一種考慮光伏接入的站-線-變多級無功協調優化方法與流程
1.本發明涉及配電網降損技術領域，尤其涉及一種考慮光伏接入的站-線-變多級無功協調優化方法。
背景技術：
[0002]“雙碳”政策下，高比例分布式電源接入電網，對電網的穩定運行造成了不小的影響，光伏的隨機性、間歇性等特征加大了電網的無功不平衡，依靠傳統的調壓、無功補償方式難以滿足用戶對電能質量的要求，因此提出一種考慮光伏接入的“站-線-變”多級無功協調優化方法。
[0003]
無功補償，在電力供電系統中起提高電網的功率因數的作用，降低供電變壓器及輸送線路的損耗，提高供電效率，改善供電環境。電網中常用的無功補償方式包括：
[0004]
(1)集中補償：在高低壓配電線路中安裝并聯電容器組；
[0005]
(2)分組補償：在配電變壓器低壓側和用戶車間配電屏安裝并聯補償電容器；
[0006]
(3)單臺電動機就地補償：在單臺電動機處安裝并聯電容器。
[0007]
無功優化技術，就是當系統的結構參數及負荷情況給定時，通過對某些控制變量的優化，所能到的在滿足所有指定約束條件的前提下，使系統的某一個或多個性能指標達到最優時的無功調節手段。
[0008]
德爾菲法本質上是一種反饋匿名函詢法。其大致流程是：在對所要預測的問題征得專家的意見之后，進行整理、歸納、統計，再匿名反饋給各專家，再次征求意見，再集中，再反饋，直至得到一致的意見。
[0009]
二階錐規劃(socp)，是在有限個二階錐的笛卡兒乘積與仿射子空間的交集上求一個線性目標函數的最小值問題。二階錐規劃是錐規劃的一個分支，它既是線性規劃的推廣，又是半定規劃的特例，是一種具有優美結構的對稱錐規劃。這類規劃應用廣泛，比如在設施選址、圖論控制優化、天線陣列設計、投資組合問題等方面，以及金融、工程設計、數字信號處理、聲學、力學、民航、電氣等領域都有所應用。因此，研究二階錐規劃問題的理論和算法具有重要的理論意義和應用價值。
[0010]
公開號為：cn109672184b的一種含光伏的配電網電壓控制方法和系統，以電壓偏差最小為目標函數，考慮需求響應與光伏逆變器無功調節能力，建立配電網電壓協調優化模型，利用基于分布熵的改進粒子算法實現模型求解，以求解結果對光伏配電網電壓實現主動配電網電壓控制。
[0011]
公開號為：cn114629105a的一種考慮多方利益均衡的配電網電壓無功優化控制方法，該控制方法綜合考慮配電網電“源網儲”多元主體電壓無功優化控制，協調優化分布式光伏電源、配電網電(電容器組、靜止無功補償器和有載調壓變壓器)和儲能系統三方利益主體無功出力，減少線路網損，緩解由于光伏和電采暖負荷接入帶來的電壓越限等問題，實現配電網電的安全高效運行。此外，發揮了市場對資源配置的決定性作用，推進以低碳發展為統領，與能源節約、提效目標相匹配的政策體系，促進風電、光伏等新能源有序發展，提高
新能源消納能力，實現電源與電網、發電與用電的配套協同，推進電力市場化發展。
[0012]
在大量分布式電源接入的情況下，目前配電網無功優化策略主要集中考慮了配電網單個層面的無功優化，對于與配電網密切聯系的變電站、臺區的無功優化未作綜合考慮，無論是變電站的無功補償還是臺區側的無功補償，都會對配電網無功潮流產生影響，因此需綜合考慮變電站、線路、臺區多個層級無功優化策略。
技術實現要素：
[0013]
本發明的目的在于，解決現有技術的不足之處，提出一種考慮光伏接入的站-線-變多級無功協調優化方法，該方法可以更好的改善配電網的電壓質量，而且還兼顧變電站、線路、臺區所有無功優化措施，做到“站-線-變”無功優化策略多層聯動、同層互動，提高光伏消納能力，提升電網供電質量。
[0014]
一種考慮光伏接入的站-線-變多級無功協調優化方法，包括以下步驟：
[0015]
步驟1：從光伏消納水平、供電可靠性、電網運行經濟性三個方面出發，構建“站-線-變”多級無功協調優化多目標函數；
[0016]
步驟2：步驟1得到的三個目標函數中，每個目標不可能都同時達到最優，必須各有權重，采用德爾菲法，綜合專家經驗確定各個目標函數的權重，獲取綜合目標函數；
