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专利号: 2022107302577
申请人: 浙江工业大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-07-29
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种考虑负荷光伏随机性的配电网故障恢复滚动优化方法,其特征在于,包括以下步骤:S1:构建光伏负荷随机性模型,采用高斯分布描述负荷的随机预测误差,采用正态分布描述光伏发电出力的随机预测误差;

S2:构建潮流约束模型,节点ZIP负荷约束模型、有载调压变压器(On‑Load Tap Changer,OLTC)调控模型、拓扑及虚拟潮流约束模型、智能软开关(soft open point,SOP)模型;

S3:构建一个双层优化重构模型,模型的上层以配电网网络架构、有载调压变压器的动作、电容器组的投切为决策变量,下层的优化目标为分布式能源的有功无功出力、切负荷的功率大小、系统网损大小,通过设置数学形式相同的目标函数,目标函数分别为全时段优化和后续时段优化,实现配电网故障重构和潮流优化;双层优化重构模型包括以下部分:S3‑1:上层目标函数形式如下:

其中,α是失电成本系数,β是弃风弃光成本系数,γ是SOP损耗成本系数;

上层模型的目标是在故障发生的瞬间及稍后时间,在考虑负荷与光伏发电随机性的基础上,完成每1小时配网开关动作、OLTC动作和电容器组投切的规划;

S3‑2:下层模型的目标函数形式如下:

下层模型的目标是在确定了设备动作的基础上,以当前负荷光伏预测值为基础,得出未来15分钟内DG出力情况,切负荷大小情况和网络与SOP损耗情况的最优解,最大限度恢复电网供电能力,降低系统损耗;

S4:获取优化所需的相关参数,对模型进行求解。

2.如权利要求1所述的一种考虑负荷光伏随机性的配电网故障恢复滚动优化方法,其特征在于,步骤S1具体包括:S1‑1:配电网日负荷数据由负荷预测得出,采用高斯分布描述负荷的随机预测误差,则负荷数据的概率密度函数为:其中PLD、QLD为负荷有功、无功出力,μLD为出力预测值,σLD为预测误差的标准差;通过此概率密度函数生成500组随机出力场景,并通过后向削减减少至20组场景供后续算例使用;

S1‑2:光伏出力可根据气象条件预测得出,采用正态分布描述光伏发电出力的随机预测误差,则光伏发电有功出力的概率密度函数为:其中PPV为光伏出力有功,μPV为出力预测值,σPV为预测误差的标准差;通过此概率密度函数生成500组随机出力场景,并通过后向削减减少至20组场景供后续算例使用。

3.如权利要求1所述的一种考虑负荷光伏随机性的配电网故障恢复滚动优化方法,其特征在于,步骤S2所述的构建潮流约束模型、节点ZIP负荷约束模型、OLTC调控模型、拓扑及虚拟潮流约束模型、SOP模型,具体包括:S2‑1:配电网潮流模型是一种从支路功率出发建立的潮流方程,与传统的基于节点功率的潮流计算相比,潮流模型更适用于辐射状配电系统的潮流计算;在配电网重构问题中,由于存在支路开断情况变化的问题,因此需要对传统的潮流模型进行改进,引入线路开断变量Zij对潮流方程进行松弛,并选取π型等值线路模型,得到如下适用于配电网重构的潮流方程如下:其中,Ωs为所有的导通支路,rij和xij为支路ij的电阻和电抗, 为支路ij的导纳,Zij为支路ij的开断变量;Pij,ω,t为支路上节点i流向节点j的有功功率;Qij,ω,t为支路上节点i流向节点j的无功功率; 为支路上节点i流向节点j的电流平方值; 为节点i的电压平方值; 和 是节点的失电有功无功功率; 是节点i处SOP端口的有功出力,是节点i处SOP端口的无功出力; 和 分别为节点i上分布式电源注入和负荷消耗的有功功率; 是节点处光伏发电功率, 是节点处光伏弃光功率;Qi,ω,t为节点i上注入的无功功率之和,Pi,ω,t为节点i上注入的有功功率之和; 和 分别为节点i上分布式电源注入和负荷消耗的无功功率; 是电容器组提供的无功功率;

各类设备有功出力与无功出力上下限约束如下:

线路功率约束:

节点电压与电流约束:

失电功率约束:

发电机约束:

弃风弃光约束:

其中,Pji, 分别表示线路最小和最大有功功率,Qji, 分别表示线路最小和最大无功功率;Ui, 分别表示节点最小和最大电压; 分别表示发电机最大有功和无功功率;

