一种基于二阶锥算法的含风电集群近区电网无功优化方法

摘要

本发明涉及电网优化技术领域，具体涉及一种基于二阶锥算法的含风电集群近区电网无功优化方法，解决了对风电集群近区电网权衡多个优化目标，寻求最优解的无功优化方法，建立了含有风电参与的输电网模型，所采用的技术方案为：S1：建立风电近区电网模型；S2：对风电近区电网模型进行二阶锥凸松弛化得到其二阶锥形式；S3：针对风电集群特性，构建风机约束条件；S4：建立基于二阶锥的交流潮流约束方程式；S5：设置风电集群近区电网安全约束；S6：建立目标函数，进行求解；本发明广泛应用于电网集群近区无功优化技术领域。

说明书

技术领域

本发明涉及电网优化技术领域，具体涉及一种基于二阶锥算法的含风电集群近区电网无功优化方法。

背景技术

目前，可再生能源发电、分布式微网在我国发展迅速。大量的分布式电源的接入将会使输电网由传统的单电源结构变成了较为复杂的多电源结构，使输电网的节点电压、潮流分布、网损、稳定性带来了多重挑战。电网对高效灵活、精细的无功潮流调控需求愈加迫切。

无功优化控制是指通过优化计算，在满足电网的约束条件的前提下，确定电网内可调无功设备的出力值及投切档位等，找到使系统的网络损耗、电压合格率等多个指标达到最优的控制方案，提升电网的安全性与经济性。

在数学上，无功优化是一个非线性规划问题，其控制变量有变压器分接头档位、电容器投切组数等离散变量，和发电机出力、动态无功补偿装置出力等连续变量。

当前风电在我国大规模接入，常呈现集群接入模式，由于风电波动性强导致其近区电网无功分布复杂；此外，考虑经济运行要求，风电常以恒功率因数运行，不参与无功调节；导致其近区电网无功调节能力依赖于无功电源支撑和远方无功传输，电压偏差和网损较高。

发明内容

本发明克服了现有技术存在的不足，提供了一种基于二阶锥算法的含风电集群近区电网无功优化方法，可以对风电集群近区电网权衡多个优化目标，寻求最优解的无功优化方法，建立了含有风电参与的输电网模型，可以在充分利用风电由于安全约束弃风时的无功输出能力，使其加入电网集群近区的无功优化，提升优化效果，降低网损，提升电网运行安全性与经济性。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种基于二阶锥算法的含风电集群近区电网无功优化方法，包括以下步骤：

