基于弹性力学映射的配电网优化配置方法、系统及终端技术方案

本发明专利技术提供了一种基于弹性力学映射的配电网优化配置方法及系统，包括：构建电力系统弹性映射模型；基于所述弹性映射模型，构建智能软开关等效模型；采用双层优化算法对所述智能软开关等效模型的位置、容量以及控制策略进行优化，完成对配电网的优化配置。同时提供了一种相应的终端及介质。本对智能软开关的正常运行及供电恢复状态建立等效模型；为最大化智能软开关对供能弹性的提升作用，同时考虑正常运行及供电恢复状态的优化配置；为解决配电网的优化配置文体，提出了双层优化算法进行求解。解。解。

【技术实现步骤摘要】
基于弹性力学映射的配电网优化配置方法、系统及终端


[0001]本专利技术涉及智能电网
，具体地，涉及一种基于弹性力学映射的配电网 优化配置方法、系统及终端、介质。

技术介绍

[0002]飓风，地震，洪水等灾害频繁发生，电力系统运行的不确定性、开放性和复杂 性逐渐增加，对电网的持续稳定供电带来了前所未有的挑战。智能电网技术的发展 下，微电网、分布式电源和电力电子设备使配电网更加脆弱，易受扰动的影响，配 电网迫切需要提高其供能弹性。近年来，提高电力系统的弹性已成为许多国家的当 务之急。在配电网调度中，提高电力系统弹性的措施主要集中于扰动前的预防措施 和扰动后的恢复措施。由于控制中心很难获得实时运行数据并在发生干扰时立即采 取措施，因此系统需要根据自身的特性和运行状态进行防御和恢复。
[0003]智能软开关(Soft Open Points,SOP)作为全控型电力电子器件，通常代替 联络开关，在正常运行状态有效控制有功分布，补偿无功功率并调节电压，调整功 率分配。供电恢复过程中通过改变控制模式，限制短路电流并提供电压支持，从而 缩短了供电所需的时间，并减少了故障影响的范围。利用智能电网技术使电力系统 更有效地运行和恢复负载，来提高其弹性，这符合SOP的特性，因此可以利用其在 正常运行和故障后的作用来提高电力系统对干扰的抵抗力以及从故障中恢复的能 力，从而增强了配电网的弹性。因此提出面向弹性提升的配电网优化配置方案，旨 在最大程度地增强弹性。
[0004]与输电网相比，配电网与负荷紧密相连，应对干扰的能力较弱，且配电网络的 复杂性增加了配电网弹性研究的难度。因此，配电网弹性的合理评估可以有效地减 少停电范围，对安全，经济，环境和社会具有重要意义。但是现有技术中鲜少有对 配电网弹性的研究。目前没有发现同本专利技术类似技术的说明或报道，也尚未收集到 国内外类似的资料。

