CN107093900A - 一种分布式潮流控制器优化配置方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种分布式潮流控制器优化配置方法,包括采集电力***信息;根据松弛分布式潮流控制器装设总数的约束,构建第一层优化函数,求得新能源最大消纳量;将新能源最大消纳量作为额外约束,构建第二层优化函数,求解分布式潮流控制器最小安装数量。本发明基于分布式潮流控制器的运行特性考虑到各线路分布式潮流控制器的安装数量约束、运行参数约束以及传统的电力***运行约束,采用双层优化的思想可求得新能源最大消纳量以及满足该性能指标条件下的分布式潮流控制器的最优配置方案,为分布式潮流控制器的安装提供指导。
Description
技术领域
本发明涉及一种分布式潮流控制器优化配置方法,属于柔***流输电技术领域。
背景技术
近年来,由于电力能量的需求在不断提升以及电能替代政策的不断深入,发电企业逐渐新建新能源发电厂来满足这一增长需求。但考虑到新能源发电具有间歇性和波动性,对电力***的新能源电能传输而言,应该有充足的可用的输电容量。目前,提升新能源消纳的方法主要有三种:1)在电量需求大的地区建设新的输电线路;2)提高现有输电设备的利用率,通常利用柔***流输电技术(FACTS)通过控制***电压相角的因素实现潮流控制的目的;3)多种类型电源之间的协调控制。目前新能源的消纳往往受到部分外送线路的约束限制,然而在附近建设新的输电线路将会导致巨大的投资,而传统集中式FACTS装置由于受到初始基础投资及投资回报率的影响使得其应用仍然是小范围的。为了克服上述提及的障碍,分布式FACTS装置(D-FACTS)的概念应运而生。分布式潮流控制器(DPFC)作为一种新型的D-FACS装置可有效地实现潮流精准控制,提高新能源的消纳。
新能源的消纳主要受制于网络拓扑结构,负载的分布,线路潮流的约束。在***中装设一定数量的DPFC可提高新能源消纳,但逐渐装设更多的DPFC设备时,对***的新能源消纳的提升效果将变得十分微小。***中存在大量的DPFC时虽然极大程度上提升的潮流控制的灵活性,但在促进新能源消纳方面,可通过少量的DPFC优化布点后实现。
目前国内暂无有关DPFC的优化配置方法,仅有相关资料描述传统集中式FACTS的优化配置问题,传统方法通常通过构造一种评价指标,并以此为标准确定相关FACTS的最优安装位置,最后求解FACTS的运行参数,然而该方法在确定FACTS的位置上往往存在一定的误差并且很难用于确定***存在大量小容量的DPFC的配置问题。
发明内容
为了解决上述技术问题,本发明提供了一种分布式潮流控制器优化配置方法。
为了达到上述目的,本发明所采用的技术方案是:
一种分布式潮流控制器优化配置方法,包括,
采集电力***信息;
根据松弛分布式潮流控制器装设总数的约束,构建第一层优化函数,求得新能源最大消纳量;松弛分布式潮流控制器装设总数的约束是指其中,NT为电力***中分布式潮流控制器装设总数,Nk.max为线路k上分布式潮流控制器所能装设数量的上限,Ωl为线路集合;
将新能源最大消纳量作为额外约束,构建第二层优化函数,求解分布式潮流控制器最小安装数量。
采集的电力***信息包括电网网架结构、输电线路电压等级、长度信息和新能源发电的分布情况。
令新能源最大发电量即为最大消纳量,第一层优化函数的优化目标为,
约束条件为,
G+P-α×D=A×L (2)
L=BL(AT×δ+Vq) (3)
Nk≤Nk.max×uk (4)
Nk.min×uk≤Nk (5)
Gmin≤G≤Gmax (7)
Pmin≤P≤Pmax (8)
|L|≤Llim (9)
-π≤δ≤π (10)
NkVqk.min≤Vqk≤NkVqk.max (11)
其中,Pi为第i个新能源发电机组的有功输出功率,α为电力***负载系数,是个变量,G为电力***中传统发电机组有功输出功率的矢量,Gmax和Gmin分别为G的上下限,P为新能源发电机组有功输出功率的矢量,Pmax和Pmin分别为P的上下限,D为节点有功负荷的矢量,A为节点的关系矩阵,L为线路有功功率的矢量,Llim为线路有功功率传输极限,BL为线路电纳的对角矩阵,δ为节点相角矢量,Vq为分布式潮流控制器线路注入电压矢量,Nk为线路k上的分布式潮流控制器数量,Nk.min为线路k上分布式潮流控制器所能装设数量的下限,uk=S1和uk=S2分别表示线路k上是否安装分布式潮流控制器,S1和S2为根据线路实际运行情况确定的数值,Vqk为线路k上所有分布式潮流控制器的逆变电压,Vqk.max和Vqk.min分别为单个分布式潮流控制器逆变电压的上下限。
