随机性充电负荷下配电网灵敏度计算方法、模型及设备技术

本发明专利技术公开了一种随机性充电负荷下配电网灵敏度计算方法、模型及设备，该方法包括：设各节点注入的有功功率的列向量为P，各节点注入的无功功率的列向量为Q，将P和Q组成输入数据列向量X，X＝[P

【技术实现步骤摘要】
随机性充电负荷下配电网灵敏度计算方法、模型及设备


[0001]本专利技术涉及一种配电网的控制领域，特别涉及一种随机性充电负荷下配电网灵敏度计算方法、模型及设备。

技术介绍

[0002]目前，灵敏度分析作为基本的运行分析工具在广泛应用于集中和分布式最优电压控制、最小化网损、最优无功功率补偿等方面。然而，中低压配电网的运行维护水平相对较低，线路阻抗数据难以获取，传统精确物理模型难以应用。
[0003]现有数据驱动灵敏度建模普遍以高精度相位量测数据可获取为前提，中低压配电网节点数量多，难以大规模经济性接入高精度量测单元，因而实际中难以全面获取μPMU量测数据，而仅能通过智能表计等量测终端获取运行数据，因而量测数据不可避免地引入误差。
[0004]文献1：“考虑测量容差下的配电线路参数估计”，作者：A.M.Prostejovsky、O.Gehrke、A.M.Kosek、T.Strasser和H.W.Bindner，刊载于IEEE工业信息学汇刊，第12卷第2期，第726
‑
735页，2016年4月出版；该文献记载了误差由以下方面的原因造成：包括量测装置公差、噪声扰动以及非同步量测导致的误差，以上原因共同构成组合误差，因而实际中的量测误差较大。而随着电动汽车保有量的逐步提高，具有强功率随机性和不确定性的充电负荷将导致非同步量测误差将进一步被放大，组合误差甚至可能大于不同运行状态下电压的真实波动幅值。由于配电网正常运行状态下电压稳定且波动较小，相比与潮流模型，在计算节点注入功率到电压幅值的灵敏度时这样的误差影响更为显著。文献1中的多个测试算例表明，量测误差引入1％的误差将会导致回归系数出现超过40％的误差，因而实际场景中的量测误差影响较为严重。
[0005]针对上述问题，现有研究中通过建立物理约束的方式，以提高量测数据存在较大误差背景下的灵敏度建模精度。按照数学结构可以分为3种类型：
[0006]1)引入雅各比矩阵稀疏特性的方式。其中文献2：“考虑雅可比矩阵稀疏性的配电网电压功率灵敏度PMU估计”，载于IEEE Access期刊，第6卷，第31307
‑
31316页，2018出版；该文献将潮流模型雅各比矩阵的稀疏特性纳入到灵敏度参数回归中，稀疏矩阵的稀疏空位置零，在一定程度上提高了雅各比矩阵整体的回归精度。然而该方法基于灵敏度矩阵求逆的雅各比矩阵发展而来，需要量测电压相位，大大限制了该类方法在中低压配电网的应用。
[0007]2)引入有功无功对电压灵敏度的关联特性的方式。文献3：“考虑中压配电网中电压与功率相互依赖性的电压与功率灵敏度的数据驱动估计”，载于《IEEE电力系统汇刊》，第37卷，第4期，第3173
‑
3176页，2022年7月出版；该文献记载了有功功率
‑
电压灵敏度与无功功率
‑
电压灵敏度之间存在一定的相关性，以此为基础建立线性回归模型得到了考虑有功、无功灵敏度相关性的灵敏度映射关系，在确定配网阻抗比的前提下可实现更高的精度。但是实际中低压网络复杂的线路结构难以满足其假设条件，限制了该方法的实际应用。
[0008]综上所述，现有的潮流约束存在着以下缺陷和不足：
[0009](1)实际工程中，由于成本和现场条件的限制，中低压配电网的高精度相位量测设备十分有限，相角数据事实上难以获取，限制了现有基于雅各比矩阵等方法的应用。
[0010](2)实际配电网由于其分支线众多，不同分支线线径选择均根据所在分支的负荷大小进行确定，难以实现所有线路阻抗比的一致性。因而通过物理模型解析推导得到的定配网阻抗比约束方法在实际应用中缺少满足其基本假设的条件，难以实际应用。

