一种三相不平衡配电网最优潮流模型建立方法技术

本发明专利技术涉及一种三相不平衡配电网最优潮流模型建立方法，属于三相不平衡配电网潮流优化技术领域。电动汽车与光伏发电系统大规模接入电网，配电网内部的单相电源增加，负荷加重，加剧了其单相运行问题的严重性。为保证电网供电质量，大量可调节单、三相补偿调节设备在电网中得到运用。本发明专利技术考虑以上电网运行情况，首先建立了含无功补偿装置及储能的多时段配电网最优潮流模型；通过二阶锥规划对原非凸非线性的最优潮流模型变换为线性模型，在不损失精确度的情况下，降低求解难度，提高了求解效率。为后续研究配电网最优潮流过程中的三相不平衡问题提供了良好的参考。平衡问题提供了良好的参考。平衡问题提供了良好的参考。

【技术实现步骤摘要】
一种三相不平衡配电网最优潮流模型建立方法


[0001]本专利技术涉及一种三相不平衡配电网最优潮流模型建立方法，尤其涉及一种三相不平衡配电网中，基于二阶锥规划对原非凸非线性的最优潮流模型变换为线性模型，优化配电网最优潮流模型保证其准确性与效率性的方法，属于三相不平衡配电网潮流优化


技术介绍

[0002]近年来，随着社会经济的发展，政府与社会各界逐渐开始关注环境和能源问题。以光伏为代表的绿色能源面向用户得到了大规模推进。大量户用光伏发电系统接入配电网，导致配电网中普遍存在不对称负荷以及不对称线路参数，光伏系统的非全相运行，加剧了配电网的三相不平衡特性。当前已有若干含对于户用光伏发电系统接入配电网后的系统运行的研究成果发表，普遍是基于配电网三相平衡的运行条件下对一相进行潮流分析，未考虑配电网三相不平衡的特性。随着配电网三相不平衡的情况加剧，显然不能够正确反映当下系统中各相复杂的情况。低压配电网的三相不平衡运行会增加系统损耗，重负荷所在相使得母线电压降低，从而影响用户电能质量。而面对不平衡相的不正常运行状况进行无功补偿和继电保护装置的安装均依赖于系统的潮流参数。可见，建立一个针对三相不平衡的低压配电网系统进行最优潮流(OPF)快速求解的平台显得尤为急迫。
[0003]求解方法上，大量智慧算法的提出，使得一些学者面对各类线性模型和非线性模型时，直接采用智慧算法求解。但是智慧算法在可行域内迭代求解的过程中很容易陷入局部最优解，同时在最优解附近的反复迭代也降低了求解效率。

