一种配电网的源-荷能量协调控制方法及装置与流程

1.本发明涉及配电网优化控制技术领域，具体涉及一种配电网的源-荷能量协调控制方法及装置。


背景技术：

2.新型“源-荷”资源的接入给配电网络运行带来了一系列的影响，一方面“源-荷”功率的协调交互能够改善网络电压质量、降低网络损耗；另一方面当分布式电源接入渗透率较高且表现出不同时空尺度响应特性时，系统整体的运行控制难度显著增加。
3.分布式电源接入配电网络后的“源-荷”能量协同控制是电力调度者所面临的一个重要问题。虽然分布式电源接入电力系统能够减少向上级电力系统的购电量，并提高系统的可靠性，但是分布式电源过多向电力系统输送有功可能会造成系统网损升高和电力系统各项约束，如电压幅值约束、线路热约束越限，进而引发安全问题。目前接入配电系统的分布式电源多为一次能源为可再生能源的风电机组及光伏机组，其有功出力有较大随机性而且实际中希望其尽可能的发挥最高的有功出力水平。对分布式电源有功无功出力的调度进行优化，进而在满足网络约束的条件下最大限度地发挥分布式电源的利用率并提高网络运行效率是亟待解决的问题。


技术实现要素：

4.为了克服上述缺陷，本发明提出了一种配电网的源-荷能量协调控制方法及装置。
5.第一方面，提供一种配电网的源-荷能量协调控制方法，所述配电网的源-荷能量协调控制方法包括：
6.基于配电网中各负荷节点的潮流数据和预先构建的配电网的源-荷能量协调控制模型确定配电网中分布式电源的有功出力方案；
7.利用所述有功出力方案控制配电网中分布式电源的有功出力；
8.其中，所述预先构建的配电网的源-荷能量协调控制模型包括：针对配电网中的目标函数和约束条件。
9.优选的，所述基于配电网中各负荷节点的潮流数据和预先构建的配电网的源-荷能量协调控制模型确定配电网中分布式电源的有功出力方案，包括：
10.将配电网中各负荷节点的潮流数据代入预先构建的配电网的源-荷能量协调控制模型，求解预先构建的配电网的源-荷能量协调控制模型，获取配电网中分布式电源的有功出力方案。
11.优选的，所述目标函数的计算式如下：
[0012][0013]
上式中，f1为分布式电源的有功出力目标值，f2为电压偏差目标值，f3为有功网损目标值，w1为分布式电源的有功出力目标函数对应的权重，w2为电压偏差目标函数对应的权
重，w3为有功网损目标函数对应的权重，f
10
为分布式电源的有功出力目标值初始值，为电压偏差目标值初始值，f
30
为有功网损目标值初始值。
[0014]
进一步的，所述分布式电源的有功出力目标函数的计算式如下：
[0015][0016]
上式中，p
dg,q
为第q个分布式电源的有功出力值，n
dg
为配电网中接入分布式电源总数。
[0017]
进一步的，所述电压偏差目标函数的计算式如下：
[0018][0019]
上式中，vi为第i个负荷节点的电压幅值，v
ispec
为第i个负荷节点的电压幅值规定值，v
imax
为第i个负荷节点的电压上限值，v
imin
为第i个负荷节点的电压下限值，n为配电网中负荷节点总数。
[0020]
进一步的，所述有功网损目标函数的计算式如下：
[0021][0022]
上式中，g
ij
为第i个负荷节点与第j个负荷节点之间支路的电导，vi为第i个负荷节点的电压幅值，vj为第j个负荷节点的电压幅值，θ
ij
为第i个负荷节点与第j个负荷节点之间支路的相角差，b为配电网中支路集合。
[0023]
优选的，所述约束条件包括下述中的至少一种：潮流等式约束、节点电压幅值约束、线路功率约束及控制量约束。
[0024]
进一步的，所述潮流等式约束的数学模型如下：
[0025][0026]
上式中，p
dg,q
为第q个分布式电源的有功出力值，q
dg,q
为第q个分布式电源的无功出力值，p
d,q
为第q个分布式电源的有功负荷值，q
d,q
为第q个分布式电源的无功负荷值，g
ij
为第i个负荷节点与第j个负荷节点之间支路的电导，vi为第i个负荷节点的电压幅值，vj为第j个负荷节点的电压幅值，θ