技术实现思路

[0005]本专利技术针对现有技术中存在的上述不足，提供了一种基于弹性力学映射的配电 网优化配置方法、系统及终端、介质。
[0006]根据本专利技术的一个方面，提供了一种基于弹性力学映射的配电网优化配置方法， 包括：
[0007]基于力学弹簧模型中弹簧受力、位移以及弹性系数之间的关系，根据电力系统 潮流计算公式进行映射，构建电力系统供能弹性映射模型；
[0008]基于所述电力系统供能弹性映射模型，构建智能软开关正常运行及供电恢复状 态等效模型；
[0009]采用双层优化算法对所述智能软开关等效模型的位置、容量以及控制策略进行 优化，完成对配电网的优化配置，实现电力系统供能弹性的提升。
[0010]优选地，所述基于力学弹簧模型中弹簧受力、位移以及弹性系数之间的关系， 根
据电力系统潮流计算公式进行映射，构建电力系统供能弹性映射模型，包括：
[0011]根据电力系统的静态潮流方程，结合力学弹簧模型中力的大小和方向，基于映 射准则，将电力系统的弹性网络分支映射为两自由度弹性分支；其中：
[0012]所述映射准则为：电力系统各弹性网络分支的x、y轴方向对应两自由度弹性支路 的平面坐标系xy轴；电力系统各弹性网络分支的功率的的xy方向分量S
x
、S
y
对应两自 由度弹性支路的弹力F
x
、F
y
；电力系统各弹性网络分支的的电压降落的xy方向分量 U
x
、U
y
对应两自由度弹性支路的形变量Δx、Δy；
[0013]所述电力系统的静态潮流方程为：
[0014][0015][0016]U
x
＝e
i
‑
e
j
[0017]U
y
＝f
i
‑
f
j
[0018][0019]其中，P
ij
表示线路传输的有功功率，Q
ij
表示线路传输的无功功率，r
ij
表示线路电 阻，x
ij
表示线路电抗，S
ij
表示视在功率，z
ij
表示线路阻抗，e
i
，e
j
，f
i
和f
j
分别是节 点i和j电压的实部和虚部，表示节点i的电压向量，表示节点j的电压向量，U
x
表示电压降方向上的分量，U
y
而表示电压降在y方向上的分量；
[0020]将视在功率S
ij
在电压的x和y方向上分解成S
x
和S
y
，得到：
[0021]S
ij2
＝P
ij2
+Q
ij2
＝S
x2
+S
y2
；
[0022]将电力系统的各弹性网络分支映射到物理弹簧系统中：
[0023]在x方向
[0024]在y方向
[0025]其中，F
x
表示根据映射关系由功率耦合量映射而来的x方向受力，Δx表示直角坐标 系下由电压降的x方向分量映射而来的x方向位移，F
y
表示根据映射关系由功率耦合量 映射而来的y方向受力，Δy表示直角坐标系下由电压降的y方向分量映射而来的y方向 位移；
[0026]由于弹簧形变产生的弹性势能是力对位移的积分，以此映射计算两自由度弹簧的弹 性势能E
l
为：
[0027][0028]计算两自由度弹簧分支的映射弹性势能E
ij
为：
[0029][0030]设电力系统弹性网络由n个分支组成，则电力系统的弹性总势能E
l∑
为：
[0031][0032]计算电力系统的等效受力的合力F
eq
为：
[0033][0034]构造电力系统供能弹性映射模型的等效弹性系数k
eq
为：
[0035][0036]对得到的所述电力系统功能弹性映射模型的等效弹性系数进行多阶段评估，得 到所述电力系统功能弹性映射模型的等效弹性系数的评估指标。
[0037]优选地，所述基于所述电力系统供能弹性映射模型，构建智能软开关正常运行 及供电恢复状态等效模型，包括：
[0038]智能软开关正常运行状态下，采用PQ
‑
V
dc
Q控制模式实现馈线间功率的控制；
[0039]基于VSC(电压源换流器)的传输功率，结合广域测量系统(WAMS)，计算所 述电力系统供能弹性映射模型x和y方向的等效受力；
[0040]基于所述电力系统供能弹性映射模型的映射关系的等效受力和等效形变，经过 含智能软开关支路和其余支路的受力和能量的叠加，计算电力系统正常运行状态下 的等效弹性系数k0；
[0041]当电力系统出现故障时，智能软开关响应恢复本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于弹性力学映射的配电网优化配置方法，其特征在于，包括：基于力学弹簧模型中弹簧受力、位移以及弹性系数之间的关系，根据电力系统潮流计算公式进行映射，构建电力系统供能弹性映射模型；基于所述电力系统供能弹性映射模型，构建智能软开关正常运行及供电恢复状态等效模型；采用双层优化算法对所述智能软开关等效模型的位置、容量以及控制策略进行优化，完成对配电网的优化配置，实现电力系统供能弹性的提升。2.根据权利要求1所述的基于弹性力学映射的配电网优化配置方法，其特征在于，所述基于力学弹簧模型中弹簧受力、位移以及弹性系数之间的关系，根据电力系统潮流计算公式进行映射，构建电力系统供能弹性映射模型，包括：根据电力系统的静态潮流方程，结合力学弹簧模型中力的大小和方向，基于映射准则，将电力系统的弹性网络分支映射为两自由度弹性分支；其中：所述映射准则为：电力系统各弹性网络分支的x、y轴方向对应两自由度弹性支路的平面坐标系xy轴；电力系统各弹性网络分支的功率的的xy方向分量S
