基于Zbus矩阵的梯度法配电网分布式电源选址定容方法技术

一种基于Zbus矩阵的梯度法配电网分布式电源选址定容方法，基于配电网网损理论，提出一种梯度法选址定容模型；依据三相配电网模型，构建基于三相配电网Zbus矩阵的以网损最小化和接入配电网分布式电源总功率最小化为多目标的选址定容方法；本发明专利技术在选址定容优化的同时能处理三相不平衡问题，优化节点电压、传输线电流使其符合对应约束条件。并且这一选址定容方法可以处理网格形的配电网，具有较高的理论性和可解释性，间接提高了电网运行的经济效益，具有一定的实际应用价值。具有一定的实际应用价值。具有一定的实际应用价值。

A gradient method based on ZBUS matrix for location and capacity determination of distributed generation in distribution network

【技术实现步骤摘要】
基于Zbus矩阵的梯度法配电网分布式电源选址定容方法


[0001]本专利技术涉及一种配电网分布式电源选址定容方法，属于电力系统相关
；具体涉及一种基于Zbus矩阵的梯度法配电网分布式电源选址定容方法。

技术介绍

[0002]分布式发电(Distributed Generations，DG)可以有效利用各种规模较小的分散能源进行发电。包括可再生能源在内的多种分布式发电接入配电网对经济、环保等各方面都有贡献。研究表明，电力系统中高达70％的总损耗与配电网有关，近年来，分布式电源接入也成为了除电网重构和电容器布置之外，另一个配电网降损技术。因此不论是对于全球碳排放量控制，还是在降低电网损耗、节约能源方面，分布式能源接入电网都是一种发展趋势。
[0003]但实际工程中，分布式电源选址问题很少参考配电网本身的性质，同时现有的以降低有功网损或减少外部电网的输送功率为目标的选址定容方法，常常忽略了选址问题，直接选定某几个节点接入分布式电源并做最优化。
[0004]即使参考了网损对PQ节点负荷或DG输出功率的相关偏导或灵敏度信息，选取了一批PQ节点进行优化网损最优化，依然没有考虑到在优化过程中DG输出功率的相关偏导或灵敏度信息本身发生变化的问题。因此，本专利技术尝试解决这一优化过程中存在的问题。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提供一种基于Zbus矩阵的梯度法配电网分布式电源选址定容方法，用于在解决选址定容问题的同时，兼顾理论性和可解释性，为配电网有功网损优化提供新的规划方法。/>[0006]本专利技术的技术方案是：一种基于Zbus矩阵的梯度法配电网分布式电源选址定容方法，其特征在于，分布式电源以PQ控制的形式由PQ节点并联接入配电网，最终按优化结果分配每个节点每相的有功及无功完成配电网最优选址定容；
[0007]该方法包括以下步骤：
[0008]步骤1)，根据配电网系统初始化并构建Ybus、Zbus矩阵；
[0009]步骤2)，初始化每个节点每一相有功及无功分布式电源接入容量向量；
[0010]步骤3)，设置总分布式电源并网容量限制及各节点每相有功无功DG并网容量限制；
[0011]步骤4)，将各个并网分布式电源功率处理成等效负荷，计算三相潮流，储存各节点各相电压与相角，计算总网损对各节点每相等效有功无功负荷偏导；
[0012]遍历所有有功无功负荷偏导，选择不被禁止增加DG出力、同时未达到出力上限的两个最大有功无功负荷偏导节点位置，
[0013]步骤5)，对节点内三个相DG有功无功出力6个位置循环运行重置L参数的凸优化梯度下降法搜索本步骤中的增加的DG出力功率，使得节点偏导数值降低到步骤4中第二大偏
导数值以下，并使上述两个最大偏导数值尽量接近，重新计算三相潮流；
[0014]步骤6)，检测步骤5中增加的DG出力功率是否导致某相电压幅值超过电网电压幅值标准，若是，则跳转到步骤9，反之执行步骤7；
