计及电压不平衡与谐波补偿的主动配电网优化运行方法技术

本发明专利技术公开了一种计及电压不平衡与谐波补偿的主动配电网优化运行方法，包括以下步骤：步骤1：分析主动配电网中变流器不平衡及谐波补偿特性，得到变流器不平衡及谐波补偿特性约束；步骤2：根据优化运行目标函数、变流器不平衡及谐波补偿特性约束与主动配电网的运行约束建立主动配电网优化运行模型；步骤3：求解优化模型，得出主动配电网中各节点的三相电压，包括三相基波电压与三相谐波电压。本发明专利技术针对主动配电网的运行特点，主要是谐波与电压不平衡，建立了主动配电网优化运行模型，以求解各节点的三相电压的最优解。对搭建或调整主动配电网起到指导意义，通过调整主动配电网中电力电子器件的相关参数，使各节点以三相电压最优解运行。

Optimal operation method of active distribution network considering voltage unbalance and harmonic compensation

The invention discloses an optimized operation method of active distribution network taking voltage unbalance and harmonic compensation into account, which includes the following steps: Step 1: analyze the unbalance and harmonic compensation characteristics of the converter in the active distribution network, and obtain the unbalance and harmonic compensation characteristics constraints of the converter; step 2: according to the optimized operation objective function, the unbalance and harmonic compensation characteristics constraints of the converter and active Step 3: solve the optimization model and get the three-phase voltage of each node in the active distribution network, including three-phase fundamental voltage and three-phase harmonic voltage. According to the operation characteristics of the active distribution network, mainly the imbalance of harmonic and voltage, the invention establishes the optimal operation model of the active distribution network to solve the optimal solution of the three-phase voltage of each node. By adjusting the parameters of the power electronic devices in the active distribution network, each node can operate with the optimal solution of three-phase voltage.

