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一种考虑风电不确定性的交直流配电网分布式优化方法技术

技术编号:22567531 阅读:35 留言:0更新日期:2019-11-16 13:07
本发明专利技术公开了一种考虑风电不确定性的交直流配电网分布式优化方法,基于交直流配电网的自然分区属性,搭建了典型的交直流混合配电网结构和分布式优化框架,在每个交/直流电网子区域内部,同时考虑1‑范数和∞‑范数对各风电出力场景概率分布进行约束,建立基于数据驱动的两阶段分布鲁棒模型。该模型以上级电网购电成本与交直流子区域间购售电成本、弃风成本、微型燃气轮机发电成本等为优化目标,利用1‑范数和∞‑范数对筛选获得的典型场景概率分布不确定性进行约束,构建基于数据驱动的两阶段分布鲁棒模型,并采用列与约束生成算法进行求解。

A distributed optimization method of AC / DC distribution network considering wind power uncertainty

The invention discloses an AC / DC distribution network distributed optimization method considering wind power uncertainty. Based on the natural zoning attribute of AC / DC distribution network, a typical AC / DC hybrid distribution network structure and distributed optimization framework are built. In each AC / DC network sub region, the 1 \u2011 norm and \u221e \u2011 norm are considered to constrain the probability distribution of each wind power output scenario, A two-stage distributed robust model based on data-driven is established. The model takes the cost of power purchase and sale, the cost of wind abandonment and the cost of micro gas turbine power generation between the superior power grid and the AC / DC sub regions as the optimization objectives, uses 1 \u2011 norm and \u221e \u2011 norm to constrain the uncertainty of probability distribution of the selected typical scenes, builds a two-stage distribution robust model based on data-driven, and uses column and constraint generation algorithm to solve the problem.