技术实现思路

[0011]本专利技术为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种随机性充电负荷下配电网灵敏度计算方法、模型及设备。
[0012]本专利技术为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：
[0013]一种随机性充电负荷下配电网灵敏度计算方法，该方法包括：设各节点注入的有功功率的列向量为P，各节点注入的无功功率的列向量为Q，将P和Q组成输入数据列向量X，X＝[P
T
,Q
T
]T
，将节点电压幅值列向量作为输出变量Y，设S为节点注入功率对节点电压幅值的灵敏度矩阵；设S
ab
为S矩阵中第a行第b列元素，S
ab
表示节点b注入功率X
b
对节点a电压幅值U
a
的灵敏度；
[0014]基于最小二乘回归方法建立如下目标函数：
[0015][0016]；
[0017]构建使S矩阵的不同行之间的元素具有约束关系的线性约束条件；
[0018]通过量测数据获得ΔX和ΔY的值，由最小二乘回归法计算线性灵敏度参数。
[0019]进一步地，线性约束条件包括以下约束条件中的一种或几种组合：大小关系约束条件、对称性约束条件、有功无功等价性约束条件、有功无功相互约束条件及有功非负性约束条件；其中：
[0020]大小关系约束条件是指节点间灵敏度存在数值大小关系；
[0021]对称性约束条件是指节点注入的有功功率对电压幅值的灵敏度，与电压幅值对节点注入的有功功率的灵敏度存在对称关系；
[0022]有功无功等价性约束条件是指节点注入的有功功率对电压幅值的灵敏度，与节点注入的无功功率对电压幅值的灵敏度的大小趋势保持一致；
[0023]有功无功相互约束条件是指节点注入的有功功率对电压幅值的灵敏度，与节点注入的无功功率对电压幅值的灵敏度的大小趋势保持一致，用于去除部分尖峰；
[0024]有功非负性约束条件是指节点注入的有功功率对电压幅值的灵敏度大于等于0。
[0025]进一步地，针对辐射状配电网，定义平衡节点为根节点，定义根节点为网络首端；设中压网络的上级变电站的低压母线为根节点，具备连接关系的节点之间，在拓扑关系中设某个参考节点i，相对节点i更靠近根节点的节点为节点i的上游节点，否则为节点i的下游节点；设N
U,i
表示节点i的上游节点集合，设N
D,i
表示节点i的下游节点结合，通过沿根节点开始的树搜索方法确定N
U,i
及N
D,i
；通过对N
U,i
及N
D,i
的逻辑判断，获取不同节点之间的拓扑位置关系，用以建立辐射状配电网中不同位置节点间的灵敏度大小关系约束条件。
[0026]进一步地，建立辐射状配电网中不同位置节点间的灵敏度大小关系约束条件的方
法包括：
[0027]设辐射状配电网中，一条从根节点延伸的支路为R
p
，p为对应支路序号；设支路R
p
上依次设置i
u
、i、i
d
、k、j、l节点，其中i
u
、i
d
为i的邻接点；设一本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种随机性充电负荷下配电网灵敏度计算方法，其特征在于，该方法包括：设各节点注入的有功功率的列向量为P，各节点注入的无功功率的列向量为Q，将P和Q组成输入数据列向量X，X＝[P
T
,Q
T
]
T
，将节点电压幅值列向量作为输出变量Y，设S为节点注入功率对节点电压幅值的灵敏度矩阵；设S
ab
为S矩阵中第a行第b列元素，S
ab
表示节点b注入功率X
b
对节点a电压幅值U
a
