一种基于机会约束的有源配电网智能软开关规划方法技术

本发明专利技术提供一种基于机会约束的有源配电网智能软开关规划方法，立足于解决含有不可控分布式电源的有源配电网智能软开关规划问题，充分考虑智能软开关位置与容量约束、智能软开关运行约束、系统潮流约束、不可控分布式电源运行约束和系统安全运行机会约束，建立基于机会约束的有源配电网智能软开关规划模型，其数学本质是混合整数非线性规划问题，采用内点法进行求解，得到满足节点电压和支路有功功率概率置信水平的智能软开关规划方案。本发明专利技术能够制定出满足不同需求的智能软开关规划方案，充分协调系统运行安全性和规划方案经济性之间的关系，为规划人员提供更多的备选方案。

An intelligent soft switch planning method for active distribution network based on chance constraints

【技术实现步骤摘要】
一种基于机会约束的有源配电网智能软开关规划方法
本专利技术涉及智能电网领域，更具体地，涉及一种基于机会约束的有源配电网智能软开关规划方法。
技术介绍
随着分布式电源、储能系统和新型灵活负荷渗透率的不断提高，配电系统正在从传统的辐射型网络进化为有源配电网。大规模分布式电源的接入给配电网带来降低系统损耗、提高供电可靠性、减少环境污染等一系列益处，但同时也使得配电网的运行效率问题愈加突出。大量光伏、风机等不可控分布式电源接入有源配电网后，其运行特性受环境影响较大且具有明显的随机性和波动性，会为配电网的安全运行带来诸多问题，如节点电压越限、支路电流过载等，进而带来系统运行经济性下降、分布式能源消纳水平降低等不良后果，甚至引发设备故障，造成巨大经济损失。在有源配电网规划建设过程中，面对不可控分布式电源的大量接入，如何提供更加灵活的基础配电系统并合理调配系统资源，以保证电能可靠持续的传送和分配，从而面对新能源发展所带来的机遇和挑战，已引起了广泛的关注。智能软开关(softopenpoint,SOP)具有强大的潮流调控能力，将其应用到有源配电网中，能够有效应对不可控分布式电源出力的不确定性，进而改善系统运行状态、提高系统运行效率，大大提高可再生能源并网的渗透率。然而，SOP实时、精准的功率控制主要基于全控型电力电子器件，其投资与运行维护成本较高。因此，对SOP的合理规划显得十分必要。SOP的运行策略与分布式电源出力特性耦合程度高，若在SOP规划阶段忽略不可控分布式电源出力不确定性，则往往导致投资成本过高或系统运行风险过大。目前，现有的计及不可控分布式电源不确定性的有源配电网规划方法大致可分为鲁棒优化算法、随机规划法两类。鲁棒优化算法多以不确定集合代替不可控分布式电源发电功率的概率确切分布，以最恶劣场景下的规划方案作为系统最终的规划方案，当用以规划投资运维费用较高的设备时，得到的结果较为保守。随机规划方法则多将不可控分布式电源的不确定信息用场景概率分布的方式描述，在有源配电网规划问题中，大多采用基于期望值模型的场景分析法和机会约束规划方法。场景分析法旨在寻求规划问题面对不确定环境时平均投入成本的最小化，亦需要满足恶劣场景下的约束条件，其结果同样具有保守性。机会约束规划方法在场景分析法的基础上进行了扩展，通过在机会约束模型中引入置信水平参数，使规划方案的保守性可调，能够灵活协调方案经济性与系统运行安全性，对于高成本的SOP规划问题更具适用性。
技术实现思路
本专利技术提供一种考虑不可控分布式电源出力不确定性的基于机会约束的有源配电网智能软开关规划方法。为了达到上述技术效果，本专利技术的技术方案如下：一种基于机会约束的有源配电网智能软开关规划方法，包括以下步骤：S1：根据选定的配电系统，输入线路参数、负荷水平、网络拓扑连接关系，系统运行电压水平和支路有功功率限制，置信参数，不可控分布式电源接入位置与容量，负荷运行曲线，基准电压和基准功率初值，智能软开关经济参数，向上级电网购电电价参数，智能软开关待安装位置；S2：建立基于机会约束的有源配电网智能软开关规划模型，包括：设定配电网年综合费用最小为目标函数，包括智能软开关年投资费用与年运行维护费用、配电网年损耗费用，分别考虑智能软开关位置与容量约束、智能软开关运行约束、配电系统潮流约束、不可控分布式电源运行约束、系统安全运行机会约束；S3：采用k均值聚类算法对配电网所在地全年的不可控分布式电源出力进行聚类分析，得到用于智能软开关规划的典型场景及各场景全年出现的概率；S4：将目标函数、智能软开关运行约束、配电系统潮流约束、不可控分布式电源运行约束、系统安全运行机会约束进行转化，得到混合整数非线性优化模型；S5：将步骤S4得到的混合整数非线性优化模型采用内点法进行求解；S6：输出步骤S5的求解结果，包括满足预设置信水平的智能软开关位置和容量方案、配电网年综合费用、智能软开关年投资费用与年运行维护费用、配电网年损耗费用。