CN114899825B - 一种基于网络等值变换的配电网综合优化方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于网络等值变换的配电网综合优化方法，涉及电网优化调度运行领域，本发明基于网络等值变换方法来降低配电网综合优化问题的求解规模，首先采用牛肚——拉夫逊法对少环网进行潮流计算，得到各支路电流，然后假定每个环网串联一个理想电压源，在电压给定的条件下建立二次优化模型，最后对断开支路、电容器投切组数和可调度分布式电源出力进行迭代求解，提高了计算效率，实现了重构、电容器优化投切和可调度分布式电源出力的同时优化，克服了现有方法的弊端，切实满足了实际运行的需要，对配电网的综合优化具有重要的理论和实际意义。

Description

一种基于网络等值变换的配电网综合优化方法

技术领域

本发明涉及电网优化调度运行领域，具体的说是一种基于网络等值变换的配电网综合优化方法。

背景技术

配电网综合优化是指决策开关分和状态、电容器的投切组数和可调度分布式电源出力，在保证配电网为辐射状结构的前提下，能够有效降低线损，改善电压分布，提高配电网运行的经济性和可靠性，从数学上，它是一个大规模混合整数非线性规划问题，因此如何获得高效、准确的求解方法具有重要的理论和实际意义。

目前配电网综合优化通常采用交替求解方法，即将电容器优化投切、可调度分布式电源出力同重构交替求解；或采用智能优化算法同时求解。交替求解算法的缺点是很难获得最优或近似最优解，智能优化算法虽然理论上可获得最优解，但计算效率低，很难满足实时运行需要。

发明内容

为解决上述存在的技术问题，本发明公开了一种基于网络等值变换的配电网综合优化方法，实现重构、电容器优化投切和可调度分布式电源出力同时优化，通过网络等值变换降低问题的求解规模，提高计算效率，从而满足实时调度的需求。

为达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种基于网络等值变换的配电网综合优化方法，通过如下步骤实现：

步骤S1：输入配电网支路阻抗、节点负荷有功无功功率、支路数b、节点数n，闭合所有开关形成少环网，输入环网数l，输入门槛值ε、电容器单组电纳b_c、总组数n_c、分布式电源最大有功功率最大无功功率/>

步骤S2：采用牛顿-拉夫逊潮流计算当前的少环网潮流，得到各支路电流；

步骤S3：令迭代次数it＝1，各节点电压等于根节点电压，即V_k(it)＝V₁,k＝2,...,n；

步骤S4：假定每一个环网串联一个假想的电压源，在电压给定的条件下，建立如下二次优化模型：

BZI＝U_S (2)

AI＝I_S (3)

U＝ZI (4)

U_S＝Z_LI_L (5)

I_lk≤max{I_kj,j∈Ω_k},k＝1,2,...,l (6)

式中(i,j)表示始末端节点为i,j的支路，Ω_bra为支路集合，r_ij为支路(i,j)的电阻，|I_ij|为支路(i,j)的电流幅值，B为l×b阶回路矩阵；Z＝diag{z_ij}为支路阻抗矩阵，I为支路电流向量；U_S为串联的假想电压源向量，A为(n-1)×b阶节点支路关联矩阵，Z_L为回路阻抗矩阵，I_L为回路电流向量，I_S＝{I_s2,I_s3,...,I_sn}为并联的电流源向量；

根据转换为负荷，P_Li,Q_Li为节点i的有功、无功负荷，V_i为节点i的电压；

根据转换为可调度分布式发电机有功无功功率，P_Gi,Q_Gi为节点i的可调度分布式电源的有功、无功功率；

根据转换为并联电容器，Q_ci为节点i电容器投切的无功功率，b_ci为节点i电容器单组电纳，n_ci为节点i电容器投切组数，/> 为节点i电容器最大投切组数；

根据式(1-6)，对当前的少环网优化计算第it次迭代的假想电压源U_S(it)、回路电流向量I_L(it)、电容器投切组数n_ci和可调度分布式电源出力P_Gi,Q_Gi。