x
、S
y
对应两自由度弹性支路的弹力F
x
、F
y
；电力系统各弹性网络分支的的电压降落的xy方向分量U
x
、U
y
对应两自由度弹性支路的形变量Δx、Δy；所述电力系统的静态潮流方程为：所述电力系统的静态潮流方程为：U
x
＝e
i
‑
e
j
U
y
＝f
i
‑
f
j
其中，P
ij
表示线路传输的有功功率，Q
ij
表示线路传输的无功功率，r
ij
表示线路电阻，x
ij
表示线路电抗，S
ij
表示视在功率，z
ij
表示线路阻抗，e
i
，e
j
，f
i
和f
j
分别是节点i和j电压的实部和虚部，表示节点i的电压向量，表示节点j的电压向量，U
x
表示电压降方向上的分量，U
y
而表示电压降在y方向上的分量；将视在功率S
ij
在电压的x和y方向上分解成S
x
和S
y
，得到：S
ij2
＝P
ij2
+Q
ij2
＝S
x2
+S
y2
；将电力系统的各弹性网络分支映射到物理弹簧系统中：在x方向在y方向其中，F
x
表示根据映射关系由功率耦合量映射而来的x方向受力，Δx表示直角坐标系下
由电压降的x方向分量映射而来的x方向位移，F
y
表示根据映射关系由功率耦合量映射而来的y方向受力，Δy表示直角坐标系下由电压降的y方向分量映射而来的y方向位移；由于弹簧形变产生的弹性势能是力对位移的积分，以此映射计算两自由度弹簧的弹性势能E
l
为：计算两自由度弹簧分支的映射弹性势能E
ij
为：设电力系统弹性网络由n个分支组成，则电力系统的弹性总势能E
l∑
为：计算电力系统的等效受力的合力F
eq
为：构造电力系统供能弹性映射模型的等效弹性系数k
eq
为：对得到的所述电力系统功能弹性映射模型的等效弹性系数进行多阶段评估，得到所述电力系统功能弹性映射模型的等效弹性系数的评估指标。3.根据权利要求1所述的基于弹性力学映射的配电网优化配置方法，其特征在于，所述基于所述电力系统供能弹性映射模型，构建智能软开关正常运行及供电恢复状态等效模型，包括：智能软开关正常运行状态下，采用PQ
‑
V
dc
Q控制模式实现馈线间功率的控制；基于VSC的传输功率，结合广域测量系统，计算所述电力系统供能弹性映射模型x和y方向的等效受力；基于所述电力系统供能弹性映射模型的映射关系的等效受力和等效形变，经过含智能软开关支路和其余支路的受力和能量的叠加，计算电力系统正常运行状态下的等效弹性系数k0；当电力系统出现故障时，智能软开关响应恢复供电；基于广域测量系统测得的控制电压，得到含智能软开关支路的受力和能量；将智能软开关支路和其余支路的等效弹性势能进行叠加，通过力的分解与合成计算出当前供电恢复状态下的等效弹性系数；在所有N
‑
1故障下，按照上述步骤计算电力系统在供电恢复状态下的等效弹性系数k1；基于所述等效弹性系数k0和k1，计算出含智能软开关的电力系统的供能弹性，进而构建得到智能软开关正常运行及供电恢复状态等效模型。4.根据权利要求1所述的基于弹性力学映射的配电网优化配置方法，其特征在于，所述采用双层优化算法对所述智能软开关等效模型的位置、容量以及控制策略进行优化，包括：
将所述智能软开关等效模型的优化配置问题转化为混合整数非线性问题，其中，所述智能软开关等效模型的容量和位置变量均为整数值，而控制变量为给定范围内的任意值；构建智能软开关对电力系统供能弹性提升效果最大化的目标函数；构建双层优化算法，其中，所述双层优化算法的上层用于解决从候选位置和给定总容量中分配智能软开关的优化问题，所述双层优化算法的下层用于解决收到上层约束的智能软开关的运行控制策略优化问题；基于所述双层优化算法，在确定了下层的运行控制策略后，将此时的弹性值返回上层，迭代此过程，直至目标函数达到最佳结果，完成所述智能软开关等效模型的优化。5.根据权利要求4所述的基于弹性力学映射的配电网优化配置方法，其特征在于，所述构建智能软开关对电力系统供能弹性提升效果最大化的目标函数，包括：对得到的所述电力系统功能弹性映射模型的等效弹性系数进行多阶段评估，得到电力系统弹性的评估指标，将最大化所述评估指标作为目标函数；构建表示最大化智能软开关对配电网弹性提升效果的目标函数为：max Res(x)
ꢀꢀꢀꢀ
(1)其中，x为智能软开关位置和容量的决策变量的集合；建立所述目标函数的约束方程，包括：潮流约束方程、安全约束方程和智能软开关运行约束方程；其中：所述潮流约束方程采用直角坐标表示为：为：e
i2
+f
i2
＝U
i2
ꢀꢀꢀꢀꢀ
(4)其中，N(i)表示连接到节点i的节点；e
i
，e
j
，f
i
和f
j
分别是节点i和j电压的实部和虚部；G
ij
和B
ij
代表支路的电导和电纳；P
i
和Q
i
是每个节点注入的有功功率和无功功率；所述安全约束方程为：U
imin
＜U
i
＜U
imax
ꢀꢀꢀ
(5)I
l2
＜(I
lmax
)2ꢀꢀꢀ
(6)其中，U
imin
和U
imax
分别是节点i处电压幅度的下限和上限；I
...

【专利技术属性】
技术研发人员：李志浩，赵波，张雪松，唐雅洁，龚迪阳，秦清，李国杰，韩蓓，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：