一種低壓配電網分布式儲能系統的電能質量改善方法與流程
本發明涉及低壓配電網儲能系統規劃領域，尤其涉及一種低壓配電網分布式儲能系統的電能質量改善方法。
背景技術：
隨著我國經濟的快速發展，用戶對電能質量的要求越來越高，現有低壓配電網的裝備水平已不能滿足用戶對高質量電力的需求。大量研究表明，幾乎所有的電能質量問題均來源于配電網系統，其中，配電網末端電壓偏低、電壓波動、負荷不平衡和供電中斷等問題經常發生。負荷峰谷差較大造成傳統新建或改造線路資產利用率低，而儲能系統(energy storage system，ESS)具有能量響應速度快、負荷波動的標準差最小等優點，能夠解決只靠無功補償裝置無法填補有功缺額的難題，達到改善低壓配電網電壓偏低和提高供電能力的目的。ESS的接入位置、容量和運行策略對配電網電壓質量、供電能力和負荷特性影響很大，然而針對農村低壓配電網的特殊結構、負荷特點的儲能應用并不多見，因此提出一種分布式儲能系統的規劃方法，對低壓配電網電能質量進行有效改善，必將推動低壓配電網中儲能技術的發展。
國內外已對儲能系統改善電能質量的規劃進行了廣泛的理論研究。Lee S J，Kim JH，Kim C H等在IEEE Transactions on Smart Grid(2015，7(3)：1-1)發表的《Coordinated Control Algorithm for Distributed Battery Energy Storage Systems forMitigating Voltage andFrequency Deviations》中提出了一種應用于分布式儲能系統的協調控制算法來減小配電網電壓和頻率偏移，通過實際配電系統驗證，與傳統非協調控制方案相比，該方法可減小電壓和頻率偏差，改善電能質量；Li Junhui,Bi Jianglin,Yan Gangui等在Electricity Distribution，2016CICED 2016.2016China International conference on IEEE(2016：1-6)發表的《Research on improving power quality of wind power system based on flywheel energy storage system》和Sutanto D在Research andDevelopment，2002.SCORED 2002.Student Conference on IEEE(2002:8-11)發表的《Energy storage system to improve power quality and system reliability》通過儲能系統充放電控制策略的改進，減輕了可再生能源隨機特性對電能質量的不利影響，但沒有考慮儲能系統接入位置和運行經濟性等因素，難以做到對儲能系統規劃應用的全面評價；楊玉青，牛利勇，田立亭，等在《電網技術》(2015，39(4)：1019-1025)中發表的《考慮負荷優化控制的區域配電網儲能配置》將負荷波動的標準差最小和平滑負荷作為儲能系統規劃的優化目標，得到不同負荷控制下的ESS最優容量和功率配置，但文章并未涉及儲能系統的布點位置規劃；Zulpo R S,Chouhy Leborgne R,Suman Bretas A在IEEE，International Conference on Harmonics and Quality ofPower.IEEE(2014:871-875)上發表的《Optimal siting and sizing ofdistributed generation through power losses and voltage deviation》建立了改善電壓波動與有功損耗的儲能系統位置和容量非線性規劃模型，將完整的等式和不等約束考慮其中，并通過KNITRO優化工具箱求解，但未將經濟考慮在內，同時忽視了目標函數中各部分權重的影響；吳小剛，劉宗歧，田立亭等在《電網技術》(2014,38(12):3405-3411)中發表的《基于改進多目標粒子群算法的配電網儲能選址定容》采用改進粒子群算法求解考慮節點電壓波動、負荷波動和儲能系統容量的多目標選址定容模型，克服了常規粒子群算法在慣性權重取值上缺乏指導的缺點，但考慮成本因素較少，不能準確反映儲能系統的經濟性。