一种基于图计算的交直流混合配电网优化调度方法技术

本发明专利技术公开了一种基于图计算的交直流混合配电网优化调度方法。该方法首先将交直流混合配电网中的设备抽象为图的顶点，建立了面向对象的交直流混合配电网图模型，以适应未来基于图数据库的电力系统数据管理；其次，基于该图模型构建了含高比例光储的交直流混合配电网的协同优化模型，推导了以顶点为中心的交直流混合配电网图计算方法，该方法通过模型的分解和顶点的并行计算提升模型的计算效率和可解性、保护用户隐私，实现了交直流混合配电网中用户设备的即插即用。中用户设备的即插即用。中用户设备的即插即用。

【技术实现步骤摘要】
一种基于图计算的交直流混合配电网优化调度方法


[0001]本专利技术涉及一种基于图计算的交直流混合配电网优化调度方法，属于交直流混合配电网运行与调度领域。

技术介绍

[0002]随着光伏、储能等分布式资源大规模接入配电网，配电网中电力电子器件增多，交直流混合配电网在高效运行、灵活控制等方面的优势凸显，已然成为未来配电网发展的新趋势。但随着分布式储能、光伏的大规模接入，交直流混合配电网运行优化模型的规模急剧扩大，传统集中式算法的计算效率和可解性降低，难以满足未来大规模分布式资源接入交直流混合配电网的计算需求。因此，对交直流混合配电网的统一模型，寻找高效的模型计算方法具有重要意义。
[0003]现有研究中的广泛使用分布式算法，如ATC和ADMM等均是基于各子层级或子区域的分布式优化，在各子层级和区域内仍采用的是集中式建模，子层级和区域划分也通常需要人为参与，建模通用性较差。基于图数据库的图计算方法在求解效率和可扩展性方面具有突出的优势，能够实现顶点的完全分布式计算，同时保护用户隐私，但目前还主要集中于交流系统的潮流计算、供电能力评估等方面，而在交直流混合配电网的优化运行方面图计算尚未得到充分应用。
[0004]针对上述问题，本专利技术将交直流混合配电网中的设备抽象为图的顶点，建立了面向对象的交直流混合配电网图模型；基于该图模型构建了含高比例光储的交直流混合配电网的协同优化模型，并基于以顶点为中心的交直流混合配电网图计算方法实现了交直流混合网优化模型的高效求解，快速获取设备的调度策略，同时，保护了用户隐私，能够帮助用户设备实现即插即用。

