CN110263391B - 一种基于机会约束的有源配电网智能软开关规划方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种基于机会约束的有源配电网智能软开关规划方法，立足于解决含有不可控分布式电源的有源配电网智能软开关规划问题，充分考虑智能软开关位置与容量约束、智能软开关运行约束、***潮流约束、不可控分布式电源运行约束和***安全运行机会约束，建立基于机会约束的有源配电网智能软开关规划模型，其数学本质是混合整数非线性规划问题，采用内点法进行求解，得到满足节点电压和支路有功功率概率置信水平的智能软开关规划方案。本发明能够制定出满足不同需求的智能软开关规划方案，充分协调***运行安全性和规划方案经济性之间的关系，为规划人员提供更多的备选方案。

Description

一种基于机会约束的有源配电网智能软开关规划方法
技术领域
本发明涉及智能电网领域，更具体地，涉及一种基于机会约束的有源配电网智能软开关规划方法。
背景技术
随着分布式电源、储能***和新型灵活负荷渗透率的不断提高，配电***正在从传统的辐射型网络进化为有源配电网。大规模分布式电源的接入给配电网带来降低***损耗、提高供电可靠性、减少环境污染等一系列益处，但同时也使得配电网的运行效率问题愈加突出。
大量光伏、风机等不可控分布式电源接入有源配电网后，其运行特性受环境影响较大且具有明显的随机性和波动性，会为配电网的安全运行带来诸多问题，如节点电压越限、支路电流过载等，进而带来***运行经济性下降、分布式能源消纳水平降低等不良后果，甚至引发设备故障，造成巨大经济损失。在有源配电网规划建设过程中，面对不可控分布式电源的大量接入，如何提供更加灵活的基础配电***并合理调配***资源，以保证电能可靠持续的传送和分配，从而面对新能源发展所带来的机遇和挑战，已引起了广泛的关注。
智能软开关(soft open point,SOP)具有强大的潮流调控能力，将其应用到有源配电网中，能够有效应对不可控分布式电源出力的不确定性，进而改善***运行状态、提高***运行效率，大大提高可再生能源并网的渗透率。然而，SOP实时、精准的功率控制主要基于全控型电力电子器件，其投资与运行维护成本较高。因此，对SOP的合理规划显得十分必要。SOP的运行策略与分布式电源出力特性耦合程度高，若在SOP规划阶段忽略不可控分布式电源出力不确定性，则往往导致投资成本过高或***运行风险过大。
目前，现有的计及不可控分布式电源不确定性的有源配电网规划方法大致可分为鲁棒优化算法、随机规划法两类。鲁棒优化算法多以不确定集合代替不可控分布式电源发电功率的概率确切分布，以最恶劣场景下的规划方案作为***最终的规划方案，当用以规划投资运维费用较高的设备时，得到的结果较为保守。随机规划方法则多将不可控分布式电源的不确定信息用场景概率分布的方式描述，在有源配电网规划问题中，大多采用基于期望值模型的场景分析法和机会约束规划方法。场景分析法旨在寻求规划问题面对不确定环境时平均投入成本的最小化，亦需要满足恶劣场景下的约束条件，其结果同样具有保守性。机会约束规划方法在场景分析法的基础上进行了扩展，通过在机会约束模型中引入置信水平参数，使规划方案的保守性可调，能够灵活协调方案经济性与***运行安全性，对于高成本的SOP规划问题更具适用性。
发明内容
本发明提供一种考虑不可控分布式电源出力不确定性的基于机会约束的有源配电网智能软开关规划方法。
为了达到上述技术效果，本发明的技术方案如下：
一种基于机会约束的有源配电网智能软开关规划方法，包括以下步骤：
S1：根据选定的配电***，输入线路参数、负荷水平、网络拓扑连接关系，***运行电压水平和支路有功功率限制，置信参数，不可控分布式电源接入位置与容量，负荷运行曲线，基准电压和基准功率初值，智能软开关经济参数，向上级电网购电电价参数，智能软开关待安装位置；
S2：建立基于机会约束的有源配电网智能软开关规划模型，包括：设定配电网年综合费用最小为目标函数，包括智能软开关年投资费用与年运行维护费用、配电网年损耗费用，分别考虑智能软开关位置与容量约束、智能软开关运行约束、配电***潮流约束、不可控分布式电源运行约束、***安全运行机会约束；
S3：采用k均值聚类算法对配电网所在地全年的不可控分布式电源出力进行聚类分析，得到用于智能软开关规划的典型场景及各场景全年出现的概率；
S4：将目标函数、智能软开关运行约束、配电***潮流约束、不可控分布式电源运行约束、***安全运行机会约束进行转化，得到混合整数非线性优化模型；
S5：将步骤S4得到的混合整数非线性优化模型采用内点法进行求解；
S6：输出步骤S5的求解结果，包括满足预设置信水平的智能软开关位置和容量方案、配电网年综合费用、智能软开关年投资费用与年运行维护费用、配电网年损耗费用。
进一步地，步骤S2所述的配电网年综合费用为目标函数为：
Figure BDA0002081343660000021
Figure BDA0002081343660000031
Figure BDA0002081343660000032
Figure BDA0002081343660000033
Figure BDA0002081343660000034
式中，
Figure BDA0002081343660000035
为智能软开关的年投资费用；/>
Figure BDA0002081343660000036
为智能软开关年运行维护费用；CL为配电网年损耗费用；d为贴现率，ySOP为智能软开关的经济使用年限；/>
Figure BDA0002081343660000037
为智能软开关单位容量投资成本；/>
Figure BDA0002081343660000038