Cau T D H，Kaye R在IEEE Power Engineering Society International Conference on Power Industry Computer Applications,2001.Pica 2001.Innovative Computing for Power-Electric Energy Meets the Market(2001：402-407)發表的《Multiple distributed energy storage scheduling using constructive evolutionaryprogramming》和Cau T D H,Kaye R J在IET Proceedings-Generation Transmission and Distribution上發表的《Evolutionary optimisation method formultistorage hydrothermal scheduling》分別選用模擬退火算法與遺傳算法來求解儲能系統的運行策略問題，保證了系統運行經濟性，為短時間電壓中斷提供電壓支撐，但智能算法具有易早熟的缺點，導致陷入局部最優解，無法保證收斂到全局最優解。上述文獻從不同的儲能規劃領域研究了儲能系統改善電能質量的理論規劃模型和求解算法，但在農村低壓配電網中僅靠儲能系統改善電能質量的應用并不多見。
對配電網改造者來說，以最小的規劃成本實現電能質量的改善才是最實際的，因此，如何僅靠儲能系統參與配電網改善電能質量的規劃，充分發揮分布式儲能系統方便高效的特點，進一步提高系統的供電質量，是配電網改造過程中需要解決的一個問題。
技術實現要素：
本發明實施例提供了一種低壓配電網分布式儲能系統的電能質量改善方法，用于僅靠儲能系統參與配電網改善電能質量的規劃，充分發揮分布式儲能系統方便高效的特點，進一步提高系統的供電質量。
本發明實施例提供的一種低壓配電網分布式儲能系統的電能質量改善方法，包括：
S1：對配網結構和穩態電壓的分布建立配網等效模型，確定參考基礎數據，包括負荷參數、線路參數、分布式儲能系統造價、費用單價，所述配網等效模型包含負荷均勻分布和負荷非均勻分布兩種情況；
S2：根據所述配網等效模型，以儲能投資、運行成本和線損成本最小為目標，以含分布式儲能系統的潮流方程、功率方程、節點電壓為約束，建立分布式儲能系統的選址定容優化模型；
S3：通過層次分析法進行多目標權重系數的確定，通過基于分支定界法和外逼近算法的BONMIN求解器求解所述儲能系統的選址定容模型，得到儲能裝置在系統中的最佳接入位置和最佳功率容量；
S4：根據所述最佳接入位置和所述最佳功率容量進行含儲能系統的配電網潮流計算，求得含儲能系統的節點電壓Unn，全網功率損耗Plossnn；
S5：判斷接入儲能系統后的各節點電壓Unn是否大于接入儲能系統前的各節點電壓Un，且滿足電壓上下限約束條件，若否，則返回執行步驟S3；
S6：判斷接入儲能系統后的全網損耗Plossnn是否低于接入儲能系統前的全網損耗Plossn，若否，則返回執行步驟S3；
S7：以負荷波動的標準差最小為目標，以儲能系統的功率、容量、荷電狀態等為約束條件，建立分布式儲能系統運行策略規劃模型；
S8：根據所述最佳接入位置和所述最佳功率容量進行儲能系統的日前優化運行策略的規劃計算，通過序列二次規劃法的SNOPT求解器求解所述分布式儲能系統運行策略規劃模型，得到分布式儲能系統最優運行策略；
所述布式儲能系統最優運行策略包括所述最佳接入位置、所述最佳功率容量、儲能系統的最優充電時間和儲能系統的最優放電時間。
優選地，所述步驟S1包括：
根據配電網饋線分布、相鄰等效節點間的線路阻抗Zm及等效節點的負荷PLm生成具有離散負荷線路的配網等效模型，設定均勻分布負荷下相鄰等效節點間線路段長度為L，設定不均勻分布負荷下相鄰節點間線路段長度為anL，其中an為長度系數，第m個節點接入了額定功率為Pess的儲能裝置；