第二层优化函数的优化目标为,
Minωk×Nk (12)
约束条件为,
L=BL(AT×δ+Vq) (3)
Nk≤Nk.max×uk (4)
Nk.min×uk≤Nk (5)
Gmin≤G≤Gmax (7)
Pmin≤P≤Pmax (8)
|L|≤Llim (9)
-π≤δ≤π (10)
NkVqk.min≤Vqk≤NkVqk.max (11)
G+P*-α*×D=A×L (13)
其中,P*为最大消纳量,α*为电力***最大负载能力,是一个确定值,ωk为线路k上分布式潮流控制器的安装费用系数。
当ωk=1时,则认为各线路上分布式潮流控制器安装费用系数相等,第二层优化函数等价于优化分布式潮流控制器的安装数量,即第二层优化函数优化结果即为分布式潮流控制器最小安装数量。
当ωk≠1时,则根据各线路的电压等级对各线路上分布式潮流控制器的安装费用系数差异化设置,第二层优化函数等价于优化分布式潮流控制器的最小投资费用,即第二层优化函数优化结果即为分布式潮流控制器的最小投资费用,根据优化获得的分布式潮流控制器的最小投资费用以及设置的安装费用系数,可得分布式潮流控制器最小安装数量。
本发明所达到的有益效果:本发明提出了一种促进新能源消纳的分布式潮流控制器优化配置方法,该方法基于分布式潮流控制器的运行特性考虑到各线路分布式潮流控制器的安装数量约束、运行参数约束以及传统的电力***运行约束,采用双层优化的思想可求得新能源最大消纳量以及满足该性能指标条件下的分布式潮流控制器的最优配置方案,为分布式潮流控制器的安装提供指导。
附图说明
图1为本发明的流程图;
图2为IEEE-RTS79***结构图;
图3为不同分布式潮流控制器装设数量下的节点7新能源消纳量。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案,而不能以此来限制本发明的保护范围。
如图1所示,一种分布式潮流控制器优化配置方法,包括以下步骤:
步骤1,采集电力***信息,具体采集信息包括电网网架结构、输电线路电压等级、长度信息和新能源发电的分布情况。
步骤2,根据松弛分布式潮流控制器装设总数的约束,构建第一层优化函数,求得新能源最大消纳量;松弛分布式潮流控制器装设总数的约束是指即将电力***中分布式潮流控制器装设总数设为受技术约束后所有线路总装设数量,技术约束是指受分布式潮流控制器的影响,每条线路每公里所能装设数量约束;其中,NT为电力***中分布式潮流控制器装设总数,Nk.max为线路k上分布式潮流控制器所能装设数量的上限,Ωl为线路集合。
令新能源最大发电量即为最大消纳量,第一层优化函数的优化目标为:
约束条件为:
G+P-α×D=A×L (2)
L=BL(AT×δ+Vq) (3)
Nk≤Nk.max×uk (4)
Nk.min×uk≤Nk (5)
Gmin≤G≤Gmax (7)
Pmin≤P≤Pmax (8)
|L|≤Llim (9)
-π≤δ≤π (10)
NkVqk.min≤Vqk≤NkVqk.max (11)
其中,Pi为第i个新能源发电机组的有功输出功率,α为电力***负载系数,是个变量,G为电力***中传统发电机组有功输出功率的矢量,Gmax和Gmin分别为G的上下限,P为新能源发电机组有功输出功率的矢量,Pmax和Pmin分别为P的上下限,D为节点有功负荷的矢量,A为节点的关系矩阵,L为线路有功功率的矢量,Llim为线路有功功率传输极限,BL为线路电纳的对角矩阵,δ为节点相角矢量,Vq为分布式潮流控制器线路注入电压矢量,Nk为线路k上的分布式潮流控制器数量,Nk.min为线路k上分布式潮流控制器所能装设数量的下限,uk=S1和uk=S2分别表示线路k上是否安装分布式潮流控制器,S1和S2为根据线路实际运行情况确定的数值,一般设S1=1,S2=0,Vqk为线路k上所有分布式潮流控制器的逆变电压,Vqk.max和Vqk.min分别为单个分布式潮流控制器逆变电压的上下限。
