基于优化分区评价指标和主导节点选取的配电网分区方法

摘要

本发明涉及一种基于优化分区评价指标和主导节点选取的配电网分区方法。该分区方法步骤为：A、统计电网各支路的阻抗及对地导纳、各个节点中注入的有功无功负荷；B、根据电网拓扑得出电网节点间导纳矩阵；C、根据电网节点间导纳矩阵和各节点的功率注入值，对电网进行潮流计算；D、求解节点电压变化灵敏度、计算节点间的电气距离；E、选取配电网优化分区评价指标；F、选取主导节点；G、验证确定最终的电网分区。本发明的方法能在保证精度的前提下简化计算步骤、有利于实现配电网系统较小的网损和节点电压偏差，使电网中的设备如分布式电源能够更有效率参与配电网系统的运行优化，适用于电网电压调节。

说明书

技术领域

本发明涉及智能电网技术领域，具体地说是一种基于优化分区评价指标和主导节点选取的配电网分区方法。

背景技术

电力网络的发展，越来越多的分布式电源(DG)和柔性负荷接入电网，DG的大规模接入改变了配电系统原有的电压分布情况，大大增加了配电网运行的不确定性和节点电压越限的可能性，传统的配电网电压调节方法已经不能有效实施。传统的集中式电压控制计算量大，控制效率低，控制精度不高。为应对分布式电源及柔性负荷大规模接入对配电网电压控制带来的困难，考虑利用分布式电源进行区域自治电压调节，对配电网进行分区，充分发掘分布式电源与配电网电压控制的紧密联系。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术存在问题，提供一种基于优化分区评价指标和主导节点选取的配电网分区方法。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种基于优化分区评价指标和主导节点选取的配电网分区方法，包括如下步骤：

A、统计电网各支路的阻抗及对地导纳、各个节点中注入的有功无功负荷；

B、根据电网拓扑建立电网的数学模型，得出电网节点间导纳矩阵；

C、根据电网节点间导纳矩阵和各节点的功率注入值，对电网进行潮流计算，得出用于灵敏度计算的部分所需变量；

D、基于潮流计算所得结果，求解基于HEM的无功电压灵敏度，计算节点间的电气距离；

E、选取分区内的无功/有功储备度、区域内外耦合度作为配电网优化分区指标；

F、根据无功/有功可控性及电压可观性选取配电网的主导节点；

G、构建并求解分区目标函数，确定最终的电网分区结果。

在本发明一实施例中，所述步骤B中的电网节点间导纳矩阵基于各支路间的阻抗和节点间连接情况得到，电网节点间导纳矩阵的表达式为：

其中，若i＝j则：

若i≠j，则：

Y

式(1)-(3)中，Y

在本发明一实施例中，所述步骤C中的潮流计算过程为：

将节点功率方程用极坐标形式表示：

式(4)中：ΔP与ΔQ为节点有功功率和无功功率的增量；H与L为系数矩阵；Δθ为母线电压相角增量；ΔV为节点电压幅值增量；V为节点电压幅值；

线路两端电压的相角θ

且系统各节点无功功率相应的导纳B

考虑到以上关系，系数矩阵中的各元素表示为：

H

L

故系数矩阵H和L分别写成：

/>

将(9)和(10)代入到(4)，得到

进而得到简化修正方程式，展开为：

(12)、(13)两个修正方程式中系数矩阵元素就是系统导纳矩阵的虚部，因而系数矩阵是对称矩阵，且在迭代过程中保持不变，用极坐标表示的节点功率增量为：

等式(12)、(13)和(14)构成潮流计算的基本方程式。

在本发明一实施例中，所述步骤D中的节点电压灵敏度求解过程为：

基于潮流计算结果，有功电压灵敏度矩阵M

M

式中，V

式(17)写为：

式中，α

由式(18)和(19)得节点i电压增量的表达式，如下式：

由上述推导可得，α

式中，D为节点i、j之间的电气距离，节点i、j之间的电压灵敏度越大，其电气距离越小。

在本发明一实施例中，所述步骤E中的选取配电网优化分区指标有分区内的无功有功储备度和区域内外耦合度，分区电压控制利用区域内分布式电源灵活调整其有功和无功功率进行电压调节，引入分区内电压偏移度f

/>

式中，U

另外，为便于区域内控制和避免区域内控制影响到其他的区域，要求区域内各节点之间强耦合，各区域之间弱耦合，相应的评价指标如下：

式中，l

在本发明一实施例中，所述步骤F中的主导节点选取方法如下：

主导节点选取需要考虑可观性指标与可控性指标，可观性的计算要考虑区域内其他负荷节点电压对主导节点的电压灵敏度，定义可观性指标如式(27)所示：

式中，S

可控性主要考虑主导节点对区域内分布式电源节点无功/有功功率变化的灵敏度，定义主导节点的可控性指标如(28)所示：

式中，V

ρ＝max{γ

式中，γ

在本发明一实施例中，所述步骤G中的电网分区的具体过程为：

G1、建立多目标优化分区模型，目标函数如式(30)所示：

式中，f

G2、根据相似系数法，确定评价指标的评价等级，计算出单指标测度评价矩阵，进而求出多指标综合测度评价向量，得出每个评价指标的权重；

G3、设置约束条件：单个节点不能自成一个区域且单个区域的节点个数不超过总节点数的2/3；

G4、采用带惯性权重的粒子群算法对上述多目标分区模型进行求解，输出分区结果。

相较于现有技术，本发明具有以下有益效果：

本发明的电网分区方法使分布式电源主动参与到配电网的控制中，提升了资源利用率，将分区过程转化为多目标优化求解的过程，综合考虑区域内和区域间的耦合关系以及分区内无功/有功储备度，且本发明可根据分布式电源的运行参数和配电网拓扑结构的改变而重新进行调整，只需修改输入数据，具有较强的实际意义。