優選地，所述配網等效模型在無分布式儲能裝置接入時，各節點的電壓表示為：
所述配網等效模型在第m個節點接入分布式儲能裝置后，線路各節點的電壓表示為：
其中，U0為饋線配變出線端母線節點電壓幅值；U0＝[U0,…,U0]T為配變出線端母線節點電壓幅值U0構成的n階列向量；Un＝[U1，…，Ui，…，Un]T為各節點的節點電壓幅值列向量；R為電阻矩陣；X為電抗矩陣；P＝[P1，P2，…，Pn]T為支路末端有功功率列向量；Q＝[Q1，Q2，…，Qn]T為支路末端無功功率列向量；Pm和Qm分別為等效節點m的有功負荷和無功負荷；Pessm和Qessm分別為接入m節點上的分布式儲能裝置的有功和無功出力，當儲能裝置充電時，Pessm、Qessm為正，當儲能裝置放電時，Pessm、Qessm為負；
所述配網等效模型在接入分布式儲能裝置后由于負荷的突然投切引起的電壓波動值為：
其中，dU為電壓波動值；△U表示電壓變化過程中兩極值電壓之差；UN為系統額定電壓。dU絕對值越大，表明儲能系統對電壓波動情況改善不佳，系統實際運行情況越差；dU絕對值越小，表明儲能系統對電壓波動情況改善良好，系統實際運行情況越好。
優選地，所述步驟S2包括：
建立與分布式儲能系統的容量及位置相關的整體費用的費用目標函數：
min f＝χG1+γG2+τG3
其中，G1，G2，G3分別是規劃年限內儲能投資成本、線路損耗成本和購電成本；χ，γ，τ為權重系數，滿足χ+γ+τ＝1；
建立選址定容約束條件方程組，并結合所述費用目標函數，根據所述配網等效模型建立分布式儲能系統的優化運行策略模型。
優選地，所述儲能投資成本G1的表達式為：
其中，TIC和TOC分別為分布式儲能系統安裝費用及運行維護費用；k為接入配電網的分布式儲能裝置個數；Pess,k為第k個儲能裝置的充/放電功率容量，kW；Cess,k為第k個儲能裝置的單位安裝成本，元/kW；rr為年利率；ne為規劃年限；β＝rr(1+rr)ne/(1+rr)ne-1為將規劃年限內年費用轉換為現值的因子；Cmc,k為第k個儲能裝置的固定維護成本，Cop,k為第k個儲能裝置單位運行成本，單位是元/kW；
所述線路損耗成本G2的計算公式為：
其中，xm為0-1變量，取值為1時，節點m接入ESS；取值為0時，節點m不接入ESS；Cebuy為單位電價，元/kWh；Tjmax為第j條等效支路的年最大負荷損耗小時數，h；Rj為等效支路j的電阻，Ω；ΔPLj為支路j的支路損耗；Pj為流過支路j的有功功率，Uj支路j的額定電壓；
所述購電成本G3的表達式為：
其中，Gbuy為線路不接入儲能裝置時電力用戶通過傳統途徑的購電費用；Gsell為線路接入分布式儲能系統后電力用戶從儲能裝置處購電的費用，即儲能系統作為電源時的賣電收益，其中儲能裝置放電時Gsell部分為賣電收益，儲能裝置充電時，Gsell部分為額外的購電費用，為方便處理，賣電單位電價Cesell與購電單位電價Cebuy取相等；Tmax為最大負荷年利用小時數，h；Pline為配變向線路輸入總功率；deploss為儲能系統接入配電線路前后線路損耗之差。
優選地，所述選址定容約束條件方程組包括潮流約束方程、節點電壓約束方程、待選節點安裝約束方程、儲能系統功率約束方程和接入后系統功率平衡約束方程；
所述潮流約束方程為：
Pm＝Pm-1-Rm-1(Pm-12+Qm-12)/Um-12-PLm-Pess,k,m
Qm＝Qm-1-Xm-1(Pm-12+Qm-12)/Um-12-QLm-Qess,k,m
其中，Pm，Qm分別表示注入節點m的有功與無功功率；Rm，Qm分別為節點m-1與節點m間的電阻與電抗；PLm，QLm分別為節點m的有功與無功負荷；Pess,k,m，Qess,k,m分別為第k個儲能裝置往節點m注入的有功與無功功率，當ESS充電時，功率為正；當ESS放電時，功率為負；
所述節點電壓約束方程為：
Umin≤Um≤Umax
其中Umin、Umax分別為節點電壓Um的下限和上限；
所述待選節點安裝約束方程為：
其中，N表示系統待選安裝節點的個數；xm為0-1決策變量；Nbess表示接入系統的分布式儲能裝置的個數；
