一种考虑光伏接入的站-线-变多级无功协调优化方法与流程
1.本发明涉及配电网降损技术领域，尤其涉及一种考虑光伏接入的站-线-变多级无功协调优化方法。
背景技术：
[0002]“双碳”政策下，高比例分布式电源接入电网，对电网的稳定运行造成了不小的影响，光伏的随机性、间歇性等特征加大了电网的无功不平衡，依靠传统的调压、无功补偿方式难以满足用户对电能质量的要求，因此提出一种考虑光伏接入的“站-线-变”多级无功协调优化方法。
[0003]
无功补偿，在电力供电系统中起提高电网的功率因数的作用，降低供电变压器及输送线路的损耗，提高供电效率，改善供电环境。电网中常用的无功补偿方式包括：
[0004]
(1)集中补偿：在高低压配电线路中安装并联电容器组；
[0005]
(2)分组补偿：在配电变压器低压侧和用户车间配电屏安装并联补偿电容器；
[0006]
(3)单台电动机就地补偿：在单台电动机处安装并联电容器。
[0007]
无功优化技术，就是当系统的结构参数及负荷情况给定时，通过对某些控制变量的优化，所能到的在满足所有指定约束条件的前提下，使系统的某一个或多个性能指标达到最优时的无功调节手段。
[0008]
德尔菲法本质上是一种反馈匿名函询法。其大致流程是：在对所要预测的问题征得专家的意见之后，进行整理、归纳、统计，再匿名反馈给各专家，再次征求意见，再集中，再反馈，直至得到一致的意见。
[0009]
二阶锥规划(socp)，是在有限个二阶锥的笛卡儿乘积与仿射子空间的交集上求一个线性目标函数的最小值问题。二阶锥规划是锥规划的一个分支，它既是线性规划的推广，又是半定规划的特例，是一种具有优美结构的对称锥规划。这类规划应用广泛，比如在设施选址、图论控制优化、天线阵列设计、投资组合问题等方面，以及金融、工程设计、数字信号处理、声学、力学、民航、电气等领域都有所应用。因此，研究二阶锥规划问题的理论和算法具有重要的理论意义和应用价值。
[0010]
公开号为：cn109672184b的一种含光伏的配电网电压控制方法和系统，以电压偏差最小为目标函数，考虑需求响应与光伏逆变器无功调节能力，建立配电网电压协调优化模型，利用基于分布熵的改进粒子算法实现模型求解，以求解结果对光伏配电网电压实现主动配电网电压控制。
[0011]
公开号为：cn114629105a的一种考虑多方利益均衡的配电网电压无功优化控制方法，该控制方法综合考虑配电网电“源网储”多元主体电压无功优化控制，协调优化分布式光伏电源、配电网电(电容器组、静止无功补偿器和有载调压变压器)和储能系统三方利益主体无功出力，减少线路网损，缓解由于光伏和电采暖负荷接入带来的电压越限等问题，实现配电网电的安全高效运行。此外，发挥了市场对资源配置的决定性作用，推进以低碳发展为统领，与能源节约、提效目标相匹配的政策体系，促进风电、光伏等新能源有序发展，提高
新能源消纳能力，实现电源与电网、发电与用电的配套协同，推进电力市场化发展。
[0012]
在大量分布式电源接入的情况下，目前配电网无功优化策略主要集中考虑了配电网单个层面的无功优化，对于与配电网密切联系的变电站、台区的无功优化未作综合考虑，无论是变电站的无功补偿还是台区侧的无功补偿，都会对配电网无功潮流产生影响，因此需综合考虑变电站、线路、台区多个层级无功优化策略。
技术实现要素：
[0013]
本发明的目的在于，解决现有技术的不足之处，提出一种考虑光伏接入的站-线-变多级无功协调优化方法，该方法可以更好的改善配电网的电压质量，而且还兼顾变电站、线路、台区所有无功优化措施，做到“站-线-变”无功优化策略多层联动、同层互动，提高光伏消纳能力，提升电网供电质量。
[0014]
一种考虑光伏接入的站-线-变多级无功协调优化方法，包括以下步骤：
[0015]
步骤1：从光伏消纳水平、供电可靠性、电网运行经济性三个方面出发，构建“站-线-变”多级无功协调优化多目标函数；
[0016]