ij
为第i个负荷节点与第j个负荷节点之间支路的相角差，n为配电网中负荷节点总数，b
ij
为第i个负荷节点与第j个负荷节点之间支路的电纳。
[0027]
进一步的，所述节点电压幅值约束的数学模型如下：
[0028][0029][0030]
上式中，p
dg,q
为第q个分布式电源的有功出力值，q
dg,q
为第q个分布式电源的无功出力值，为第q个分布式电源的有功出力值下限值，为第q个分布式电源的有功出力
值上限值，为第q个分布式电源的无功出力值下限值，为第q个分布式电源的无功出力值上限值。
[0031]
进一步的，所述线路功率约束的数学模型如下：
[0032][0033]
上式中，vi为第i个负荷节点的电压幅值，v
imax
为第i个负荷节点的电压上限值，v
imin
为第i个负荷节点的电压下限值。
[0034]
进一步的，所述控制量约束的数学模型如下：
[0035][0036]
|pbk|＝|v
i2gij-v
ivj
(g
ij
cosθ
ij
b
ij
sinθ
ij
)|
[0037]
|qbk|＝|v
i2bij
v
ivj
(g
ij
sinθ
ij-b
ij
cosθ
ij
)|
[0038]
上式中，sbk为支路k的视在功率上限，pbk为支路k流过的有功功率，qbk为支路k流过的无功功率。
[0039]
第二方面，提供一种配电网的源-荷能量协调控制装置，所述配电网的源-荷能量协调控制装置包括：
[0040]
确定模块，用于基于配电网中各负荷节点的潮流数据和预先构建的配电网的源-荷能量协调控制模型确定配电网中分布式电源的有功出力方案；
[0041]
控制模块，用于利用所述有功出力方案控制配电网中分布式电源的有功出力；
[0042]
其中，所述预先构建的配电网的源-荷能量协调控制模型包括：针对配电网的目标函数和约束条件。
[0043]
第三方面，提供一种存储介质，所述存储介质包括存储的程序，其中，在所述程序运行时控制所述存储介质所在设备执行所述的配电网的源-荷能量协调控制方法。
[0044]
第四方面，提供一种处理器，所述处理器用于运行程序，其中，所述程序运行时执行所述的配电网的源-荷能量协调控制方法。
[0045]
本发明上述一个或多个技术方案，至少具有如下一种或多种有益效果：
[0046]
本发明提供了一种配电网的源-荷能量协调控制方法及装置，包括：基于配电网中各负荷节点的潮流数据和预先构建的配电网的源-荷能量协调控制模型确定配电网中分布式电源的有功出力方案；利用所述有功出力方案控制配电网中分布式电源的有功出力；其中，所述预先构建的配电网的源-荷能量协调控制模型包括：针对配电网中分布式电源和负荷节点的目标函数和约束条件。本发明提供的技术方案能够在满足网络约束的同时提高分布式电源利用率，减小系统网损以及提高电压质量，具有准确、快速、迭代稳定和鲁棒性强的优点；
[0047]
进一步的，本发明提供的技术方案建立了配电网络中分布式电源运行优化控制的多目标的优化模型，通过加权融合建立了在满足网络安全约束下的分布式电源运行控制的单目标约束优化模型，能够给出不可调度型分布式电源的控制方案。
附图说明
[0048]
图1是本发明实施例的配电网的源-荷能量协调控制方法的主要步骤流程示意图；
[0049]
图2是本发明实施例的含两个风机的ieee33节点系统线路图；
[0050]
图3是本发明实施例的三类日负荷变化曲线图；
[0051]
图4是本发明实施例的优化调度前的最大有功出力曲线图；
[0052]
图5是本发明实施例的分布式电源的有功削减量曲线图；
[0053]
图6是本发明实施例的分布式电源的无功出力值曲线图；
[0054]
图7是本发明实施例的分布式电源的优化控制前后有功网损比较曲线图；
[0055]
图8是本发明实施例的分布式电源的优化前后网络电压偏差值曲线图；
[0056]
图9是本发明实施例的配电网的源-荷能量协调控制装置的主要结构框图。
具体实施方式
[0057]