所述儲能系統功率約束方程為：
Pbess_min≤Pbess,k≤Pbess_max
其中Pbess_min、Pbess_max分別為儲能系統功率的下限和上限；
所述接入后系統功率平衡約束方程為：
其中，Pline為系統輸入總功率；N表示系統節點個數；Nbess表示接入系統的分布式儲能裝置個數。
優選地，所述步驟S3包括：
選取決策變量，采用0-1決策變量來決定儲能系統的位置，即：
其中，xm為二進制決策變量，決定著在節點m處接入或者不接入儲能系統；
采用層次分析法，處理多目標權重。通過各目標之間成對比較，組建維數為n×n的比較矩陣，成對比較矩陣表達式為：
其中，H表示一個兩兩相關矩陣，Hi(i＝1，2，…，n)表示比較的第i個指標，n表示指標個數；hii＝1(i＝1，2，…，n)表示指標Hi與其自身重要性的比較結果；hij＝1/(hji)＝(hik/hjk)表示指標Hi與Hj重要性的比較結果；
每個目標權重系數表達式為：
其中wi為第i個權重系數，其向量可表示為W＝[w1,w2,…,wi,…,wn]T。兩兩相關矩陣H的一致性比率檢驗表達式為：
HW＝λmax W
其中，FCR為一致性比率，如果FCR＜0.1則表示由所述成對比較矩陣表達式計算出的每個指標的權重系數合理；FCI＝(λmax-n)/(n-1)為一致性指標；FRI為隨機指標，對于不同的目標數n，隨機指標值為預設的值；λmax為矩陣H的最大特征值，由矩陣H的公式求得；
利用GAMS仿真平臺，基于分支定界法和外逼近算法的BONMIN求解器，優化迭代；
輸出最優解，即迭代終止的決策量節點位置和容量大小，即得到儲能裝置在系統中的最佳接入位置和最佳功率容量。
優選地，所述步驟S7包括：
建立日前負荷波動的標準差目標函數方程，為：
其中，
Pt＝Pload,t+Pesss,t
其中，T表示一天時長，24h；t為一天中的采樣時刻；Pt為第t時刻配電系統接入分布式儲能系統后的有功負荷；Paverage為T時間長度內平均有功負荷；Pload,t為第t時刻系統未接入儲能系統時的有功負荷；Pess,t為t時刻儲能系統的輸出功率，當儲能裝置充電時，功率為正；當儲能裝置放電時，功率為負；
建立儲能系統約束方程組，包括功率和容量約束方程組、ESS荷電狀態約束方程組；
以所述日前負荷波動的標準差目標函數方程的標準差最小為目標，以所述儲能系統約束方程組為約束條件，建立分布式儲能系統運行策略規劃模型。
優選地，所述功率和容量約束方程組為：
Pbess,tΔt＝(SOC(t-1)-SOC(t))Em
-Pess≤Pess,t≤Pess
其中，SOC(t)為第t時刻ESS的荷電狀態；Em表示儲能系統的額定電量容量；Pess為配置的BESS額定功率容量；
所述ESS荷電狀態約束方程組為：
SOCmin≤SOC(t)≤SOCmax
SOCmin≤SOC(1)≤SOCaverage≤SOCmax
SOC(1)＝60％SOCmax
其中，SOCmin，SOCmax分別為ESS荷電狀態的下限和上限；SOC(1)為ESS荷電狀態的初值；SOCaverage為儲能系統的平均荷電狀態；
本發明實施例提供的一種低壓配電網分布式儲能系統的電能質量改善裝置，包括：
配網等效模型建立模塊，用于對配網結構和穩態電壓的分布建立配網等效模型，確定參考基礎數據，包括負荷參數、線路參數、分布式儲能系統造價、費用單價，所述配網等效模型包含負荷均勻分布和非均勻分布兩種情況下的所述配網等效模型；
選址定容優化模型建立模塊，用于根據所述配網等效模型，以儲能投資、運行成本和線損成本最小為目標，以含分布式儲能系統的潮流、功率方程、節點電壓為約束，建立分布式儲能系統的選址定容優化模型；
最佳接入位置和最佳功率容量計算模塊，用于通過層次分析法進行多目標權重系數的確定，通過基于分支定界法和外逼近算法的BONMIN求解器求解所述儲能系統的選址定容模型，得到儲能裝置在系統中的最佳接入位置和最佳功率容量；
節點電壓和拳王功率損耗計算模塊，用于根據所述最佳接入位置和所述最佳功率容量進行含儲能系統的配電網潮流計算，求得含儲能系統的節點電壓Unn，全網功率損耗Plossnn；
