基于配电网节能降损协调优化的电压控制方法技术

本发明专利技术公开了一种基于配电网节能降损协调优化的电压控制方法，首先建立静态用户负荷模型，建立配电网节能降损协调优化模型，在保证每条馈线出线侧总功率、网损不变的前提下，对原始配电网拓扑进行简化，采用改进的粒子群优化算法求解配电网节能降损协调优化模型，得到优化时段内各调压设备的调节参数。本发明专利技术在用户节能与电网降损的基础上综合考虑各种电压调节设备的经济性，利用简化拓扑以及粒子群算法提升了计算效率，通过优化控制电压来实现用户节能和电网降损的协调统一。

Voltage control method based on Coordinated Optimization of energy saving and loss reduction in distribution network

The invention discloses a voltage control method based on Coordinated Optimization of energy-saving and loss-reducing of distribution network. Firstly, a static user load model is established, and a coordinated optimization model of energy-saving and loss-reducing of distribution network is established. The original distribution network topology is simplified and improved on the premise of guaranteeing the total power at the outlet side of each feeder line and the network loss is unchanged. Particle swarm optimization (PSO) algorithm is used to solve the coordinated optimization model of energy saving and loss reduction in distribution network, and the regulation parameters of each voltage regulating equipment in the optimization period are obtained. On the basis of user energy saving and power grid loss reduction, the invention comprehensively considers the economy of various voltage regulating devices, improves the calculation efficiency by using simplified topology and particle swarm optimization algorithm, and realizes the coordination and unification of user energy saving and power grid loss reduction by optimizing control voltage.