【技术实现步骤摘要】
一种考虑风电不确定性的交直流配电网分布式优化方法
本专利技术涉及配电网领域,具体为一种考虑风电不确定性的交直流配电网分布式优化方法。
技术介绍
配电网是由架空线路、电缆、杆塔、配电变压器、隔离开关、无功补偿器及一些附属设施等组成的,在电力网中起重要分配电能作用的网络。配电网按电压等级来分类,可分为高压配电网(35-110KV),中压配电网(6-10KV,苏州有20KV),低压配电网(220/380V);在负载率较大的特大型城市,220KV电网也有配电功能。按供电区的功能来分类,可分为城市配电网,农村配电网和工厂配电网等。在城市电网系统中,主网是指110KV及其以上电压等级的电网,主要起连接区域高压(220KV及以上)电网的作用,配电网是指35KV及其以下电压等级的电网,作用是给城市里各个配电站和各类用电负荷供给电源,配电网一般采用闭环设计、开环运行,其结构呈辐射状。配电线的线径比输电线的小,导致配电网的R/X较大。由于配电线路的R/X较大,使得在输电网中常用的这些算法在配电网的潮流计算中其收敛性难以保证。交直流配电网在当今有着较为广泛的推广和使用,对交直流配电网的影响因素较为多种多样,风电不确定性对交直流配电网的影响是我们需要注意的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种考虑风电不确定性的交直流配电网分布式优化方法,基于交直流配电网的自然分区属性,搭建了典型的交直流混合配电网结构和分布式优化框架,在每个交/直流电网子区域内部,同时考虑1-范数和∞-范数对各风电出力场景概率分布进行约束,建立基于数据驱动的两阶段分布鲁棒模型;两阶段模型中,储能充放电功率、上级电网购电功率和交直流子区域电网间交换功率作为第一阶段鲁棒决策变量,风电实际调度功率、燃气轮机出力和上级电网额外调整功率作为第二阶段灵活调节变量;将子区域间的耦合元件VSC等效为节点进行处理建模,并获得各子区域间的功率一致性约束;然后,采用ADMM算法对整个分布式优化运行模型进行全局协调更新与迭代求解,其中各子区域配电网的两阶段分布鲁棒模型则利用CCG算法分解为主问题和子问题进行快速求解,最终实现交直流配电网的经济运行策略。优选的,以最终各个交直流分区的运行成本最小为优化目标,考虑潮流,上级电网,换流器VSC等约束条件,使用Distflow线性化潮流提高求解速度,以风电历史出力数据为基础,考虑风电的不确定性,利用1-范数和∞-范数为基础约束风电场景概率不确定性,通过交直流区域之间交换有功功率为耦合一致性变量,对交直流区域分别并行求解,构建在分布式框架下的考虑风电不确定性的分布式优化方法,所述风电的不确定性利用1-范数和∞-范数进行约束:其中,表示由历史数据筛选后获得的第n个离散场景概率的初始值,θ1和θ∞分别表示在1-范数和∞-范数约束条件下的离散场景概率允许偏差限值,{pe,n}满足如下置信度约束:令上式中的右半部分分别等于α1和α∞,则有:通过设定场景概率波动在给定范围内的置信度α1和α∞,获得两种范数的概率偏差范围限值;优选的,所述交流配电网区域的目标函数为:其中,为交流子区域e的第一阶段总成本,其中第一项是向上级电网购电成本,第二项实际为向直流子区域配电网购售电成本;为j节点处t时段向上级电网购电功率/交直流子区域配电网间的交换功率,为第一阶段鲁棒变量,对应图1中的P1、P2和P3,为正代表交流电网向直流电网售电,反之为购电;T为总时段集合;和分别为t时段向上级电网购电功率和交直流区域电网交换功率的成本系数,和分别为子区域e变电站节点集合和VSC节点集合,第二阶段成本包括弃风惩罚成本、燃气轮机发电成本和向上级电网购电电量调整成本;为交流电网中第n个场景下j节点处风机的实际出力,为风电预测出力,为与上级电网交换功率的调整功率增加量和调整功率减小量,为第二阶段变量,可以根据实际运行工况进行灵活调节,cw、和分别为弃风、燃气轮机、向上级电网购电量与调节功率增减的成本系数,其中调整成本系数要远高于第一阶段向上级电网购电成本和分别是子区域e内风机与燃气轮机节点集合;所述电网约束:其中,δ(j)表示j节点的父节点集合;π(j)表示以节点j为首节点的支路首端节点集合;Be为子区域e内的节点集合;分别为支路ij的有功功率和无功功率;rij,xij分别为支路ij的电阻和电抗;和为向上级电网购电调整功率增加量和减少量。和为上级电网、VSC、负荷和燃气轮机在j节点处第t时段的无功功率;Vj,n,t与Vi,n,t为节点电压幅值;Ee为支路集合;所述换流站约束:其中,换流站交流侧容量约束其中,为换流站中的交流侧有功功率的上/下限、交流侧无功功率上/下限;一致性约束:VSC交直流两侧应满足相应的耦合一致性关系,注入到换流站交流侧的有功功率与输出到直流侧的有功功率相等如下:VSC等效为阻抗部分和换流阀部分,内部阻抗等效到交流侧为换流阀看成节点进行等效处理,等效后在交流侧将产生新的节点s,支路sj的阻抗为上述内部等效阻抗。与分别为时段t节点j处输入换流站交流侧的有功/无功功率;为t时段j节点换流站输出到直流侧的有功功率。向上级电网购电调整功率相关约束:在交流子区域电网向上级电网购电时,在实际运行过程中可能会出现调整购电量情况,约束如上式(13),其中和分别为增加功率和减少功率的状态,为0-1变量,显然同一时刻不允许购电调整量增加和减少同时出现;和为允许调整的有功功率和无功功率最大值;和为所允许调整的有功功率和无功功率最小值;储能约束为:其中,分别为节点j第t时段储能充电和放电功率;是储能充放电状态,为0-1变量;为节点j第t时段储能充放电功率;为节点j处储能充放电功率上限;为储能节点j第t时段电量;和分别为充放电效率;和为储能容量的上下限。燃气轮机包括功率约束和爬坡约束:上式中,为j节点处燃气轮机在t时刻第n个场景下的有功功率、无功功率,分别为燃气轮机j的爬坡速率、滑坡速率,风电出力应小于预测值,如下:直流区域目标函数:直流子区域第一阶段成本为向交流子区域购售电成本,第二阶段成本为弃风成本和燃气轮机发电成本;cDA为向交流电网购售电成本系数;为正代表直流电网向交流电网买电,反之为购电;直流区域潮流约束:直流子区域配电网的潮流线性化与交流子区域配电网类似,其中,为直流支路ij的有功功率;为直流支路ij的电阻;为注入直流支路j节点处燃气轮机、风机、储能、负荷的有功功率。优选的,交直流电网之间通过有功功率进行耦本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种考虑风电不确定性的交直流配电网分布式优化方法,其特征在于:/n基于交直流配电网的自然分区属性,搭建了典型的交直流混合配电网结构和分布式优化框架,在每个交/直流电网子区域内部,同时考虑1-范数和∞-范数对各风电出力场景概率分布进行约束,建立基于数据驱动的两阶段分布鲁棒模型;/n两阶段模型中,储能充放电功率、上级电网购电功率和交直流子区域电网间交换功率作为第一阶段鲁棒决策变量,风电实际调度功率、燃气轮机出力和上级电网额外调整功率作为第二阶段灵活调节变量;/n将子区域间的耦合元件VSC等效为节点进行处理建模,并获得各子区域间的功率一致性约束;/n然后,采用ADMM算法对整个分布式优化运行模型进行全局协调更新与迭代求解,其中各子区域配电网的两阶段分布鲁棒模型则利用CCG算法分解为主问题和子问题进行快速求解,最终实现交直流配电网的经济运行策略。/n

