用于提升配电网分布式光伏消纳能力的方法及相关装置与流程

本发明属于配电网规划，特别涉及一种用于提升配电网分布式光伏消纳能力的方法及相关装置。

背景技术：

1、随着新能源技术的快速发展和普及，高比例的新能源接入已成为现代电力系统重要的趋势；这一转变带来了诸多挑战，特别是大量分布式光伏电源接入配电网后，对配电网的安全稳定运行构成了威胁。进一步解释性地，带来的诸多挑战包括电压越限、电能质量下降以及保护装置的异常动作等问题，它们不仅会影响电网的可靠性，还会导致运维成本的增加。

2、为了应对上述挑战，实施弃光策略成为了确保系统安全稳定运行的必要手段；然而，弃光策略的实施不可避免地导致了配电网光伏消纳能力的降低，从而限制了新能源的有效利用。

3、为了解决上述配电网光伏消纳能力降低的问题，现有研究提出了考虑柔性负荷需求侧响应下配电网光伏消纳评估方法和考虑光储充配置的配电网联合优化策略，并通过智能寻优算法求解确定光储充出力来提高光伏消纳率。现有技术中，有研究采用了基于电压不越限的试探法来评估分布式光伏消纳能力，且运用光伏逆变器两种控制模式进行电压调节以提升消纳能力；有研究基于配电台区这一实际场景，进一步考虑了储能和电动汽车的调控潜力，实现了源-网-荷-储协同优化，并提出了包含电压偏差、弃光率和光伏消纳率等在内的多元评估指标；有研究基于博弈论提出分布式光伏消纳运行策略，通过两阶段源网荷储协调互动优化提高光伏消纳能力；有研究提出了面向分布式光伏消纳的中压配电网储能选址定容实用化模型和求解方法，将双层优化问题化简成为单层优化问题，确定储能的位置和容量。上述方法均对配电网光伏消纳水平能力有所提高，但大多都是从光伏设备控制模式和利用储能设备对光伏大发时段的功率进行吸收进而提高光伏消纳率，由于储能设备的费用较高，因此增加了系统的整体运行成本；除此之外，受限于配电网当前自身调节能力和辐射状结构，分布式光伏接入比例的不断提高可能导致潮流倒送、电压越限、线路过载、电能质量降低和保护装置异常动作等问题频繁发生，影响了配电网的安全稳定运行。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种用于提升配电网分布式光伏消纳能力的方法及相关装置，以解决上述存在的一个或多个技术问题。本发明提供的技术方案，具体是一种基于智能软开关的配电网分布式光伏消纳能力提升方案，可解决伴随大量分布式光伏接入配电网而产生的电压越限等一系列问题以及导致的光伏消纳率降低的问题。

2、为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

3、本发明第一方面，提供一种用于提升配电网分布式光伏消纳能力的方法，包括以下步骤：

4、根据智能软开关的运行边界，构建获得智能软开关在配电网运行中的数学模型；其中，所述智能软开关安装于配电网中相邻馈线之间以取代传统开关；

5、基于获得的所述数学模型，建立融合灵活性调节设备的配电网潮流模型并基于智能软开关与灵活性调节设备的协调运行机理建立目标函数，构建获得考虑智能软开关的提升配电网光伏消纳水平的优化模型；

6、将获得的所述优化模型转化为混合整数二阶锥规划模型，获得转化后优化模型；

7、求解获得的所述转化后优化模型，获得求解结果；基于所述求解结果对所述智能软开关和所述灵活性调节设备下发调度指令，以提升配网整体的光伏消纳效果。

8、本发明方法的进一步改进在于，所述根据智能软开关的运行边界，构建获得智能软开关在配电网运行中的数学模型的步骤中，

9、智能软开关的运行边界根据智能软开关的容量参数确定；

10、智能软开关的容量参数根据配电网的规模选择；

11、智能软开关包括两个相互独立的换流器，可控变量包括两个换流器的有功功率和无功功率输出；其中，一个换流器采用定功率控制模式控制功率传输，另一个换流器采用直流电压或无功功率控制模式控制电压；