【技术实现步骤摘要】
基于配电网节能降损协调优化的电压控制方法
本专利技术属于供配电
，具体涉及一种基于配电网节能降损协调优化的电压控制方法。
技术介绍
随着我国经济的迅速发展，一方面电网负荷在持续快速增加，人们对电能质量的要求越来越高；另一方面一次能源的减少及其成本的增加，使节能降耗成为当今社会关注的焦点。在整个电力系统传输网中，约96％的电能输送网来自配电网，配电网直接与用户相连，电能损耗非常大。据统计分析，10kV及其以下配电网络的线损电量约占整个电力网的线损电量的78％。因此进行配电网节能降损的研究具有重要意义。传统的配电网节能降损通常是指通过降低电网网损来实现节能的效果，因此传统的节能降损化方法一般只关注电网降损方面，即针对某一时刻进行静态无功优化，从而实现电网的节能降耗。上述方法虽然提升了配电系统整体电压水平，降低了配电损耗，但在优化过程中忽略了电压对用户负荷的影响，优化后系统电压水平较高致使负荷用电量增加，给用户带来了不必要的经济损失。从用户的角度，为了降低损耗节约能源，通常采用电力需求侧管理技术，优化用电方式，提高用电效率。但该技术尚未成熟，因各地域用电特点不同存在着法律支持不足、电价结构不合理、激励政策匮乏等问题，而且电力需求侧管理技术一般是以保证电能质量为前提，在实施过程中也无法兼顾电网的损耗情况。本专利技术综合以上两个方面，通过电压优化控制实现电网降损与用户节能的协调统一。
技术实现思路
本专利技术的目的在于协调电网降损和用户节能，提出一种基于配电网节能降损协调优化的电压控制方法，实现配电网节能降损，解决用户节能和电网降损无法平衡的技术问题。本专利技术采用如下技术方案，一种基于配电网节能降损协调优化的电压控制方法，具体步骤如下：1)建立不考虑频率特性的静态负荷模型作为用户负荷；2)建立配电网节能降损协调优化模型，优化模型的目标值为负荷消耗费用、有功网损费用和调压成本的总费用，优化模型的约束包括系统潮流约束、系统运行约束、分布式电源有功出力和无功出力约束、电容器组投切容量约束以及有载调压变压器运行约束；3)在保证每条馈线出线侧总功率、网损不变的前提下，对原始配电网拓扑进行简化；4)采用粒子群优化算法求解配电网节能降损协调优化模型，得到优化时段内各调压设备的调节参数。优选地，在步骤1)中不考虑频率特性的静态负荷模型为：其中，PLi、QLi分别表示第i节点处所连接负荷的有功功率和无功功率，P0、Q0分别表示额定电压时负荷的有功功率和无功功率，Vi(t)表示t时段内第i节点i电压幅值，VN为额定电压，ap、bp、cp、aq、bq、cq为负荷调节系数，且ap+bp+cp＝1，aq+bq+cq＝1。负荷的有功和无功功率都由三个部分组成，第一部分与电压平方成正比，代表恒阻抗负荷对应的功率；第二部分与电压成正比，代表恒电流负荷对应的功率；第三部分为恒功率负荷对应的功率。优选地，在步骤2)中负荷消耗费用为配电网负荷在t时段内消耗有功功率产生的费用fload：其中，β表示单位电能电价,单位为元/kWh；n表示配电网节点总数，P0表示负荷在额定电压时的有功功率，Vi(t)表示t时段内第i节点的电压幅值，ap、bp、cp为负荷调节系数，Δt表示调压周期持续时长，单位为小时；有功网损费用为配电网在t时段内的有功网损产生的费用floss：其中，SL表示配电网中支路的集合；β表示单位电能电价，单位为元/kWh，Pij(t)、Qij(t)分别表示t时段内支路ij上流向末端节点的有功功率和无功功率，Rij表示支路ij的电阻；Vj(t)表示t时段内第j节点的电压幅值，Δt表示调压周期持续时长，单位为小时；调压成本具体为配电系统综合调压成本fM：其中，分别表示第g台分布式电源单位有功调节成本和单位无功调节成本，ΔPg、ΔQg分别表示在t时段内第g台分布式电源有功出力和无功出力，Mk、ΔTk分别表示第k个有载调压变压器分接头档位单位调节成本和调节档位数，Mc、ΔQc分别表示第c台电容器组单位投切成本和投切容量，NDG表示分布式电源总数量，Nk表示有载调压变压器总数量，Nc表示电容器组总数量，Δt表示调压周期持续时长，单位为小时；目标函数为minf＝w1floss+w2fload+w3fM其中，w1、w2、w3表示权重因子，w1+w2+w3＝1。通常情况下，配电系统有功网损产生的费用远小于负荷有功功率及调压成本，因此在设置权重时应保证三个函数产生的费用在一个数量级下。优选地，系统潮流约束表示为：式中，PGi(t)、QGi(t)分别表示t时段内第i节点处发电机注入的有功功率和无功功率，PLi(t)、QLi(t)分别表示t时段内第i节点处负荷消耗的有功功率和无功功率，PDGi(t)表示t时段内第i节点处分布式电源注入的有功功率；QCi(t)表示t时段内第i节点处无功补偿设备的无功出力，Vi(t)、Vj(t)分别表示t时段内第i、j节点的电压幅值，Gij、Bij分别表示支路ij的电导和电纳；δij(t)表示t时段内支路ij首端与末端节点的电压相角差；Nb为系统节点总数。系统运行约束表示为：|Iij(t)|≤Iij,maxVi,min≤Vi(t)≤Vi,max式中，Iij,max表示支路ij上允许通过电流的最大值，Vi,max、Vi,min分别表示第i节点处的电压最大值和最小值；Iij(t)为t时段内通过支路ij的电流幅值，Vi(t)为t时段内第i节点的电压幅值；分布式电源有功出力和无功出力约束表示为：式中，分别为第g台分布式电源有功出力的上限和下限；分别表示第g台分布式电源无功出力的上限和下限；Pg(t)、Qg(t)分别表示t时段内第g台分布式电源的有功出力、无功出力；电容器组投切容量约束表示为：式中，为第c台电容器组最大投切容量，为第c台电容器组最小投切容量，Qc(t)为t时段内电容器组投切容量。有载调压变压器运行约束具体为有载调压变压器分接头档位约束，表示为：式中，分别为第k个有载调压变压器的可调节档位上限和下限，ΔTk(t)表示t时段内第k个有载调压变压器调节的档位数。优选地，在步骤3)中对原始配电网拓扑进行简化的具体步骤为：(31)含有DG分布式电源和调压设备的节点不简化，称为不可简化节点；(32)相邻不可简化节点间的负荷节点简化为一个负荷节点；(33)馈线上未包含不可简化节点的支路简化为一个负荷节点；(34)馈线上包含不可简化节点的支路按(31)和(32)进行处理；n个负荷节点简化为1个负荷节点，简化后的网损ΔS'表示为：网损ΔS'分为有功网损和无功网损两个部分，有功网损ΔPloss'表示为：无功网损ΔQloss'表示为：上式变换后得节点简化后的线路阻抗值：其中，ΔSl、ΔPlossl、ΔQlossl分别为简化前第l条支路的网损、有功网损和无功网损，N为需要简化的总支路数，R'和X'分别表示简化后线路电阻值和电抗值，Cp、Cq分别表示馈线简化前总有功网损和总无功网损，P1′和Q1′分别表示简化后从线路首端节点流出的传输功率有功值和无功值，由简化前后总功率与网损不变得到P1′＝P1、Q1′＝Q1，P1和Q1分别表示简化前从线路首端节点流出的传输功率有功值和无功值，V0、V0'分别表示简化前、后线路首端节点电压值。优选地，采用的粒子群优化算法本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于配电网节能降损协调优化的电压控制方法，其特征在于，包括以下步骤：1)建立不考虑频率特性的静态负荷模型作为用户负荷；2)建立配电网节能降损协调优化模型，优化模型的目标函数为负荷消耗费用、有功网损费用和调压成本的总费用，优化模型的约束包括系统潮流约束、系统运行约束、分布式电源有功出力和无功出力约束、电容器组投切容量约束以及有载调压变压器运行约束；3)在保证每条馈线出线侧总功率、网损不变的前提下，对原始配电网拓扑进行简化；4)采用粒子群优化算法求解配电网节能降损协调优化模型，得到优化时段内各调压设备的调节参数。