【技术特征摘要】
1.一种考虑风电不确定性的交直流配电网分布式优化方法,其特征在于:
基于交直流配电网的自然分区属性,搭建了典型的交直流混合配电网结构和分布式优化框架,在每个交/直流电网子区域内部,同时考虑1-范数和∞-范数对各风电出力场景概率分布进行约束,建立基于数据驱动的两阶段分布鲁棒模型;
两阶段模型中,储能充放电功率、上级电网购电功率和交直流子区域电网间交换功率作为第一阶段鲁棒决策变量,风电实际调度功率、燃气轮机出力和上级电网额外调整功率作为第二阶段灵活调节变量;
将子区域间的耦合元件VSC等效为节点进行处理建模,并获得各子区域间的功率一致性约束;
然后,采用ADMM算法对整个分布式优化运行模型进行全局协调更新与迭代求解,其中各子区域配电网的两阶段分布鲁棒模型则利用CCG算法分解为主问题和子问题进行快速求解,最终实现交直流配电网的经济运行策略。


2.根据权利要求1所述的一种考虑风电不确定性的交直流配电网分布式优化方法,其特征在于:以最终各个交直流分区的运行成本最小为优化目标,考虑潮流,上级电网,换流器VSC等约束条件,使用Distflow线性化潮流提高求解速度,以风电历史出力数据为基础,考虑风电的不确定性,利用1-范数和∞-范数为基础约束风电场景概率不确定性,通过交直流区域之间交换有功功率为耦合一致性变量,对交直流区域分别并行求解,构建在分布式框架下的考虑风电不确定性的分布式优化方法,
所述风电的不确定性利用1-范数和∞-范数进行约束:



其中,表示由历史数据筛选后获得的第n个离散场景概率的初始值,θ1和θ∞分别表示在1-范数和∞-范数约束条件下的离散场景概率允许偏差限值,{pe,n}满足如下置信度约束:






令上式中的右半部分分别等于α1和α∞,则有:






通过设定场景概率波动在给定范围内的置信度α1和α∞,获得两种范数的概率偏差范围限值。


3.根据权利要求2所述的一种考虑风电不确定性的交直流配电网分布式优化方法,其特征在于:
所述交流配电网区域的目标函数为:






其中,为交流子区域e的第一阶段总成本,其中第一项是向上级电网购电成本,第二项实际为向直流子区域配电网购售电成本;为j节点处t时段向上级电网购电功率/交直流子区域配电网间的交换功率,为第一阶段鲁棒变量,对应图1中的P1、P2和P3,为正代表交流电网向直流电网售电,反之为购电;T为总时段集合;和分别为t时段向上级电网购电功率和交直流区域电网交换功率的成本系数,和分别为子区域e变电站节点集合和VSC节点集合,第二阶段成本包括弃风惩罚成本、燃气轮机发电成本和向上级电网购电电量调整成本;为交流电网中第n个场景下j节点处风机的实际出力,为风电预测出力,为与上级电网交换功率的调整功率增加量和调整功率减小量,为第二阶段变量,可以根据实际运行工况进行灵活调节,cw、和分别为弃风、燃气轮机、向上级电网购电量与调节功率增减的成本系数,其中调整成本系数要远高于第一阶段向上级电网购电成本和分别是子区域e内风机与燃气轮机节点集合;
所述电网约束:









其中,δ(j)表示j节点的父节点集合;π(j)表示以节点j为首节点的支路首端节点集合;Be为子区域e内的节点集合;分别为支路ij的有功功率和无功功率;rij,xij分别为支路ij的电阻和电抗;和为向上级电网购电调整功率增加量和减少量,和为上级电网、VSC、负荷和燃气轮机在j节点处第t时段的无功功率;Vj,n,t与Vi,n,t为节点电压幅值;Ee为支路集合;
所述换流站约束:
其中,换流站交流侧容量约束






其中,为换流站中的交流侧有功功率的上/下限、交流侧无功功率上/下限;
一致性约束:VSC交直流两侧应满足相应的耦合一致性关系,注入到换流站交流侧的有功功率与输出到直流侧的有功功率相等如下:



VSC等效为阻抗部分和换流阀部分,内部阻抗等效到交流侧为sj;换流阀看成节点进行等效处理,等效后在交流侧将产生新的节点s,支路sj的阻抗为上述内部等效阻抗,与分别为时段t节点j处输入换流站交流侧的有功/无功功率;为t时段j节点换流站输出到直流侧的有功功率;
向上级电网购电调整功率相关约束:








【专利技术属性】
技术研发人员:高红均王家怡刘友波刘俊勇
申请(专利权)人:四川大学
类型:发明
国别省市:四川;51

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