步骤2：步骤1得到的三个目标函数中，每个目标不可能都同时达到最优，必须各有权重，采用德尔菲法，综合专家经验确定各个目标函数的权重，获取综合目标函数；
[0017]
min f＝ω1f1+ω2f2+ω3f3[0018]
其中，ω1、ω2、ω3分别为光伏消纳水平、供电可靠性、电网运行经济性的权重系数；
[0019]
步骤3：基于电网安全、稳定、经济运行要求，构建考虑光伏接入的“站-线-变”多级无功协调优化数学模型的约束函数，具体包括：
[0020]
3.1节点电压上下限约束：
[0021][0022]
其中，分别是节点i电压的下限及上限；ψn为网络节点集；
[0023]
3.2支路电流上限约束：
[0024][0025]
其中，为支路(i，j)电流的上限；
[0026]
3.3光伏出力约束：
[0027][0028]
其中，q
i,dg
为第i个分布式光伏实际无功功率；q
in,dg
为第i个分布式光伏额定无功功率；
[0029]
3.4无功补偿控制约束：
[0030]
连续的无功调节，静止无功补偿装置，即svc，投切的上下限约束：
[0031][0032]
离散的无功调节，主要是分组投切电容器组；
[0033]
投切容量约束：
[0034]
投
[0035]
切组数约束：
[0036][0037]
其中，分别为svc发出无功功率的上下限；分别为接在j节点上t时刻时的无功功率；为单组容量；分别为投切组数和最大投切组数；
[0038]
3.5配电网络前推回代潮流方程约束：
[0039][0040]
负荷的有功功率与无功功率；分别为节点j光伏的有功功率与无功功率；为储能设备的充放电功率；
[0041]
变压器分接头档位约束：
[0042]
t
min
≤t≤t
max
[0043]
其中，t
min
、t
max
为变压器分接头挡位上下限；
[0044]
步骤4：通过二阶锥松弛方法对“站-线-变”多级无功协调优化数学模型进行优化，将原综合目标函数、约束条件均转换为线性函数，成为二阶锥规划的一般形式，获取“站-线-变”多级无功协调优化策略。
[0045]
优选的，步骤1中的光伏消纳水平，以分布式光伏利用率衡量光伏消纳水平表示，其表达式为：
[0046][0047]
优选的，步骤1中的供电可靠性水平；以电压偏差率衡量配电网供电可靠性水平表示，其表达式为：
[0048][0049]
优选的，步骤1中的电网经济运行水平；以配电网有功损耗最小衡量电网经济运行水平表示，其表达式为：
[0050][0051]
其中，α
ij
为支路(i，j)的开关状态，1表示合上开关，0表示断开开关；r
ij
为支路(i，j)电阻；p
ij
、q
ij
分别为支路(i，j)首端有功功率和无功功率；vi为节点i的电压幅值。
[0052]
本发明的优点及技术效果在于：
[0053]
本发明的一种考虑光伏接入的站-线-变多级无功协调优化方法，1、从光伏消纳水平、供电可靠性、电网运行经济性三个方面出发，构建“站-线-变”多级无功协调优化多目标
函数。2、采用德尔菲法，综合专家经验确定各个目标函数的权重，获取综合目标函数。3、基于电网安全、稳定、经济运行要求，构建考虑光伏接入的“站-线-变”多级无功协调优化数学模型的约束函数。4、通过二阶锥松弛方法对“站-线-变”多级无功协调优化数学模型进行优化，获取“站-线-变”多级无功协调优化策略。
[0054]
本发明的一种考虑光伏接入的站-线-变多级无功协调优化方法，可以综合协调变电站、线路、台区各级无功优化措施，纵向考虑变电站、线路、台区三层无功优化措施的多层联动，确保每一层的电压质量，横向考虑同一电压等级无功优化措施的同层互动，保障本层电压质量最优，同时也能兼顾分布式光伏的有功-无功协调作用。利用该方法，既能保障更好的电网供电质量，又能提高分布式光伏消纳能力，有效助力电网提质增效。
附图说明
[0055]
图1为本发明的方法流程图。
具体实施方式
[0056]
下面详细描述本发明的实施例，实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
