率的功率流而言，可以写为如下的节点电流注入等式：V1abc,t＝[Via,tVib,tVic,t]T(12)其中，是时刻t所述基波频率节点导纳矩阵的子矩阵，Viabc,t分别是时刻t节点i所述基波频率的节点注入电流向量以及电压向量；注入的节点电流一般来自负荷、可再生电源(风机或者光伏)、可控分布式电源(燃气轮机或者燃料电池)以及蓄电池；分别是时刻t节点i所述基波频率的A,B,C相的节点注入电流值，Via,t,Vib,t,Vic,t分别是时刻t节点i所述基波频率A,B,C相本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种主动配电网电能质量的优化管理方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：步骤1、建立预测时域内的主动配电网电能质量的优化管理模型，所述优化管理模型以最小化所述预测时域内的网络功率损耗为优化目标，以与电能质量和系统安全运行相关的条件作为约束条件，所述约束条件分为电能质量约束和系统安全约束，其中所述电能质量约束包括整体电压谐波畸变约束、单独谐波畸变约束、电压不平衡因子约束；所述系统安全约束包括电压有效值约束、电流有效值约束；步骤2、采用布谷鸟算法对所述优化管理模型进行求解，获得最优管理模型结果；步骤3、在所述最优管理模型结果基础上，配合采用具有反馈特性的模型预测控制来减轻预测不确定性问题带来的影响，所述预测不确定性问题为可再生能源接入所述主动配电网时带来的不确定性。

【技术特征摘要】
1.一种主动配电网电能质量的优化管理方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：步骤1、建立预测时域内的主动配电网电能质量的优化管理模型，所述优化管理模型以最小化所述预测时域内的网络功率损耗为优化目标，以与电能质量和系统安全运行相关的条件作为约束条件，所述约束条件分为电能质量约束和系统安全约束，其中所述电能质量约束包括整体电压谐波畸变约束、单独谐波畸变约束、电压不平衡因子约束；所述系统安全约束包括电压有效值约束、电流有效值约束；步骤2、采用布谷鸟算法对所述优化管理模型进行求解，获得最优管理模型结果；步骤3、在所述最优管理模型结果基础上，配合采用具有反馈特性的模型预测控制来减轻预测不确定性问题带来的影响，所述预测不确定性问题为可再生能源接入所述主动配电网时带来的不确定性。2.如权利要求1所述的主动配电网电能质量的优化管理方法，其特征在于，所述优化管理模型的目标函数为：其中，是时刻t下与基波频率相关的网络有功损耗，是时刻t下与谐波频率h相关的有功功率损耗；Ω是有关谐波频率的集合；T是与模型预测控制有关的预测时域，其中调度间隔可以取为1h或者0.5h，也就说所述优化管理模型会以预测时域T内的有功功率损耗最小为目标函数1h或者0.5h执行一次，但是仅下发下一时刻的调度计划，等到下一时刻边界点来临，再重复执行此过程。3.如权利要求1所述的主动配电网电能质量的优化管理方法，其特征在于，所述整体电压谐波畸变约束能用来反应节点i的整体谐波水平，约束如下：其中，THD是Totalvoltageharmonicdistortion的缩写，指所述整体电压谐波畸变约束；Vip,t,分别是时刻t节点i的第p相的基波频率和谐波频率h电压值，THDi,max是THD的上限；所述单独谐波畸变约束是评估每个相关频率谐波水平的一个指标，每个节点i的单独谐波畸变约束满足如下约束：其中，IHD是IndividualHarmonicDistortionConstraints的缩写，指单独谐波畸变约束；是谐波频率h的单独电压谐波畸变的上限；所述电压不平衡因子约束可以用来反应电压不平衡水平，为了确保相对好的电压不平衡水平，下列约束应该满足：其中，VUF是VoltageUnbalanceFactorConstraints的缩写，指电压不平衡因子约束；Vi1,t,Vi2,t分别是时刻t节点i的正序以及负序电压值；UM％是VUF百分比形式的上限；由于电压不平衡因子的定义针对于正弦波，所以仅仅基波频率的电压用来计算VUF。4.如权利要求1所述的主动配电网电能质量的优化管理方法，其特征在于，所述电压有效值约束为：其中，是时刻t节点i第p相的电压有效值；分别是电压有效值的上下限；所述电流有效值约束为：其中，是时刻t支路ij第p相的电流有效值；分别是电流有效值的上下限；是时刻t支路ij第p相基波频率和谐波频率h的电流值。5.如权利要求1所述的主动配电网电能质量的优化管理方法，其特征在于，所述优化管理模型的约束条件还包括蓄电池约束，所述蓄电池约束一般包括能量值约束和功率值约束；所述能量值约束为：其中，是时刻t末存储在蓄电池中的能量；Ei,max,Ei,min分别是的上下限，PiES,t是时刻t的蓄电池的有功功率，εin,εout分别是蓄电池的充放电效率；公式(7)分别描述了两个连续时间能量值之间的关系以及蓄电池的能量值满足上下限的限制；为了确保蓄电池的有功功率，无功功率和视在功率在限制之内，所述功率值约束应该满足如下约束：其中，是蓄电池的额定有功功率，是时刻t的蓄电池无功功率，分别是的上下限值，是蓄电池视在功率的限值。6.如权利要求1所述的主动配电网电能质量的优化管理方法，其特征在于，所述优化管理模型的约束条件还包括可控的分布式电源约束：其中，PiDDG,t是时刻t可控分布式电源的有功功率，分别是PiDDG,t的上下限值，是分布式电源的爬坡率上下限值，其中可控分布式电源可以是微型燃气轮机或者燃料电池；是时刻t的分布式电源的功率因数角，是的上下限值；所述优化管理模型的约束条件还包括电容器约束：其中，是时刻t节点i上可用的电容器容量，分别是该容量的限值；对于配电网络的运行而言，由于可用电容器的数目是离散的，所以是离散的决策变量；是电容器状态更换的次数，是次...

【专利技术属性】
技术研发人员：张爱祥，宋士瞻，王传勇，周荣奎，张健，康文文，王坤，李森，杨凤文，代二刚，周晓倩，
申请(专利权)人：国网山东省电力公司枣庄供电公司，上海交通大学，
类型：发明
国别省市：山东,37