为安装在支路ij的智能软开关容量；/>
Figure BDA0002081343660000039
为智能软开关单位容量的运行维护成本；ρt为t时段向上级电网购电的电价；/>
Figure BDA00020813436600000310
为t时段配电***有功功率损耗；Δt为优化步长；it,ij为t时段支路ij电流幅值平方；Rij为支路ij的电阻；/>
Figure BDA00020813436600000311
为t时段接在节点i上智能软开关装置的损耗；Ωn为***所有节点的集合；Ωb为***支路的集合。
进一步地，步骤S2中的智能软开关位置与容量约束如下：
Figure BDA00020813436600000312
/>
Figure BDA00020813436600000313
式中，
Figure BDA00020813436600000314
为安装在支路ij的智能软开关容量；smodule为单位智能软开关模块安装容量，即安装变流器最小可优化容量，如10kVA、100kVA等；mij为非负整数，表示安装单位智能软开关模块数量，若mij＝0，则认为该位置不需要安装智能软开关；/>
Figure BDA00020813436600000315
表示在选定位置允许安装的智能软开关最大容量。
进一步地，步骤S2中的智能软开关运行约束如下：
Figure BDA00020813436600000316
Figure BDA00020813436600000317
Figure BDA00020813436600000318
Figure BDA00020813436600000319
Figure BDA0002081343660000041
式中，
Figure BDA0002081343660000042
和/>
Figure BDA0002081343660000043
分别为t时段接在节点i上智能软开关装置传输的有功功率和无功功率；/>
Figure BDA0002081343660000044
为t时段接在节点i上智能软开关装置的损耗；/>
Figure BDA0002081343660000045
为接在节点i上智能软开关装置的损耗系数；/>
Figure BDA0002081343660000046
为安装在支路ij的智能软开关容量。
进一步地，步骤S2中的配电***潮流约束如下：
Figure BDA0002081343660000047
Figure BDA0002081343660000048
Figure BDA0002081343660000049
Figure BDA00020813436600000410
Figure BDA00020813436600000411
Figure BDA00020813436600000412
式中，Ωb为***支路的集合；Pt，ji、Qt，ji分别为t时段支路ji上流过的有功功率和无功功率；Pt，i、Qt，i分别为t时段节点i上注入的有功功率和无功功率之和；
Figure BDA00020813436600000413
Figure BDA00020813436600000414
分别为t时段节点i上负荷消耗的有功功率和无功功率；it，ij为t时段支路ij电流幅值平方；Rij为支路ij的电阻，Xij为支路ij的电抗；ut，i为t时段节点i电压幅值平方；/>
Figure BDA00020813436600000415
分别表示t时段接在节点i上的不可控分布式电源的有功功率和无功功率；/>
Figure BDA00020813436600000416
和/>
Figure BDA00020813436600000417
分别为t时段接在节点i上智能软开关装置传输的有功功率和无功功率。
进一步地，步骤S2中的***安全运行机会约束如下：
Pr{(Umin)2≤ut，i≤(Umax)2}≥1-ε
Figure BDA00020813436600000418
/>
式中，Pr{·}表示某一事件成立的概率；ε为置信参数；
Figure BDA00020813436600000419
分别为电压幅值的上下限；/>
Figure BDA00020813436600000420
分别为支路ij有功功率的上下限；ut，i为t时段、节点i上电压幅值平方；Pt，ij为t时段支路ij上流过的有功功率。
进一步地，步骤S4中的转化包括：
(1)采用不可控分布式电源出力的典型场景刻画其出力特性：
Figure BDA00020813436600000421
Figure BDA00020813436600000422
式中，
Figure BDA0002081343660000051
表示经步骤S3找那中的聚类分析得到的t时段、s场景下不可控分布式电源有功功率；/>
Figure BDA0002081343660000052
分别为t时段、s场景节点i上不可控分布式电源注入的有功功率和无功功率；cosθNDG表示不可控分布式电源功率因数；
(2)目标函数转化如下：
Figure BDA0002081343660000053
Figure BDA0002081343660000054
Figure BDA0002081343660000055
Figure BDA0002081343660000056
Figure BDA0002081343660000057
式中，
Figure BDA0002081343660000058
为智能软开关的年投资费用；/>
Figure BDA0002081343660000059
为智能软开关年运行维护费用；CL为配电网年损耗费用；d为贴现率，ySOP为智能软开关的经济使用年限；/>
Figure BDA00020813436600000510
