一种输配协调的分布式无功电压优化方法技术

本发明专利技术提出一种输配协调的分布式无功电压优化方法，属于电力系统的运行和控制技术领域。本方法综合考虑了输电网模型、配电网模型与输配的耦合关系，构建了由目标函数和约束条件构成的输配联合无功优化模型；随后，对配电网非凸约束进行二阶锥松弛，将其转化为凸约束；应用改进的广义Benders分解方法对所提出的模型进行求解。本发明专利技术所提出的方法只需要在输电网与配电网之间交互少量的信息，并具有良好的收敛速度；保证输配调度与控制的独立性，解决传统输配独立无功优化方法造成的过电压、功率失配等问题，达到全局网络损耗最优。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于电力系统的运行和控制
，特别涉及一种输配协调的分布式无功电压优化方法。
技术介绍
随着风电、光伏等分布式可再生能源的大规模接入，传统配电网正发展为主动配电网。在主动配电网中，分布式可再生能源接入量大，其发电量随时间变化迅速、随机性强。在传统的无功电压优化问题中，输电网与配电网分别进行独立优化，配电网在输电网中等值成一个负荷节点，而输电网在配电网中等值成一个发电机平衡节点。然而在主动配电网中，该方法存在明显的缺陷，主要体现在以下三点：1.大量分布式能源导致配电网随机性强，配电网与输电网耦合紧密，独立的无功电压控制模式会导致输配边界处存在较大的功率失配量；2.由于配电网中的分布式能源注入量过多，在注入节点处容易产生过电压问题，配电网需要输电网的协助来消除过电压问题；3.对于全局电网来说，独立的无功调控缺乏输配网之间的协调，无法保证全局的经济目标最优性。广义Benders分解方法是一种将全局优化问题分解为若干独立优化问题的求解算法。其将原始问题分成主问题与子问题迭代求解，适用于分散式优化问题的求解。广义Benders分解的理论收敛性要求其子问题是凸问题。电力系统无功优化模型的约束条件为非凸约束。对于辐射状配电网，可进行二阶锥松弛将非凸约束转化为凸约束。
技术实现思路
本专利技术的目的是为克服已有技术的不足之处，提出一种输配协调的分布式无功电压优化方法。本专利技术所提出的方法具有收敛速度快的特点，可应用于实际操作。本专利技术提出的一种输配协调的分布式无功电压优化方法，其特征在于，该方法具体包括以下步骤：1)建立输配联合无功优化模型，该模型由目标函数和约束条件构成，具体包括：1.1)构建目标函数该模型以输电网与配电网的总网络损耗最小化为目标，构建输配联合无功优化问题的目标函数，如式(1)所示： min ( ( Σ i ∈ I t ( P G i t - P D i t ) ) + Σ k ∈ D I S T ( Σ i ∈ I d , k ( P G i d , k - P D i d , k ) ) ) - - - ( 1 ) ]]>式中，上标(.)t代表输电网的变量，上标(.)d,k代表第k个配电网的变量，PGi代表节点i处的发电机有功注入，PDi代表节点i处的有功负荷，集合I代表节点索引集合，集合DIST代表配电网索引集合；1.2)约束条件；该模型的约束条件包括输电网模型约束，配电网模型约束以及输电网与配电网之间的边界条件约束；1.2.1)输电网模型约束输电网模型采用极坐标形式的电力系统潮流方程来表示，具体如下：1.2.1.1)潮流约束 P i j t = V i t V j t ( G i j t cosθ i j t + B i j t sinθ i j t ) - - - ( 2 ) ]]> Q i j t = V i t V j t ( G i j t sinθ 