进一步地，步骤S2所述的配电网年综合费用为目标函数为：式中，为智能软开关的年投资费用；为智能软开关年运行维护费用；CL为配电网年损耗费用；d为贴现率，ySOP为智能软开关的经济使用年限；为智能软开关单位容量投资成本；为安装在支路ij的智能软开关容量；为智能软开关单位容量的运行维护成本；ρt为t时段向上级电网购电的电价；为t时段配电系统有功功率损耗；Δt为优化步长；it,ij为t时段支路ij电流幅值平方；Rij为支路ij的电阻；为t时段接在节点i上智能软开关装置的损耗；Ωn为系统所有节点的集合；Ωb为系统支路的集合。进一步地，步骤S2中的智能软开关位置与容量约束如下：式中，为安装在支路ij的智能软开关容量；smodule为单位智能软开关模块安装容量，即安装变流器最小可优化容量，如10kVA、100kVA等；mij为非负整数，表示安装单位智能软开关模块数量，若mij＝0，则认为该位置不需要安装智能软开关；表示在选定位置允许安装的智能软开关最大容量。进一步地，步骤S2中的智能软开关运行约束如下：式中，和分别为t时段接在节点i上智能软开关装置传输的有功功率和无功功率；为t时段接在节点i上智能软开关装置的损耗；为接在节点i上智能软开关装置的损耗系数；为安装在支路ij的智能软开关容量。进一步地，步骤S2中的配电系统潮流约束如下：式中，Ωb为系统支路的集合；Pt，ji、Qt，ji分别为t时段支路ji上流过的有功功率和无功功率；Pt，i、Qt，i分别为t时段节点i上注入的有功功率和无功功率之和；分别为t时段节点i上负荷消耗的有功功率和无功功率；it，ij为t时段支路ij电流幅值平方；Rij为支路ij的电阻，Xij为支路ij的电抗；ut，i为t时段节点i电压幅值平方；分别表示t时段接在节点i上的不可控分布式电源的有功功率和无功功率；和分别为t时段接在节点i上智能软开关装置传输的有功功率和无功功率。进一步地，步骤S2中的系统安全运行机会约束如下：Pr{(Umin)2≤ut，i≤(Umax)2}≥1-ε式中，Pr{·}表示某一事件成立的概率；ε为置信参数；分别为电压幅值的上下限；分别为支路ij有功功率的上下限；ut，i为t时段、节点i上电压幅值平方；Pt，ij为t时段支路ij上流过的有功功率。进一步地，步骤S4中的转化包括：(1)采用不可控分布式电源出力的典型场景刻画其出力特性：式中，表示经步骤S3找那中的聚类分析得到的t时段、s场景下不可控分布式电源有功功率；分别为t时段、s场景节点i上不可控分布式电源注入的有功功率和无功功率；cosθNDG表示不可控分布式电源功率因数；(2)目标函数转化如下：式中，为智能软开关的年投资费用；为智能软开关年运行维护费用；CL为配电网年损耗费用；d为贴现率，ySOP为智能软开关的经济使用年限；为智能软开关单位容量投资成本；为安装在支路ij的智能软开关容量；为智能软开关单位容量的运行维护成本；ρt为t时段向上级电网购电的电价；Ωs为场景s的集合；πs为场景s出现的概率；时段、s场景下配电系统有功功率损耗；Δt为优化步长；it，ij，s为t时段、s场景下支路ij电流幅值平方；Rij为支路ij的电阻；为t时段、s场景下接在节点i上智能软开关装置的损耗；Ωn为系统所本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于机会约束的有源配电网智能软开关规划方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：根据选定的配电系统，输入线路参数、负荷水平、网络拓扑连接关系，系统运行电压水平和支路有功功率限制，置信参数，不可控分布式电源接入位置与容量，负荷运行曲线，基准电压和基准功率初值，智能软开关经济参数，向上级电网购电电价参数，智能软开关待安装位置；S2：建立基于机会约束的有源配电网智能软开关规划模型，包括：设定配电网年综合费用最小为目标函数，包括智能软开关年投资费用与年运行维护费用、配电网年损耗费用，分别考虑智能软开关位置与容量约束、智能软开关运行约束、配电系统潮流约束、不可控分布式电源运行约束、系统安全运行机会约束；S3：采用k均值聚类算法对配电网所在地全年的不可控分布式电源出力进行聚类分析，得到用于智能软开关规划的典型场景及各场景全年出现的概率；S4：将目标函数、智能软开关运行约束、配电系统潮流约束、不可控分布式电源运行约束、系统安全运行机会约束进行转化，得到混合整数非线性优化模型；S5：将步骤S4得到的混合整数非线性优化模型采用内点法进行求解；S6：输出步骤S5的求解结果，包括满足预设置信水平的智能软开关位置和容量方案、配电网年综合费用、智能软开关年投资费用与年运行维护费用、配电网年损耗费用。...

