基于分布式电源出力概率模型的有源配电网无功优化方法技术

本发明专利技术公开了一种基于分布式电源出力概率模型的有源配电网无功优化方法，在本方法中考虑了分布式电源无功出力对配电网无功调节的影响，同时考虑了不同分布式电源之间的相关性，将相关的分布式电源转化为相互独立的，在此基础上，以配电网运行经济性和安全性作为目标函数，在考虑有功损耗的基础上，靠近有载调压变压器调档动作成本和无功补偿电容器投切成本，对其分布式电源及系统中所接无功补偿装置的无功出力进行优化求解。考虑了分布式电源在配电网无功优化中的作用，在进行潮流计算时，计及出力相关性的分布式电源出力情况更符合实际，充分发挥了分布式电源在无功优化方面的作用，可使配电网的无功补偿优化获得更好的优化效果。

【技术实现步骤摘要】
基于分布式电源出力概率模型的有源配电网无功优化方法
本专利技术涉及配电网运行
，尤其涉及一种基于分布式电源出力概率模型的有源配电网无功优化方法，适用于制定有源配电网的运行策略。
技术介绍
随着全球范围内化石能源的逐渐枯竭和环境污染的日益加剧，为了缓解能源危机和保护地球的生态环境，通过可再生清洁能源发电代替传统化石能源，以实现资源节约化和环境友好化。分布式电源具有能源利用率高、环境影响因素小、可靠性高和经济效益好等优点，近年来发展迅速，在配电网中的渗透率逐渐提高，然而，分布式电源在配电网中越来越高的渗透率会造成系统中潮流分布的改变，这对系统损耗和节点电压产生不利影响，导致配电网无功优化变的越来越困难，因此，研究考虑分布式电源出力不确定性影响下的配电网无功优化具有重要的理论和实践价值。现有的有源配电网无功优化主要在考虑分布式电源有功出力不确定性的基础上，通过调节有载调压变压器的分接头和投切电容器等无功补偿装置来进行无功补偿。只考虑了分布式电源有功出力对有源配电网无功优化的影响，并未考虑到有源配电网中分布式电源可通过控制并网逆变器的无功出力为电网提供电压支撑和无功补偿。同时，现有的分布式电源出力不确定性的解决方案主要有对分布式电源出力的随机性进行恒定化处理、多场景划分以及通过点估计、状态变换等方法对分布式电源的出力进行近似描述等。在处理过程中将各个分布式电源看作是相互独立的，并没有考虑到分布式电源之间出力存在相关性的问题。
技术实现思路
本专利技术目的就是为了弥补已有技术的缺陷，提供一种基于分布式电源出力概率模型的有源配电网无功优化方法，在解决分布式电源出力不确定性时，考虑了分布式电源之间出力的相关性问题，还考虑了分布式电源在有源配电网无功优化过程中的无功调节能力，以配电网整体运行经济性最优为目标，优化有源配电网中分布式电源与无功补偿装置的无功出力。本专利技术在优化模型中考虑了分布式电源的无功出力对有源配电网无功优化的影响。在解决含分布式电源的配电网潮流计算时，通过三阶多项式正态变换解决分布式电源出力之间存在相关性的问题。充分发挥了分布式电源在无功优化方面的作用，在进行潮流计算时，分布式电源出力情况也更符合实际。本专利技术是通过以下技术方案实现的：一种基于分布式电源出力概率模型的有源配电网无功优化方法，具体包括以下步骤：(1)建立计及分布式电源无功出力的配电网无功补偿优化数学模型；(2)通过步骤(1)建立的数学模型确定分布式电源之间的相关性关系，通过三阶多项式正态变换解决分布式电源的相关性问题，采用三点估计法进行概率潮流计算；(3)采用自适应粒子群算法进行求解，输出最优有源配电网无功优化方案。所述步骤(1)具体过程如下：1)目标函数以配电网运行的经济性和安全性最优为目标，建立多目标配电网无功补偿优化数学模型；经济性目标为配电网运行成本最低，其中包括了配电网损耗和调压带来的成本，安全性目标为配电网节点电压偏差最小，所述多目标配电网无功补偿优化数学模型的目标函数由式(1)表示minf＝λ1C+λ2ΔU(1)式中，C为有源配电网的运行成本，ΔU为有源配电网的电压偏差，λ1、λ2分别为有源配电网的运行成本和电压偏差权重系数；有源配电网的运行成本C包括配电网某时段的总有功损耗的损失、有载调压变压器调档动作成本CTAP、无功补偿电容器投切成本CC以及并网的分布式电源k的调节成本CDG，k；其中，有载调压变压器调档动作成本CTAP、无功补偿电容器投切成本CC以及并网的分布式电源k的调节成本CDG，k分别通过式(2)(3)(4)进行计算式中，Gij、δij为节点i和节点j之间的电导和相角差；Cec、LTAP为变压器安装成本和使用年限；ΔTTAP、r为变压器档位调节次数及允许调档的最大次数；Cssp、LC为电容器设备费用及使用年限；ΔQC，t为电容器时间t的无功变化量；kDG、QDG，t为分布式电源输出单位无功功率的费用及时间t的无功输出值；2)约束条件多目标配电网无功补偿优化的约束条件包括潮流约束、节点电压约束、分布式电源以及无功补偿装置的出力约束以及无功补偿装置的投切次数约束。