为智能软开关单位容量投资成本；/>
Figure BDA00020813436600000511
为安装在支路ij的智能软开关容量；/>
Figure BDA00020813436600000512
为智能软开关单位容量的运行维护成本；ρt为t时段向上级电网购电的电价；Ωs为场景s的集合；πs为场景s出现的概率；
Figure BDA00020813436600000513
时段、s场景下配电***有功功率损耗；Δt为优化步长；it，ij，s为t时段、s场景下支路ij电流幅值平方；Rij为支路ij的电阻；/>
Figure BDA00020813436600000514
为t时段、s场景下接在节点i上智能软开关装置的损耗；Ωn为***所有节点的集合；Ωb为***支路的集合。
(3)采用凸松弛技术对含有二次项的约束进行转化，并将其写为标准的二次约束形式，智能软开关运行约束、***潮流约束转化如下：
Figure BDA00020813436600000515
Figure BDA00020813436600000516
Figure BDA00020813436600000517
Figure BDA00020813436600000518
Figure BDA00020813436600000519
/>
式中，
Figure BDA00020813436600000520
和/>
Figure BDA00020813436600000521
分别为t时段、s场景下接在节点i上智能软开关装置传输的有功功率和无功功率；/>
Figure BDA00020813436600000522
为t时段、s场景下接在节点i上智能软开关装置的损耗；/>
Figure BDA00020813436600000523
为接在节点i上智能软开关装置的损耗系数；/>
Figure BDA00020813436600000524
为安装在支路ij的智能软开关容量；Pt，ji，s、Qt，ji，s分别为t时段、s场景下支路ji上流过的有功功率和无功功率；it，ij，s为t时段、s场景下支路ij电流幅值平方；ut，i，s为t时段、s场景下节点i电压幅值平方。
(4)引入0-1变量zs，将智能软开关运行约束、***潮流约束、***安全运行机会约束转化如下：
Figure BDA0002081343660000061
Figure BDA0002081343660000062
Figure BDA0002081343660000063
Figure BDA0002081343660000064
Figure BDA0002081343660000065
Figure BDA0002081343660000066
Figure BDA0002081343660000067
Figure BDA0002081343660000068
Figure BDA0002081343660000069
Figure BDA00020813436600000610
ut，i，s-Mzs≤(Umax)2
(Umin)2≤ut，i，s+Mzs
Figure BDA00020813436600000611
Figure BDA00020813436600000612
Figure BDA00020813436600000613
Figure BDA00020813436600000614
式中，zs为引入的二进制变量，zs＝0表示在求解最优的智能软开关规划方案时计入了场景s，zs＝1表示在求解最优的智能软开关规划方案时未计及场景s；M表示一个极大的常量；πs为t时段场景s出现的概率；Ωb为支路的集合；
Figure BDA00020813436600000615
和/>
Figure BDA00020813436600000616
分别为t时段、s场景下接在节点i上智能软开关装置传输的有功功率和无功功率；/>
Figure BDA00020813436600000617
为t时段、s场景下接在节点i上智能软开关装置的损耗；Pt，ji，s、Qt，ji，s分别为t时段、s场景支路ji上流过的有功功率和无功功率；Pt，i，s、Qt，i，s分别为t时段、s场景节点i上注入的有功功率之和以及无功功率之和；/>
Figure BDA00020813436600000618
分别为t时段节点i上负荷消耗的有功功率和无功功率；/>
Figure BDA00020813436600000619
分别为t时段、s场景节点i上不可控分布式电源注入的有功功率和无功功率；ut，i，s为t时段、s场景节点i上电压幅值平方；it，ij，s为t时段、s场景支路ij电流幅值平方；Rij为支路ij的电阻，Xij为支路ij的电抗；ε为置信参数；/>
Figure BDA0002081343660000071
分别为电压幅值的上下限；/>
Figure BDA0002081343660000072
分别为支路有功功率的上下限；/>
Figure BDA0002081343660000073
为t时段、s场景下配电***有功功率损耗。/>
与现有技术相比，本发明技术方案的有益效果是：
本发明的一种基于机会约束的有源配电网智能软开关规划方法，立足于解决含有不可控分布式电源的有源配电网智能软开关规划问题，充分考虑智能软开关位置与容量约束、智能软开关运行约束、***潮流约束、不可控分布式电源运行约束和***安全运行机会约束，建立基于机会约束的有源配电网智能软开关规划模型，其数学本质是混合整数非线性规划问题，采用内点法进行求解，得到满足节点电压和支路有功功率概率置信水平的智能软开关规划方案。本发明能够制定出满足不同需求的智能软开关规划方案，充分协调***运行安全性和规划方案经济性之间的关系，为规划人员提供更多的备选方案。