步骤3,将新能源最大消纳量作为额外约束,构建第二层优化函数,求解分布式潮流控制器最小安装数量。
第二层优化函数的优化目标为,
Minωk×Nk (12)
约束条件包括式(3)~(11),以及额外约束
G+P*-α*×D=A×L (13)
其中,P*为最大消纳量,,α*为电力***最大负载能力,是一个确定值,ωk为线路k上分布式潮流控制器的安装费用系数;
当ωk=1时,则认为各线路上分布式潮流控制器安装费用系数相等,第二层优化函数等价于优化分布式潮流控制器的安装数量,即第二层优化函数优化结果即为分布式潮流控制器最小安装数量;当ωk≠1时,则根据各线路的电压等级对各线路上分布式潮流控制器的安装费用系数差异化设置,第二层优化函数等价于优化分布式潮流控制器的最小投资费用,即第二层优化函数优化结果即为分布式潮流控制器的最小投资费用,根据优化获得的分布式潮流控制器的最小投资费用以及设置的安装费用系数,可得分布式潮流控制器最小安装数量。
用上述方法对如图2所示的***进行测试,为更好地表明分布式潮流控制器接入对新能源提升的影响,令节点7为新能源发电机组,线路的有功传输极限减小至原始的50%。假设受到技术约束,每公里每相线路最多装设1个分布式潮流控制器装置,分布式潮流控制器容量取70kVA。故可得分布式潮流控制器在不同电压等级输电线路上逆变电压如表1所示。
表1 70kVA DPFC在不同电压等级线路上的逆变电压
由图3可见,节点7的新能源消纳量随着分布式潮流控制器的总装设数量的增加而逐渐提升,而当分布式潮流控制器增加至一定数量时,新能源消纳的提升效果逐渐减弱甚至为零,因此有必要通过第二层优化函数获得满足新能源最大消纳时的分布式潮流控制器最小装设数量。
由表2可知,分布式潮流控制器接入后,节点7的新能源消纳量由216.3MW提升至227.7MW,电力***负载能力由1.0317提升至1.1217,采用双层优化后可有效减小分布式潮流控制器的装设数量。当ωk=1时,为最大化新能源消纳,经第一层优化后需要3033个分布式潮流控制器,而经第二层优化后,仅需726个分布式潮流控制器就能满足节点7新能源消纳最大化的需求。
表2 DPFC接入前后节点7新能源消纳量
表3为经过双层优化后分布式潮流控制器的优化配置结果,其中线路4-9、11-14、14-16、16-19均达到安装极限,表明这些线路对该***中新能源消纳的重要性。
表3双层优化后的DPFC优化配置结果
综上所述,上述方法基于分布式潮流控制器的运行特性考虑到各线路分布式潮流控制器的安装数量约束、运行参数约束以及传统的电力***运行约束,采用双层优化的思想可求得新能源最大消纳量以及满足该性能指标条件下的分布式潮流控制器的最优配置方案,为分布式潮流控制器的安装提供指导。
以上所述仅是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明技术原理的前提下,还可以做出若干改进和变形,这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种分布式潮流控制器优化配置方法,其特征在于:包括,
采集电力***信息;
根据松弛分布式潮流控制器装设总数的约束,构建第一层优化函数,求得新能源最大消纳量;松弛分布式潮流控制器装设总数的约束是指其中,NT为电力***中分布式潮流控制器装设总数,Nk.max为线路k上分布式潮流控制器所能装设数量的上限,Ωl为线路集合;
将新能源最大消纳量作为额外约束,构建第二层优化函数,求解分布式潮流控制器最小安装数量。
2.根据权利要求1所述的一种分布式潮流控制器优化配置方法,其特征在于:采集的电力***信息包括电网网架结构、输电线路电压等级、长度信息和新能源发电的分布情况。
3.根据权利要求1所述的一种分布式潮流控制器优化配置方法,其特征在于:令新能源最大发电量即为最大消纳量,第一层优化函数的优化目标为,
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<mi>a</mi>