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。
[0058]
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
[0059]
参阅附图1，图1是本发明的一个实施例的配电网的源-荷能量协调控制方法的主要步骤流程示意图。如图1所示，本发明实施例中的配电网的源-荷能量协调控制方法主要包括以下步骤：
[0060]
步骤s101：基于配电网中各负荷节点的潮流数据和预先构建的配电网的源-荷能量协调控制模型确定配电网中分布式电源的有功出力方案；
[0061]
步骤s102：利用所述有功出力方案控制配电网中分布式电源的有功出力；
[0062]
其中，所述预先构建的配电网的源-荷能量协调控制模型包括：针对配电网的目标函数和约束条件。
[0063]
本实施例中，所述基于配电网中各负荷节点的潮流数据和预先构建的配电网的源-荷能量协调控制模型确定配电网中分布式电源的有功出力方案，包括：
[0064]
将配电网中各负荷节点的潮流数据代入预先构建的配电网的源-荷能量协调控制模型，求解预先构建的配电网的源-荷能量协调控制模型，获取配电网中分布式电源的有功出力方案。
[0065]
实际系统中，为尽可能的发挥分布式电源的效率，如提高风能、太阳能的利用率，需要分布式电源在系统允许的情况下尽可能大的向电力系统输送有功。因此本发明的首要的目标是要最大化分布式电源的有功出力；
[0066]
分布式电源接入系统后会引起系统各节点电压的变化，而系统电压幅值是衡量系统安全和电能质量的一个重要指标，电压幅值过低将会导致负荷不良运行，幅值过高会使负荷与系统工作在不安全状态。因此，最小化网络电压偏差是本发明的第二个优化目标；
[0067]
最后为能使网络能以更为经济的方式运行，应使网络有功网损最小，因此，最小化网络有功网损是本发明的第三个优化目标；
[0068]
针对以上三个目标，采用加权的方式将多目标的优化模型转变成单目标的优化问题。具体目标函数的计算式如下：
[0069][0070]
上式中，f1为分布式电源的有功出力目标值，f2为电压偏差目标值，f3为有功网损
目标值，w1为分布式电源的有功出力目标函数对应的权重，w2为电压偏差目标函数对应的权重，w3为有功网损目标函数对应的权重，f
10
为分布式电源的有功出力目标值初始值，为电压偏差目标值初始值，f
30
为有功网损目标值初始值。
[0071]
其中，所述分布式电源的有功出力目标函数的计算式如下：
[0072][0073]
上式中，p
dg,q
为第q个分布式电源的有功出力值，n
dg
为配电网中接入分布式电源总数。
[0074]
所述电压偏差目标函数的计算式如下：
[0075][0076]
上式中，vi为第i个负荷节点的电压幅值，v
ispec
为第i个负荷节点的电压幅值规定值，v
imax
为第i个负荷节点的电压上限值，v
imin
为第i个负荷节点的电压下限值，n为配电网中负荷节点总数。
[0077]
所述有功网损目标函数的计算式如下：
[0078][0079]
上式中，g
ij
为第i个负荷节点与第j个负荷节点之间支路的电导，vi为第i个负荷节点的电压幅值，vj为第j个负荷节点的电压幅值，θ
ij
为第i个负荷节点与第j个负荷节点之间支路的相角差，b为配电网中支路集合。
[0080]
在使目标函数最优的同时，应满足网络运行的各项约束。例如：潮流等式约束、节点电压幅值约束、线路功率约束及控制量约束。
[0081]
在一个实施方式中，所述潮流等式约束的数学模型如下：
[0082][0083]
所述节点电压幅值约束的数学模型如下：
[0084][0085][0086]
所述线路功率约束的数学模型如下：
[0087][0088]
所述控制量约束的数学模型如下：
[0089][0090]
|pbk|＝|v
i2gij-v
ivj
(g
ij
cosθ
ij
b
ij
sinθ
ij
)|
[0091]
|qbk|＝|v
i2bij
v