[0017]
min f＝ω1f1+ω2f2+ω3f3[0018]
其中，ω1、ω2、ω3分別為光伏消納水平、供電可靠性、電網運行經濟性的權重系數；
[0019]
步驟3：基于電網安全、穩定、經濟運行要求，構建考慮光伏接入的“站-線-變”多級無功協調優化數學模型的約束函數，具體包括：
[0020]
3.1節點電壓上下限約束：
[0021][0022]
其中，分別是節點i電壓的下限及上限；ψn為網絡節點集；
[0023]
3.2支路電流上限約束：
[0024][0025]
其中，為支路(i，j)電流的上限；
[0026]
3.3光伏出力約束：
[0027][0028]
其中，q
i,dg
為第i個分布式光伏實際無功功率；q
in,dg
為第i個分布式光伏額定無功功率；
[0029]
3.4無功補償控制約束：
[0030]
連續的無功調節，靜止無功補償裝置，即svc，投切的上下限約束：
[0031][0032]
離散的無功調節，主要是分組投切電容器組；
[0033]
投切容量約束：
[0034]
投
[0035]
切組數約束：
[0036][0037]
其中，分別為svc發出無功功率的上下限；分別為接在j節點上t時刻時的無功功率；為單組容量；分別為投切組數和最大投切組數；
[0038]
3.5配電網絡前推回代潮流方程約束：
[0039][0040]
負荷的有功功率與無功功率；分別為節點j光伏的有功功率與無功功率；為儲能設備的充放電功率；
[0041]
變壓器分接頭檔位約束：
[0042]
t
min
≤t≤t
max
[0043]
其中，t
min
、t
max
為變壓器分接頭擋位上下限；
[0044]
步驟4：通過二階錐松弛方法對“站-線-變”多級無功協調優化數學模型進行優化，將原綜合目標函數、約束條件均轉換為線性函數，成為二階錐規劃的一般形式，獲取“站-線-變”多級無功協調優化策略。
[0045]
優選的，步驟1中的光伏消納水平，以分布式光伏利用率衡量光伏消納水平表示，其表達式為：
[0046][0047]
優選的，步驟1中的供電可靠性水平；以電壓偏差率衡量配電網供電可靠性水平表示，其表達式為：
[0048][0049]
優選的，步驟1中的電網經濟運行水平；以配電網有功損耗最小衡量電網經濟運行水平表示，其表達式為：
[0050][0051]
其中，α
ij
為支路(i，j)的開關狀態，1表示合上開關，0表示斷開開關；r
ij
為支路(i，j)電阻；p
ij
、q
ij
分別為支路(i，j)首端有功功率和無功功率；vi為節點i的電壓幅值。
[0052]
本發明的優點及技術效果在于：
[0053]
本發明的一種考慮光伏接入的站-線-變多級無功協調優化方法，1、從光伏消納水平、供電可靠性、電網運行經濟性三個方面出發，構建“站-線-變”多級無功協調優化多目標
函數。2、采用德爾菲法，綜合專家經驗確定各個目標函數的權重，獲取綜合目標函數。3、基于電網安全、穩定、經濟運行要求，構建考慮光伏接入的“站-線-變”多級無功協調優化數學模型的約束函數。4、通過二階錐松弛方法對“站-線-變”多級無功協調優化數學模型進行優化，獲取“站-線-變”多級無功協調優化策略。
[0054]
本發明的一種考慮光伏接入的站-線-變多級無功協調優化方法，可以綜合協調變電站、線路、臺區各級無功優化措施，縱向考慮變電站、線路、臺區三層無功優化措施的多層聯動，確保每一層的電壓質量，橫向考慮同一電壓等級無功優化措施的同層互動，保障本層電壓質量最優，同時也能兼顧分布式光伏的有功-無功協調作用。利用該方法，既能保障更好的電網供電質量，又能提高分布式光伏消納能力，有效助力電網提質增效。
附圖說明
[0055]
圖1為本發明的方法流程圖。
具體實施方式
[0056]
下面詳細描述本發明的實施例，實施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實施例是示例性的，僅用于解釋本發明，而不能理解為對本發明的限制。
[0057]