節點電壓判斷模塊，用于判斷接入儲能系統后的各節點電壓Unn是否大于接入儲能系統前的各節點電壓Un，且滿足電壓上下限約束條件，若否，則返回執行步驟S3；
全網損耗判斷模塊，用于判斷接入儲能系統后的全網損耗Plossnn是否低于接入儲能系統前的全網損耗Plossn，若否，則返回執行步驟S3；
分布式儲能系統運行策略規劃模型建立模塊，用于以負荷波動的標準差最小為目標，儲能系統的功率、容量、荷電狀態等為約束條件，建立分布式儲能系統運行策略規劃模型；
最優運行策略計算模塊，用于根據所述最佳接入位置和所述最佳功率容量進行儲能系統的日前優化運行策略的規劃計算，通過序列二次規劃法的SNOPT求解器求解所述分布式儲能系統運行策略規劃模型，得到分布式儲能系統最優運行策略；
所述布式儲能系統最優運行策略包括所述最佳接入位置、所述最佳功率容量、儲能系統的最優充電時間和儲能系統的最優放電時間。
從以上技術方案可以看出，本發明實施例具有以下優點：
本發明實施例提供的一種低壓配電網分布式儲能系統的電能質量改善方法，通過建立配網等效模型、分布式儲能系統的選址定容優化模型計算出儲能裝置在系統中的最佳接入位置和最佳功率容量，以此為基礎，結合分布式儲能系統運行策略規劃模型，最終求解出分布式儲能系統最優運行策略，從而不僅對低壓配電網的電能質量進行了改善，還考慮了儲能投資的經濟性，降低了投資風險，提高了設備利用率。
附圖說明
為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動性的前提下，還可以根據這些附圖獲得其它的附圖。
圖1為本發明實施例提供的一種低壓配電網分布式儲能系統的電能質量改善方法的一個實施例的示意圖；
圖2為本發明實施例提供的一種低壓配電網分布式儲能系統的電能質量改善方法的另一個實施例的示意圖；
圖3為本發明實施例提供的一種低壓配電網分布式儲能系統的電能質量改善方法的一個實施例中含單個儲能系統的均勻負荷分布線路模型的示意圖；
圖4為本發明實施例提供的一種低壓配電網分布式儲能系統的電能質量改善方法的一個實施例中含單個儲能系統的不均勻負荷分布線路模型的示意圖；
圖5為本發明實施例提供的一種低壓配電網分布式儲能系統的電能質量改善方法的一個實施例中接入儲能系統的配電線路結構圖；
圖6為本發明實施例提供的一種低壓配電網分布式儲能系統的電能質量改善方法的一個應用例的算法流程示意圖；
圖7為本發明實施例提供的一種低壓配電網分布式儲能系統的電能質量改善方法應用于IEEE-33節點系統的應用前后的各節點電壓情況圖；
圖8為本發明實施例提供的一種低壓配電網分布式儲能系統的電能質量改善方法應用于干線式低壓配電網的應用前后的系統日負荷曲線圖。
具體實施方式
本發明實施例提供了一種低壓配電網分布式儲能系統的電能質量改善方法，用于僅靠儲能系統參與配電網改善電能質量的規劃，充分發揮分布式儲能系統方便高效的特點，進一步提高系統的供電質量。
為使得本發明的發明目的、特征、優點能夠更加的明顯和易懂，下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，下面所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而非全部的實施例?；诒景l明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其它實施例，都屬于本發明保護的范圍。
請參閱圖1，本發明實施例提供的一種低壓配電網分布式儲能系統的電能質量改善方法的一個實施例，包括：
101：對配網結構和穩態電壓的分布建立配網等效模型，確定參考基礎數據，包括負荷參數、線路參數、分布式儲能系統造價、費用單價，所述配網等效模型包含負荷均勻分布和負荷非均勻分布兩種情況；
102：根據所述配網等效模型，以儲能投資、運行成本和線損成本最小為目標，以含分布式儲能系統的潮流方程、功率方程、節點電壓為約束，建立分布式儲能系統的選址定容優化模型；
103：通過層次分析法進行多目標權重系數的確定，通過基于分支定界法和外逼近算法的BONMIN求解器求解所述儲能系統的選址定容模型，得到儲能裝置在系統中的最佳接入位置和最佳功率容量；