技术实现思路

[0005]专利技术目的：为满足光储广泛接入下交直流混合配电网的优化计算需求，推进基于图数据库的电力系统数据管理，本专利技术提供了一种基于图计算的交直流混合配电网优化调度方法。
[0006]技术方案：为了实现上述专利技术目的，本专利技术提出一种基于图计算的交直流混合配电网优化调度方法，该方法包括如下步骤：
[0007]步骤1：引入端口的概念，建立交直流混合配电网图模型；
[0008]步骤2：将交直流混合配电网系统中的状态变量均关联至步骤1所建立的图模型中引入的各端口，并将交直流混合配电网系统中的决策变量关联至各设备，构建基于图模型的交直流混合配电网协调优化模型；
[0009]步骤3：基于以顶点为中心的图计算方法求解步骤2中构建的优化模型，获取设备的最优调度策略，根据最优调度策略进行交直流混合配电网的优化调度。
[0010]进一步的，所述步骤1中，引入端口的概念，建立交直流混合配电网图模型，具体方
法如下：
[0011]引入端口的概念，将端口看作图的边，并将节点和设备均看作图的顶点，建立交直流混合配电网的图模型，图模型中的顶点，即节点和设备、边，即端口的表述如下：
[0012]设备：分为交流设备、直流设备和耦合设备，交流系统中的上级电网、交流线路、交流负荷、以及接入交流系统的光伏和储能均抽象为交流设备；直流系统中的直流线路、直流负荷、以及接入直流系统的储能和光伏均抽象为直流设备；耦合设备即为电压源型换流器，用下标d表示；
[0013]节点：分为交流节点和直流节点，实现同类关联端口之间的无损能量交换，用下标n表示；
[0014]端口：每台设备包含一个或多个端口，由设备和节点组成的顶点通过端口进行连接，端口分为交流端口和直流端口，又称为边，用下标o表示；
[0015]交直流混合配电网图模型中的端口按节点进行组织或按设备进行组织，按节点组织时，不同节点相连端口的交集为空，所有节点相连端口的并集为全集；按设备组织时，不同设备相连端口的交集为空，所有设备相连端口的并集为全集，设端口的全集为O，则上述性质表述为：
[0016][0017][0018]式中，Γ
n,r
和Γ
n,s
分别为与节点r和节点s相连的端口集合，N
n
为节点总数，Γ
d,e
和Γ
d,h
为与设备e和设备h相连的端口集合，N
d
为设备总数，表示空集。
[0019]进一步的，所述步骤2中，将系统中的状态变量均关联至步骤1所建立的图模型中引入的各端口，并将系统中的决策变量关联至各设备，构建基于图模型的交直流混合配电网优化模型如下：
[0020]目标函数：最小化交直流混合配电网中各设备的运行成本之和为目标；
[0021][0022]式中：x
d
为关联至设备d的决策变量，c
d
为设备d的成本函数；
[0023]各设备成本函数如下：
[0024][0025]式中：t为调度时段下标；T为总调度时段；c
t
为向上级电网购电的分时电价；P
sub,d,t
为向上级电网购电的购电功率；D
sub
为上级电网设备集合；为储能运行维护成本系数；P
ch,d,t
和P
dis,d,t
分别为t时段储能设备的充放电功率；λ
ess,d
为储能设备的折旧成本系数；u
ess,d,t
为t时段储能充放电切换状态变量；D
ESS
为储能设备集合；D为交直流混合配电网中的设备集合；其中，上级电网设备成本为各时段购电成本之和；储能运行成本包括运行维护成本和折旧成本；其余设备成本为0；
[0026]设备运行约束：设备运行约束包括上级电网购电功率约束、交流线路和直流线路运行约束、电压源型换流器运行约束、储能运行约束以及交流系统中光伏逆变器无功补偿约束；
[0027]1)上级电网购电功率约束
[0028][0029][0030]式中，P
sub,d,t
和Q
sub,d,t
分别为上级电网设备在t时段的有功和无功注入功率；和P
sub,d
分别为上级电网注入有功功率上下限；和Q sub,d
分别为上级电网注入无功功率上下限；P
ac,o,t
和Q
ac,o,t
分别为t时段交流端口o的有功和无功功率；Γ
sub,d
为与上级电网相连的端口集合；
[0031]2)交流线路运行约束
[0032]当设备时，为交流线路设备集合，设其两端端口分别为i和j，则基于图模型的交流线路二阶锥形式约束如下：
[0033][0034][0035][0036][0037]式中，v
ac,i,t
和v
ac,j,t
分别为t时段交流线路端口i和端口j的电压幅值的平方；P
ac,i,t
和Q
ac,i,t
分别为t时段交流线路端口i的有功功率和无功功率；P
ac,j,t
和Q
ac,j,t
分别为t时段交流线路端口j的有功功率和无功功率；l
ac,d,t
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于图计算的交直流混合配电网优化调度方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1：引入端口的概念，建立交直流混合配电网图模型；步骤2：将交直流混合配电网系统中的状态变量均关联至步骤1所建立的图模型中引入的各端口，并将交直流混合配电网系统中的决策变量关联至各设备，构建基于图模型的交直流混合配电网协调优化模型；步骤3：基于以顶点为中心的图计算方法求解步骤2中构建的优化模型，获取设备的最优调度策略，根据最优调度策略进行交直流混合配电网的优化调度。2.根据权利要求1所述的一种基于图计算的交直流混合配电网优化调度方法，其特征在于，所述步骤1中，引入端口的概念，建立交直流混合配电网图模型，具体方法如下：引入端口的概念，将端口看作图的边，并将节点和设备均看作图的顶点，建立交直流混合配电网的图模型，图模型中的顶点，即节点和设备、边，即端口的表述如下：设备：分为交流设备、直流设备和耦合设备，交流系统中的上级电网、交流线路、交流负荷、以及接入交流系统的光伏和储能均抽象为交流设备；直流系统中的直流线路、直流负荷、以及接入直流系统的储能和光伏均抽象为直流设备；耦合设备即为电压源型换流器，用下标d表示；节点：分为交流节点和直流节点，实现同类关联端口之间的无损能量交换，用下标n表示；端口：每台设备包含一个或多个端口，由设备和节点组成的顶点通过端口进行连接，端口分为交流端口和直流端口，又称为边，用下标o表示；交直流混合配电网图模型中的端口按节点进行组织或按设备进行组织，按节点组织时，不同节点相连端口的交集为空，所有节点相连端口的并集为全集；按设备组织时，不同设备相连端口的交集为空，所有设备相连端口的并集为全集，设端口的全集为O，则上述性质表述为：质表述为：式中，Γ