【技术实现步骤摘要】
计及电压不平衡与谐波补偿的主动配电网优化运行方法
本专利技术涉及主动配电网优化运行
，尤其涉及一种计及电压不平衡与谐波补偿的主动配电网优化运行方法。
技术介绍
主动配电网是主要由分布式电源、负荷、储能系统和控制装置构成的配电系统。随着大量分布式电源经变流器接口接入电网，使得传统配电网逐渐转为主动配电网，但是变流器是通过电力电子器件的频繁开通和关断来实现电力变换功能的，其输入输出关系具有明显的非线性特征，开关器件频繁的开通和关断容易产生一系列的谐波分量，对电网造成谐波污染。同时，主动配网中不断增加的非线性负荷(如UPS、开关电源、整流器、变频器、逆变器等)也会导致基波电流发生畸变产生谐波，进一步导致基波电压的畸变，形成谐波电压。除了分布式电源正常运行时变流器必然输出的谐波以外，三相不平衡、直流偏磁等非理想情况也会造成谐波增加。三相不平衡电压和谐波电压不仅使配电网运行损耗增加，还会影响配电设备的正常运行。变流器是分布式电源与配电网连接的关键设备，通过电力电子器件调节能够实现有功传输灵活调控，还能对配电网进行一定的无功和谐波补偿。分布式电源变流器具有三相独立调节能力，可对交流侧三相功率和谐波电流进行分相控制。通过对分布式电源变流器三相功率和谐波电流进行独立调节，可降低主动配电网三相不平衡和谐波电压畸变率。为此研究考虑电压不平衡和谐波的主动配电网运行策略具有重要意义。
技术实现思路
针对上述现有技术的不足，本专利技术提供一种计及电压不平衡与谐波补偿的主动配电网优化运行方法，解决现有技术中缺乏针对主动配电网的优化运行方法的技术问题，能够根据主动配电网的特性建立优化运行模型，能够将优化模型转化为SDP模型以获取全局最优解，能够进一步将SDP模型转化为对偶SDP模型以适应具有大量分布式电源节点的主动配电网。为了解决上述技术问题，本专利技术采用了如下的技术方案：一种计及电压不平衡与谐波补偿的主动配电网优化运行方法，主动配电网中的分布式电源发出的功率经变流器进行谐波补偿后输出，经变流器进行谐波补偿后输出的功率包括基波功率与谐波功率，包括以下步骤：步骤1：分析主动配电网中变流器不平衡及谐波补偿特性，得到变流器不平衡及谐波补偿特性约束；步骤2：根据优化运行目标函数、变流器不平衡及谐波补偿特性约束与主动配电网的运行约束建立主动配电网优化运行模型；步骤3：求解优化模型，得出主动配电网中各节点的三相电压，包括三相基波电压与三相谐波电压。进一步的，变流器不平衡及谐波补偿特性约束如下：上式中，表示分布式电源相的基波有功功率，A、B、C分别表示配网侧的三相；表示分布式电源相的h次谐波功率；H表示最大谐波次数，h∈{5,7...,H}，h为奇数并且不为3的整数倍；为分布式电源相的预测功率；表示变流器相的基波无功功率；表示变流器的基波无功下限值，表示变流器的基波无功上限值；表示变流器相的基波电流；表示变流器相的h次谐波电流；k为谐波电流补偿裕度；表示变流器并网侧相基波电压；Ilim为变流器电流限值。进一步的，同时考虑主动配电网的运行效率与电能质量，将网损、总谐波电压平方和以及总电压不平衡量作为目标函数，并通过线性加权方法将多目标优化问题转化为单目标优化问题，得到优化运行目标函数如下：minf＝ω1floss+ω2fh+ω3fu；(4)式中，ω1、ω2、ω3均表示权重系数，根据实际需要确定；式中，floss表示网损：表示第i个节点相的注入h次谐波功率，当h＝1时，表示第i个节点相的注入1次谐波功率，即基波功率；nb表示主动配电网中节点的总数，i∈{1,2,...,nb}；式中，fh表示总谐波电压平方和：表示第i个节点相的h次谐波电压，当h＝1时，表示第i个节点相的1次谐波电压，即基波电压；式中，fu表示总电压不平衡量：分别表示第i个节点A、B、C相的基波电压向量，j表示虚数单位，e表示自然常数。进一步的，主动配电网的运行约束包括潮流约束与安全运行约束，分别如下：潮流约束：式中，表示第i个节点相的h次谐波电压向量；表示对于第i个节点相来说，由分布式电源发出的h次谐波有功功率；表示对于第i个节点相来说，由分布式电源发出的h次谐波无功功率；表示对于第i个节点相来说，由负荷吸收的h次谐波有功功率；分别表示对于第i个节点相来说，由负荷吸收的h次谐波无功功率；表示第i个节点相的h次谐波电流向量；表示对于第i个节点相来说，由分布式电源注入的h次谐波电流向量；表示对于第i个节点相来说，由负荷吸收的h次谐波电流向量；h∈{1,5,7...,H}，h为奇数并且不为3的整数倍，H表示最大谐波次数；安全运行约束：式中，分别表示第i个节点相的h次谐波电压的上限值、下限值。进一步的，联立公式(1)至公式(7)得到主动配电网优化运行模型，并将主动配电网优化运行模型转化为SDP形式：W≥0；(18)式中，W、Φi,-、ΨAA、ΨAB、ΨAC与均是为了解出结果而提出的数学代量；表示对于第i个节点相来说，由负荷吸收的基波有功功率；表示对于第i个节点相来说，由负荷吸收的基波无功功率；Urate表示额定电压；表第i个节点相的注入电流的限值；Ub表示节点相电压的基准值。进一步的，将SDP形式的主动配电网优化运行模型进一步转化为对偶SDP模型，根据对偶问题的最优解，结合KKT条件平衡节点的电压得到主动配电网优化运行模型的最优解。进一步的，SDP形式的主动配电网优化运行模型的对偶SDP模型如下：式中，分别为式(8)和式(9)的拉格朗日乘子；分别是式(10)和式(12)下界不等式的拉格朗日乘子；分别是约束条件分别为式(10)和式(12)上界不等式的拉格朗日乘子；σA、σB、σC、分别为式(13)-(17)的拉格朗日乘子；矩阵表示矩阵不等式(11)的拉格朗日乘子。进一步的，主动配电网优化运行模型的最优解Uopt表示为：Uopt＝(ξ1+ξ2·i)(u1+u2·i)；(21)通过式(20)算出拉格朗日乘子，然后得到矩阵Aopt，矩阵Aopt表示计算过程中的数学代量，再计算矩阵Aopt的特征值和特征向量，那么，式(21)中，u1、u2分别表示矩阵A的两个特征向量；ξ1和ξ2为根据KKT条件或平衡节点的电压确定的系数；i表示第i个节点，i∈{1,2,...,nb}，nb表示主动配电网中节点的总数。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：1、本专利技术针对主动配电网的运行特点，主要是谐波与电压不平衡，建立了主动配电网优化运行模型，以求解满足目标函数的主动配电网中各节点的三相电压的最优解，即各节点以三相电压最优解运行，可使得在约束条件下的目标函数的值最小。这样，对搭建或调整主动配电网起到指本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种计及电压不平衡与谐波补偿的主动配电网优化运行方法，主动配电网中的分布式电源发出的功率经变流器进行谐波补偿后输出，经变流器进行谐波补偿后输出的功率包括基波功率与谐波功率，其特征在于，包括以下步骤：/n步骤1：分析主动配电网中变流器不平衡及谐波补偿特性，得到变流器不平衡及谐波补偿特性约束；/n步骤2：根据优化运行目标函数、变流器不平衡及谐波补偿特性约束与主动配电网的运行约束建立主动配电网优化运行模型；/n步骤3：求解优化模型，得出主动配电网中各节点的三相电压的最优解，包括三相基波电压与三相谐波电压。/n