S2‑2:现阶段最为被广泛接受的配电网负载模型为ZIP模型,它将负载功率需求分为恒阻抗Z,恒电流I和恒功率P三个部分,则负载可表示为如下形式:其中,kp,1+kp,2+kp,3=1,kq,1+kq,2+kq,3=1, 为额定电压UN下的额定有功功率值;

为额定电压UN下的额定无功功率值;

节点功率是节点电压的非线性函数,无法纳入本文所用线性规划模型中;CVR定义为有功或无功功率的百分比与总线电压减小百分比的比率,由CVR的定义得到用于电压敏感型负载的等效模型,公式如下:其中, 又有

考虑到Ui,ω,t≈UN且 得到:

此时公式(18)、(19)已经被线性化,包含在潮流约束中,而CVR的值从负载的ZIP系数中进行估计;对原始模型进行考察,并设UN=1p.u.,得到:通过公式(24)、(25)以及假设Ui,ω,t≈UN,得到CVR的值如下:CVRP=2kP,1+kP,2      (26)

CVRQ=2kQ,1+kQ,2      (27)

S2‑3:OLTC通过调节分接头位置,让输出电压在一定范围内调整,模型建立如下:其中, 表示t时刻分接头所处位置, 是分接头所处位置对应的电压平方值,是OLTC输出电压的平方值, 表示t时刻节点1电压标幺值的平方, U分别表示节点电压上下限;

S2‑4:配电网重构需要保证重构后的配电系统的连通性,且不存在孤岛和环网;因此,配电系统连通性和辐射性约束可表示为:X12,t=z12,t       (32)

其中,E为线路节点集合,zij,t为线路开断变量,Xij,t为父子节点表示变量,Xij,t=1表示在t时刻i是j的父节点,λj,t是节点的虚拟潮流需求, 是发电机的虚拟潮流供给,是线路虚拟功率,c(j)、δ(j)表示j的相邻节点,ΩDG表示与分布式发电机相接的节点集合,ΩSOP表示与SOP相接的节点集合,ΩG表示与上级电网相接的节点集合;公式(33)‑(35)表示一个节点的父节点最多为一个,且必须大于自身的虚拟潮流需求;

S2‑5:SOP是取代传统联络开关的一种新型智能配电装置,它的应用将极大地提高配电系统运行的灵活性和可控性,但是在配电网故障自愈过程中SOP的作用却较少被研究;与联络开关相比,SOP的功率控制更加准确可靠,避免了开关操作可能带来的安全隐患;在故障发生时,由于直流隔离的作用,能够有效阻止故障电流穿越;在供电恢复过程中,能够为失电侧提供有效的电压支撑,从而扩大供电恢复范围;目前,背靠背电压源型变流器(Back to Back Voltage Source Converter,B2B VSC)型SOP是一种较为常用的SOP,其拓扑结构由两个变流器经过一个直流电容器连接实现;

在配电系统的支路加入SOP,改善配电系统潮流分布,降低系统网损,均衡网络电压;配电网发生故障后,经故障定位、隔离后形成失电区域;而SOP作为取代联络开关的配电装置,并不能对整个配电系统中任意失电区域进行供电恢复,下文对可采用SOP进行供电恢复的失电区域进行分析;

配电网故障后,经故障定位、故障隔离所形成的失电区域,依据SOP接入位置可分为以下3种情况:

1)SOP两端均不在失电区域;

2)SOP一端在失电区域,一端不在失电区域;

3)SOP两端均在失电区域;

当某一区域能通过联络开关与上级网络相连时,SOP运行在PQ控制模式下并优化其有功出力以及无功出力;当失电区域无法通过联络开关与上级网络相连时,SOP采用Vf控制模式,此时应调节配电网SOP的出口电压以及配电网中的开关状态进行故障恢复,剩余未恢复负荷形成相应孤岛;综合考虑1、2两种场景,提出SOP约束如下:SOP失电侧电压约束:

其中, 为SOP的损耗系数; 为接在节点i的SOP损耗; 为接在节点i的SOP容量;Ωn表示失电侧节点集合;U0为失电侧节点电压标幺值最低限值,一般取1.0;公式(36)为SOP有功功率约束,公式(37)为SOP损耗约束,公式(38)为SOP容量约束,公式(39)表示若SOP一端位于失电侧则调整为Vf控制模式。

4.如权利要求1所述的一种考虑负荷光伏随机性的配电网故障恢复滚动优化方法,其特征在于,所述步骤S3所述的目标函数分别为全时段优化和后续时段优化。