技术实现思路

[0004]本专利技术要解决的技术问题是提供一种三相不平衡配电网最优潮流模型建立方法，解决了大量户用光伏发电系统接入配电网，导致配电网的三相不平衡引起的用户电能质量低下问题。
[0005]本专利技术的技术方案是：一种三相不平衡配电网最优潮流模型建立方法，可以考虑配电网三相不平衡的情况下，有效优化配电网最优潮流模型保证其准确性与效率性。
[0006]具体步骤为：
[0007]Step1：构建配电网三相四线制模型，并在模型中加入无功补偿设备及储能装置的约束条件，从而得到一个含无功补偿装置及储能的多时段三相配电网OPF模型。该模型基于配电网三相不平衡情况，采用4*4阻抗矩阵来表述A，B，C三相与中性线的关系，并考虑了包括分布式电源、储能、离散及连续无功补偿装置等控制单元对不平衡电网各相的补偿情况。
[0008]Step2：在OPF模型基础上，以配电网中的有功网损最小为目标函数，加入配电网运行的约束条件，得到三相配电网OPF优化模型，所述OPF优化模型是一个含有混合整数变量的非凸非线性模型；
[0009]Step3：根据二阶锥松弛理论，基于Step2中所建立的含有混合整数变量的非凸非
线性OPF优化模型，通过将复数变量转化为幅值形式的实数变量，对原本性质为非凸非线性的模型进行相角松弛变换为线性模型，最后得到基于二阶锥松弛的三相不平衡配电网最优潮流模型。
[0010]所述Step1具体为：
[0011]Step1.1：构建配电网三相四线制模型。
[0012]首先采用4*4阻抗矩阵Z
l,m
来表述A，B，C三相与中性线的关系：
[0013][0014]式中，Z
gg
，g取a,b,c,n，为串联阻抗矩阵的对角元素，作为三相线路和中线的自阻抗，Z
gh
，h取a,b,c,n，为串联阻抗矩阵中非对角元素，g≠h，作为三相线路和中线的互阻抗。
[0015]对应的，该阻抗矩阵的逆矩阵Y＝Z
‑1作为这段线路的导纳矩阵Y
l,m
。
[0016]含有m个节点的配电网节点导纳矩阵Y表示为：
[0017][0018]式中，s(m)为与节点m相邻接的节点集合，为相邻两个节点间的串联阻抗的逆矩阵，为所有与节点m相连的串联阻抗矩阵的逆矩阵之和。
[0019]为求得各节点中各相电压值，再加入配电网各节点各相的电压向量方程：
[0020]V(t)＝Y
‑1*I
inj
(t)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)
[0021]式中：V(t)为t时刻时各相电压值形成的N阶向量。Y
‑1为配电网节点导纳矩阵Y的逆矩阵。I
inj
(t)为t时刻各相向节点注入的电流形成的N阶向量。
[0022]为了使潮流计算的结果能够正确反映系统中的真实情况，最后采用考虑负荷静态特性的多项式ZIP模型作为负荷模型(Z为恒阻抗模型，I为恒电流模型，P为恒功率模型)来计算用户的电压特性或静态特性，可求得节点上s相的注入电流为：
[0023][0024]式中，为t时刻s相上注入电流，为户用光伏发电在节点l上s相发出的有功和无功功率，为上级主网购电的有功功率和无功功率，为上级主网购电的有功功率和无功功率，为用户负荷在节点l上s相有功功率需求的ZIP成分，
为用户负荷在节点l上s相无功功率需求的ZIP成分，V
norml
(t)为节点l上负载的标准电压，V
ls
(t)为节点l上s相负载的实际电压，*表示共轭。
[0025]至此，构建好配电网三相四线制模型。
[0026]Step1.2：在构建好的配电网三相四线制模型中加入无功补偿设备及储能装置的约束条件。
[0027]静止无功补偿器(SVC)作为连续无功补偿装置，其约束条件如下：
[0028][0029]分组投切电容器(CB)组作为离散无功补偿装置，其约束条件如下：
[0030][0031][0032][0033][0034]上述式中，分别为静止无功补偿装置在节点m上输入无功功率的上下限，分别为接在节点m上的静止无功补偿装置、分组投切电容在t时刻的无功功率，分别为节点m上分组投切电容的投切组数和最大投切组数，为调度周期范围内节点m上电容投切组数是否改变，改变为1，不改变为0。
[0035]式(5)为静止无功补偿器(SVC)补偿的功率极限，式(6)为分组投切电容器(CB)的投切容量与投切组数的约束，式(7)和(8)分别为分组投切电容器(CB)的投切组数和投切次数限制约束。
[0036]有载调压变压器(OLTC)约束为：
