基于交替方向乘子法的配电系统电压/无功优化方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种基于交替方向乘子法的配电系统电压/无功优化方法，包括以下步骤：第一步：建立配电系统元件的数学模型，得到配电系统电压/无功优化模型；第二步：在第一步建立配电系统元件的数学模型，形成配电系统电压/无功优化模型的基础上，形成广义的配电系统电压/无功优化模型；第三步：基于第二步建立的广义配电系统电压/无功优化模型，采用基于ADMM的优化方法迭代求解，得到基于ADMM的配电系统电压/无功优化方法的结果。本发明专利技术将广义电压/无功优化模型分解为两个优化模块，以级联方式迭代求解，直至收敛，可以获得较好的收敛速度和全局最优解。和全局最优解。和全局最优解。

【技术实现步骤摘要】
基于交替方向乘子法的配电系统电压/无功优化方法及装置


[0001]本专利技术涉及配电系统电压/无功优化领域，更具体地说，涉及一种基于交替方向乘子法的配电系统电压/无功优化方法及装置。

技术介绍

[0002]通常在配电系统中控制有载调压分接开关(OLTCs)和可控电容器组(SCBs)来调节电压水平和改善无功潮流，OLTCs是连接主变电站和配电线路的电压调节器，可控电容器组分布在负荷侧进行就近补偿。电压/无功优化目的是在一系列物理和操作约束条件下减小配电线路损耗，并保持系统中电压在合理范围内分布。这些约束包括电压和潮流的允许极限、功率平衡、可控设备运行曲线等。电压/无功优化问题混合了连续变量和离散变量，系统中各节点的电压大小和相角是连续变量，而有载调压分接比和电容器组开关是离散变量，而电压/无功优化模型是建立在最优潮流的模型基础上，具有固有的非线性和非凸性。因此，电压/无功优化模型是一个混合整数非线性非凸优化问题(MINLP)。非凸性意味着存在多个局部解的可能性，对于这样的问题，目前没有求解方法可以保证全局最优，同时在有限时间内。
[0003]目前，主要有三种方法来求解电压/无功优化问题：(1)松弛/逼近配电网络的潮流模型；(2)凸化电压/无功问题的优化空间；(3)利用启发式或智能优化方法。虽然其中一些方法保证了改进电压/无功优化模型的收敛性，但没有一种方法能够保证其结果是初始通用电压/无功优化模型的全局最优解。

