一种计及可控电源经济调度的主动配电网最大供电能力模型的构建方法

摘要

一种计及可控电源经济调度的主动配电网最大供电能力模型的构建方法，属于配电系统安全运行技术领域，构建方法包括以下步骤：1)构建外层优化模型，根据外层优化模型的目标函数和配电网安全运行约束条件，采用原对偶内点法进行求解，得到负荷增长因子λ。2)构建内层优化模型，确定可控分布式电源有功出力的最优分配，得到可控分布式电源有功出力的增长方式。3)将步骤1)和步骤2)的两个模型结合，将内层优化模型作为外层优化模型的约束条件，构建双层优化模型。本发明针对主动配电网的运行特征，把其经济调度运行对最大供电能力的影响合理地进行数学表述，能够获得满足主动配电网经济运行要求的最大供电能力值。

说明书

技术领域

本发明属于配电系统调度运行技术领域，涉及到主动配电网最大供电能力建模求解方法，特别涉及最大供电能力中对考虑经济调度因素的建模问题。

背景技术

主动配电网作为智能配电网发展的高级阶段的产物，能够通过灵活的网络拓扑结构管理潮流，实现对接入其中的分布式电源进行主动控制和主动管理。其与传统配电网不同之处在于，主动配电网借助相关信息通讯手段及电网-用户间的双向互动，在整个配电网层面对各类分布式电源及电网设备进行主动管理，从而实现特定目标的最优，这个特点将对配电网的最大供电能力带来影响。

主动配电网的最大供电能力受分布式电源有功出力的影响。从现有的研究成果来看，对含有分布式电源的最大供电能力研究主要分为两类：仅考虑不可控分布式电源的最大供电能力问题和计及可控分布式电源的最大供电能力问题研究。前者面向接入风力发电和光伏发电等不可控分布式电源的配电网，研究此类分布式电源出力的随机性和间歇性对最大供电能力产生的影响，并在此基础上建立相应的综合评估体系。当在配电网中计及可控分布式电源后，通常将可控分布式电源的有功出力作为恒定功率处理。储能装置的利用，通过优化其运行策略增加配电网的可调度性，进一步提升了配电网的供电能力。此外，对含有多种类型分布式电源的主动配电网通过引入互补调度原则，在对不可控分布式电源出力进行预测的基础上，实现可控分布式电源的有功出力分配，也体现了主动配电网对分布式电源主动控制的特点。然而，在主动配电网运行过程中，可控分布式电源能够参与配电网的优化运行，在配电网负荷已知的情况下，将按照经济调度原则对多种可控分布式电源进行调度，实现主动配电网的经济运行。在研究最大供电能力问题时，随着负荷水平的增长，也必将涉及到可控分布式电源出力重新分配问题。现有的一些模型没有将主动配电网的调度行为对最大供电能力的影响考虑在内。

发明内容

本发明目的是在求解主动配电网最大供电能力的过程中，提供一种合理有效、能够满足主动配电网经济运行要求的数学模型。根据主动配电网的实际运行特点与可控分布式电源发电特性，利用双层规划的思想进行合理建模，实现在负荷增长过程中，每一运行点都按照发电成本最小经济地分配可控分布式电源的有功出力，最终获得满足主动配电网经济运行要求的最大供电能力，为调度决策提供依据。

面对未来主动配电网中高渗透率的分布式电源，主动配电网对可控分布式电源的调度行为会对最大供电能力的计算产生影响。针对含有多种类型分布式电源的主动配电网，把调度运行因素置入最大供电能力问题的研究之中，可以保证在负荷增长的过程中，在每一运行点根据可控分布式电源的发电成本经济地分配其有功出力的前提下，实现配电网的供电能力最大化。

为了达到上述目的，本发明的技术方案是：

一种计及可控电源经济调度的主动配电网最大供电能力模型的构建方法，针对主动配电网主动控制和主动管理的特点，将主动配电网对可控分布式电源的调度因素引入到最大供电能力的建模过程中，最终实现在负荷增长过程中，每一运行点都按照综合发电成本最小经济地调度可控分布式电源的有功出力，构建计及可控电源经济调度的主动配电网最大供电能力模型包括以下步骤：

第一步，构建外层优化模型，确定负荷增长因子

1.1)假设主动配电网中各节点负荷功率按照等比例方式增长，在各节点负荷增长过程中，可控分布式电源的有功出力随着主动配电网负荷的变化按经济调度策略做出相应的调整，调整后的可控分布式电源的有功出力受负荷增长和调度策略两方面的影响，其数学表达式为：

其中，P_Li与Q_Li分别为的负荷有功功率和无功功率；与为基态下负荷节点i的负荷有功功率和无功功率；λ为负荷增长因子；K_Li为节点i负荷增长方式；K_DGi为节点i可控分布式电源有功出力增长方式；P_DGi为节点i可控分布式电源有功出力；为节点i可控分布式电源在基态下有功出力。