104：根據所述最佳接入位置和所述最佳功率容量進行含儲能系統的配電網潮流計算，求得含儲能系統的節點電壓Unn，全網功率損耗Plossnn；
105：判斷接入儲能系統后的各節點電壓Unn是否大于接入儲能系統前的各節點電壓Un，且滿足電壓上下限約束條件，若否，則返回執行步驟103；
106：判斷接入儲能系統后的全網損耗Plossnn是否低于接入儲能系統前的全網損耗Plossn，若否，則返回執行步驟103；
107：以負荷波動的標準差最小為目標，以儲能系統的功率、容量、荷電狀態等為約束條件，建立分布式儲能系統運行策略規劃模型；
108：根據所述最佳接入位置和所述最佳功率容量進行儲能系統的日前優化運行策略的規劃計算，通過序列二次規劃法的SNOPT求解器求解所述分布式儲能系統運行策略規劃模型，得到分布式儲能系統最優運行策略；
所述布式儲能系統最優運行策略包括所述最佳接入位置、所述最佳功率容量、儲能系統的最優充電時間和儲能系統的最優放電時間。
本發明實施例提供的一種低壓配電網分布式儲能系統的電能質量改善方法，通過建立配網等效模型、分布式儲能系統的選址定容優化模型計算出儲能裝置在系統中的最佳接入位置和最佳功率容量，以此為基礎，結合分布式儲能系統運行策略規劃模型，最終求解出分布式儲能系統最優運行策略，從而不僅對低壓配電網的電能質量進行了改善，還考慮了儲能投資的經濟性，降低了投資風險，提高了設備利用率。
本發明的目的是提供一種改善低壓配電網電能質量的分布式儲能系統的規劃方法，從改善系統電能質量入手，考慮各角度利益與技術雙重因素建立多目標混合整數非線性規劃模型(MINLP)，合理配置低壓配電網中分布式儲能的位置、容量，以此為基礎，結合日負荷曲線進行分布式儲能系統運行策略的優化，建立完整有效、緊密結合工程實際的基于0-1動態規劃的分布式儲能系統的規劃方案。
以上是對本發明實施例提供的一種低壓配電網分布式儲能系統的電能質量改善方法的一個實施例作詳細的描述，以下將對本發明實施例提供的一種低壓配電網分布式儲能系統的電能質量改善方法的另一個實施例進行詳細的描述。
請參閱圖2，本發明實施例提供的一種低壓配電網分布式儲能系統的電能質量改善方法的另一個實施例，包括：
201：對配網結構和穩態電壓的分布建立配網等效模型，確定參考基礎數據，包括負荷參數、線路參數、分布式儲能系統造價、費用單價，所述配網等效模型包含負荷均勻分布和負荷非均勻分布兩種情況；
步驟201包括：
根據配電網饋線分布、相鄰等效節點間的線路阻抗Zm及等效節點的負荷PLm生成具有離散負荷線路的配網等效模型，設定均勻分布負荷下相鄰等效節點間線路段長度為L，設定不均勻分布負荷下相鄰節點間線路段長度為anL，其中an(n＝1，2，…，N)為長度系數，第m個節點接入了額定功率為Pess的儲能裝置；
具體地，從饋線首端開始將沿饋線分布的每一負荷集中點視作一個等效節點并編號，出線端作為首母線0，依次編號為1，2，…，N，相鄰節點間線路阻抗為Zm，相應節點上的負荷為PLm，形成的離散負荷線路等效模型，均勻分布負荷下相鄰等效節點間線路段長度均為L。不均勻分布負荷下相鄰節點間線路段長度為anL，其中an(n＝1，2，…，N)為長度系數，第m個節點接入了額定功率為Pess的儲能裝置。
請參閱圖3和圖4，圖3為含單個儲能系統的均勻負荷分布線路模型，圖4為含單個儲能系統的不均勻負荷分布線路模型。
請參閱圖5，圖5為接入儲能系統的配電線路結構圖。
低壓配電網中負荷種類繁多，負荷不平衡，線損較大，電壓損耗嚴重，配電網線路末端電壓偏低等現象經常發生。所述配網等效模型在無分布式儲能裝置接入時，各節點的電壓表示為：
儲能系統接入點視為特定時刻PQ恒定的負荷節點。ESS在充電時刻與PQ型負荷相同，在放電時刻作用類似于電源，此時功率流向相反。所述配網等效模型在第m個節點接入分布式儲能裝置后，線路各節點的電壓表示為：