S1：建立风电近区电网模型；

S2：对风电近区电网模型进行二阶锥凸松弛化得到其二阶锥形式；

S3：针对风电集群特性，构建风机约束条件；

S4：建立基于二阶锥的交流潮流约束方程式；

S5：设置风电集群近区电网安全约束；

S6：建立目标函数，进行求解。

所述步骤S1建立风电近区电网模型的具体步骤如下：

S101：输电网交流基础潮流模型如下：

式中，P

S102：令P

式中：P

S103：建立的交流风电近区电网模型如下：

式中：P

所述步骤S2对风电近区电网模型进行二阶锥凸松弛化得到其二阶锥形式具体为：

利用二阶锥松弛技术对式(1)交流潮流方程转化并进行凸松弛，引入变量v

式(2)中，Vi为节点i的电压幅值，v

其二阶锥表示形式如下：

||[2P

所述步骤S3，针对风电集群特性，构建风机约束条件具体为：

双馈风机转子侧电流不能超过其最大值I

式中Q

P

因此有：

式中，Ir为转子侧变换器电流；

且风机有功出力约束为：

P

所述步骤S4建立基于二阶锥的交流潮流约束方程式：综合上述步骤S1、S2和S3，基于二阶锥的交流潮流约束方程式为：

其中m为风电集群内风电场数目，k为风电集群内的同时率，Pn、Qn为单个风电场的有功及无功功率，h为风电场内风机数量。

所述步骤S5，设置风电集群近区电网安全约束具体为：

S501：设置节点电压和发电机无功功率约束为：

式中，V

S502：设置OLTC(有载调压变压器)分接头档位调节约束，将OLTC等效为节点处理，即OLTC所在节点电压为可调变量，其调节约束为：

将OLTC等效为节点处理，即OLTC所在节点电压为可调变量，其调节约束为：

式中，

式中，

式中：

S503：并联电容器组约束

设定并联电容组的每组容量一致，通过投切组数实现无功控制，其出力约束为：

式中：

式中：

所述步骤S6建立目标函数，并求解：

以日内的网络总损耗最小为目标，进行优化计算，如下式所示：

式中：p

本发明与现有技术相比具有的有益效果是：本发明在风电近区电网模型的基础上，考虑到分布式电源风机的无功特性，经二阶锥凸松弛化得到基于二阶锥的交流潮流约束方程式。该方法有效满足含分布式电源输电网的无功优化需求，降低网损，实现无功精细化调度控制，提升电网运行安全性与经济性。

附图说明

下面结合附图对本发明做进一步的说明。

图1为实施例的IEEE-14节点系统图。

图2为使用本发明优化方法前后网损对比图。

具体实施方式

本发明一种基于二阶锥算法的含风电集群近区电网无功优化方法，包括以下步骤：

S1：建立风电近区电网模型；

S2：对风电近区电网模型进行二阶锥凸松弛化得到其二阶锥形式；

S3：针对风电集群特性，构建风机约束条件；

S4：建立基于二阶锥的交流潮流约束方程式；

S5：设置风电集群近区电网安全约束；

S6：建立目标函数，进行求解。

所述步骤S1建立风电近区电网模型的具体步骤如下：

S101：输电网交流基础潮流模型如下：

式中，P

S102：令P

式中：P

S103：建立的交流风电近区电网模型如下：

式中：P

所述步骤S2对风电近区电网模型进行二阶锥凸松弛化得到其二阶锥形式具体为：

利用二阶锥松弛技术对式(1)交流潮流方程转化并进行凸松弛，引入变量v

式(2)中，Vi为节点i的电压幅值，v

其二阶锥表示形式如下：

||[2P

所述步骤S3，针对风电集群特性，构建风机约束条件具体为：

双馈风机转子侧电流不能超过其最大值I

式中Q

P

因此有：

式中，Ir为转子侧变换器电流；

且风机有功出力约束为：

P

所述步骤S4建立基于二阶锥的交流潮流约束方程式：综合上述步骤S1、S2和S3，基于二阶锥的交流潮流约束方程式为：

其中m为风电集群内风电场数目，k为风电集群内的同时率，Pn、Qn为单个风电场的有功及无功功率，h为风电场内风机数量。

所述步骤S5，设置风电集群近区电网安全约束具体为：

S501：设置节点电压和发电机无功功率约束为：

式中，V

S502：设置OLTC(有载调压变压器)分接头档位调节约束，将OLTC等效为节点处理，即OLTC所在节点电压为可调变量，其调节约束为：

将OLTC等效为节点处理，即OLTC所在节点电压为可调变量，其调节约束为：

式中，

式中，

式中：

S503：并联电容器组约束

设定并联电容组的每组容量一致，通过投切组数实现无功控制，其出力约束为：

式中：

式中：

所述步骤S6建立目标函数，并求解：

以日内的网络总损耗最小为目标，进行优化计算，如下式所示：

式中：p

为使本领域技术人员更好地理解本发明的特点，结合图1和图2进行进一步的阐释：

设定利用IEEE标准系统检验基于二阶锥的含分布式电源输电网的无功优化方法。试验对IEEE-14系统进行修改：在节点9处接入分布式电源，有功最大出力值20MW，无功最大出力值20Mvar；在13、14节点分别装并联电容器组，每组容量5Mvar，限制并联电容器组全天投切次数不超过6；OLTC分接头档位调节次数不超过8。

将本发明与优化前进行对比：

使用MATLAB进行运算，采用Yalmip优化工具建模，调用MOSEK求解器计算，得到各支路网损情况。

由图2可知，本优化方法有效降低41.44MW网损，下降幅度达17.5％。说明该方法有效满足含分布式电源输电网的无功优化需求，降低网损，实现无功精细化调度控制，提升电网运行安全性与经济性。

上述实施方式仅示例性说明本发明的原理及其效果，而非用于限制本发明。对于熟悉此技术的人皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改进。因此，凡举所述技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。