附图说明
图1是本发明一种基于机会约束的有源配电网智能软开关规划方法流程图；
图2是改进的IEEE 33节点算例结构图；
图3是负荷运行曲线；
图4是该配电网区域年光伏机组出力曲线；
图5是采用k均值聚类算法得到的12个典型光伏出力场景图；
图6是在14:00时，4种场景下的***电压分布情况；
图7是在14:00时，场景1的电压测试情况；
图8是在14:00时，场景2的电压测试情况；
图9是在14:00时，场景3的电压测试情况；
图10是在14:00时，场景4的电压测试情况。
具体实施方式
附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；
为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；
对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。
实施例1
如图1所示，一种基于机会约束的有源配电网智能软开关规划方法，包括如下步骤：
1)根据选定的配电***，输入线路参数、负荷水平、网络拓扑连接关系，***运行电压水平和支路有功功率限制，置信参数，不可控分布式电源接入位置与容量，负荷运行曲线，基准电压和基准功率初值，智能软开关经济参数，向上级电网购电电价参数，智能软开关待安装位置；
2)建立基于机会约束的有源配电网智能软开关规划模型，包括：设定配电网年综合费用最小为目标函数，包括智能软开关年投资费用与年运行维护费用、配电网年损耗费用，分别考虑智能软开关位置与容量约束、智能软开关运行约束、配电***潮流约束、不可控分布式电源运行约束、***安全运行机会约束；其中，
(1)所述的配电网年综合费用最小为目标函数表示为
Figure BDA0002081343660000081
Figure BDA0002081343660000082
Figure BDA0002081343660000083
Figure BDA0002081343660000084
Figure BDA0002081343660000085
式中，
Figure BDA0002081343660000086
为智能软开关的年投资费用；/>
Figure BDA0002081343660000087
为智能软开关年运行维护费用；CL为配电网年损耗费用；d为贴现率，ySOP为智能软开关的经济使用年限；/>
Figure BDA0002081343660000088
为智能软开关单位容量投资成本；/>
Figure BDA0002081343660000089
为安装在支路ij的智能软开关容量；/>
Figure BDA00020813436600000810
为智能软开关单位容量的运行维护成本；ρt为t时段向上级电网购电的电价；/>
Figure BDA00020813436600000811
为t时段配电***有功功率损耗；Δt为优化步长；it，ij为t时段支路ij电流幅值平方；Rij为支路ij的电阻；/>
Figure BDA00020813436600000812
为t时段接在节点i上智能软开关装置的损耗；Ωn为***所有节点的集合；Ωb为***支路的集合。
(2)所述的智能软开关位置与容量约束表示为
Figure BDA00020813436600000813
Figure BDA00020813436600000814
式中，smodule为单位智能软开关模块安装容量，即安装变流器最小可优化容量，如10kVA、100kVA等；mij为非负整数，表示安装单位智能软开关模块数量，若mij＝0，则认为该位置不需要安装智能软开关；
Figure BDA00020813436600000815
表示在选定位置允许安装的智能软开关最大容量。
(3)所述的智能软开关运行约束表示为
Figure BDA0002081343660000091
Figure BDA0002081343660000092
Figure BDA0002081343660000093
Figure BDA0002081343660000094
Figure BDA0002081343660000095
式中，
Figure BDA0002081343660000096
和/>
Figure BDA0002081343660000097
分别为t时段接在节点i上智能软开关装置传输的有功功率和无功功率；/>
Figure BDA0002081343660000098
为接在节点i上智能软开关装置的损耗系数。
(4)所述的配电***潮流约束表示为
Figure BDA0002081343660000099
Figure BDA00020813436600000910
Figure BDA00020813436600000911
/>
Figure BDA00020813436600000912
Figure BDA00020813436600000913
Figure BDA00020813436600000914
式中，Pt，ji、Qt，ji分别为t时段支路ji上流过的有功功率和无功功率；Pt，i、Qt，i分别为t时段节点i上注入的有功功率和无功功率之和；
Figure BDA00020813436600000915
分别为t时段节点i上负荷消耗的有功功率和无功功率；Xij为支路ij的电抗；ut，i为t时段节点i电压幅值平方；
Figure BDA00020813436600000916
分别表示t时段接在节点i上的不可控分布式电源的有功功率和无功功率。
(5)所述的不可控分布式电源运行约束表示为
Figure BDA00020813436600000917