的灵敏度；基于最小二乘回归方法建立如下目标函数：基于最小二乘回归方法建立如下目标函数：构建使S矩阵的不同行之间的元素具有约束关系的线性约束条件；通过量测数据获得ΔX和ΔY的值，由最小二乘回归法计算线性灵敏度参数。2.根据权利要求1所述的随机性充电负荷下配电网灵敏度计算方法，其特征在于，线性约束条件包括以下约束条件中的一种或几种组合：大小关系约束条件、对称性约束条件、有功无功等价性约束条件、有功无功相互约束条件及有功非负性约束条件；其中：大小关系约束条件是指节点间灵敏度存在数值大小关系；对称性约束条件是指节点注入的有功功率对电压幅值的灵敏度，与电压幅值对节点注入的有功功率的灵敏度存在对称关系；有功无功等价性约束条件是指节点注入的有功功率对电压幅值的灵敏度，与节点注入的无功功率对电压幅值的灵敏度的大小趋势保持一致；有功无功相互约束条件是指节点注入的有功功率对电压幅值的灵敏度，与节点注入的无功功率对电压幅值的灵敏度的大小趋势保持一致，用于去除部分尖峰；有功非负性约束条件是指节点注入的有功功率对电压幅值的灵敏度大于等于0。3.根据权利要求2所述的随机性充电负荷下配电网灵敏度计算方法，其特征在于，针对辐射状配电网，定义平衡节点为根节点，定义根节点为网络首端；设中压网络的上级变电站的低压母线为根节点，具备连接关系的节点之间，在拓扑关系中设某个参考节点i，相对节点i更靠近根节点的节点为节点i的上游节点，否则为节点i的下游节点；设N
U,i
表示节点i的上游节点集合，设N
D,i
表示节点i的下游节点结合，通过沿根节点开始的树搜索方法确定N
U,i
及N
D,i
；通过对N
U,i
及N
D,i
的逻辑判断，获取不同节点之间的拓扑位置关系，用以建立辐射状配电网中不同位置节点间的灵敏度大小关系约束条件。4.根据权利要求3所述的随机性充电负荷下配电网灵敏度计算方法，其特征在于，建立辐射状配电网中不同位置节点间的灵敏度大小关系约束条件的方法包括：设辐射状配电网中，一条从根节点延伸的支路为R
p
，p为对应支路序号；设支路R
p
上依次设置i
u
、i、i
d
、k、j、l节点，其中i
u
、i
d
为i的邻接点；设一条从支路R
p
上的节点i处开始分支延伸的分支路为R
iq
，q为从节点i处开始分支延伸的分支路序号；设分支路R
iq
上依次设置节点m、n，则节点i
u
为节点i的上游节点，节点i
d
、k、j、l、m、n均为节点i的下游节点，节点k、j、l为节点i
d
的下游节点，节点j、l为节点k的下游节点，节点l为节点j的下游节点；节点n是节点m的下游节点；根据不同节点之间的拓扑位置及邻接点之间灵敏度关系特性，分别建立如下的节点间的灵敏度大小关系约束条件：
1)在同一网络支路R
p
上，节点i对越靠近下游的节点，灵敏度越大：S
ki
≤S
ji
if{(j,k∈N
D,i
)∩(j,∈N
D,k
)}2)在同一网络支路R
p
上，节点j对节点j的灵敏度，大于节点j对其上游节点的灵敏度，且节点j对越靠上游的节点灵敏度越小：3)在同一网络支路R
p
上，节点i、k对共同下游节点的灵敏度差值近似相等：S
ji
‑
S
jk
≈S
li
‑
S
lk
；s.t.{l,j∈(N
D,i
∩N
D,k
)；4)支路S
p
上的一节点与分支路R
iq
上的多个节点具有...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘一欣，郭力，张宇轩，李相俊，贾学翠，张敏，王腾鑫，常潇，王金浩，
申请(专利权)人：中国电力科学研究院有限公司国网山西省电力公司电力科学研究院，
类型：发明
国别省市：