【技术特征摘要】
1.一种计及电压不平衡与谐波补偿的主动配电网优化运行方法，主动配电网中的分布式电源发出的功率经变流器进行谐波补偿后输出，经变流器进行谐波补偿后输出的功率包括基波功率与谐波功率，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：分析主动配电网中变流器不平衡及谐波补偿特性，得到变流器不平衡及谐波补偿特性约束；
步骤2：根据优化运行目标函数、变流器不平衡及谐波补偿特性约束与主动配电网的运行约束建立主动配电网优化运行模型；
步骤3：求解优化模型，得出主动配电网中各节点的三相电压的最优解，包括三相基波电压与三相谐波电压。


2.根据权利要求1所述的计及电压不平衡与谐波补偿的主动配电网优化运行方法，其特征在于：变流器不平衡及谐波补偿特性约束如下：









上式中，表示分布式电源相的基波有功功率，A、B、C分别表示配网侧的三相；表示分布式电源相的h次谐波功率；H表示最大谐波次数，h∈{5,7...,H}，h为奇数并且不为3的整数倍；为分布式电源相的预测功率；表示变流器相的基波无功功率；表示变流器的基波无功下限值，表示变流器的基波无功上限值；表示变流器相的基波电流；表示变流器相的h次谐波电流；k为谐波电流补偿裕度；表示变流器并网侧相基波电压；Ilim为变流器电流限值。


3.根据权利要求2所述的计及电压不平衡与谐波补偿的主动配电网优化运行方法，其特征在于：同时考虑主动配电网的运行效率与电能质量，将网损、总谐波电压平方和以及总电压不平衡量作为目标函数，并通过线性加权方法将多目标优化问题转化为单目标优化问题，得到优化运行目标函数如下：
minf＝ω1floss+ω2fh+ω3fu；(4)
式中，ω1、ω2、ω3均表示权重系数，根据实际需要确定；
式中，floss表示网损：表示第i个节点相的注入h次谐波功率，当h＝1时，表示第i个节点相的注入1次谐波功率，即基波功率；nb表示主动配电网中节点的总数，i∈{1,2,...,nb}；
式中，fh表示总谐波电压平方和：表示第i个节点相的h次谐波电压，当h＝1时，表示第i个节点相的1次谐波电压，即基波电压；
式中，fu表示总电压不平衡量：分别表示第i个节点A、B、C相的基波电压向量，j表示虚数单位，e表示自然常数。


4.根据权利要求3所述的计及电压不平衡与谐波补偿的主动配电网优化运行方法，其特征在于：主动配电网的运行约束包括潮流约束与安全运行约束，分别如下：
潮流约束：






式中，表示第i个节点相的h次谐波电压向量；表示对于第i个节点相来说，由分布式电源发出的h次谐波有功功率；表示对于第i个节点相来说，由分布式电源发出的h次谐波无功功率；表示对于第i个节点相来说，由负荷吸收的h次谐波有功功率；分别表示对于第i个节点相来说，由负荷吸收的h次谐波无功功率；表示第i个节点相的h次谐波电流向量；表示对于第i个节点相来说，由分布式电源注入的h次谐波电流向量；表示对于第i个节点相来说，由负荷吸收的h次谐波电流向...

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡建军，朱英伟，王鹏，侯健生，张丽娜，邱璐，龚丽，邹家阳，黄俊威，王千，郑庆，蒋姝莹，
申请(专利权)人：金华电力设计院有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33