Figure BDA00020813436600000918
式中，
Figure BDA00020813436600000919
表示t时段影响不可控分布式电源出力的物理因素，如光照强度、风速等；/>
Figure BDA00020813436600000920
为描述不可控分布式电源出力特性的函数；cosθNDG表示不可控分布式电源功率因数。
(6)所述的***安全运行机会约束表示为
Pr{(Umin)2≤ut，i≤(Umax)2}≥1-ε (21)
Figure BDA00020813436600000921
式中，Pr{·}表示某一事件成立的概率；ε为置信参数；
Figure BDA00020813436600000922
分别为电压幅值的上下限；/>
Figure BDA00020813436600000923
分别为支路ij有功功率的上下限。
3)采用k均值聚类算法对配电网所在地全年的不可控分布式电源出力进行聚类分析，得到用于智能软开关规划的典型场景及各场景全年出现的概率；
4)将目标函数、智能软开关运行约束、配电***潮流约束、不可控分布式电源运行约束、***安全运行机会约束进行转化，得到混合整数非线性优化模型；所述的转化包括：
(1)采用不可控分布式电源出力的典型场景刻画其出力特性，如下所示：
Figure BDA0002081343660000101
Figure BDA0002081343660000102
式中，
Figure BDA0002081343660000103
表示经步骤3)聚类分析得到的t时段、s场景下不可控分布式电源有功功率；/>
Figure BDA0002081343660000104
分别为t时段、s场景节点i上不可控分布式电源注入的有功功率和无功功率。
(2)目标函数转化如下：
Figure BDA0002081343660000105
Figure BDA0002081343660000106
Figure BDA0002081343660000107
Figure BDA0002081343660000108
/>
Figure BDA0002081343660000109
式中，Ωs为场景s的集合；πs为场景s出现的概率；
Figure BDA00020813436600001010
为t时段、s场景下配电***有功功率损耗；it，ij，s为t时段、s场景下支路ij电流幅值平方；/>
Figure BDA00020813436600001011
为t时段、s场景下接在节点i上智能软开关装置的损耗。
(3)采用凸松弛技术对含有二次项的约束进行转化，并将其写为标准的二次约束形式，智能软开关运行约束、***潮流约束转化如下：
Figure BDA00020813436600001012
Figure BDA00020813436600001013
Figure BDA00020813436600001014
Figure BDA00020813436600001015
Figure BDA00020813436600001016
式中，
Figure BDA00020813436600001017
和/>
Figure BDA00020813436600001018
分别为t时段、s场景下接在节点i上智能软开关装置传输的有功功率和无功功率；/>
Figure BDA00020813436600001019
为接在节点i上智能软开关装置的损耗系数；Pt，ji，s、Qt，ji，s分别为t时段、s场景下支路ji上流过的有功功率和无功功率；ut，i，s为t时段、s场景下节点i电压幅值平方。
(4)引入0-1变量zs，将智能软开关运行约束、***潮流约束、***安全运行机会约束转化如下：
Figure BDA0002081343660000111
Figure BDA0002081343660000112
Figure BDA0002081343660000113
Figure BDA0002081343660000114
Figure BDA0002081343660000115
Figure BDA0002081343660000116
Figure BDA0002081343660000117
Figure BDA0002081343660000118
Figure BDA0002081343660000119
Figure BDA00020813436600001110
ut，i，s-Mzs≤(Umax)2 (45)
(Umin)2≤ut，i，s+Mzs (46)
Figure BDA00020813436600001111
Figure BDA00020813436600001112
/>
Figure BDA00020813436600001113
Figure BDA00020813436600001114
式中，zs为引入的二进制变量，zs＝0表示在求解最优的智能软开关规划方案时计入了场景s，zs＝1表示在求解最优的智能软开关规划方案时未计及场景s；M表示一个极大的常量；Pt，i，s、Qt，i，s分别为t时段、s场景节点i上注入的有功功率之和以及无功功率之和；
Figure BDA00020813436600001115
分别为t时段节点i上负荷消耗的有功功率和无功功率；Xij为支路ij的电抗；ε为置信参数。
5)将步骤4)得到的混合整数非线性优化模型采用内点法进行求解；
6)输出步骤5)的求解结果，包括满足预设置信水平的智能软开关位置和容量方案、配电网年综合费用、智能软开关年投资费用与年运行维护费用、配电网年损耗费用。