[0037][0038]式中，K
lm,max
为OLTC触头最大调节位置，n
lm
为l,m节点之间的变比，K
lm,t
表示t时刻接在j节点上OLTC触头所处位置，n
lm,t
，n
lm,0
分别为t时刻和0时刻的变比，为0
‑
1变量，变量为1时表示抽头位置改变，为0表示抽头位置不改变。
[0039]式(10)为高、低侧电压之间分别与变比的关系，式(11)为变比与有载调压变压器(OLTC)抽头的位置与变比之间的关系，式(12)为本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种三相不平衡配电网最优潮流模型建立方法，其特征在于：Step1：构建配电网三相四线制模型，并在模型中加入无功补偿设备及储能装置的约束条件，从而得到一个含无功补偿装置及储能的多时段三相配电网OPF模型；Step2：在OPF模型基础上，以配电网中的有功网损最小为目标函数，加入配电网运行的约束条件，得到三相配电网OPF优化模型，所述OPF优化模型是一个含有混合整数变量的非凸非线性模型；Step3：根据二阶锥松弛理论，基于Step2中所建立的含有混合整数变量的非凸非线性OPF优化模型，通过将复数变量转化为幅值形式的实数变量，对原本性质为非凸非线性的模型进行相角松弛变换为线性模型，最后得到基于二阶锥松弛的三相不平衡配电网最优潮流模型。2.根据权利要求1所述的三相不平衡配电网最优潮流模型建立方法，其特征在于，所述Step1具体为：Step1.1：构建配电网三相四线制模型；首先采用4*4阻抗矩阵Z
l,m
来表述A，B，C三相与中性线的关系：式中，Z
gg
，g取a,b,c,n，为串联阻抗矩阵的对角元素，作为三相线路和中线的自阻抗，Z
gh
，h取a,b,c,n，为串联阻抗矩阵中非对角元素，g≠h，作为三相线路和中线的互阻抗；对应的，该阻抗矩阵的逆矩阵Y＝Z
‑1作为这段线路的导纳矩阵Y
l,m
；含有m个节点的配电网节点导纳矩阵Y表示为：式中，s(m)为与节点m相邻接的节点集合，为相邻两个节点间的串联阻抗的逆矩阵，为所有与节点m相连的串联阻抗矩阵的逆矩阵之和；再加入配电网各节点各相的电压向量方程：V(t)＝Y
‑1*I
inj
(t)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)式中：V(t)为t时刻时各相电压值形成的N阶向量；Y
‑1为配电网节点导纳矩阵Y的逆矩阵；I
inj
(t)为t时刻各相向节点注入的电流形成的N阶向量；最后采用考虑负荷静态特性的多项式ZIP模型作为负荷模型来计算用户的电压特性或静态特性，可求得节点上s相的注入电流为：
式中，为t时刻s相上注入电流，为户用光伏发电在节点l上s相发出的有功和无功功率，为上级主网购电的有功功率和无功功率，为上级主网购电的有功功率和无功功率，为用户负荷在节点l上s相有功功率需求的ZIP成分，为用户负荷在节点l上s相无功功率需求的ZIP成分，为节点l上负载的标准电压，V
ls
(t)为节点l上s相负载的实际电压，*表示共轭；至此，构建好配电网三相四线制模型；Step1.2：在构建好的配电网三相四线制模型中加入无功补偿设备及储能装置的约束条件；静止无功补偿器作为连续无功补偿装置，其约束条件如下：分组投切电容器组作为离散无功补偿装置，其约束条件如下：分组投切电容器组作为离散无功补偿装置，其约束条件如下：分组投切电容器组作为离散无功补偿装置，其约束条件如下：分组投切电容器组作为离散无功补偿装置，其约束条件如下：上述式中，分别为静止无功补偿装置在节点m上输入无功功率的上下限，分别为接在节点m上的静止无功补偿装置、分组投切电容在t时刻的无功功率，分别为节点m上分组投切电容的投切组数和最大投切组数，为调度周期范围内节点m上电容投切组数是否改变，改变为1，不改变为0；式(5)为静止无功补偿器补偿的功率极限，式(6)为分组投切电容器的投切容量与投切组数的约束，式(7)和(8)分别为分组投切电容器的投切组数和投切次数限制约束；有载调压变压器约束为：
式中，K
lm,max
为OLTC触头最大调节位置，n
lm
为l,m节点之间的变比，K
lm,t
表示t时刻接在j节点上OLTC触头所处位置，n
lm,t
，n
lm,...

【专利技术属性】
技术研发人员：邱革非，刘铠铭，杨昊天，冯泽华，杨浩宇，何虹辉，何超，
申请(专利权)人：昆明理工大学，
类型：发明
国别省市：