ivj
(g
ij
sinθ
ij-b
ij
cosθ
ij
)|
[0092]
上式中，p
dg,q
为第q个分布式电源的有功出力值，q
dg,q
为第q个分布式电源的无功出力值，p
d,q
为第q个分布式电源的有功负荷值，q
d,q
为第q个分布式电源的无功负荷值，g
ij
为第i个负荷节点与第j个负荷节点之间支路的电导，vi为第i个负荷节点的电压幅值，vj为第j个负荷节点的电压幅值，θ
ij
为第i个负荷节点与第j个负荷节点之间支路的相角差，n为配电网中负荷节点总数，b
ij
为第i个负荷节点与第j个负荷节点之间支路的电纳，为第q个分布式电源的有功出力值下限值，为第q个分布式电源的有功出力值上限值，为第q个分布式电源的无功出力值下限值，为第q个分布式电源的无功出力值上限值，v
imax
为第i个负荷节点的电压上限值，v
imin
为第i个负荷节点的电压下限值，sbk为支路k的视在功率上限，pbk为支路k流过的有功功率，qbk为支路k流过的无功功率。
[0093]
为了评估本发明提出方法的有效性，选取图2所示的接入了两个分布式电源的ieee33系统，分布式电源dg1和分布式电源dg2均为额定有功输出为1.2mw，额定功率因数为0.96的风机。在这里对24时刻的分布式电源优化出力进行仿真，系统实时的监控24小时的负荷数据以及分布式电源每个时段的最大有功出力，在每个时刻进行优化计算求解分布式电源每个时刻的最优有功及无功出力。
[0094]
图3所示为三种典型日24小时负荷曲线，负荷变化时功率因数均保持不变。
[0095]
在每个时刻点根据网络的实际的运行状态实时地对分布式电源的出力进行优化控制，能够使网络一直运行在安全且经济的状态。图4所示为两分布式电源进行优化调度前的日最大有功出力曲线，其与当天自然条件有关。若不对分布式电源进行优化调度而由其发挥其最大有功出力时，网络可能出现约束越限。
[0096]
采用本发明方法对24个时刻进行仿真可以得到图5和图6所示的分布式电源出力控制的结果。
[0097]
图5所示为分布式电源有功的削减量，其值为当前dg可发最大有功与计算得到的dg有功出力之差。由图5可见分布式电源有功出力在负荷较轻的1～7,23～24时刻均被削减。因为在负荷较轻时候，网络节点电压相对于其他时刻偏高而且线路上流过功率也较小，而分布式电源过高的有功出力会进一步使电压升高，进而容易引起网络约束越限，分布式电源必须削减其出力才能解除约束越限。图6为分布式电源无功出力情况。图6中分布式电源无功的调整可以通过协调分布式电源有功出力调整，使得分布式电源有功出力能尽可能大，减小网损并提高电压质量。
[0098]
图7和图8分别为对分布式电源出力进行优化控制前后的网损和电压偏差的变化情况。可看出对分布式电源采取优化控制后网损状况及电压质量都有较大提高。
[0099]
基于同一发明构思，本发明提供一种配电网的源-荷能量协调控制装置，如图9所示，所述配电网的源-荷能量协调控制装置包括：
[0100]
确定模块，用于基于配电网中各负荷节点的潮流数据和预先构建的配电网的源-荷能量协调控制模型确定配电网中分布式电源的有功出力方案；
[0101]
控制模块，用于利用所述有功出力方案控制配电网中分布式电源的有功出力；
[0102]
其中，所述预先构建的配电网的源-荷能量协调控制模型包括：针对配电网的目标函数和约束条件。
[0103]
优选的，所述基于配电网中各负荷节点的潮流数据和预先构建的配电网的源-荷
能量协调控制模型确定配电网中分布式电源的有功出力方案，包括：
[0104]
将配电网中各负荷节点的潮流数据代入预先构建的配电网的源-荷能量协调控制模型，求解预先构建的配电网的源-荷能量协调控制模型，获取配电网中分布式电源的有功出力方案。
[0105]
优选的，所述目标函数的计算式如下：
[0106][0107]
上式中，f1为分布式电源的有功出力目标值，f2为电压偏差目标值，f3为有功网损目标值，w1为分布式电源的有功出力目标函数对应的权重，w2为电压偏差目标函数对应的权重，w3为有功网损目标函数对应的权重，f