对于本发明的实施例，首先输入IEEE 33节点***中线路元件的阻抗值，负荷元件的有功功率、无功功率，网络拓扑连接关系，置信参数，不可控分布式电源接入位置与容量，负荷运行曲线，智能软开关经济参数，向上级电网购电电价参数，智能软开关待安装位置；算例结构如图2所示，详细参数见表1、表2、表3、表4、表5；设定***的基准电压为12.66kV、基准功率为1MVA；为验证该方法的有效性，采用如下4种场景进行分析。
场景1：未配置智能软开关的原***年运行情况；
场景2：置信水平为100％对应的智能软开关规划方案；
场景3：置信水平为90％对应的智能软开关规划方案；
场景4：置信水平为80％对应的智能软开关规划方案。
假定该配电***接入的不可控分布式电源均为光伏机组，且光伏机组年出力曲线如图4所示。采用k均值聚类算法对全年的光伏出力进行聚类分析，得到的光伏出力典型场景如图5所示。采用本发明方法进行求解，4种场景下的有源配电网智能软开关规划方案如表6所示，各项费用如表7所示。为了验证该发明有效性，选取光伏机组出力较高的时段，如14:00，对比4种场景下的***电压分布情况，结果见图6；对4种场景进行蒙特卡洛测试，测试结果见图7至图10。
执行优化计算的计算机硬件环境为IntelICoreIi5-3470 CPU，主频为3.20GHz，内存为4GB；软件环境为Windows 7操作***。
由表6可以看出，本发明能够根据配电***安全运行机会约束条件成立的置信水平得到相应的有源配电网智能软开关规划方案。当置信水平不同时，智能软开关配置策略不同，年综合费用也不同，具体各项费用见表7。可以看出，随着置信水平的升高，智能软开关的投资运维费用越高，总成本也越高。为了确保***以较高的置信水平安全运行，智能软开关的配置策略必须能够应对更加恶劣的场景，因此，其投资费用显著提升。
进一步分析不同的智能软开关规划配置策略对***电压分布的影响。选取光伏出力较高的时段，如14:00，比较4种场景下的***电压分布情况，如图6所示。从图6可以看出，智能软开关在有源配电网中的合理配置能够明显改善***的电压质量。置信水平越高的智能软开关规划方案对电压的改善作用越明显，但其对应的投资运维总成本也越高。场景3中，置信水平为90％的智能软开关规划方案能够利用适当的投资运维成本实现较优的电压改善效果，在实际工程中，该策略更可能被规划人员采用。
为了验证本发明的有效性，对4种场景进行蒙特卡洛测试，电压测试情况见图7至图10。由图可知，本发明提出的一种基于机会约束的有源配电网智能软开关规划方法能够有效降低***电压越限率，以预设的置信水平保证***的安全、稳定运行。本发明的方法能够有效求解满足不同置信水平的智能软开关规划方案，通过协调投资经济性与***运行安全性之间的关系，为规划人员提供更多的备选方案。
表1 IEEE33节点算例负荷接入位置及功率
Figure BDA0002081343660000121
Figure BDA0002081343660000131
表2 IEEE33节点算例线路参数
Figure BDA0002081343660000132
Figure BDA0002081343660000141
表3不可控分布式电源参数
Figure BDA0002081343660000142
表4智能软开关经济参数
参数 智能软开关
贴现率 0.08
经济使用年限(年) 20
单位容量投资成本 1000元/kVA
运行维护成本 10元/kVA
表5电价参数
Figure BDA0002081343660000143
表6智能软开关规划方案
Figure BDA0002081343660000144
表7规划方案费用
Figure BDA0002081343660000145
Figure BDA0002081343660000151
相同或相似的标号对应相同或相似的部件；
附图中描述位置关系的用于仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种基于机会约束的有源配电网智能软开关规划方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：根据选定的配电***，输入线路参数、负荷水平、网络拓扑连接关系，***运行电压水平和支路有功功率限制，置信参数，不可控分布式电源接入位置与容量，负荷运行曲线，基准电压和基准功率初值，智能软开关经济参数，向上级电网购电电价参数，智能软开关待安装位置；
S2：建立基于机会约束的有源配电网智能软开关规划模型，包括：设定配电网年综合费用最小为目标函数，包括智能软开关年投资费用与年运行维护费用、配电网年损耗费用，分别考虑智能软开关位置与容量约束、智能软开关运行约束、配电***潮流约束、不可控分布式电源运行约束、***安全运行机会约束；
所述的配电网年综合费用的目标函数为：
Figure FDA0004171092430000011
Figure FDA0004171092430000012
Figure FDA0004171092430000013
Figure FDA0004171092430000014
Figure FDA0004171092430000015
式中，
Figure FDA0004171092430000016
为智能软开关的年投资费用；/>
Figure FDA0004171092430000017
为智能软开关年运行维护费用；CL为配电网年损耗费用；d为贴现率，ySoP为智能软开关的经济使用年限；/>
Figure FDA0004171092430000018
为智能软开关单位容量投资成本；/>
Figure FDA0004171092430000019
为安装在支路ij的智能软开关容量；/>
Figure FDA00041710924300000110
为智能软开关单位容量的运行维护成本；ρt为t时段向上级电网购电的电价；/>
