考虑不平衡电网系统模型的三相可行域的完整刻画方法技术方案

本发明专利技术涉及考虑不平衡电网系统模型的三相可行域的完整刻画方法，通过三相可行域定义在非线性非凸三相交流潮流模型和ZIP综合负荷建模的基础上，考虑包括线路热极限约束和电压不平衡约束等的不平衡电网安全运行约束；同时还考虑了包含分布式电源和柔性负荷，包括风电、光伏发电、储能以及可控负荷的约束；采用一种非双曲动力学系统方法，理论证明了该动力学系统的常规稳定平衡流形和三相可行域的一一对应。本发明专利技术利用三相可行域提出三相交流潮流问题解的存在性，并应用于三相可行域恢复方案的评估。本发明专利技术精确刻画了柔性负荷接入对三相不平衡配电网可行域的影响，说明了柔性负荷能够提升系统灵活性和分布式电源渗透率。够提升系统灵活性和分布式电源渗透率。够提升系统灵活性和分布式电源渗透率。

【技术实现步骤摘要】
考虑不平衡电网系统模型的三相可行域的完整刻画方法


[0001]本专利技术属于不平衡电网静态安全运行
，尤其是考虑不平衡电网系统模型的三相可行域的完整刻画方法。

技术介绍

[0002]随着全球能源紧缺以及“碳中和”理念的提出，越来越多的分布式发电接入电网，如风电和光伏发电等，可能会导致电压、线路热极限约束的违反以及其他安全运行问题。柔性负载能够有效解决电网安全运行问题，为电力系统提供柔性储备，具有与电网双向互动的能力。由分布式发电和柔性负荷组成的分布式能源系统是未来智能电网的重要组成部分，量化柔性负荷对系统的灵活性提升是重要研究课题。对于低压配网等不平衡电网来说，分布式能源通常以小规模、分布化的形式接入电网，会引发系统的电能质量问题，非对称柔性负荷的接入使得配网三相不平衡问题更加突出，造成电压波形的畸变，增加电网运行损耗，影响配电设备的正常运行。考虑不平衡电网完整的安全运行约束以及分布式能源模型、完整刻画三相可行域、探究柔性负荷对系统灵活性影响，对不平衡电网的安全运行研究有着重大意义。但由于不平衡系统的非线性、非凸性，高维运行约束的复杂性，尚未有研究对三相可行域进行完整的刻画。
[0003]此外，三相最优潮流(OPF)可以保证不平衡网络的安全运行，由于雅可比矩阵的病态，算法可能无法求解，目前的技术无法判断是无解，还是算法找不到解。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提出考虑不平衡电网系统模型的三相可行域的完整刻画方法，利用三相可行域来验证高渗透率的分布式发电接入下，三相交流潮流问题解的存在性，并给出边界约束条件，三相可行域能够根据解的安全边界距离来进行恢复方案评估。
[0005]本专利技术解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：
[0006]本专利技术的优点和积极效果是：
[0007]考虑不平衡电网系统模型的三相可行域的完整刻画方法，包括以下步骤：
[0008]步骤1、输入具有三相格式的不平衡系统的参数，并设定约束条件；
[0009]步骤2、根据步骤1创建约束集，使用拉丁超立方技术，在约束集范围内进行采样，获得由约束集对应的商梯度系统Q
H
(x)积分的初始值；
[0010]步骤3、从初始值对步骤2中的商梯度系统积分，直到其收敛到稳定平衡流型上的一点，记为x；
[0011]步骤4、构建约束方程H(x)，若|H(x)|＝0，则x是常规稳定平衡流型上的一个点，并进行步骤5；否则，x是退化稳定平衡流型上的一个点，选取约束范围内的另一个随机值，并返回步骤3；
[0012]步骤5、保存可行解x，判断是否所有初始采样解均完成积分计算，则完成三相可行
域的计算；否则取另一个初始点，并返回步骤3。
[0013]而且，所述步骤1中参数包括三相变压器模型、不平衡负荷与线路模型、分布式电源和柔性负荷；约束条件包括安全运行约束和电能质量约束。
[0014]而且，所述步骤2中约束集包括：三相交流潮流约束、连接点处的功率交换约束、电压约束、线路潮流约束、电压不平衡约束以及分布式能源系统模型；
[0015]三相交流潮流约束为：
[0016][0017]i∈{1，...，N
B
}，m，n∈{a，b，c}，m≠n.
[0018][0019][0020]其中，为i节点n相的有功无功值，a、b和c为三相，为节点i的n相的电压幅值；为节点j的m相的电压幅值，和为节点i的m相到节点j的n相的线路等效电导和等效电纳，N
B
代表系统节点数，m和n代表节点的相，为节点i的n相处的风力发电机组输出的有功功率和无功功率；为节点i的n相处的光伏发电机组输出的有功功率和无功功率；和为节点i的n相的有功和无功负荷；和为储能在节点i的n相放电和充电功率的无功功率，为储能在节点i的n相储能消耗的无功功率；和为节点i的n相负载的有功功率和无功功率需求，和为节点i的n相直接可控负载的有功功率和无功功率，为节点i的n相和节点j的m相电压相角之差，为节点i的n相和节点j的m相电压相角之差，为节点i的n相的电压相角，为节点j的m相的电压相角；
[0021]连接点处的功率交换约束为：
[0022][0023]其中，为连接点PCC处n相与上级电网交换的有功功率，为连接点限制交换有功功率最小值及最大值，为连接点处的n相与上级电网交换的无功功率，为连接点限制交换无功功率最小值及最大值；
[0024]电压约束为：
[0025][0026]其中，为节点i允许的电压幅值最小最大值；
[0027]线路潮流约束为：
[0028][0029]其中，和为第n相线路l线路首段及末端的视在功率，为线路l视在功率上限，N