所述步骤(2)具体内容如下：采用三阶多项式正态变换方法，将非正态相关的多维随机变量变换到正态不相关的变量空间，在正态不相关的变量空间中取采样点，最后将这些采样点通过逆变换重新变换到非正态相关的变量空间中，通过三点估计法求解概率潮流，具体如下：定义随机变量向量D＝[vT，rT]T＝[D1，D2···DM]T，变量组D的相关系数矩阵RD是2组变量的相关系数矩阵RW和RPV组成的对角分块矩阵；首先，在独立的标准正态空间S中选择采样点，每个分量Si都都服从标准正态分布，其均值为0，标准差为1，偏度为0，峰度为3，对于分量Si，在其他的分量都取均值时，其采样值ξSi，z由式(6)表示式中，z＝1，2；λSi，3和λSi，4分别为随机变量组Si中分量Si，z的偏度和峰度；z为采样点的序号，每个变量取2个采样点；随机变量组S中的其他变量取均值，分量Si取ξSi,z时构成一个采样点，得z＝1,2两个采样点；当所有变量都取均值时得到一个特殊的采样点，即得到第i个变量的三个采样值；通过式(7)进行逆变换，将采样点从空间S中转换到相关的标准正态空间Z中Z＝LS(7)式中，下三角阵L是相关系数阵Rz的cholesky分解；其中，变量组Z的相关系数矩阵Rz由相关系数矩阵RD变换得到式中，σDi和σDj分别为Di和Dj的标准差；μDi和μDj分别为Di和Dj的期望值；a0,i，a1,i，a2,i，a3,i和a0,j，a1,j，a2,j，a3,j为由Zi变为Di和Zj变为Dj的变换系数；变换系数通过求随机变量的Di概率加权矩得到βr,i＝E(Di(F(Di))r)(9)式中，βr,i为随机变量Di的r阶加权矩；E(·)为随机变量的期望函数；F(Di)为随机变量Di的边际概率分布函数；λr,i为随机变量Di的r阶线性矩；在得到相关的标准正态空间Z的基础上，用一个标准正态分布变量Zi的三阶多项式通过公式(12)得到相关的非正态分布变量D在得到Si，z变换到空间D中的Di，z后，将Di，z代入潮流方程，求得系统有功损耗和节点电压偏差的三个估计值Ploss(i，1)，Ploss(i，2)，Ploss(i，3)和ΔU(i，1)，ΔU(i，2)，ΔU(i，3)，配电网的系统有功损耗和节点电压偏差通过式(13)求解式中，ωSi，z为采样点的函数值对应的权重。所述的自适应粒子群算法的速度、位置更新公式如式(16)(17)式中，ω为惯性权重；c1、c2为学习因子；i＝1,2···N为群体中粒子本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于分布式电源出力概率模型的有源配电网无功优化方法，其特征在于：具体包括以下步骤：/n(1)建立计及分布式电源无功出力的配电网无功补偿优化数学模型；/n(2)通过步骤(1)建立的数学模型确定分布式电源之间的相关性关系，通过三阶多项式正态变换解决分布式电源的相关性问题，采用三点估计法进行概率潮流计算；/n(3)采用自适应粒子群算法进行求解，输出最优有源配电网无功优化方案。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于分布式电源出力概率模型的有源配电网无功优化方法，其特征在于：具体包括以下步骤：
(1)建立计及分布式电源无功出力的配电网无功补偿优化数学模型；
(2)通过步骤(1)建立的数学模型确定分布式电源之间的相关性关系，通过三阶多项式正态变换解决分布式电源的相关性问题，采用三点估计法进行概率潮流计算；
(3)采用自适应粒子群算法进行求解，输出最优有源配电网无功优化方案。