Figure FDA00041710924300000111
为t时段配电***有功功率损耗；Δt为优化步长；it,ij为t时段支路ij电流幅值平方；Rij为支路ij的电阻；/>
Figure FDA00041710924300000112
为t时段接在节点i上智能软开关装置的损耗；Ωn为***所有节点的集合；Ωb为***支路的集合；
智能软开关位置与容量约束如下：
Figure FDA0004171092430000021
Figure FDA0004171092430000022
式中，
Figure FDA0004171092430000023
为安装在支路ij的智能软开关容量；smodule为单位智能软开关模块安装容量，即安装变流器最小可优化容量；mij为非负整数，表示安装单位智能软开关模块数量，若mij＝0，则认为该位置不需要安装智能软开关；/>
Figure FDA0004171092430000024
表示在选定位置允许安装的智能软开关最大容量；
S3：采用k均值聚类算法对配电网所在地全年的不可控分布式电源出力进行聚类分析，得到用于智能软开关规划的典型场景及各场景全年出现的概率；
S4：将目标函数、智能软开关运行约束、配电***潮流约束、不可控分布式电源运行约束、***安全运行机会约束进行转化，得到混合整数非线性优化模型；
S5：将步骤S4得到的混合整数非线性优化模型采用内点法进行求解；
S6：输出步骤S5的求解结果，包括满足预设置信水平的智能软开关位置和容量方案、配电网年综合费用、智能软开关年投资费用与年运行维护费用、配电网年损耗费用。
2.根据权利要求1所述的一种基于机会约束的有源配电网智能软开关规划方法，其特征在于，步骤S2中的智能软开关运行约束如下：
Figure FDA0004171092430000025
Figure FDA0004171092430000026
Figure FDA0004171092430000027
Figure FDA0004171092430000028
Figure FDA0004171092430000029
式中，
Figure FDA00041710924300000210
和/>
Figure FDA00041710924300000211
分别为t时段接在节点i上智能软开关装置传输的有功功率和无功功率；/>
Figure FDA00041710924300000212
为t时段接在节点i上智能软开关装置的损耗；/>
Figure FDA00041710924300000213
为接在节点i上智能软开关装置的损耗系数；/>
Figure FDA00041710924300000214
为安装在支路ij的智能软开关容量。
3.根据权利要求1所述的一种基于机会约束的有源配电网智能软开关规划方法，其特征在于，步骤S2中的配电***潮流约束如下：
Figure FDA0004171092430000031
Figure FDA0004171092430000032
Figure FDA0004171092430000033
Figure FDA0004171092430000034
Figure FDA0004171092430000035
Figure FDA0004171092430000036
式中，Ωb为***支路的集合；Pt,ji、Qt,ji分别为t时段支路ji上流过的有功功率和无功功率；Pt,i、Qt,i分别为t时段节点i上注入的有功功率之和和无功功率之和；
Figure FDA0004171092430000037
分别为t时段节点i上负荷消耗的有功功率和无功功率；it,ij为t时段支路ij电流幅值平方；Rij为支路ij的电阻，Xij为支路ij的电抗；ut,i为t时段节点i电压幅值平方；/>
Figure FDA0004171092430000038
分别表示t时段接在节点i上的不可控分布式电源的有功功率和无功功率；/>
Figure FDA0004171092430000039
和/>
Figure FDA00041710924300000310
分别为t时段接在节点i上智能软开关装置传输的有功功率和无功功率。/>
4.根据权利要求1所述的一种基于机会约束的有源配电网智能软开关规划方法，其特征在于，步骤S2中的***安全运行机会约束如下：
Pr{(Umin)2≤ut,i≤(Umax)2}≥1-ε
Figure FDA00041710924300000311
式中，Pr{·}表示某一事件成立的概率；ε为置信参数；Umin、Umax分别为电压幅值的上下限；
Figure FDA00041710924300000312
分别为支路ij有功功率的上下限；ut,i为t时段、节点i上电压幅值平方；Pt,ij为t时段支路ij上流过的有功功率。
5.根据权利要求1所述的一种基于机会约束的有源配电网智能软开关规划方法，其特征在于，步骤S4中的转化包括：
(1)采用不可控分布式电源出力的典型场景刻画其出力特性：
Figure FDA00041710924300000313
Figure FDA00041710924300000314
式中，
Figure FDA00041710924300000315
表示经步骤S3中的聚类分析得到的t时段、s场景下不可控分布式电源有功功率；/>
Figure FDA00041710924300000316
分别为t时段、s场景节点i上不可控分布式电源注入的有功功率和无功功率；cosθNDG表示不可控分布式电源功率因数；
(2)目标函数转化如下：
Figure FDA0004171092430000041
Figure FDA0004171092430000042