[0015]步骤7)，检测步骤5中增加的DG出力功率是否导致某传输线载流量约束越界，若是，则跳转到步骤9，反之执行步骤8；
[0016]步骤8)，检测步骤5中增加的DG出力功率是否超出本节点DG注入功率约束，若是，则跳转到步骤9，反之执行步骤10；
[0017]步骤9)，设置新的DG出力上限，并将该位置DG出力功率数值利用二分搜索修改为上下界的平均值，跳转到步骤4；
[0018]步骤10)，设置新的DG出力下限，检测步骤5中增加的DG出力功率是否导致总DG并网功率超出约束，若否，则跳转到步骤4，反之结束选址定容问题求解，输出每个节点每相的有功或无功DG接入容量序列。
[0019]优选的，分布式发电接入配电网有功网损优化的数学模型可以表示为：
[0020]min P
Loss
(V
ip
，θ
ip
，P
ip
，Q
ip
)
[0021]s.t.∑P
DG_ip
+∑Q
DG_ip
＝M
[0022][0023][0024]V
min
≤|V
ip
|≤V
max
[0025]I
min
≤|I
kp
|≤I
max
[0026][0027]其中：
[0028]P
Loss
为目标函数配电网总有功网损；i与j表示节点序数，p为相序号；
[0029]P
DG_ip
，Q
DG_ip
为节点i，p相的分布式发电接入有功与无功功率，
[0030]M为整个系统的分布式发电接入功率之和为一可变常数；
[0031]P
ip
，Q
ip
为节点i，p相的等效有功与无功负荷，
[0032]V
ip
，V
jp
为节点f与j，p相的电压幅值，
[0033]δ
ip
，δ
jp
为节点i与j，p相电压相角，
[0034]G
ip
‑
jp
，B
ip
‑
jp
为Ybus矩阵对应ip行jp列上的自导纳、互导纳的实部与虚部，
[0035]V
max
，V
min
，I
max
，I
min
为电压偏差约束与传输线载流量约束上下限，
[0036]I
kp
为第k条传输线上p相的载流量，
[0037]V
UFi
，V
UFmax
为节点i电压三相不平衡度与其约束；
[0038]分布式发电接入配电网有功网损优化的数学模型中，
[0039]等式约束为潮流方程，
[0040]不等式约束包括传输线的载流量、电压偏差和三相不平衡约束。
[0041]优选的，所述步骤1)中，构建配电网的三相Ybus、Zbus矩阵方法如下：
[0042]参见图1，含两个相的传输线模型，相内阻抗为Z
ij
和Z
kn
，相间阻抗为Z
ij
‑
kn
；记传输线四个端点端电压为V
i
，V
j
，V
k
，V
n
，两个相上的电流按端点标记为I
i
和I
k
，其关系为；
[0043][0044]整理得：
[0045][0046]将其中的Z矩阵转置为Y矩阵并左乘，记由上述相内阻抗Z
ij
，Z
kn
，相间阻抗Z
ij
‑
kn
构成的矩阵转置后矩阵对应位置上的数值为y
ij...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于Zbus矩阵的梯度法配电网分布式电源选址定容方法，其特征在于，分布式电源以PQ控制的形式由PQ节点并联接入配电网，最终按优化结果分配每个节点每相的有功及无功完成配电网最优选址定容；包括以下步骤：步骤1)，根据配电网系统初始化并构建Ybus、Zbus矩阵；步骤2)，初始化每个节点每一相有功及无功分布式电源接入容量向量；步骤3)，设置总分布式电源并网容量限制及各节点每相有功无功DG并网容量限制；步骤4)，将各个并网分布式电源功率处理成等效负荷，计算三相潮流，储存各节点各相电压与相角，计算总网损对各节点每相等效有功无功负荷偏导；遍历所有有功无功负荷偏导，选择不被禁止增加DG出力、同时未达到出力上限的两个最大有功无功负荷偏导节点位置，步骤5)，对节点内三个相DG