n,r
和Γ
n,s
分别为与节点r和节点s相连的端口集合，N
n
为节点总数，Γ
d,e
和Γ
d,h
为与设备e和设备h相连的端口集合，N
d
为设备总数，表示空集。3.根据权利要求2所述的一种基于图计算的交直流混合配电网优化调度方法，其特征在于，所述步骤2中，将系统中的状态变量均关联至步骤1所建立的图模型中引入的各端口，并将系统中的决策变量关联至各设备，构建基于图模型的交直流混合配电网优化模型如下：目标函数：最小化交直流混合配电网中各设备的运行成本之和为目标；
式中，x
d
为关联至设备d的决策变量，c
d
为设备d的成本函数；各设备成本函数如下：式中，t为调度时段下标；T为总调度时段；c
t
为向上级电网购电的分时电价；P
sub,d,t
为向上级电网购电的购电功率；D
sub
为上级电网设备集合；为储能运行维护成本系数；P
ch,d,t
和P
dis,d,t
分别为t时段储能设备的充放电功率；λ
ess,d
为储能设备的折旧成本系数；u
ess,d,t
为t时段储能充放电切换状态变量；D
ESS
为储能设备集合；D为交直流混合配电网中的设备集合；其中，上级电网设备成本为各时段购电成本之和；储能运行成本包括运行维护成本和折旧成本；其余设备成本为0；设备运行约束，设备运行约束包括上级电网购电功率约束、交流线路和直流线路运行约束、电压源型换流器运行约束、储能运行约束以及交流系统中光伏逆变器无功补偿约束；1)上级电网购电功率约束1)上级电网购电功率约束式中，P
sub,d,t
和Q
sub,d,t
分别为上级电网设备在t时段的有功和无功注入功率；和P
sub,d
分别为上级电网注入有功功率上下限；和Q sub,d
分别为上级电网注入无功功率上下限；P
ac,o,t
和Q
ac,o,t
分别为t时段交流端口o的有功和无功功率；Γ
sub,d
为与上级电网相连的端口集合；2)交流线路运行约束当设备时，为交流线路设备集合，设其两端端口分别为i和j，则基于图模型的交流线路二阶锥形式约束如下：的交流线路二阶锥形式约束如下：的交流线路二阶锥形式约束如下：的交流线路二阶锥形式约束如下：式中，v
ac,i,t
和v
ac,j,t
分别为t时段交流线路端口i和端口j的电压幅值的平方；P
ac,i,t
和
Q
ac,i,t
分别为t时段交流线路端口i的有功功率和无功功率；P
ac,j,t
和Q
ac,j,t
分别为t时段交流线路端口j的有功功率和无功功率；l
ac,d,t
为t时段交流线路电流幅值的平方；R
ac,d
和X
ac,d
分别为交流线路的电阻和电抗；l
ac,d,max
为交流线路的最大载流量；3)直流线路运行约束当设备时，为直流线路设备集合，设其两端的端口分别为i和端口j，直流线路运行约束如下：路运行约束如下：路运行约束如下：路运行约束如下：式中，v
dc,i,t
和v
dc,j,t
分别为t时段直流线路端口i和端口j的电压幅值的平方；P
dc,i,t
和P
dc,j,t
分别为t时段直流线路端口i和端口j的有功功率；l
dc,d,t
为t时段直流线路电流幅值平方；R
dc,d
为直流线路的电阻；l
dc,d,max
为直流线路的最大载流量；4)电压源型换流器行约束当设备d∈D
vsc
时，D
vsc
为电压源型换流器设备集合，设其交流侧端口和直流侧端口分别为i和j，则有：为i和j，则有：为i和j，则有：为i和j，则有：为i和j，则有：为i和j，则有：为i和j，则有：式中，v
ac,i,t
和v
dc,j,t
分别为t时段电压源型换流器交流侧端口和直流侧端口电压幅值的平方；v
vsc,d,t
为t时段电压源型换流器虚拟端口电压幅值的平方；l
vsc,d,t
为t时段电压源型换流器等效支路电流幅值的平方；R
vsc,d
和X
vsc,d
分别为电压源型换流器的等效电阻和电抗；P
ac,i,t
和Q
ac,i,t
分别为t时段交流侧端口的有功和无功功率；P
vsc,d,t
和Q
vsc,d,t
分别为t时段电压源型换流器虚拟端口的有功和无功功率；P
dc,j,t
为t时段电压源型换流器直流侧端口的有功功率；为无功补偿功率上限；μ为电压源型换流器电压利用率，通取0.866；M
vsc,d
为调制比，取值区间[0,1]；S
vsc,N
为电压源型换流器交流侧容量；为直流侧功率上限值；5)储能运行约束
式中，P
ESS,d,max
为储能充放电功率上限；β
ch,d,t
和β
dis,d,t
分别为t时段储能充电和放电状态变量；E
d,t
和为储能t时段开始时的电量；Δt为相邻调度时段时间间隔；η
ch,d
和η
dis,d
分别为储能的充电和放电效率；E
N,d
为储能的额定容量；Γ
ESS,d
为与储能相连的端口集合；为储能的充放电次数上限；P
o,t
为关联至端口o的系统有功功率状态变量；6)光伏逆变器运行约束6)光伏逆变器运行约束6)光伏逆变器运行约束式中，D
PV...

【专利技术属性】
技术研发人员：卫志农，马智刚，陈胜，孙国强，臧海祥，朱瑛，黄蔓云，韩海腾，周亦洲，
申请(专利权)人：河海大学，
类型：发明
国别省市：