考虑光储系统的农村配电网静态换相开关选址定容方法与流程

本发明属于配电系统，特别是涉及到一种考虑光储系统的农村配电网静态换相开关选址定容方法。

背景技术：

1、近年来，随着农业电气化水平的不断提高，高功率、大容量的新型农业设备规模化的接入农村配电网，此类设备的随机接入极易引起配电网电压波动、打破系统三相平衡等一系列问题。农村配电网三相不平衡运行，往往伴随着配电线路损耗增加，有效传输容量降低以及配电变压器过热等衍生问题。若不能及时、有效的治理农网中的三相不平衡，还会引起配电变压器、传输线路、通讯设备的寿命缩减，对配网的安全运行带来了极大考验。

2、传统的农村配电网三相不平衡治理方法为人工换相治理，此类方法除耗费人力外，在换相操作后无法针对后期的负荷变化进行动态调整。为了维持配电网的稳定运行，电网公司正逐步探索改善电压分布和降低不平衡度的新策略，主要包括部署电力电子设备和无功补偿等两大类方法。文献《考虑三相不平衡潮流的微网分相优化调度》利用微电网中央控制器采集公共耦合点的电压，将不平衡电压补偿指令信号通过通信链路传输给分布式电源，初步改善了系统的三相不平衡问题。文献《计及分布式电源下垂控制和负荷静态特性的三相不平衡孤岛微电网直接潮流算法》利用中央二次控制器向分布式电源的本地控制单元发送补偿信号，以补偿孤岛微电网中的不平衡电压，但补偿效果受到低带宽通信链路的限制。为了减少对通信环节的依赖，相关研究还利用负序无功功率与负序电压的关系自动补偿分布式电源间的电压不平衡，同时分担补偿工作，但补偿效果的响应速度会受到测量数据过滤过程的影响。

3、现有研究已经对电力电子设备在三相不平衡调节能力方面进行了初步探索，但对于电网设备的自动合理规划实现农村配电网三相不平衡的有效治理并没有相关报道。

4、因此现有技术当中亟需要一种新型的技术方案来解决这一问题。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是：提供一种考虑光储系统的农村配电网静态换相开关选址定容方法用于解决传统的农村配电网三相不平衡治理方法为人工换相治理，耗费人力外的同时在换相操作后无法针对后期的负荷变化进行动态调整，目前对于电网设备的自动合理规划实现农村配电网三相不平衡的有效治理并没有相关报道的技术问题。

2、考虑光储系统的农村配电网静态换相开关选址定容方法，包括以下步骤，并且以下步骤顺次进行：

3、步骤一、通过配电网潮流计算得到配电网线路损耗成本、配电网三相不平衡度及弃光率作为初始参数，建立考虑光储系统的静态换相开关sts的规划-优化双层模型，该模型用于静态换相开关sts和光储互补系统pess联合对配电网三相不平衡进行优化治理；

4、步骤二、根据初始参数，对所述双层模型的上层模型进行静态换相开关sts选址定容优化，得到静态换相开关sts的最小安装数量及安装成本；

5、步骤三、将步骤二中获得的静态换相开关sts的安装数量及安装成本带入所述双层模型的下层模型，并优化下层模型得到静态换相开关sts安装位置以及设备的动作状态；所述动作状态包括从一相调整至另外两项中的一相；

6、步骤四、将得到的静态换相开关sts接入位置作为数据参数输入，通过设定的约束条件计算得到配电网线路损耗成本、配电网三相不平衡度及弃光率；

7、步骤五、将步骤四得到的配电网线路损耗成本、配电网三相不平衡度及弃光率再次作为输入带入到上层模型，重复步骤二至步骤四，计算并获得静态换相开关sts的安装数量、相应的安装位置以及新的三相不平衡度，直到满足设定的循环迭代停止条件并进行步骤六；