其中，U0為饋線配變出線端母線節點電壓幅值；U0＝[U0,…,U0]T為配變出線端母線節點電壓幅值U0構成的n階列向量；Un＝[U1，…，Ui，…，Un]T為各節點的節點電壓幅值列向量；R為電阻矩陣；X為電抗矩陣；P＝[P1，P2，…，Pn]T為支路末端有功功率列向量；Q＝[Q1，Q2，…，Qn]T為支路末端無功功率列向量；Pm和Qm分別為等效節點m的有功負荷和無功負荷；Pessm和Qessm分別為接入m節點上的分布式儲能裝置的有功和無功出力，當儲能裝置充電時，Pessm、Qessm為正，當儲能裝置放電時，Pessm、Qessm為負；
負荷的突然投切可引起系統電壓急劇偏離額定值，電壓失穩。電壓波動值是描述電壓質量的重要指標，可反映線路功率變化對線路運行的影響。本文引入電壓波動值dU來衡量儲能系統與負荷變動的配合度，也反映儲能系統的接入對系統運行的影響。所述配網等效模型在接入分布式儲能裝置后由于負荷的突然投切引起的電壓波動值為：
其中，dU為電壓波動值；△U表示電壓變化過程中兩極值電壓之差；UN為系統額定電壓。dU絕對值越大，表明儲能系統對電壓波動情況改善不佳，系統實際運行情況越差；dU絕對值越小，表明儲能系統對電壓波動情況改善良好，系統實際運行情況越好。
202：根據所述配網等效模型，以儲能投資、運行成本和線損成本最小為目標，以含分布式儲能系統的潮流方程、功率方程、節點電壓為約束，建立分布式儲能系統的選址定容優化模型；
步驟202包括：
建立與分布式儲能系統的容量及位置相關的整體費用的費用目標函數：
min f＝χG1+γG2+τG3
其中，G1，G2，G3分別是規劃年限內儲能投資成本、線路損耗成本和購電成本；χ，γ，τ為權重系數，滿足χ+γ+τ＝1；
建立選址定容約束條件方程組，并結合所述費用目標函數，根據所述配網等效模型建立分布式儲能系統的優化運行策略模型。
從儲能系統投資者的立場出發，兼顧電力用戶的利益，目標函數定為與分布式儲能系統的容量及位置相關的整體費用，包括ESS投資成本、線路損耗成本和用戶購電費用成本。
儲能投資成本G1。分布式儲能系統的投資成本G1包括安裝費用和運行維護費用。儲能投資成本G1的表達式為：
其中，TIC和TOC分別為分布式儲能系統安裝費用及運行維護費用；k為接入配電網的分布式儲能裝置個數；Pess,k為第k個儲能裝置的充/放電功率容量，kW；Cess,k為第k個儲能裝置的單位安裝成本，元/kW；rr為年利率；ne為規劃年限；β＝rr(1+rr)ne/(1+rr)ne-1為將規劃年限內年費用轉換為現值的因子；Cmc,k為第k個儲能裝置的固定維護成本，Cop,k為第k個儲能裝置單位運行成本，單位是元/kW；
應用儲能系統的線路損耗成本G2的計算公式為：
其中，xm為0-1變量，取值為1時，節點m接入ESS；取值為0時，節點m不接入ESS；Cebuy為單位電價，元/kWh；Tjmax為第j條等效支路的年最大負荷損耗小時數，h；Rj為等效支路j的電阻，Ω；ΔPLj為支路j的支路損耗；Pj為流過支路j的有功功率，Uj支路j的額定電壓；
傳統情況下，供電企業為電力用戶供電。當儲能系統接入配電網中，放電時刻的儲能裝置相當于向系統供電的另一種電源，此時用戶有另一種選擇，即從儲能裝置處購電；充電時刻的儲能裝置相當于系統接入節點處額外多出一部分負荷，此時情況與常規用電無異。因此，將儲能裝置放電時向系統賣電的收益和系統接入儲能裝置后線路損耗降低的部分一起作為減少的購電費用加入成本函數中。購電成本G3的表達式為：
其中，Gbuy為線路不接入儲能裝置時電力用戶通過傳統途徑的購電費用；Gsell為線路接入分布式儲能系統后電力用戶從儲能裝置處購電的費用，即儲能系統作為電源時的賣電收益，其中儲能裝置放電時Gsell部分為賣電收益，儲能裝置充電時，Gsell部分為額外的購電費用，為方便處理，賣電單位電價Cesell與購電單位電價Cebuy取相等；Tmax為最大負荷年利用小時數，h；Pline為配變向線路輸入總功率；deploss為儲能系統接入配電線路前后線路損耗之差。
除了考慮系統運行的潮流約束和電壓約束外，還要綜合考慮待選節點安裝約束、儲能系統的功率約束及接入后系統功率平衡約束等。
選址定容約束條件方程組包括潮流約束方程、節點電壓約束方程、待選節點安裝約束方程、儲能系統功率約束方程和接入后系統功率平衡約束方程；
所述潮流約束方程為：
Pm＝Pm-1-Rm-1(Pm-12+Qm-12)/Um-12-PLm-Pess,k,m