技术实现思路

[0004]本专利技术要解决的技术问题在于，提供一种基于交替乘子法(ADMM)的配电系统电压/无功优化方法及装置，能够将广义的电压/无功优化模型分解为两个优化模块以级联方式迭代求解，直至收敛，考虑了OLTCs和SCBs，适用于大多数具有离散/整数装置的电压/无功可控设备，还将响应式惩罚参数调整方法嵌入到ADMM方法中，以确保收敛性，同时保持优化结果的质量。
[0005]本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种基于交替方向乘子法的配电系统电压/无功优化方法，包括以下步骤：
[0006]第一步：建立配电系统元件的数学模型，得到配电系统电压/无功优化模型；
[0007]第二步：在第一步建立配电系统元件的数学模型，形成配电系统电压/无功优化模型的基础上，形成广义的配电系统电压/无功优化模型；
[0008]第三步：基于第二步建立的广义配电系统电压/无功优化模型，采用基于ADMM的优化方法迭代求解，得到基于ADMM的配电系统电压/无功优化方法的结果。
[0009]按上述方案，所述步骤第一步包括：
[0010](1)建立配电系统元件的数学模型：包括OLTCs、SCBs、配电线路潮流的数学模型；
[0011](2)形成配电系统电压/无功优化模型，包括电压/无功优化的目标函数和约束条
件。
[0012]按上述方案，所述步骤第一步中，对于具有N个节点和辐射状或网状配电线路L的配电系统，π型等值电路模型由串联阻抗z
l
和总充电电纳组成，用于对任意双端口的设备进行建模，所述设备包括变压器和配电线路；
[0013]OLTC建模方法为：在节点i和j之间的配电线路l，配备有变压器k，变压器k配备有有载调压分接开关，在变压器的二次侧有一个虚拟节点m和一个虚拟变量V
s
，以关联OLTCs及其相关配电线路之间的电压和潮流关系，假定的理想变压器在其终端节点i和m之间没有功率损耗，二次侧m与一次侧i的电压比等于变压器匝数比t，并且两个节点的电压角相同，因此，二次侧电压计算为：
[0014][0015]其中，
[0016][0017][0018]式中：V
i
为节点i处电压大小的矢量；t
k
为第k个变压器当前OLTCs离散的分接头比，标准为额定电压水平的90％～110％，增量变化为5/8％；t
k
为t
k
的最小离散值；为OLTCs为分接头位置；
[0019]此外，理想变压器的功率守恒满足以下约束：
[0020]θ
m
＝θ
i
,P
im
＝P
mj
,Q
im
＝Q
mj
[0021]SCBs建模方法为：在数学上被描述为纯电容功率注入源，实际注入电容无功功率计算如下：
[0022][0023]其中，
[0024][0025][0026]式中：为节点i处电容器组的总注入无功功率，和分别为最小值和最大值；为连接电容器电纳的第k个电容器组；为的最小离散值；
[0027]配电线路潮流建模方法为：通过配电线路l节点i和j之间的有功潮流P
ij
和无功潮流Q
ij
计算为：
[0028][0029][0030]式中：g
l
为线路l的电导；b
l
为线路l的电纳，L为所有线路集合；
[0031]配电线路l的有功功率损耗计算如下：
[0032][0033]如果线路l配置有OLTC，则将变量V
i
替换为其中
[0034]按上述方案，形成配电系统电压/无功优化模型的方法为：
[0035]形成目标函数：配电系统电压/无功优化的主要目标为最小化配电线路的有功损耗，并保持适当的节点电压分布；
[0036][0037]在目标函数中加入一个最小化负荷项，即为：
[0038][0039]形成约束条件：除了OLTCs和SCBs的限制外，还考虑操作和安全限制；
[0040]首先形成节点功率平衡约束：
[0041][0042][0043]不考虑DGs以防止混淆，符号{平衡节点}表示i为集合N中除平衡节点以外的节点；指定的平衡节点为变电站节点；当负荷节点功率需求建模为电压敏感型的函数，而不考虑固定值，即为
[0044][0045][0046]其中，分别表示节点i在额定电压和频率下的有功和无功负荷功率需求，V
n
为系统额定电压，k
p
,k
q
为预定义的电压指数；
[0047]此外，还对电压大小、相角和配电线路的最大传输能力施加操作和安全限制，如下
[0048][0049][0050][0051]按上述方案，所述步骤第二步中：
[0052]将含x和z两组整数变量和连续变量之间的“耦合约束”表示为h，这些耦合约束的向量，即为
[0053][0054]广义的配电系统电压/无功优化问题为：
[0055][0056]满足h(x,z)＝0:λ