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种输配协调的分布式无功电压优化方法，其特征在于，该方法具体包括以下步骤：1)建立输配联合无功优化模型，该模型由目标函数和约束条件构成，具体包括：1.1)构建目标函数该模型以输电网与配电网的总网络损耗最小化为目标，构建输配联合无功优化问题的目标函数，如式(1)所示：min((Σi∈It(PGit-PDit))+Σk∈DIST(Σi∈Id,k(PGid,k-PDid,k)))---(1)]]>式中，上标(.)t代表输电网的变量，上标(.)d,k代表第k个配电网的变量，PGi代表节点i处的发电机有功注入，PDi代表节点i处的有功负荷，集合I代表节点索引集合，集合DIST代表配电网索引集合；1.2)约束条件；该模型的约束条件包括输电网模型约束，配电网模型约束以及输电网与配电网之间的边界条件约束；1.2.1)输电网模型约束输电网模型采用极坐标形式的电力系统潮流方程来表示，具体如下：1.2.1.1)潮流约束Pijt=VitVjt(Gijtcosθijt+Bijtsinθijt)---(2)]]>Qijt=VitVjt(Gijtsinθijt-Bijtcosθijt)---(3)]]>Σj∈π(i)Pijt=PGit-PDit---(4)]]>Σj∈π(i)Qijt=QGit-QDit---(5)]]>式中，Pij,Qij分别表示支路ij的有功和无功潮流，Vi代表节点i的电压幅值，Gij,Bij分别代表支路ij的等效电导和电纳，θij代表支路ij的首末端相角差，集合π(i)代表与节点i直接相连的节点集合，QGi代表节点i处的发电机无功注入，QDi代表节点i处的无功负荷；约束式(2)、式(3)分别为极坐标下的有功、无功潮流方程，约束式(4)、式(5)分别为每个节点的有功、无功功率平衡；1.2.1.2)安全约束PGi,mint≤PGit≤PGi,maxt---(6)]]>QGi,mint≤QGit≤QGi,maxt---(7)]]>Vi,mint≤Vit≤Vi,maxt---(8)]]>(Pijt)2+(Qijt)2≤(Sij,maxt)2---(9)]]>式中，PGi,min,PGi,max分别代表节点i的发电机有功出力最小值与最大值，QGi,min,QGi,max分别代表节点i的发电机无功出力最小值与最大值，Vi,min,Vi,max分别代表节点i的电压幅值最小值与最大值，Sij,max代表支路ij的传输容量；约束式(6)、式(7)分别为发电机的有功、无功出力限制，约束式(8)为网络节点电压幅值限制，约束式(9)为每条线路的传输容量限制；1.2.2)配电网模型约束对于辐射状配电网，配电网模型采用支路潮流方程来表示，具体如下：1.2.2.1)潮流约束(Pijd)2+(Qijd)2=(Iijd)2(Vid)2---(10)]]>Σi∈u(j)(Pijd-(Iijd)2rijd)+PGjd=Σk∈v(j)(Pjkd)+PDjd---(11)]]>Σi∈u(j)(Qijd-(Iijd)2xijd)+QGjd=Σk∈v(j)(Qjkd)+QDjd---(12)]]>(Vjd)2=(Vid)2-2(rijdPijd+xijdQijd)+((rijd)2+(xijd)2)(Iijd)2---(13)]]>式中，Iij代表支路ij的电流幅值，rij,xij分别代表支路ij的电阻与电抗，集合u(i)代表辐射状配电网中节点i的父节点，集合v(i)代表辐射状配电网中节点i的子节点；1.2.2.2)安全约束PGi,mind≤PGid≤PGi,maxd---(14)]]>QGi,mind≤QGid≤QGi,maxd---(15)]]>Vi,mind≤Vid≤Vi,maxd---(16)]]>Iijd≤Iij,maxd---(17)]]>式中，Iij,max代表支路ij的电流幅值上限；约束式(14)、式(15)分别为发电机的有功、无功出力限制，约束式(16)为网络节点电压幅值限制，约束式(17)为每条线路的传输容量限制；1.2.3)边界条件约束输电网与配电网之间保证有功和无功的平衡，同时保证电压幅值相等；Vτ(k)t=Vrootd,k---(18)]]>Pτ(k)t=Prootd,k---(19)]]>Qτ(k)t=Qrootd,k---(20)]]>式...