【技术特征摘要】
1.一种基于机会约束的有源配电网智能软开关规划方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：根据选定的配电系统，输入线路参数、负荷水平、网络拓扑连接关系，系统运行电压水平和支路有功功率限制，置信参数，不可控分布式电源接入位置与容量，负荷运行曲线，基准电压和基准功率初值，智能软开关经济参数，向上级电网购电电价参数，智能软开关待安装位置；S2：建立基于机会约束的有源配电网智能软开关规划模型，包括：设定配电网年综合费用最小为目标函数，包括智能软开关年投资费用与年运行维护费用、配电网年损耗费用，分别考虑智能软开关位置与容量约束、智能软开关运行约束、配电系统潮流约束、不可控分布式电源运行约束、系统安全运行机会约束；S3：采用k均值聚类算法对配电网所在地全年的不可控分布式电源出力进行聚类分析，得到用于智能软开关规划的典型场景及各场景全年出现的概率；S4：将目标函数、智能软开关运行约束、配电系统潮流约束、不可控分布式电源运行约束、系统安全运行机会约束进行转化，得到混合整数非线性优化模型；S5：将步骤S4得到的混合整数非线性优化模型采用内点法进行求解；S6：输出步骤S5的求解结果，包括满足预设置信水平的智能软开关位置和容量方案、配电网年综合费用、智能软开关年投资费用与年运行维护费用、配电网年损耗费用。2.根据权利要求1所述的基于机会约束的有源配电网智能软开关规划方法，其特征在于，步骤S2所述的配电网年综合费用为目标函数为：式中，为智能软开关的年投资费用；为智能软开关年运行维护费用；CL为配电网年损耗费用；d为贴现率，ySOP为智能软开关的经济使用年限；为智能软开关单位容量投资成本；为安装在支路ij的智能软开关容量；为智能软开关单位容量的运行维护成本；ρt为t时段向上级电网购电的电价；为t时段配电系统有功功率损耗；Δt为优化步长；it,ij为t时段支路ij电流幅值平方；Rij为支路ij的电阻；为t时段接在节点i上智能软开关装置的损耗；Ωn为系统所有节点的集合；Ωb为系统支路的集合。3.根据权利要求1所述的一种基于机会约束的有源配电网智能软开关规划方法，其特征在于，步骤S2中的智能软开关位置与容量约束如下：式中，为安装在支路ij的智能软开关容量；smodule为单位智能软开关模块安装容量，即安装变流器最小可优化容量，如10kVA、100kVA等；mij为非负整数，表示安装单位智能软开关模块数量，若mij＝0，则认为该位置不需要安装智能软开关；表示在选定位置允许安装的智能软开关最大容量。4.根据权利要求1所述的一种基于机会约束的有源配电网智能软开关规划方法，其特征在于，步骤S2中的智能软开关运行约束如下：式中，和分别为t时段接在节点i上智能软开关装置传输的有功功率和无功功率；为t时段接在节点i上智能软开关装置的损耗；为接在节点i上智能软开关装置的损耗系数；为安装在支路ij的智能软开关容量。5.根据权利要求1所述的一种基于机会约束的有源配电网智能软开关规划方法，其特征在于，步骤S2中的配电系统潮流约束如下：式中，Ωb为系统支路的集合；Pt,ji、Qt,ji分别为t时段支路ji上流过的有功功率和无功功率；Pt,i、Qt,i分别为t时段节点i上注入的有功功率和无功功率之和；分别为t时段节点i上负荷消耗的有功功率和无功功率；it,ij为t时段支路ij电流幅值平方；Rij为支路ij的电阻，Xij为支路ij的电抗；ut,i为t时段节点i电压幅值平方；分别表示t时段接在节点i上的不可控分布式电源的...

【专利技术属性】
技术研发人员：倪伟东，欧繁，范心明，王俊丰，曾永浩，彭元泉，孙广慧，潘志图，李新，董镝，宋安琪，邱太洪，王成山，李鹏，宋关羽，李慧，王俊波，李国伟，唐琪，黎小龙，
申请(专利权)人：广东电网有限责任公司，广东电网有限责任公司佛山供电局，
类型：发明
国别省市：广东,44