Figure FDA0004171092430000043
Figure FDA0004171092430000044
Figure FDA0004171092430000045
式中，
Figure FDA0004171092430000046
为智能软开关的年投资费用；/>
Figure FDA0004171092430000047
为智能软开关年运行维护费用；CL为配电网年损耗费用；d为贴现率，ySOP为智能软开关的经济使用年限；/>
Figure FDA0004171092430000048
为智能软开关单位容量投资成本；/>
Figure FDA0004171092430000049
为安装在支路ij的智能软开关容量；/>
Figure FDA00041710924300000410
为智能软开关单位容量的运行维护成本；ρt为t时段向上级电网购电的电价；ΩS为场景s的集合；πs为场景s出现的概率；/>
Figure FDA00041710924300000411
为t时段、s场景下配电***有功功率损耗；Δt为优化步长；it,ij,s为t时段、s场景下支路ij电流幅值平方；Rij为支路ij的电阻；/>
Figure FDA00041710924300000412
为t时段、s场景下接在节点i上智能软开关装置的损耗；Ωn为***所有节点的集合；Ωb为***支路的集合；
(3)采用凸松弛技术对含有二次项的约束进行转化，并将其写为标准的二次约束形式，智能软开关运行约束、***潮流约束转化如下：
Figure FDA00041710924300000413
Figure FDA00041710924300000414
Figure FDA00041710924300000415
Figure FDA00041710924300000416
Figure FDA00041710924300000417
式中，
Figure FDA00041710924300000418
和/>
Figure FDA00041710924300000419
分别为t时段、s场景下接在节点i上智能软开关装置传输的有功功率和无功功率；/>
Figure FDA00041710924300000420
为t时段、s场景下接在节点i上智能软开关装置的损耗；/>
Figure FDA00041710924300000421
为接在节点i上智能软开关装置的损耗系数；/>
Figure FDA00041710924300000422
为安装在支路ij的智能软开关容量；Pt,ij,s、Qt,ij,s分别为t时段、s场景下支路ij上流过的有功功率和无功功率；it,ij,s为t时段、s场景下支路ij电流幅值平方；ut,i,s为t时段、s场景下节点i电压幅值平方；
(4)引入0-1变量zs，将智能软开关运行约束、***潮流约束、***安全运行机会约束转化如下：
Figure FDA0004171092430000051
Figure FDA0004171092430000052
Figure FDA0004171092430000053
Figure FDA0004171092430000054
Figure FDA0004171092430000055
Figure FDA0004171092430000056
Figure FDA0004171092430000057
Figure FDA0004171092430000058
Figure FDA0004171092430000059
Figure FDA00041710924300000510
ut,i,s-Mzs≤(Umax)2
(Umin)2≤ut,i,s+Mzs
Figure FDA00041710924300000511
Figure FDA00041710924300000512
Figure FDA00041710924300000513
Figure FDA00041710924300000514
/>
式中，zs为引入的二进制变量，zs＝0表示在求解最优的智能软开关规划方案时计入了场景s，zs＝1表示在求解最优的智能软开关规划方案时未计入场景s；M表示一个极大的常量；πs为t时段场景s出现的概率；
Figure FDA00041710924300000515
为t时段、s场景下接在节点i上智能软开关装置传输的有功功率；/>
Figure FDA00041710924300000516
为t时段、s场景下接在节点i上智能软开关装置的损耗；Pt,ji,s、Qt,ji,s分别为t时段、s场景支路ji上流过的有功功率和无功功率；Pt,i,s、Qt,i,s分别为t时段、s场景节点i上注入的有功功率之和以及无功功率之和；/>
Figure FDA00041710924300000517
分别为t时段节点i上负荷消耗的有功功率和无功功率；/>
Figure FDA00041710924300000518
分别为t时段、s场景节点i上不可控分布式电源注入的有功功率和无功功率；ut,i,s为t时段、s场景节点i上电压幅值平方；it,ji,s为t时段、s场景支路ji电流幅值平方；Rji为支路ji的电阻，Xji为支路ji的电抗；ε为置信参数；/>
Figure FDA00041710924300000519
Figure FDA00041710924300000520
分别为电压幅值的上下限；/>
Figure FDA00041710924300000521
分别为支路ij有功功率的上下限；/>
Figure FDA00041710924300000522
为t时段、s场景下配电***有功功率损耗。/>
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