步骤S5：根据第it次迭代获得的U_S(it)，牛顿潮流计算第it+1次迭代的各节点电压V_k(it+1)，k＝2,...,n；

步骤S6：若max|V_k(it+1)-V_k(it)|≤ε，k＝1,2,...,n，转向步骤S7；否则，令it＝it+1，转向步骤S4；

步骤S7：对于每一个环网上的支路，计算步骤S2获得的支路电流与步骤S3上获得的同回路的回路电流之和，选择模值最小的环网支路断开，令l＝l-1；

步骤S8：若l＝0，转向步骤S6；否则，转向步骤S2；

步骤S9：输出断开的支路、电容器投切组数和可调度分布式电源出力，结束。

本发明基于网络等值变换方法来降低配电网综合优化问题的求解规模，首先采用牛顿——拉夫逊法对少环网进行潮流计算，得到各支路电流，然后假定每个环网串联一个理想电压源，在电压给定的条件下建立二次优化模型，最后对断开支路、电容器投切组数和可调度分布式电源出力进行迭代求解，提高了计算效率，实现了重构、电容器优化投切和可调度分布式电源出力的同时优化，克服了现有方法的弊端，切实满足了实际运行的需要，对配电网的综合优化具有重要的理论和实际意义。

附图说明

图1为本发明流程示意图；

图2为本发明实施例1的节点示意图；

图3为本发明实施例2的节点示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述：

如图1所示，一种基于网络等值变换的配电网综合优化方法，通过如下步骤实现：

步骤S1：输入配电网支路阻抗、节点负荷有功无功功率、支路数b、节点数n，闭合所有开关形成少环网，输入环网数l，输入门槛值ε、电容器单组电纳b_c、总组数n_c、分布式电源最大有功功率最大无功功率/>

步骤S2：采用牛顿-拉夫逊潮流计算当前的少环网潮流，得到各支路电流；

步骤S3：令迭代次数it＝1，各节点电压等于根节点电压，即V_k(it)＝V₁,k＝2,...,n；

步骤S4：假定每一个环网串联一个假想的电压源，在电压给定的条件下，建立如下二次优化模型：

BZI＝U_S (2)

AI＝I_S (3)

U＝ZI (4)

U_S＝Z_LI_L (5)

I_lk≤max{I_kj,j∈Ω_k},k＝1,2,...,l (6)

式中(i,j)表示始末端节点为i,j的支路，Ω_bra为支路集合，r_ij为支路(i,j)的电阻，|I_ij|为支路(i,j)的电流幅值，B为l×b阶回路矩阵；Z＝diag{z_ij}为支路阻抗矩阵，I为支路电流向量；U_S为串联的假想电压源向量，A为(n-1)×b阶节点支路关联矩阵，Z_L为回路阻抗矩阵，I_L为回路电流向量，I_S＝{I_s2,I_s3,...,I_sn}为并联的电流源向量；

根据转换为负荷，P_Li,Q_Li为节点i的有功、无功负荷，V_i为节点i的电压；

根据转换为可调度分布式发电机有功无功功率，P_Gi,Q_Gi为节点i的可调度分布式电源的有功、无功功率；

根据转换为并联电容器，Q_ci为节点i电容器投切的无功功率，b_ci为节点i电容器单组电纳，n_ci为节点i电容器投切组数，/> 为节点i电容器最大投切组数；

根据式(1-6)，对当前的少环网优化计算第it次迭代的假想电压源U_S(it)、回路电流向量I_L(it)、电容器投切组数n_ci和可调度分布式电源出力P_Gi,Q_Gi。

步骤S5：根据第it次迭代获得的U_S(it)，牛顿潮流计算第it+1次迭代的各节点电压V_k(it+1)，k＝2,...,n；

步骤S6：若max|V_k(it+1)-V_k(it)|≤ε，k＝1,2,...,n，转向步骤S7；否则，令it＝it+1，转向步骤S4；

步骤S7：对于每一个环网上的支路，计算步骤S2获得的支路电流与步骤S3上获得的同回路的回路电流之和，选择模值最小的环网支路断开，令l＝l-1；

步骤S8：若l＝0，转向步骤S6；否则，转向步骤S2；

步骤S9：输出断开的支路、电容器投切组数和可调度分布式电源出力，结束。

实施例1，以图2所示的IEEE33节点标准***为例。

步骤S1：输入参数如下：该网络有37条支路，5个联络开关，额定电压为12.66kV，环网数为5，门槛值为0.001，表1是支路参数，表2是电容器参数，表3是负荷参数，表4是可调度发电机参数。