[0057]其中，X表示由第一步中含x的约束条件形成的可行域，而Z为由含z约束条件形成的可行域，对偶变量为与耦合约束相关的拉格朗日乘子向量。
[0058]按上述方案，所述步骤第三步进一步包括：
[0059](1)构建广义的配电系统电压/无功优化模型的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于交替方向乘子法的配电系统电压/无功优化方法，其特征在于，包括以下步骤：第一步：建立配电系统元件的数学模型，得到配电系统电压/无功优化模型；第二步：在第一步建立配电系统元件的数学模型，形成配电系统电压/无功优化模型的基础上，形成广义的配电系统电压/无功优化模型；第三步：基于第二步建立的广义配电系统电压/无功优化模型，采用基于ADMM的优化方法迭代求解，得到基于ADMM的配电系统电压/无功优化方法的结果。2.根据权利要求1所述的基于交替方向乘子法的配电系统电压/无功优化方法，其特征在于，所述步骤第一步包括：(1)建立配电系统元件的数学模型：包括OLTCs、SCBs、配电线路潮流的数学模型；(2)形成配电系统电压/无功优化模型，包括电压/无功优化的目标函数和约束条件。3.根据权利要求2所述的基于交替方向乘子法的配电系统电压/无功优化方法，其特征在于，所述步骤第一步中，对于具有N个节点和辐射状或网状配电线路L的配电系统，π型等值电路模型由串联阻抗z
l
和总充电电纳组成，用于对任意双端口的设备进行建模，所述设备包括变压器和配电线路；OLTC建模方法为：在节点i和j之间的配电线路l，配备有变压器k，变压器k配备有有载调压分接开关，在变压器的二次侧有一个虚拟节点m和一个虚拟变量V
s
，以关联OLTCs及其相关配电线路之间的电压和潮流关系，假定的理想变压器在其终端节点i和m之间没有功率损耗，二次侧m与一次侧i的电压比等于变压器匝数比t，并且两个节点的电压角相同，因此，二次侧电压计算为：其中，其中，式中：V
i
为节点i处电压大小的矢量；t
k
为第k个变压器当前OLTCs离散的分接头比，标准为额定电压水平的90％～110％，增量变化为5/8％；t
k
为t
k
的最小离散值；为OLTCs为分接头位置；此外，理想变压器的功率守恒满足以下约束：θ
m
＝θ
i
,P
im
＝P
mj
,Q
im
＝Q
mj
SCBs建模方法为：在数学上被描述为纯电容功率注入源，实际注入电容无功功率计算如下：其中，其中，式中：为节点i处电容器组的总注入无功功率，和分别为最小值和最大值；
为连接电容器电纳的第k个电容器组；为的最小离散值；配电线路潮流建模方法为：通过配电线路l节点i和j之间的有功潮流P
ij
和无功潮流Q
ij
计算为：计算为：式中：g
l
为线路l的电导；b
l
为线路l的电纳，L为所有线路集合；配电线路l的有功功率损耗计算如下：如果线路l配置有OLTC，则将变量V
i
替换为其中4.根据权利要求3所述的基于交替方向乘子法的配电系统电压/无功优化方法，其特征在于，形成配电系统电压/无功优化模型的方法为：形成目标函数：配电系统电压/无功优化的主要目标为最小化配电线路的有功损耗，并保持适当的节点电压分布；在目标函数中加入一个最小化负荷项，即为：形成约束条件：除了OLTCs和SCBs的限制外，还考虑操作和安全限制；首先形成节点功率平衡约束：首先形成节点功率平衡约束：不考虑DGs以防止混淆，符号表示i为集合N中除平衡节点以外的节点；指定的平衡节点为变电站节点；当负荷节点功率需求(P
id
,Q
id
)建模为电压敏感型的函数，而不考虑固定值，即为数，而不考虑固定值，即为其中，分别表示节点i在额定电压和频率下的有功和无功负荷功率需求，V
n
为系统额定电压，k
p
,k
q
为预定义的电压指数；此外，还对电压大小、相角和配电线路的最大传输能力施加操作和安全限制，如下此外，还对电压大小、相角和配电线路的最大传输能力施加操作和安全限制，如下
5.根据权利要求1所述的基于交替方向乘子法的配电系统电压/无功优化方法，其特征在于，所述步骤第二步中：将含x和z两组整数变量和连续变量之间的“耦合约束”表示为h，这些耦合约束的向量，即为：广义的配电系统电压/无功优化问题为：满足h(x,z)＝0:λ其中，X表示由第一步中含x的约束条件形成的可...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖申，饶尧，孙志成，郭威，徐建云，陶鹏，张然，丁胜，刘政，程元，徐承美，张天鹏，宋河，
申请(专利权)人：国网电力科学研究院有限公司国网河北省电力有限公司营销服务中心国网河北省电力有限公司国家电网有限公司，
类型：发明
国别省市：