[0057]
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
[0058]
本发明的一种考虑光伏接入的站-线-变多级无功协调优化方法，主要采用了电网无功补偿方法，该电网无功补偿方式包括：变电站无功补偿、主变档位调节、线路无功补偿、台区无功补偿、光伏有功-无功协调以及10kv线路调压器，纵向考虑变电站、线路、台区三层无功优化措施的多层联动，确保每一层的电压质量，横向考虑同一电压等级无功优化措施的同层互动，保障本层电压质量最优，同时也能兼顾分布式光伏的有功-无功协调作用。首先，从光伏消纳水平、供电可靠性、电网运行经济性三个方面出发，构建“站-线-变”多级无功协调优化多目标函数。
[0059]
(1)光伏消纳水平。以分布式光伏利用率衡量光伏消纳水平。
[0060][0061]
其中，n
dg
为配电网中光伏数量；p
in,dg
为第i各分布式光伏有功出力额定值；p
i,dg
为第i个分布式光伏有功出力实际值。
[0062]
(2)供电可靠性水平。以电压偏差率衡量配电网供电可靠性水平。
[0063]
[0064]
其中，n为配电网节点数；u
i,n
为节点i的额定电压；ui为节点i的实际电压；u
i,max
为节点i最大合格电压；u
i,min
为节点i最小合格电压。
[0065]
(3)电网经济运行水平。以配电网有功损耗最小衡量电网经济运行水平。
[0066][0067]
其中，α
ij
为支路(i，j)的开关状态，1表示合上开关，0表示断开开关。r
ij
为支路(i，j)电阻；p
ij
、q
ij
分别为支路(i，j)首端有功功率和无功功率；vi为节点i的电压幅值。
[0068]
1.对于三个目标函数：光伏消纳水平、供电可靠性、电网运行经济性，每个目标不可能都同时达到最优，必须各有权重，采用德尔菲法，综合专家经验确定各个目标函数的权重，获取综合目标函数。
[0069]
min f＝ω1f1+ω2f2+ω3f3ꢀꢀꢀ
(4)
[0070]
其中，ω1、ω2、ω3分别为光伏消纳水平、供电可靠性、电网运行经济性的权重系数。
[0071]
2.基于电网安全、稳定、经济运行要求，构建考虑光伏接入的“站-线-变”多级无功协调优化数学模型的约束函数。
[0072]
(1)节点电压上下限约束
[0073][0074]
其中，分别是节点i电压的下限及上限；ψn为网络节点集。
[0075]
(2)支路电流上限约束
[0076][0077]
其中，为支路(i，j)电流的上限。
[0078]
(3)光伏出力约束
[0079][0080]
其中，q
i,dg
为第i个分布式光伏实际无功功率；q
in,dg
为第i个分布式光伏额定无功功率。
[0081]
(4)无功补偿控制约束
[0082]
连续的无功调节，静止无功补偿装置(svc)，投切的上下限约束
[0083][0084]
离散的无功调节，主要是分组投切电容器组
[0085]
投切容量约束
[0086][0087]
投切组数约束：
[0088][0089]
其中，分别为svc发出无功功率的上下限；分别为接在j节
点上t时刻时的无功功率；为单组容量；分别为投切组数和最大投切组数。
[0090]
(5)配电网络前推回代潮流方程约束
[0091][0092]
其中，p
jk
、q
jk
分别为支路(j，k)首端的有功功率与无功功率；分别为节点j负荷的有功功率与无功功率；分别为节点j光伏的有功功率与无功功率；为储能设备的充放电功率。
[0093]
(6)变压器分接头档位约束
[0094]
t
min
≤t≤t
max
ꢀꢀꢀ
(11)
[0095]
其中，t
min
、t
max
为变压器分接头挡位上下限。
[0096]
3.通过二阶锥松弛方法对“站-线-变”多级无功协调优化数学模型进行优化，将原综合目标函数、约束条件均转换为线性函数，成为二阶锥规划的一般形式，获取“站-线-变”多级无功协调优化策略。