表1支路参数表

表2电容器参数表

表3负荷参数表

表4可调度分布式电源的安装位置及容量

步骤S2-S8：

IEEE33节点网络有5个环，在算法中需5次迭代计算，下面的表给出每次迭代计算确定的断开支路、优化后网损。

表5打开环次序

打开环次序	断开开关	优化后网损
			1	11	23.52
2	33	23.56
			3	17	23.62
4	22	23.85
			5	14	24.19

表6计算结果及比较

根据表6可知，本发明的方法相对于交替迭代算法时间降低了55.05％，相对于只能优化算法时间降低了99.09％，明显提高了计算效率。

实施例2，以图3所示的IEEE69节点标准***为例。

步骤S1：输入参数如下：该网络有73条支路，5个联络开关，额定电压为12.66kV，环网数为5，门槛值为0.001，表7是支路参数，表8是电容器参数，表9是负荷参数，表10是可调发电机参数。

表7支路参数表

表8电容器参数

表9负荷参数

表10可调度分布式电源的安装位置及容量

步骤S2-S8：

IEEE69节点网络有5个环，在计算中需5次迭代计算，下面给出每次迭代计算确定的断开支路、优化后的网损。

表11打开环次序

表12计算结果及比较

项目	本发明方法	交替迭代方法
			断开支路编号	10,13,17,52,73	10,13,18,53,73
节点38有功(MW)	0.817	0.818
			节点38无功(Mvar)	0.579	0.579
节点50有功(MW)	1.92	1.89
			节点50无功(Mvar)	0.911	0.92
节点19投入组数	6	6
			节点47投入组数	3	3
节点52投入组数	8	7
			网损(kW)	8.71	8.76
计算时间(秒)	1.8	6.3

根据表12可知，本发明的方法相对于交替迭代算法时间降低了71.43％，明显提高了计算效率，满足实时调度的需求。

以上实施例仅供说明本发明之用，而非对本发明的限制，有关计算领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围情况下，还可以作出各种变换或变型，因此所有等同的技术方案也应该属于本发明的范畴，应由各权利要求所限定。

Claims (1)

1.一种基于网络等值变换的配电网综合优化方法，其特征在于，通过如下步骤实现：

步骤S1：输入配电网支路阻抗、节点负荷有功无功功率、支路数b、节点数n，闭合所有开关形成少环网，输入环网数l，输入门槛值ε、电容器单组电纳b_c、总组数n_c、分布式电源最大有功功率最大无功功率/>

步骤S2：采用牛顿-拉夫逊潮流计算当前的少环网潮流，得到各支路电流；

步骤S3：令迭代次数it＝1，各节点电压等于根节点电压，即V_k(it)＝V₁,k＝2,...,n；

步骤S4：假定每一个环网串联一个假想的电压源，在电压给定的条件下，建立如下二次优化模型：

BZI＝U_S (2)

AI＝I_S (3)

U＝ZI (4)

U_S＝Z_LI_L (5)

I_lk≤max{I_kj,j∈Ω_k},k＝1,2,...,l (6)

式中(i,j)表示始末端节点为i,j的支路，Ω_bra为支路集合，r_ij为支路(i,j)的电阻，|I_ij|为支路(i,j)的电流幅值，B为l×b阶回路矩阵；Z＝diag{z_ij}为支路阻抗矩阵，I为支路电流向量；U_S为串联的假想电压源向量，A为(n-1)×b阶节点支路关联矩阵，Z_L为回路阻抗矩阵，I_L为回路电流向量，I_S＝{I_s2,I_s3,...,I_sn}为并联的电流源向量；

根据转换为负荷，P_Li,Q_Li为节点i的有功、无功负荷，V_i为节点i的电压；

根据转换为可调度分布式发电机有功无功功率，P_Gi,Q_Gi为节点i的可调度分布式电源的有功、无功功率；

根据转换为并联电容器，Q_ci为节点i电容器投切的无功功率，b_ci为节点i电容器单组电纳，n_ci为节点i电容器投切组数，/> 为节点i电容器最大投切组数；

根据式(1-6)，对当前的少环网优化计算第it次迭代的假想电压源U_S(it)、回路电流向量I_L(it)、电容器投切组数n_ci和可调度分布式电源出力P_Gi,Q_Gi，

步骤S5：根据第it次迭代获得的U_S(it)，牛顿潮流计算第it+1次迭代的各节点电压V_k(it+1)，k＝2,...,n；

步骤S6：若max|V_k(it+1)-V_k(it)|≤ε，k＝1,2,...,n，转向步骤S7；否则，令it＝it+1，转向步骤S4；

步骤S7：对于每一个环网上的支路，计算步骤S2获得的支路电流与步骤S3上获得的同回路的回路电流之和，选择模值最小的环网支路断开，令l＝l-1；

步骤S8：若l＝0，转向步骤S6；否则，转向步骤S2；

步骤S9：输出断开的支路、电容器投切组数和可调度分布式电源出力，结束。