【技术特征摘要】
1.一种基于配电网节能降损协调优化的电压控制方法，其特征在于，包括以下步骤：1)建立不考虑频率特性的静态负荷模型作为用户负荷；2)建立配电网节能降损协调优化模型，优化模型的目标函数为负荷消耗费用、有功网损费用和调压成本的总费用，优化模型的约束包括系统潮流约束、系统运行约束、分布式电源有功出力和无功出力约束、电容器组投切容量约束以及有载调压变压器运行约束；3)在保证每条馈线出线侧总功率、网损不变的前提下，对原始配电网拓扑进行简化；4)采用粒子群优化算法求解配电网节能降损协调优化模型，得到优化时段内各调压设备的调节参数。2.根据权利要求1所述的基于配电网节能降损协调优化的电压控制方法，其特征在于，在步骤1)中不考虑频率特性的静态负荷模型为：其中，PLi、QLi分别表示系统第i节点处所连接负荷的有功功率和无功功率，P0、Q0分别表示额定电压时负荷的有功功率和无功功率，Vi(t)表示t时段内第i节点的电压幅值，VN表示额定电压，ap、bp、cp、aq、bq、cq为负荷调节系数，且ap+bp+cp＝1，aq+bq+cq＝1。3.根据权利要求1所述的基于配电网节能降损协调优化的电压控制方法，其特征在于，在步骤2)中负荷消耗费用为配电网负荷在t时段内消耗有功功率产生的费用fload：其中，β表示单位电能电价,单位为元/kWh；n表示配电网节点总数，P0表示负荷在额定电压时的有功功率，Vi(t)表示t时段内第i节点的电压幅值，ap、bp、cp为负荷调节系数，Δt表示调压周期持续时长，单位为小时；有功网损费用为配电网在t时段内的有功网损产生的费用floss：其中，SL表示配电网中支路的集合，β表示单位电能电价，单位为元/kWh，Pij(t)、Qij(t)分别表示t时段内支路ij上流向末端节点的有功功率和无功功率，Rij表示支路ij的电阻；Vj(t)表示t时段内第j节点的电压幅值，Δt表示调压周期持续时长，单位为小时；调压成本为配电系统综合调压成本fM：其中，分别表示第g台分布式电源单位有功调节成本和单位无功调节成本；ΔPg、ΔQg分别表示在t时段内第g台分布式电源有功出力和无功出力；Mk、ΔTk分别表示第k个有载调压变压器分接头档位单位调节成本和调节档位数；Mc、ΔQc分别表示第c台电容器组单位投切成本和投切容量；NDG表示分布式电源总数量，Nk表示有载调压变压器总数量，Nc表示电容器组总数量，Δt表示调压周期持续时长，单位为小时；目标函数为minf＝w1floss+w2fload+w3fM其中，w1、w2、w3表示权重因子，w1+w2+w3＝1。4.根据权利要求1所述的基于配电网节能降损协调优化的电压控制方法，其特征在于，在步骤2)中系统潮流约束表示为：式中，PGi(t)、QGi(t)分别表示t时段内第i节点处发电机注入的有功功率和无功功率，PLi(t)、QLi(t)分别表示t时段内第i节点处负荷消耗的有功功率和无功功率，PDGi(t)表示t时段内第i节点处分布式电源注入的有功功率，QCi(t)表示t时段内第i节点处无功补偿设备的无功...

【专利技术属性】
技术研发人员：郝丽丽，宋朋勋，黄弘扬，马骏超，宣晓华，黄晓明，陆承宇，楼伯良，吴跨宇，吕文韬，徐群伟，王朝明，王丽，
申请(专利权)人：南京工业大学，国网浙江省电力有限公司电力科学研究院，南京软核科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32