12、所述数学模型中，包括：智能软开关sop有功功率约束、智能软开关sop无功功率约束和智能软开关sop容量约束。

13、本发明方法的进一步改进在于，

14、所述智能软开关sop有功功率约束如下所示，

15、

16、

17、

18、式中，pisop、pisop,n、分别为智能软开关sop在节点i、节点j传输的有功功率和换流器的有功损耗；分别为智能软开关sop在节点i、节点j注入的无功功率；υsop为智能软开关sop的换流器的功率损耗系数；

19、所述智能软开关sop无功功率约束如下所示，

20、

21、

22、式中，分别为智能软开关sop在节点i传输的无功功率最小值、最大值；分别为智能软开关sop在节点j传输的无功功率最小值、最大值；

23、所述智能软开关sop的容量约束如下所示，

24、

25、

26、式中，分别为连接在节点i、节点j两端的换流器的额定容量。

27、本发明方法的进一步改进在于，所述基于获得的所述数学模型，建立融合灵活性调节设备的配电网潮流模型并基于智能软开关与灵活性调节设备的协调运行机理建立目标函数，构建获得考虑智能软开关的提升配电网光伏消纳水平的优化模型的步骤中，

28、所述灵活性调节设备包括有载调压变压器oltc和可切换电容器组cbs的无功和电压调节设备；

29、所述优化模型中，在保证有源配电网的运行效率和电压分布情况下光伏消纳程度最大的前提下，将光伏弃光率最小作为目标函数；

30、所述优化模型中的约束条件包括：潮流约束、配电网相关安全约束、光伏相关约束、有载调压变压器oltc相关约束和可切换电容器组cbs相关约束。

31、本发明方法的进一步改进在于，

32、所述目标函数的表达式为，

33、minf＝min(kpv,loss)；

34、

35、式中，f为目标函数；kpv,loss为光伏弃光率；puse表示采样间隔内实际使用的光伏发电功率；ptrue表示采样间隔内理论上的光伏发电功率；δt为调度周期时间；t为调度总时长。

36、本发明方法的进一步改进在于，

37、所述潮流约束具体表示为，

38、

39、

40、

41、

42、

43、式中，ψ表示线路的开断情况，当节点j和节点k相连接时ψ＝1，当节点j和节点k不相连接时ψ＝0；pj,t、qj,t分别为节点j处t时刻注入的有功功率、无功功率，pjk,t、qjk,t分别为t时刻支路ij上的有功功率、无功功率；rij和xij分别为支路ij的电阻和电抗；ui,t、uj,t为节点i、节点j的节点电压；iij,t为t时刻支路ij的电流；noltc为有载调压变压器oltc所连接的支路集合；和为有载调压变压器oltc所连接的支路的有功传输功率和无功传输功率；分别为t时刻注入节点j处的光伏、智能软开关sop的有功功率以及所承担的有功负荷；分别为t时刻注入节点j处的光伏、可切换电容器组cbs的无功补偿出力、智能软开关sop的无功功率以及所需承担的无功负荷；

44、所述配电网相关安全约束包括系统电压、电流约束，具体表示如下，

45、

46、

47、式中，ui,t和iij,t,分别为t时刻节点i的电压和支路ij上的电流；ui,t,min和ui,t,max分别为t时刻节点电压的最小值和最大值；iij,t,max为支路t时刻电流的最大值；

48、所述光伏相关约束表示为，

49、

50、式中，分别为t时刻注入节点j处的光伏的有功出力的最小值、最大值；npv为pv所接入节点的集合；

51、所述有载调压变压器oltc相关约束具体表示为，

52、ui,t＝kij,tuj,t；

53、kij,t＝kij,0+kij,tδkij,t；

54、

55、

56、式中，kij,t为t时刻有载调压变压器oltc的变比；kij,0为初始时刻有载调压变压器oltc的变比；δkij,t为t时刻变比的改变量；kij,t为t时刻的挡位；为有载调压变压器oltc最高的挡位；为有载调压变压器oltc的最大分解头变化步数；