L
为输电线路数；
[0030]电压不平衡约束为：
[0031][0032]其中，其中，分别为节点i处电压的负序分量和正序分量，VUF
dem,i
表示节点i处的期望的电压不平衡度；
[0033]分布式能源系统模型包括分布式发电模型以及柔性负荷模型，分布式发电模型包括风电机组模型和光伏机组模型，柔性负荷模型包括直接控制负荷模型和储能模型：
[0034]风电机组模型：
[0035][0036]其中，为节点i的n相处的风电机组输出的最小最大有功功率，为节点i的n相处的光电机组输出的最小最大无功功率，N
W
表示风电单元的个数；
[0037]光伏发电模型：
[0038][0039]为节点i的n相处的光伏发电机组输出的最大最小有功功率，为节点i的n相处的光伏发电机组输出的最大最小无功功率,N
PV
为光电单元的个数，风电机组单元以发电机形式连接到配电网，其输出有功功率和无功功率存在上下限制，风电单元连接点为PV节点，而光伏单元通常通过逆变器与配电网相连，其出力的约束条件受到有功功率、功率因数和逆变器容量的限制，光伏单元连接点为PQ节点，和是节点i的n相的光伏单元的功率因数限制和容量上限，
[0040]直接控制负荷模型：
[0041][0042]其中，为节点i的n相直接可控负载的有功功率最小最大值，为节点i的n相直接可控负载的无功功率最小最大值，为节点i的n相直接可控负载的功率因数，储能模型：
[0043][0044]其中，为节点i的n相储能的无功功率，为节点i的n相储能的容量大小，为节点i的n相储能有功充电的最小最大值，为节点i的n相储能有功放电的最小最大值，E
i,max
、E
i,min
为节点i的储能电荷量的最大最小值，η
E,i
为充电效率，E
set,i
为储能电荷量的现有值，c
E
,
i
为充电系数，
[0045]同时约束集中的各个约束均为非线性模型。
[0046]而且，所述三相交流潮流约束的负荷包括星型或角型结构连接，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.考虑不平衡电网系统模型的三相可行域的完整刻画方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1、输入具有三相格式的不平衡系统的参数，并设定约束条件；步骤2、根据步骤1创建约束集，使用拉丁超立方技术，在约束集范围内进行采样，获得由约束集对应的商梯度系统Q
H
(x)积分的初始值；步骤3、从初始值对步骤2中的商梯度系统积分，直到其收敛到稳定平衡流型上的一点，记为x；步骤4、构建约束方程H(x)，若|H(x)|＝0，则x是常规稳定平衡流型上的一个点，并进行步骤5；否则，x是退化稳定平衡流型上的一个点，选取约束范围内的另一个随机值，并返回步骤3；步骤5、保存可行解x，判断是否所有初始采样解均完成积分计算，则完成三相可行域的计算；否则取另一个初始点，并返回步骤3。2.根据权利要求1所述的考虑不平衡电网系统模型的三相可行域的完整刻画方法，其特征在于：所述步骤1中参数包括三相变压器模型、不平衡负荷与线路模型、分布式电源和柔性负荷；约束条件包括安全运行约束和电能质量约束。3.根据权利要求1所述的考虑不平衡电网系统模型的三相可行域的完整刻画方法，其特征在于：所述步骤2中约束集包括：三相交流潮流约束、连接点处的功率交换约束、电压约束、线路潮流约束、电压不平衡约束以及分布式能源系统模型；三相交流潮流约束为：i∈{1，...，N
B
}，m，n∈{a，b，c}，m≠n.}，m，n∈{a，b，c}，m≠n.其中，为i节点n相的有功无功值，a、b和c为三相，为节点i的n相的电压幅值；为节点j的m相的电压幅值，和为节点i的m相到节点j的n相的线路等效电导和等效电纳，N
B
代表系统节点数，m和n代表节点的相，为节点i的n相处的风力发电机组输出的有功功率和无功功率；为节点i的n相处的光伏发电机组输出的有功功率和无功功率；和为节点i的n相的有功和无功负荷；和为储能在节点i的n相放电和充电功率的无功功率，为储能在节点i的n相储能消耗的无功功率；和为节点i的n相负载的有功功率和无功功率需求，和为节点i的n相直接可控负载的有功功率和无功功率，为节点i的n相和节点j的m相电压相角之差，为
节点i的n相的电压相角，为节点j的m相的电压相角；连接点处的功率交换约束为：其中，为连接点PCC处n相与上级电网交换的有功功率，为连接点限制交换有功功率最小值及最大值，为连接点处的n相与上级电网交换的无功功率，为连接点限制交换无功功率最小值及最大值；电压约束为：其中，为节点i允许的电压幅值最小最大值；线路潮流约束为：其中，和为第n相线路l线路首段及末端的视在功率，为线路l视在功率上限，N
L
为输电线路数；电压不平衡约束为：其中，其中，分别为节点i处电压的负序分量和正序分量，VUF
dem,i
表示节点i处的期望的电压不平衡度；分布式能源系统模型包括分布式发电模型以及柔性负荷模型，分布式发电模型包括风电机组模型和光伏机组模型，柔性负荷模型包括直接控制负荷模型和储能模型：风电机组模型：其中，为节点i的n相处的风电机组输出的最小最大有功功率，为节点i的n相处的光电机组输出的最小最大无功功率，N
W
...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡培洁，江晓东，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：