在本發明的描述中，需要理解的是，術語“中心”、“縱向”、“橫向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“頂”、“底”、“內”、“外”等指示的方位或位置關系為基于附圖所示的方位或位置關系，僅是為了便于描述本發明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本發明的限制。此外，術語“第一”、“第二”僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性。
[0058]
本發明的一種考慮光伏接入的站-線-變多級無功協調優化方法，主要采用了電網無功補償方法，該電網無功補償方式包括：變電站無功補償、主變檔位調節、線路無功補償、臺區無功補償、光伏有功-無功協調以及10kv線路調壓器，縱向考慮變電站、線路、臺區三層無功優化措施的多層聯動，確保每一層的電壓質量，橫向考慮同一電壓等級無功優化措施的同層互動，保障本層電壓質量最優，同時也能兼顧分布式光伏的有功-無功協調作用。首先，從光伏消納水平、供電可靠性、電網運行經濟性三個方面出發，構建“站-線-變”多級無功協調優化多目標函數。
[0059]
(1)光伏消納水平。以分布式光伏利用率衡量光伏消納水平。
[0060][0061]
其中，n
dg
為配電網中光伏數量；p
in,dg
為第i各分布式光伏有功出力額定值；p
i,dg
為第i個分布式光伏有功出力實際值。
[0062]
(2)供電可靠性水平。以電壓偏差率衡量配電網供電可靠性水平。
[0063]
[0064]
其中，n為配電網節點數；u
i,n
為節點i的額定電壓；ui為節點i的實際電壓；u
i,max
為節點i最大合格電壓；u
i,min
為節點i最小合格電壓。
[0065]
(3)電網經濟運行水平。以配電網有功損耗最小衡量電網經濟運行水平。
[0066][0067]
其中，α
ij
為支路(i，j)的開關狀態，1表示合上開關，0表示斷開開關。r
ij
為支路(i，j)電阻；p
ij
、q
ij
分別為支路(i，j)首端有功功率和無功功率；vi為節點i的電壓幅值。
[0068]
1.對于三個目標函數：光伏消納水平、供電可靠性、電網運行經濟性，每個目標不可能都同時達到最優，必須各有權重，采用德爾菲法，綜合專家經驗確定各個目標函數的權重，獲取綜合目標函數。
[0069]
min f＝ω1f1+ω2f2+ω3f3???
(4)
[0070]
其中，ω1、ω2、ω3分別為光伏消納水平、供電可靠性、電網運行經濟性的權重系數。
[0071]
2.基于電網安全、穩定、經濟運行要求，構建考慮光伏接入的“站-線-變”多級無功協調優化數學模型的約束函數。
[0072]
(1)節點電壓上下限約束
[0073][0074]
其中，分別是節點i電壓的下限及上限；ψn為網絡節點集。
[0075]
(2)支路電流上限約束
[0076][0077]
其中，為支路(i，j)電流的上限。
[0078]
(3)光伏出力約束
[0079][0080]
其中，q
i,dg
為第i個分布式光伏實際無功功率；q
in,dg
為第i個分布式光伏額定無功功率。
[0081]
(4)無功補償控制約束
[0082]
連續的無功調節，靜止無功補償裝置(svc)，投切的上下限約束
[0083][0084]
離散的無功調節，主要是分組投切電容器組
[0085]
投切容量約束
[0086][0087]
投切組數約束：
[0088][0089]
其中，分別為svc發出無功功率的上下限；分別為接在j節
點上t時刻時的無功功率；為單組容量；分別為投切組數和最大投切組數。
[0090]
(5)配電網絡前推回代潮流方程約束
[0091][0092]
其中，p
jk
、q
jk
分別為支路(j，k)首端的有功功率與無功功率；分別為節點j負荷的有功功率與無功功率；分別為節點j光伏的有功功率與無功功率；為儲能設備的充放電功率。
[0093]
(6)變壓器分接頭檔位約束
[0094]
t
min
≤t≤t
max
???