附图说明

图1为本发明的分区求解过程的流程图；

图2为本发明的求解分区结果采用的粒子群算法流程图；

图3为本发明的实施例采用的电网拓扑图；

图4为采用本发明的电网分区方法基于实施例提供的电网拓扑图所获得的电网分区结果。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明效果作进一步的详细说明。此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

如图1所示，一种基于多种优化分区评价指标与主导节点选取的配电网分区方法，包括以下步骤：

(一)、电网节点间导纳矩阵基于各支路间的阻抗和节点间连接情况得到，电网节点间导纳矩阵的表达式为：

其中，若i≠j则：

若i＝j，则：

Y

式(1)-(3)中，Y

(二)、对电网进行潮流计算，得出用于灵敏度计算的部分所需变量过程为：

将节点功率方程用极坐标形式表示：

式(4)中：ΔP与ΔQ为节点有功功率和无功功率的增量；H与L为系数矩阵；Δθ为母线电压相角增量；ΔV为节点电压幅值增量；V为节点电压幅值；

在一般情况下，线路两端电压的相角θ

且系统各节点无功功率相应的导纳B

考虑到以上关系，系数矩阵中的各元素可表示为：

H

L

故系数矩阵H和L可以分别写成：

/>

将(9)和(10)代入到(4)，得到

进而可得到简化修正方程式，展开为：

(12)、(13)两个修正方程式中系数矩阵元素就是系统导纳矩阵的虚部，因而系数矩阵是对称矩阵，且在迭代过程中保持不变，这大大减少了计算工作量，用极坐标表示的节点功率增量为：

等式(12)、(13)和(14)构成了潮流计算的基本方程式

(三)、求解节点电压灵敏度的过程为：

基于潮流计算结果，有功电压灵敏度矩阵M

M

式中,V

式(17)可以写为：

式中，α

由式(18)和(19)可得节点i电压增量的表达式，如下式：

由上述推导可得，α

式中，D为节点i、j之间的电气距离，节点i、j之间的电压灵敏度越大，其电气距离越小。

(四)、选取配电网优化分区指标有分区内的无功有功储备度和区域内外耦合度，分区电压控制可利用区域内分布式电源灵活调整其有功和无功功率进行电压调节，需要区域内有足够的无功和有功可调容量，引入分区内无功、有功储备度f

式中，U

另外，为了便于区域内控制和避免区域内控制影响到其他的区域，要求区域内各节点之间强耦合，各区域之间弱耦合，相应的评价指标如下：、

式中，l

(五)、主导节点选取方法如下：

主导节点选取需要考虑可观性指标与可控性指标，可观性的计算要考虑区域内其他负荷节点电压对主导节点的电压灵敏度，定义可观性指标如式(27)所示：

式中，S

可控性主要考虑主导节点对区域内分布式电源节点无功/有功功率变化的灵敏度，定义主导节点的可控性指标如(28)所示：

式中，V

ρ＝max{γ

式中，γ

(六)确定电网最终分区的具体过程为：

1、建立多目标优化分区模型，目标函数如式(30)所示：

式中，f

2、根据相似系数法，确定评价指标的评价等级，计算出单指标测度评价矩阵，进而求出多指标综合测度评价向量，得出每个评价指标的权重

3、设置约束条件：单个节点不能自成一个区域且单个区域的节点个数不超过总节点数的2/3。

4、采用如图2所示带惯性权重的粒子群算法对上述多目标分区模型进行求解，输出分区结果

实施例

实施例为如图3所示的修正的IEEE33系统电网拓扑建立的数学模型，电压等级为10kV。分布式电源安装位置分别为节点3、6、8、11、14、16、18、20、22、25、29、32，采用带惯性权重的粒子群算法进行优化计算。粒子群算法中，优化过程中粒子的第j个元素的数值表示节点j-1所属的区域编号，粒子群规模取为100。惯性权重的计算中，最大权重ω

本实施例的分区方案分区结果及主导节点选取结果如图4所示，分区优化后网损降低至69.64kW，降低了25％；最大电压偏差为4.49％，降低了12％。本发明所述的分区和主导节点选取方法能够使区域本地控制达到更理想的效果，实现了配电网系统较小的网损和较小的节点电压偏差。

以上是本发明的较佳实施例，凡依本发明技术方案所作的改变，所产生的功能作用未超出本发明技术方案的范围时，均属于本发明的保护范围。