8、步骤六、计算并获得相邻两次迭代同一参数的训练误差，验证训练误差是否满足设定阈值，训练误差满足阈值条件，判定为上下层模型均取到最优解，则计算结束，输出最优方案即最优的静态换相开关sts的安装数量、相应的安装位置以及三相不平衡度；否则，返回步骤二直至训练误差满足阈值条件。

9、所述步骤二中上层模型进行静态换相开关sts选址定容优化以静态换相开关sts综合成本最小化为目标，其目标函数为：

10、min sin＝sins,sts+scub,sts+slo,line+sab,pv

11、式中，sin为sts的年度综合成本；sins,sts为sts安装及维护的年度综合成本；scub,sts为由配电线路三相不平衡引起的老化成本；slo,line为农村配电网线路损耗成本；sab,pv为农村配电网弃光成本；

12、a.静态换相开关sts的安装及维护所需的成本表示为：

13、

14、式中，χ为年贴现率；y为规划年限；πcon为sts通信设备的安装成本；πsts,u为sts控制终端成本；ns为sts的安装数量；sts,u为设备维护成本系数；sts,u为流过sts设备的电流值；

15、b.由配电线路三相不平衡引起的老化成本表达式为：

16、

17、式中，α为sts的三相不平衡治理成本系数；为t时刻线路l的三相不平衡度；t为每日调度时间；

18、c.农村配电网线路损耗成本表达式为：

19、

20、式中，λ为线路损耗成本系数；be为线路条数；为线路l的x相阻抗参数；为t时刻线路l的x相电流；a,b,c为电力系统三相；

21、d.农村配电网弃光成本表示为：

22、

23、式中，γ为弃光成本系数；为弃光率。

24、所述上层模型使用梯度下降算法求解目标函数的最优解，其迭代过程表示为：

25、

26、式中，xk为第k次迭代的上层模型的决策变量，gk-1(x，y)为第k-1次迭代的下层模型的目标函数；η为动态步长；δε为接近于0的小数，δyk-1为第k-1次迭代的梯度；

27、利用获得的上层模型的优化解之后，计算下层模型的最优解，然后更新上层模型的梯度：

28、

29、所述优化下层模型以三相不平衡度最小化为目标，配电网最小化三相不平衡度模型表示为：

30、

31、其中，三相不平衡度的计算方法为：

32、

33、所述步骤四中的约束条件包括上层模型的约束条件和下层模型的约束条件；其中，所述上层模型的约束条件包括sts安装数量约束和sts设备电流约束；所述下层模型的约束条件包括.三相配电系统运行约束、三相配电网线路电压降约束、三相配电系统线路能量平衡约束、节点电压安全约束、三相配电变压器输出功率约束、线路热稳定约束、sts设备运行约束和pess微电网运行约束；其中所述pess微电网运行约束包括pess与配电网连接点三相逆变器的运行约束、光伏电池板发电量约束、储能系统能量约束；其中，所述储能系统能量约束包括充放电约束和电池能量约束。

34、通过上述设计方案，本发明可以带来如下有益效果：

35、本发明在基于sts和pess互动的配电网三相不平衡治理的基本原理基础上，建立考虑光储系统的静态换相开关sts的规划-优化双层模型用于农村配电网三相不平衡治理。该双层模型的上层模型在考虑设备安装及维护成本、线路损耗成本、三相不平衡成本及弃光成本等因素的基础上，构建配电网年度最小化综合运营成本，优化sts的安装数量；下层模型则以三相不平衡治理为目标，以低压台区三相配电系统运行条件为约束，确定sts的安装位置。通过求解双层模型，得到sts最优配置方式及最佳治理策略，实现农村配电网三相不平衡的有效治理，弥补了仅考虑sts最优配置的治理策略中的缺陷，具有较强的通用性和实用性。

36、三相不平衡的控制效果与sts价格成反比，与三相不平衡成本成正比。本发明所提的模型具有较强的鲁棒性，可在多种工况下运行得到最优规划方案。本发明提出的概率能量流计算方法具有较高的计算精度和计算效率。