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<mrow>
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<mo>-</mo>
<mo>-</mo>
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</mrow>
</mrow>
约束条件为,
G+P-α×D=A×L (2)
L=BL(AT×δ+Vq) (3)
Nk≤Nk.max×uk (4)
Nk.min×uk≤Nk (5)
<mrow>
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<mrow>
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<mo>-</mo>
<mo>-</mo>
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</mrow>
</mrow>
Gmin≤G≤Gmax (7)
Pmin≤P≤Pmax (8)
|L|≤Llim (9)
-π≤δ≤π (10)
NkVqk.min≤Vqk≤NkVqk.max (11)
其中,Pi为第i个新能源发电机组的有功输出功率,α为电力***负载系数,是个变量,G为电力***中传统发电机组有功输出功率的矢量,Gmax和Gmin分别为G的上下限,P为新能源发电机组有功输出功率的矢量,Pmax和Pmin分别为P的上下限,D为节点有功负荷的矢量,A为节点的关系矩阵,L为线路有功功率的矢量,Llim为线路有功功率传输极限,BL为线路电纳的对角矩阵,δ为节点相角矢量,Vq为分布式潮流控制器线路注入电压矢量,Nk为线路k上的分布式潮流控制器数量,Nk.min为线路k上分布式潮流控制器所能装设数量的下限,uk=S1和uk=S2分别表示线路k上是否安装分布式潮流控制器,S1和S2为根据线路实际运行情况确定的数值,Vqk为线路k上所有分布式潮流控制器的逆变电压,Vqk.max和Vqk.min分别为单个分布式潮流控制器逆变电压的上下限。
4.根据权利要求1所述的一种分布式潮流控制器优化配置方法,其特征在于:第二层优化函数的优化目标为,
Minωk×Nk (12)
约束条件为,
L=BL(AT×δ+Vq) (3)
Nk≤Nk.max×uk (4)
Nk.min×uk≤Nk (5)
<mrow>
<mn>3</mn>
<mo>&times;</mo>
<munder>
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Gmin≤G≤Gmax (7)
Pmin≤P≤Pmax (8)
|L|≤Llim (9)
-π≤δ≤π (10)
NkVqk.min≤Vqk≤NkVqk.max (11)
G+P*-α*×D=A×L (13)
其中,P*为最大消纳量,α*为电力***最大负载能力,是一个确定值,ωk为线路k上分布式潮流控制器的安装费用系数。
5.根据权利要求4所述的一种分布式潮流控制器优化配置方法,其特征在于:当ωk=1时,则认为各线路上分布式潮流控制器安装费用系数相等,第二层优化函数等价于优化分布式潮流控制器的安装数量,即第二层优化函数优化结果即为分布式潮流控制器最小安装数量。
6.根据权利要求5所述的一种分布式潮流控制器优化配置方法,其特征在于:当ωk≠1时,则根据各线路的电压等级对各线路上分布式潮流控制器的安装费用系数差异化设置,第二层优化函数等价于优化分布式潮流控制器的最小投资费用,即第二层优化函数优化结果即为分布式潮流控制器的最小投资费用,根据优化获得的分布式潮流控制器的最小投资费用以及设置的安装费用系数,可得分布式潮流控制器最小安装数量。
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Legal Events
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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