10
为分布式电源的有功出力目标值初始值，为电压偏差目标值初始值，f
30
为有功网损目标值初始值。
[0108]
进一步的，所述分布式电源的有功出力目标函数的计算式如下：
[0109][0110]
上式中，p
dg,q
为第q个分布式电源的有功出力值，n
dg
为配电网中接入分布式电源总数。
[0111]
进一步的，所述电压偏差目标函数的计算式如下：
[0112][0113]
上式中，vi为第i个负荷节点的电压幅值，v
ispec
为第i个负荷节点的电压幅值规定值，v
imax
为第i个负荷节点的电压上限值，v
imin
为第i个负荷节点的电压下限值，n为配电网中负荷节点总数。
[0114]
进一步的，所述有功网损目标函数的计算式如下：
[0115][0116]
上式中，g
ij
为第i个负荷节点与第j个负荷节点之间支路的电导，vi为第i个负荷节点的电压幅值，vj为第j个负荷节点的电压幅值，θ
ij
为第i个负荷节点与第j个负荷节点之间支路的相角差，b为配电网中支路集合。
[0117]
优选的，所述约束条件包括下述中的至少一种：潮流等式约束、节点电压幅值约束、线路功率约束及控制量约束。
[0118]
进一步的，所述潮流等式约束的数学模型如下：
[0119][0120]
所述节点电压幅值约束的数学模型如下：
[0121]
[0122][0123]
所述线路功率约束的数学模型如下：
[0124][0125]
所述控制量约束的数学模型如下：
[0126][0127]
|pbk|＝|v
i2gij-v
ivj
(g
ij
cosθ
ij
b
ij
sinθ
ij
)|
[0128]
|qbk|＝|v
i2bij
v
ivj
(g
ij
sinθ
ij-b
ij
cosθ
ij
)|
[0129]
上式中，p
dg,q
为第q个分布式电源的有功出力值，q
dg,q
为第q个分布式电源的无功出力值，p
d,q
为第q个分布式电源的有功负荷值，q
d,q
为第q个分布式电源的无功负荷值，g
ij
为第i个负荷节点与第j个负荷节点之间支路的电导，vi为第i个负荷节点的电压幅值，vj为第j个负荷节点的电压幅值，θ
ij
为第i个负荷节点与第j个负荷节点之间支路的相角差，n为配电网中负荷节点总数，b
ij
为第i个负荷节点与第j个负荷节点之间支路的电纳，为第q个分布式电源的有功出力值下限值，为第q个分布式电源的有功出力值上限值，为第q个分布式电源的无功出力值下限值，为第q个分布式电源的无功出力值上限值，v
imax
为第i个负荷节点的电压上限值，v
imin
为第i个负荷节点的电压下限值，sbk为支路k的视在功率上限，pbk为支路k流过的有功功率，qbk为支路k流过的无功功率。
[0130]
进一步的，本发明提供一种存储介质，所述存储介质包括存储的程序，其中，在所述程序运行时控制所述存储介质所在设备执行所述的配电网的源-荷能量协调控制方法。
[0131]
进一步的，本发明提供一种处理器，所述处理器用于运行程序，其中，所述程序运行时执行所述的配电网的源-荷能量协调控制方法。
[0132]
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
[0133]
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
[0134]
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
[0135]
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或
其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
[0136]
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。