57、所述可切换电容器组cbs相关约束具体表示为，

58、

59、

60、

61、式中，为可切换电容器组cbs中各机组的无功出力；为t时刻节点i的可切换电容器组cbs的机组个数；为t时刻节点i的可切换电容器机组的无功出力；为所装可切换电容器组cbs的机组个数最大值；为可切换电容器组cbs的最大机组数变化步数。

62、本发明方法的进一步改进在于，所述将获得的所述优化模型转化为混合整数二阶锥规划模型，获得转化后优化模型的步骤中，

63、所述潮流约束的转化步骤中，将电压幅值和电流幅值的平方表示的变量线性化；其中，

64、设vi,t、lij,t分别表示则潮流约束表示为，

65、

66、

67、

68、

69、将引入vi,t和lij,t变量后的潮流约束表示继续松弛为二阶锥约束，表示为，

70、||[2pij,t2qij,tlij,t-vi,t]t||2≤lij,t+vi,t；

71、智能软开关sop相关约束转化包括，

72、

73、

74、

75、有载调压变压器oltc相关约束转化包括，

76、

77、

78、

79、式中，kij,all为连接支路ij分接头总的分接步数；dij,t,k为与分接头挡位kij,t的二进制扩展方案相关的二进制变量；

80、

81、

82、

83、引入辅助变量k+ij,t和k-ij,t：

84、

85、

86、

87、可切换电容器组cbs相关约束转化包括，

88、

89、

90、

91、本发明第二方面，提供一种用于提升配电网分布式光伏消纳能力的系统，包括：

92、第一模型构建模块，用于根据智能软开关的运行边界，构建获得智能软开关在配电网运行中的数学模型；其中，所述智能软开关安装于配电网中相邻馈线之间以取代传统开关；

93、第二模型构建模块，用于基于获得的所述数学模型，建立融合灵活性调节设备的配电网潮流模型并基于智能软开关与灵活性调节设备的协调运行机理建立目标函数，构建获得考虑智能软开关的提升配电网光伏消纳水平的优化模型；

94、模型转换模块，用于将获得的所述优化模型转化为混合整数二阶锥规划模型，获得转化后优化模型；

95、求解及指令发送模块，用于求解获得的所述转化后优化模型，获得求解结果；基于所述求解结果对所述智能软开关和所述灵活性调节设备下发调度指令，以提升配网整体的光伏消纳效果。

96、本发明第三方面，提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如本发明第一方面中任一项所述的用于提升配电网分布式光伏消纳能力的方法。

97、本发明第四方面，提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如本发明第一方面中任一项所述的用于提升配电网分布式光伏消纳能力的方法。

98、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

99、本发明提供的方法，具体是一种基于智能软开关(soft open point，sop)的配电网分布式光伏消纳能力提升方法，其公开了智能软开关在配电网中的数学模型，由于sop不仅可以依靠较低的操作成本实现有功功率、无功功率的实时精确控制，改变线路潮流分布，进而改变节点电压分布，还能减少开关的频繁操作及由操作失败引起的运行风险，通过sop改变配电网的结构，将光伏发出的功率进行均衡转移，解决了伴随大量分布式光伏接入配电网而产生的电压越限以及导致的光伏消纳率降低和利用储能设备费用过高的一些列问题。

100、具体解释性地，本发明首先建立了智能软开关在配电网中的数学模型，其次建立了基于智能软开关与无功调节设备协调配合的提升配电网分布式光伏消纳能力的优化模型，再将优化模型转化为混合整数二阶锥优化模型并求解；其中，通过建立的配电网sop数学模型与配电网中的其他可控资源模型融合，建立了提升配电网分布式光伏消纳能力的优化模型；通过所建立的提升光伏消纳能力的目标函数调用商用求解器求解优化模型，进而获得每个智能软开关的功率传输数据和各无功调节与电压调节设备的出力和挡位，通过调度中心下发指令实现了对光伏以及无功调节设备的合理调度和管理，通过sop进行有功、无功功率流向调节消除了高比例光伏接入下配电网出现电压越限等问题，在提升光伏消纳能力的同时，提高了系统的运行效率、可靠性和经济性。