一种基于二阶锥算法的含风电集群近区电网无功优化方法技术

本发明专利技术涉及电网优化技术领域，具体涉及一种基于二阶锥算法的含风电集群近区电网无功优化方法，解决了对风电集群近区电网权衡多个优化目标，寻求最优解的无功优化方法，建立了含有风电参与的输电网模型，所采用的技术方案为：S1：建立风电近区电网模型；S2：对风电近区电网模型进行二阶锥凸松弛化得到其二阶锥形式；S3：针对风电集群特性，构建风机约束条件；S4：建立基于二阶锥的交流潮流约束方程式；S5：设置风电集群近区电网安全约束；S6：建立目标函数，进行求解；本发明专利技术广泛应用于电网集群近区无功优化技术领域。

【技术实现步骤摘要】
一种基于二阶锥算法的含风电集群近区电网无功优化方法
本专利技术涉及电网优化
，具体涉及一种基于二阶锥算法的含风电集群近区电网无功优化方法。
技术介绍
目前，可再生能源发电、分布式微网在我国发展迅速。大量的分布式电源的接入将会使输电网由传统的单电源结构变成了较为复杂的多电源结构，使输电网的节点电压、潮流分布、网损、稳定性带来了多重挑战。电网对高效灵活、精细的无功潮流调控需求愈加迫切。无功优化控制是指通过优化计算，在满足电网的约束条件的前提下，确定电网内可调无功设备的出力值及投切档位等，找到使系统的网络损耗、电压合格率等多个指标达到最优的控制方案，提升电网的安全性与经济性。在数学上，无功优化是一个非线性规划问题，其控制变量有变压器分接头档位、电容器投切组数等离散变量，和发电机出力、动态无功补偿装置出力等连续变量。当前风电在我国大规模接入，常呈现集群接入模式，由于风电波动性强导致其近区电网无功分布复杂；此外，考虑经济运行要求，风电常以恒功率因数运行，不参与无功调节；导致其近区电网无功调节能力依赖于无功电源支撑和远方无功传输，电压偏差和网损较高。
技术实现思路
本专利技术克服了现有技术存在的不足，提供了一种基于二阶锥算法的含风电集群近区电网无功优化方法，可以对风电集群近区电网权衡多个优化目标，寻求最优解的无功优化方法，建立了含有风电参与的输电网模型，可以在充分利用风电由于安全约束弃风时的无功输出能力，使其加入电网集群近区的无功优化，提升优化效果，降低网损，提升电网运行安全性与经济性。为了解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案为：一种基于二阶锥算法的含风电集群近区电网无功优化方法，包括以下步骤：S1：建立风电近区电网模型；S2：对风电近区电网模型进行二阶锥凸松弛化得到其二阶锥形式；S3：针对风电集群特性，构建风机约束条件；S4：建立基于二阶锥的交流潮流约束方程式；S5：设置风电集群近区电网安全约束；S6：建立目标函数，进行求解。所述步骤S1建立风电近区电网模型的具体步骤如下：S101：输电网交流基础潮流模型如下：式中，Pit和分别代表节点i在t时段的净注入有功功率和无功功率；Vit和分别为时段t节点i和j的电压幅值；为时段t节点i和j电压的相角差；Gij是支路ij的电导值；Bij是支路ij的电纳值；S102：令Pj,Qj分别是节点j的净注入有功功率和无功功率，其值为：式中：Pj.G,Qj.G分别为节点j上发电机的有功出力与无功出力，Pj.D,Qj.D分别为节点j上的有功负荷与无功负荷，Qj.Com表示节点j上无功补偿装置的出力值；S103：建立的交流风电近区电网模型如下：式中：Pij,Pjk和Qij,Qjk分别是节点i(j)到节点j(k)的有功功率和无功功率，i∈(i,j)表示以节点j为末端的首端节点，k∈(j,k)表示以节点j为首端的末端节点，v2j为节点j电压幅值的平方，i2ij为支路ij电流幅值的平方，rij,xij分别是支路ij的电阻值和电抗值，gj,bj分别是节点j对地的电导值和电纳值。所述步骤S2对风电近区电网模型进行二阶锥凸松弛化得到其二阶锥形式具体为：利用二阶锥松弛技术对式(1)交流潮流方程转化并进行凸松弛，引入变量v2i和i2ij，定义如下：式(2)中，Vi为节点i的电压幅值，v2i为节点i电压幅值的平方，Iij为支路ij的电流幅值，i2ij为支路ij电流幅值的平方；在满足模型目标函数是i2ij的增函数和节点负荷无上界等条件下，进行凸松弛得到：其二阶锥表示形式如下：||[2Pij2Qiji2ij-v2i]T||2≤i2ij+v2i(6)。