[0097]
最后，本发明的未尽述之处均采用现有技术中的成熟产品及成熟技术手段。
[0098]
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的实施例或示例中。
[0099]
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同限定。
技术特征：
1.一种考虑光伏接入的站-线-变多级无功协调优化方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：从光伏消纳水平、供电可靠性、电网运行经济性三个方面出发，构建“站-线-变”多级无功协调优化多目标函数；步骤2：步骤1得到的三个目标函数中，每个目标不可能都同时达到最优，必须各有权重，采用德尔菲法，综合专家经验确定各个目标函数的权重，获取综合目标函数；minf＝ω1f1+ω2f2+ω3f3其中，ω1、ω2、ω3分别为光伏消纳水平、供电可靠性、电网运行经济性的权重系数；步骤3：基于电网安全、稳定、经济运行要求，构建考虑光伏接入的“站-线-变”多级无功协调优化数学模型的约束函数，具体包括：3.1节点电压上下限约束：v
imin
≤v
i
≤v
imax
,i∈ψ
n
其中，v
imin
、v
imax
分别是节点i电压的下限及上限；ψ
n
为网络节点集；3.2支路电流上限约束：其中，为支路(i，j)电流的上限；3.3光伏出力约束：其中，q
i,dg
为第i个分布式光伏实际无功功率；q
in,dg
为第i个分布式光伏额定无功功率；3.4无功补偿控制约束：连续的无功调节，静止无功补偿装置，即svc，投切的上下限约束：离散的无功调节，主要是分组投切电容器组；投切容量约束：投切组数约束：其中，分别为svc发出无功功率的上下限；分别为接在j节点上t时刻时的无功功率；为单组容量；分别为投切组数和最大投切组数；3.5配电网络前推回代潮流方程约束：3.5配电网络前推回代潮流方程约束：
负荷的有功功率与无功功率；分别为节点j光伏的有功功率与无功功率；为储能设备的充放电功率；变压器分接头档位约束：t
min
≤t≤t
max
其中，t
min
、t
max
为变压器分接头挡位上下限；步骤4：通过二阶锥松弛方法对“站-线-变”多级无功协调优化数学模型进行优化，将原综合目标函数、约束条件均转换为线性函数，成为二阶锥规划的一般形式，获取“站-线-变”多级无功协调优化策略。2.根据权利要求1所述的一种考虑光伏接入的站-线-变多级无功协调优化方法，其特征在于：所述步骤1中的光伏消纳水平，以分布式光伏利用率衡量光伏消纳水平表示，其表达式为：3.根据权利要求1所述的一种考虑光伏接入的站-线-变多级无功协调优化方法，其特征在于：所述步骤1中的供电可靠性水平；以电压偏差率衡量配电网供电可靠性水平表示，其表达式为：4.根据权利要求1所述的一种考虑光伏接入的站-线-变多级无功协调优化方法，其特征在于：所述步骤1中的电网经济运行水平；以配电网有功损耗最小衡量电网经济运行水平表示，其表达式为：其中，α
ij
为支路(i，j)的开关状态，1表示合上开关，0表示断开开关；r
ij
为支路(i，j)电阻；p
ij
、q
ij
分别为支路(i，j)首端有功功率和无功功率；v
i
为节点i的电压幅值。
技术总结
本发明公开了一种考虑光伏接入的站-线-变多级无功协调优化方法，从光伏消纳水平、供电可靠性、电网运行经济性三个方面出发，构建“站-线-变”多级无功协调优化多目标函数；本方法采用德尔菲法，综合专家经验确定各个目标函数的权重，获取综合目标函数。本方法基于电网安全、稳定、经济运行要求，构建考虑光伏接入的“站-线-变”多级无功协调优化数学模型的约束函数。本方法通过二阶锥松弛方法对“站-线-变”多级无功协调优化数学模型进行优化，获取“站-线-变”多级无功协调优化策略。多级无功协调优化策略。多级无功协调优化策略。