有功无功出力6个位置循环运行重置L参数的凸优化梯度下降法搜索本步骤中的增加的DG出力功率，使得节点偏导数值降低到步骤4中第二大偏导数值以下，并使上述两个最大偏导数值尽量接近，重新计算三相潮流；步骤6)，检测步骤5中增加的DG出力功率是否导致某相电压幅值超过电网电压幅值标准，若是，则跳转到步骤9，反之执行步骤7；步骤7)，检测步骤5中增加的DG出力功率是否导致某传输线载流量约束越界，若是，则跳转到步骤9，反之执行步骤8；步骤8)，检测步骤5中增加的DG出力功率是否超出本节点DG注入功率约束，若是，则跳转到步骤9，反之执行步骤10；步骤9)，设置新的DG出力上限，并将该位置DG出力功率数值利用二分搜索修改为上下界的平均值，跳转到步骤4；步骤10)，设置新的DG出力下限，检测步骤5中增加的DG出力功率是否导致总DG并网功率超出约束，若否，则跳转到步骤4，反之结束选址定容问题求解，输出每个节点每相的有功或无功DG接入容量序列。2.根据权利要求1所述的一种基于Zbus矩阵的梯度法配电网分布式电源选址定容方法，其特征在于，分布式发电接入配电网有功网损优化的数学模型可以表示为：minP
Loss
(V
ip
，θ
ip
，P
ip
，Q
ip
)s.t.∑P
DG_ip
+∑Q
DG_ip
＝M＝MV
min
≤|V
ip
|≤V
max
I
min
≤|I
kp
|≤I
max
其中：P
Loss
为目标函数配电网总有功网损；i与j表示节点序数，p为相序号；P
DG_ip
，Q
DG_ip
为节点i，p相的分布式发电接入有功与无功功率，M为整个系统的分布式发电接入功率之和为一可变常数；P
ip
，Q
ip
为节点i，p相的等效有功与无功负荷，V
ip
，V
jp
为节点i与j，p相的电压幅值，δ
ip
，δ
jp
为节点i与j，p相电压相角，G
ip
‑
jp
，B
ip
‑
jp
为Ybus矩阵对应ip行jp列上的自导纳、互导纳的实部与虚部，V
max
，V
min
，I
max
，I
min
为电压偏差约束与传输线载流量约束上下限，I
kp
为第k条传输线上p相的载流量，V
UFi
，V
UFmax
为节点i电压三相不平衡度与其约束；分布式发电接入配电网有功网损优化的数学模型中，等式约束为潮流方程，不等式约束包括传输线的载流量、电压偏差和三相不平衡约束。3.根据权利要求1所述的一种基于Zbus矩阵的梯度法配电网分布式电源选址定容方法，其特征在于，所述步骤1)中，构建配电网的三相Ybus、Zbus矩阵方法如下：含两个相的传输线模型，相内阻抗为Z
ij
和Z
kn
，相间阻抗为Z
ij
‑
kn
；记传输线四个端点端电压为V
i
，V
j
，V
k
，V
n
，两个相上的电流按端点标记为I
i
和I
k
，其关系为；整理得：将其中的Z矩阵转置为Y矩阵并左乘，记由上述相内阻抗Z
ij
，Z
kn
，相间阻抗Z
ij
‑
kn
构成的矩阵转置后矩阵对应位置上的数值为y
ij
，y
kn
和y
ij
‑
kn
，有：按电压和电流项在基本方程组中对应位置填入，得该传输线在Ybus中的表达方法为：
其中下标ii,ij,ji,jj,kk,kn,nk,nn,ik,ki,jn,nj,in,ni,jk,kj为Ybus中对应第一个记号行，第二个记号列位置上的Y数值，Y数值的old与new上标为Ybus矩阵对应位置增加或减少一个导纳项前后的值；而三相传输线路模型如下：其中Y
aa
、Y
bb
、Y
cc
为相上阻抗，Y
ab
、Y
ac
、Y
bc
、Y
ba
、Y
ca
、Y
cb
为相间阻抗，一般情况下：Y
ab
＝Y
ba
,Y
ac
＝Y
ca
,Y
bc
＝Y
cb
ꢀꢀꢀ
(7)同理，通过分别将相间导纳和同相自导纳按...

【专利技术属性】
技术研发人员：熊军华，王亭岭，陈逸峰，丁娅鑫，汪思奇，
申请(专利权)人：华北水利水电大学，
类型：发明
国别省市：