【技术特征摘要】
1.一种输配协调的分布式无功电压优化方法，其特征在于，该方法具体包括以下步骤：1)建立输配联合无功优化模型，该模型由目标函数和约束条件构成，具体包括：1.1)构建目标函数该模型以输电网与配电网的总网络损耗最小化为目标，构建输配联合无功优化问题的目标函数，如式(1)所示： min ( ( Σ i ∈ I t ( P G i t - P D i t ) ) + Σ k ∈ D I S T ( Σ i ∈ I d , k ( P G i d , k - P D i d , k ) ) ) - - - ( 1 ) ]]>式中，上标(.)t代表输电网的变量，上标(.)d,k代表第k个配电网的变量，PGi代表节点i处的发电机有功注入，PDi代表节点i处的有功负荷，集合I代表节点索引集合，集合DIST代表配电网索引集合；1.2)约束条件；该模型的约束条件包括输电网模型约束，配电网模型约束以及输电网与配电网之间的边界条件约束；1.2.1)输电网模型约束输电网模型采用极坐标形式的电力系统潮流方程来表示，具体如下：1.2.1.1)潮流约束 P i j t = V i t V j t ( G i j t cosθ i j t + B i j t sinθ i j t ) - - - ( 2 ) ]]> Q i j t = V i t V j t ( G i j t sinθ i j t - B i j t cosθ i j t ) - - - ( 3 ) ]]> Σ j ∈ π ( i ) P i j t = P G i t - P D i t - - - ( 4 ) ]]> Σ j ∈ π ( i ) Q i j t = Q G i t - Q D i t - - - ( 5 ) ]]>式中，Pij,Qij分别表示支路ij的有功和无功潮流，Vi代表节点i的电压幅值，Gij,Bij分别代表支路ij的等效电导和电纳，θij代表支路ij的首末端相角差，集合π(i)代表与节点i直接相连的节点集合，QGi代表节点i处的发电机无功注入，QDi代表节点i处的无功负荷；约束式(2)、式(3)分别为极坐标下的有功、无功潮流方程，约束式(4)、式(5)分别为每个节点的有功、无功功率平衡；1.2.1.2)安全约束 P G i , min t ≤ P G i t ≤ P G i , m a x t - - - ( 6 ) ]]> Q G i , min t ≤ Q G i t ≤ Q G i , m a x t - - - ( 7 ) ]]> V i , min t ≤ V i t ≤ V i , m a x t - - - ( 8 ) ]]> ( P i j t ) 2 + ( Q i j t ) 2 ≤ ( S i j , max t ) 2 - - - ( 9 ) ]]>式中，PGi,min,PGi,max分别代表节点i的发电机有功出力最小值与最大值，QGi,min,QGi,max分别代表节点i的发电机无功出力最小值与最大值，Vi,min,Vi,max分别代表节点i的电压幅值最小值与最大值，Sij,max代表支路ij的传输容量；约束式(6)、式(7)分别为发电机的有功、无功出力限制，约束式(8)为网络节点电压幅值限制，约束式(9)为每条线路的传输容量限制；1.2.2)配电网模型约束对于辐射状配电网，配电网模型采用支路潮流方程来表示，具体如下：1.2.2.1)潮流约束 ( P i j d ) 2 + ( Q i j d ) 2 = ( I i j d ) 2 ( V i d ) 2 - - - ( 10 ) ]]> Σ i ∈ u ( j ) ( P i j d - ( I i j d ) 2 r i j d ) + P G j d = Σ k ∈ v ( j ) ( P j k d ) + P D j d - - - ( 11 ) ]]> Σ i ∈ u ( j ) ( Q i j d - ( I i j d ) 2 x i j d ) + Q G j d = Σ k ∈ v ( j ) ( Q j k d ) + Q D j d - - - ( 12 ) ]]> ( V j d ) 2 = ( V i d ) 2 - 2 ( r i j d P i j d + x i j d Q i j d ) + ( ( r i j d ) 2 + ( x i j d ) 2 ) ( I i j d ) 2 - - - ( 13 ) ]]>式中，Iij代表支路ij的电流幅值，rij,xij分别代表支路ij的电阻与电抗，集合u(i)代表辐射状配电网中节点i的父节点，集合v(i)代表辐射状配电网中节点i的子节点；1.2.2.2)安全约束 P G i , min d ≤ P G i d ≤ P G i , m a x d - - - ( 14 ) ]]> Q G i , min d ≤ Q G i d ≤ Q G i , m a x d - - - ( 15 ) ]]> V i , min d ≤ V i d ≤ V i , m a x d - - - ( 16 ) ]]> I i j d ≤ I i j , m a x d - - - ( 17 ) ]]>式中，Iij,max代表支路ij的电流幅值上限；约束式(14)、式(15)分别为发电机的有功、无功出力限制，约束式(16)为网络节点电压幅值限制，约束式(17)为每条线路的传输容量限制；1.2.3)边界条件约束输电网与配电网之间保证有功和无功的平衡，同时保证电压幅值相等； V τ ( k ) t = V r o o t...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴文传，张伯明，孙宏斌，蔺晨晖，王彬，郭庆来，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京;11