2.根据权利要求1所述的一种基于分布式电源出力概率模型的有源配电网无功优化方法，其特征在于：所述步骤(1)具体过程如下：
1)目标函数
以配电网运行的经济性和安全性最优为目标，建立多目标配电网无功补偿优化数学模型；
经济性目标为配电网运行成本最低，其中包括了配电网损耗和调压带来的成本，安全性目标为配电网节点电压偏差最小，所述多目标配电网无功补偿优化数学模型的目标函数由式(1)表示
minf＝λ1C+λ2ΔU(1)
式中，C为有源配电网的运行成本，ΔU为有源配电网的电压偏差，λ1、λ2分别为有源配电网的运行成本和电压偏差权重系数；
有源配电网的运行成本C包括配电网某时段的总有功损耗的损失、有载调压变压器调档动作成本CTAP、无功补偿电容器投切成本CC以及并网的分布式电源k的调节成本CDG，k；
其中，有载调压变压器调档动作成本CTAP、无功补偿电容器投切成本CC以及并网的分布式电源k的调节成本CDG，k分别通过式(2)(3)(4)进行计算









式中，Gij、δij为节点i和节点j之间的电导和相角差；Cec、LTAP为变压器安装成本和使用年限；ΔTTAP、r为变压器档位调节次数及允许调档的最大次数；Cssp、LC为电容器设备费用及使用年限；ΔQC，t为电容器时间t的无功变化量；kDG、QDG，t为分布式电源输出单位无功功率的费用及时间t的无功输出值；
2)约束条件
多目标配电网无功补偿优化的约束条件包括潮流约束、节点电压约束、分布式电源以及无功补偿装置的出力约束以及无功补偿装置的投切次数约束。


3.根据权利要求1所述的一种基于分布式电源出力概率模型的有源配电网无功优化方法，其特征在于：所述步骤(2)具体内容如下：
采用三阶多项式正态变换方法，将非正态相关的多维随机变量变换到正态不相关的变量空间，在正态不相关的变量空间中取采样点，最后将这些采样点通过逆变换重新变换到非正态相关的变量空间中，通过三点估计法求解概率潮流，具体如下：
定义随机变量向量D＝[vT，rT]T＝[D1，D2···DM]T，变量组D的相关系数矩阵RD是2组变量的相关系数矩阵RW和RPV组成的对角分块矩阵；



首先，在独立的标准正态空间S中选择采样点，每个分量Si都都服从标准正态分布，其均值为0，标准差为1，偏度为0，峰度为3，对于分量Si，在其他的分量都取均值时，其采样值ξSi，z由式(6)表示



式中，z＝1，2；λSi，3和λSi，4分别为随机变量组Si中分量Si，z的偏度和峰度；z为采样点的序号，每个变量取2个采样点；
随机变量组S中的其他变量取均值，分量Si取ξSi,z时构成一个采样点，得z＝1,2两个采样点；当所有变...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘洪，赵皓冉，
申请(专利权)人：天津大学合肥创新发展研究院，
类型：发明
国别省市：安徽;34