所述步骤S3，针对风电集群特性，构建风机约束条件具体为：双馈风机转子侧电流不能超过其最大值Irmax，因此可得无功功率极限：式中Qsmin、Qsmax为无功下限及无功上限，Us为定子相电压幅值，Xs为定子电抗，Xm为励磁电抗，Ps为定子有功功率；其中DFIG输入到电网的有功功率Pg与其定子侧的有功功率Ps的关系为：Pg＝Ps(1-s)(8)因此有：式中，Ir为转子侧变换器电流；且风机有功出力约束为：Pgmin≤Pg≤Pgmax(10)。所述步骤S4建立基于二阶锥的交流潮流约束方程式：综合上述步骤S1、S2和S3，基于二阶锥的交流潮流约束方程式为：其中m为风电集群内风电场数目，k为风电集群内的同时率，Pn、Qn为单个风电场的有功及无功功率，h为风电场内风机数量。所述步骤S5，设置风电集群近区电网安全约束具体为：S501：设置节点电压和发电机无功功率约束为：式中，Vjmax,Vjmin分别表示节点j电压的允许上、下限值，Ijmax,Ijmin分别表示支路ij电流的上、下限值。Qjmax,Qjmin分别表示位于节点j的发电机无功功率的允许上、下限值；S502：设置OLTC(有载调压变压器)分接头档位调节约束，将OLTC等效为节点处理，即OLTC所在节点电压为可调变量，其调节约束为：将OLTC等效为节点处理，即OLTC所在节点电压为可调变量，其调节约束为：式中，为节点j的电压基准值，NOLTC表示OLTC所在节点的集合，为OLTC当前档位变比的平方值，Mjmax,Mjmin分别表示其上、下限；式中，表示OLTC第k档与k-1档变比平方的差值，即OLTC相邻调节量，是OLTC在时刻t的调节标识0-1变量，据此，OLTC动作次数限制约束为：式中：是OLTC档位调节标识0-1变量，若则表示时刻tOLTC分接头档位向上调节，同理，kmax表示OLTC档位的最大调节范围，为控制周期内OLTC档位调节的最大动作次数；S503：并联电容器组约束设定并联电容组的每组容量一致，通过投切组数实现无功控制，其出力约束为：式中：为t时刻节点j处并联电容器组投入容量，为节点j处每组电容器的补偿容量，为t时刻节点j处电容器投入数量，Kjmax是节点j电容器组的最大补偿运行组数，其动作次数约束为：式中：是电容器投切状态标识0-1变量，表示并联电容器组从t时刻到t+1时刻的动作次数，等于投切组数的数目变化；表示t时刻并联电容器组增加运行数目，表示t时刻并联电容器组减少运行数目，Cjmax为控制周期内电容器组的最大动作次数，Z取不小于Cjmax的正数。所述步骤S6建立目标函数，并求解：以日内的网络总损耗最小为目标，进行优化计算，如下式所示：式中：ploss,t为t时刻的网络损耗；rij为支路ij的电阻值，为t时刻支路ij电流幅值的平方。本专利技术与现有技术相比具有的有益效果是：本专利技术在风电近区电网模型的基础上，考虑到分布式电源风机的无功特性本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于二阶锥算法的含风电集群近区电网无功优化方法，其特征在于，包括以下步骤：/nS1：建立风电近区电网模型；/nS2：对风电近区电网模型进行二阶锥凸松弛化得到其二阶锥形式；/nS3：针对风电集群特性，构建风机约束条件；/nS4：建立基于二阶锥的交流潮流约束方程式；/nS5：设置风电集群近区电网安全约束；/nS6：建立目标函数，进行求解。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于二阶锥算法的含风电集群近区电网无功优化方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：建立风电近区电网模型；
S2：对风电近区电网模型进行二阶锥凸松弛化得到其二阶锥形式；
S3：针对风电集群特性，构建风机约束条件；
S4：建立基于二阶锥的交流潮流约束方程式；
S5：设置风电集群近区电网安全约束；
S6：建立目标函数，进行求解。