1.2)根据公式(1)，确定如公式(2)所示的外层优化模型的目标函数，具体为：

其中，N为主动配电网节点数。

所述的外层优化模型即为最大供电能力模型，最大供电能力是在满足配电网安全运行约束条件下，配电网所能供给的最大负荷。

1.3)为保证主动配电网安全稳定运行，最大供电能力模型中约束条件的选取主要考虑配电网的安全运行要求以及可控分布式电源的运行限制，所述的配电网安全运行约束条件包括满足公式(3)及公式(4)所示的节点潮流方程约束、公式(5)所示的节点电压约束、公式(6)所示的可控分布式电源出力约束、公式(7)所示的可削减负荷削减功率约束、公式(8)所示的无功电源无功功率约束以及公式(9)所示的线路功率约束：

其中，G_ij、B_ij、δ_ij分别为支路ij的电导和电纳、节点i和j电压相角之差；U_i、分别为节点i的电压幅值及上下限；分别为第i个可控分布式电源有功出力的上下限；P_RLi、及分别为可削减负荷有功功率及其上下限；Q_DGi、及分别为可控无功源功率及其上下限；P_ij、分别为线路传输功率及其上限。

根据外层优化模型的目标函数和配电网安全运行约束条件，采用原对偶内点法进行求解，得到负荷增长因子λ。

第二步，构建内层优化模型，确定可控分布式电源有功出力的最优分配，得到可控分布式电源有功出力的增长方式，所述的内层优化模型为主动配电网经济调度模型；

主动配电网的经济调度是在已知当前配电网的负荷水平的基础上，保证配电网满足各种安全性指标的前提下，以发电成本最小为目标，对上级电网与配电网之间交互功率及所有可控分布式电源的出力进行经济调度。

建立主动配电网经济调度模型，用于解决外层优化模型负荷增长过程中每一运行点可控分布式电源有功出力的最优分配问题；主动配电网经济调度模型以综合运行成本最低为目标函数，表达式如下：

主动配电网经济调度模型中约束条件包括公式(11)所示的各可控分布式电源的出力约束、公式(12)所示的与大电网的交互功率约束、公式(13)所示的可削减负荷削减功率约束以及公式(14)所示的功率平衡约束，具体约束如下：

其中，C_DGi为第i个可控分布式电源的运行成本；C_RLi为第i个可削减负荷的的运行成本；c_grid为电能交互费用；P_grid、及分别为与大电网的交互功率及其上下限；P_Load为电网总负荷；P_Loss为电网总网损。

由主动配电网经济调度模型得到当前运行点下的可控分布式电源有功出力的最优分配，进一步确定其有功出力增长方式。

第三步，将第一步和第二步得到的两个优化模型结合，构建双层优化模型

在外层优化模型负荷增长过程中，考虑内层优化模型中主动配电网的经济运行要求；在每一运行点根据可控分布式电源的发电成本经济地分配其有功出力的前提条件下，实现主动配电网的供电能力最大化；将上述内层优化模型作为外层优化模型的约束条件，构成计及可控分布式电源经济调度的主动配电网最大供电能力的双层优化模型，即为计及可控电源经济调度的主动配电网最大供电能力模型。

上述双层优化模型的求解过程具体为：

步骤1：根据主动配电网的实际运行特征，建立计及可控电源经济调度的主动配电网最大供电能力的双层优化模型，并给出使用模型的相关参数及收敛精度；

步骤2：根据步骤1中给出的双层模型中的外层最大供电能力模型，采用原对偶内点法进行求解，得到负荷增长因子λ；

步骤3：将步骤2得到的负荷增长因子λ传送至双层优化模型中的内层子优化模型，对可控分布式电源进行经济调度，得到可控分布式电源出力分配方案；

步骤4：由步骤3得到的可控分布式电源出力分配方案，确定其有功出力的增长方式K_DGi；

步骤5：根据所得到的负荷增长因子λ以及可控分布式电源有功出力的增长方式K_DG计算调整量Δλ、ΔK_DGi，并判断是否满足收敛精度；

步骤6：如果调整量Δλ、ΔK_DGi满足设定的收敛精度，迭代终止并输出计算的最大供电能力以及相应的可控分布式电源出力；如果不满足，则重复步骤2、3、4、5，直到调整量满足收敛精度。

本发明的效果和益处是：本发明提供了一种面向主动配电网的最大供电能力优化模型，针对主动配电网的运行特征，把其经济调度运行对最大供电能力的影响合理地进行数学表述，能够获得满足主动配电网经济运行要求的最大供电能力值。

附图说明

图1是主动配电网最大供电能力逻辑框架图。

图2是计及可控电源经济调度的主动配电网最大供电能力流程图。

图3是改进的IEEE33配电系统图。

图中：1-33为IEEE33配电系统中的节点编号。

具体实施方式

以下以改进的IEEE33节点配电系统为例，如图3所示，结合技术方案和附图详细叙述本发明的具体实施流程。表1为IEEE33节点配电系统接入分布式单元的装机容量及介入位置；表2为IEEE33节点配电系统各节点基态下有功负荷；表3为计及经济调度和未计及经济调度两种模型计算结果对比；表4与表5分别为计及经济调度和未计及经济调度两种模型下得到的线路负载率和节点电压。

表1各分布式单元的装机容量

表2配电系统负荷表

表3计及经济调度前后配电系统的最大供电能力及成本

表4计及经济调度前后配电系统的线路负载率

表5计及经济调度前后配电系统的节点电压