(11)
[0095]
其中，t
min
、t
max
為變壓器分接頭擋位上下限。
[0096]
3.通過二階錐松弛方法對“站-線-變”多級無功協調優化數學模型進行優化，將原綜合目標函數、約束條件均轉換為線性函數，成為二階錐規劃的一般形式，獲取“站-線-變”多級無功協調優化策略。
[0097]
最后，本發明的未盡述之處均采用現有技術中的成熟產品及成熟技術手段。
[0098]
在本說明書的描述中，參考術語“一個實施例”、“一些實施例”、“示例”、“具體示例”、或“一些示例”等的描述意指結合該實施例或示例描述的具體特征、結構、材料或者特點包含于本發明的實施例或示例中。
[0099]
盡管已經示出和描述了本發明的實施例，本領域的普通技術人員可以理解：在不脫離本發明的原理和宗旨的情況下可以對這些實施例進行多種變化、修改、替換和變型，本發明的范圍由權利要求及其等同限定。
技術特征：
1.一種考慮光伏接入的站-線-變多級無功協調優化方法，其特征在于，包括以下步驟：步驟1：從光伏消納水平、供電可靠性、電網運行經濟性三個方面出發，構建“站-線-變”多級無功協調優化多目標函數；步驟2：步驟1得到的三個目標函數中，每個目標不可能都同時達到最優，必須各有權重，采用德爾菲法，綜合專家經驗確定各個目標函數的權重，獲取綜合目標函數；minf＝ω1f1+ω2f2+ω3f3其中，ω1、ω2、ω3分別為光伏消納水平、供電可靠性、電網運行經濟性的權重系數；步驟3：基于電網安全、穩定、經濟運行要求，構建考慮光伏接入的“站-線-變”多級無功協調優化數學模型的約束函數，具體包括：3.1節點電壓上下限約束：v
imin
≤v
i
≤v
imax
,i∈ψ
n
其中，v
imin
、v
imax
分別是節點i電壓的下限及上限；ψ
n
為網絡節點集；3.2支路電流上限約束：其中，為支路(i，j)電流的上限；3.3光伏出力約束：其中，q
i,dg
為第i個分布式光伏實際無功功率；q
in,dg
為第i個分布式光伏額定無功功率；3.4無功補償控制約束：連續的無功調節，靜止無功補償裝置，即svc，投切的上下限約束：離散的無功調節，主要是分組投切電容器組；投切容量約束：投切組數約束：其中，分別為svc發出無功功率的上下限；分別為接在j節點上t時刻時的無功功率；為單組容量；分別為投切組數和最大投切組數；3.5配電網絡前推回代潮流方程約束：3.5配電網絡前推回代潮流方程約束：
負荷的有功功率與無功功率；分別為節點j光伏的有功功率與無功功率；為儲能設備的充放電功率；變壓器分接頭檔位約束：t
min
≤t≤t
max
其中，t
min
、t
max
為變壓器分接頭擋位上下限；步驟4：通過二階錐松弛方法對“站-線-變”多級無功協調優化數學模型進行優化，將原綜合目標函數、約束條件均轉換為線性函數，成為二階錐規劃的一般形式，獲取“站-線-變”多級無功協調優化策略。2.根據權利要求1所述的一種考慮光伏接入的站-線-變多級無功協調優化方法，其特征在于：所述步驟1中的光伏消納水平，以分布式光伏利用率衡量光伏消納水平表示，其表達式為：3.根據權利要求1所述的一種考慮光伏接入的站-線-變多級無功協調優化方法，其特征在于：所述步驟1中的供電可靠性水平；以電壓偏差率衡量配電網供電可靠性水平表示，其表達式為：4.根據權利要求1所述的一種考慮光伏接入的站-線-變多級無功協調優化方法，其特征在于：所述步驟1中的電網經濟運行水平；以配電網有功損耗最小衡量電網經濟運行水平表示，其表達式為：其中，α
ij
為支路(i，j)的開關狀態，1表示合上開關，0表示斷開開關；r
ij
為支路(i，j)電阻；p
ij
、q
ij
分別為支路(i，j)首端有功功率和無功功率；v
i
為節點i的電壓幅值。
技術總結
本發明公開了一種考慮光伏接入的站-線-變多級無功協調優化方法，從光伏消納水平、供電可靠性、電網運行經濟性三個方面出發，構建“站-線-變”多級無功協調優化多目標函數；本方法采用德爾菲法，綜合專家經驗確定各個目標函數的權重，獲取綜合目標函數。本方法基于電網安全、穩定、經濟運行要求，構建考慮光伏接入的“站-線-變”多級無功協調優化數學模型的約束函數。本方法通過二階錐松弛方法對“站-線-變”多級無功協調優化數學模型進行優化，獲取“站-線-變”多級無功協調優化策略。多級無功協調優化策略。多級無功協調優化策略。