2.根据权利要求1所述的一种基于二阶锥算法的含风电集群近区电网无功优化方法，其特征在于，所述步骤S1建立风电近区电网模型的具体步骤如下：
S101：输电网交流基础潮流模型如下：



式中，Pit和分别代表节点i在t时段的净注入有功功率和无功功率；Vit和分别为时段t节点i和j的电压幅值；为时段t节点i和j电压的相角差；Gij是支路ij的电导值；Bij是支路ij的电纳值；
S102：令Pj,Qj分别是节点j的净注入有功功率和无功功率，其值为：



式中：Pj.G,Qj.G分别为节点j上发电机的有功出力与无功出力，Pj.D,Qj.D分别为节点j上的有功负荷与无功负荷，Qj.Com表示节点j上无功补偿装置的出力值；
S103：建立的交流风电近区电网模型如下：



式中：Pij,Pjk和Qij,Qjk分别是节点i(j)到节点j(k)的有功功率和无功功率，i∈(i,j)表示以节点j为末端的首端节点，k∈(j,k)表示以节点j为首端的末端节点，v2j为节点j电压幅值的平方，i2ij为支路ij电流幅值的平方，rij,xij分别是支路ij的电阻值和电抗值，gj,bj分别是节点j对地的电导值和电纳值。


3.根据权利要求1所述的一种基于二阶锥算法的含风电集群近区电网无功优化方法，其特征在于，所述步骤S2对风电近区电网模型进行二阶锥凸松弛化得到其二阶锥形式具体为：
利用二阶锥松弛技术对式(1)交流潮流方程转化并进行凸松弛，引入变量v2i和i2ij，定义如下：



式(2)中，Vi为节点i的电压幅值，v2i为节点i电压幅值的平方，Iij为支路ij的电流幅值，i2ij为支路ij电流幅值的平方；在满足模型目标函数是i2ij的增函数和节点负荷无上界等条件下，进行凸松弛得到：



其二阶锥表示形式如下：
||[2Pij2Qiji2ij-v2i]T||2≤i2ij+v2i(6)。


4.根据权利要求1所述的一种基于二阶锥算法的含风电集群近区电网无功优化方法，其特征在于，所述步骤S3，针对风电集群特性，构建风机约束条件具体为：
双馈风机转子侧电流不能超过其最大值Irmax，因此可得无功功率极限：



式中Qsmin、Qsmax为无功下限及无功上限，Us为定子相电压幅值，Xs为定子电抗，Xm为励磁电抗，Ps为定子有功功率；其中DFIG输入到电网的有功功率Pg与其定子侧的有功功率Ps的关系为：
Pg＝Ps(1-s)(8)
因此有：

【专利技术属性】
技术研发人员：程雪婷，王锬，王玮茹，王金浩，郑惠萍，刘新元，皮军，李蒙赞，张颖，张一帆，薄利明，郝捷，暴悦爽，段伟文，史宇欣，
申请(专利权)人：国网山西省电力公司电力科学研究院，
类型：发明
国别省市：山西;14