Qm＝Qm-1-Xm-1(Pm-12+Qm-12)/Um-12-QLm-Qess,k,m
其中，Pm，Qm分別表示注入節點m的有功與無功功率；Rm，Qm分別為節點m-1與節點m間的電阻與電抗；PLm，QLm分別為節點m的有功與無功負荷；Pess,k,m，Qess,k,m分別為第k個儲能裝置往節點m注入的有功與無功功率，當ESS充電時，功率為正；當ESS放電時，功率為負；
所述節點電壓約束方程為：
Umin≤Um≤Umax
其中Umin、Umax分別為節點電壓Um的下限和上限；
所述待選節點安裝約束方程為：
其中，N表示系統待選安裝節點的個數；xm為0-1決策變量；Nbess表示接入系統的分布式儲能裝置的個數；
所述儲能系統功率約束方程為：
Pbess_min≤Pbess,k≤Pbess_max
其中Pbess_min、Pbess_max分別為儲能系統功率的下限和上限；
所述接入后系統功率平衡約束方程為：
其中，Pline為系統輸入總功率；N表示系統節點個數；Nbess表示接入系統的分布式儲能裝置個數。
203：通過層次分析法進行多目標權重系數的確定，通過基于分支定界法和外逼近算法的BONMIN求解器求解所述儲能系統的選址定容模型，得到儲能裝置在系統中的最佳接入位置和最佳功率容量；
步驟203為進行多目標分布式儲能系統的選址定容，即分布式儲能的選址定容算法基于動態0-1混合整數非線性規劃，包括：
選取決策變量，采用0-1決策變量來決定儲能系統的位置，即：
其中，xm為二進制決策變量，決定著在節點m處接入或者不接入儲能系統；
采用層次分析法，處理多目標權重。通過各目標之間成對比較，組建維數為n×n的比較矩陣，成對比較矩陣表達式為：
其中，H表示一個兩兩相關矩陣，Hi(i＝1，2，…，n)表示比較的第i個指標，n表示指標個數；hii＝1(i＝1，2，…，n)表示指標Hi與其自身重要性的比較結果；hij＝1/(hji)＝(hik/hjk)表示指標Hi與Hj重要性的比較結果；
每個目標權重系數表達式為：
其中wi為第i個權重系數，其向量可表示為W＝[w1,w2,…,wi,…,wn]T。兩兩相關矩陣H的一致性比率檢驗表達式為：
HW＝λmax W
其中，FCR為一致性比率，如果FCR＜0.1則表示由所述成對比較矩陣表達式計算出的每個指標的權重系數合理；FCI＝(λmax-n)/(n-1)為一致性指標；FRI為隨機指標，對于不同的目標數n，隨機指標值為預設的值，如表1所示；λmax為矩陣H的最大特征值，由矩陣H的公式求得；
表1
利用GAMS仿真平臺，基于分支定界法和外逼近算法的BONMIN求解器，優化迭代；
輸出最優解，即迭代終止的決策量節點位置和容量大小，即得到儲能裝置在系統中的最佳接入位置和最佳功率容量。
204：根據所述最佳接入位置和所述最佳功率容量進行含儲能系統的配電網潮流計算，求得含儲能系統的節點電壓Unn，全網功率損耗Plossnn；
205：判斷接入儲能系統后的各節點電壓Unn是否大于接入儲能系統前的各節點電壓Un，且滿足電壓上下限約束條件，若否，則返回執行步驟203；
206：判斷接入儲能系統后的全網損耗Plossnn是否低于接入儲能系統前的全網損耗Plossn，若否，則返回執行步驟203；
207：以負荷波動的標準差最小為目標，以儲能系統的功率、容量、荷電狀態等為約束條件，建立分布式儲能系統運行策略規劃模型；
步驟207包括：
建立日前負荷波動的標準差目標函數方程，為：
其中，
Pt＝Pload,t+Pesss,t
其中，T表示一天時長，24h；t為一天中的采樣時刻；Pt為第t時刻配電系統接入分布式儲能系統后的有功負荷；Paverage為T時間長度內平均有功負荷；Pload,t為第t時刻系統未接入儲能系統時的有功負荷；Pess,t為t時刻儲能系統的輸出功率，當儲能裝置充電時，功率為正；當儲能裝置放電時，功率為負；
考慮儲能系統與日負荷的配合，進行日前儲能系統的運行策略優化，平抑負荷波動，改善系統高峰負荷期電能緊張的局面，根據典型日負荷曲線，優化出24h的BESS最優充放電策略,目標函數f(a)為日前負荷波動的標準差，在數學上，標準差可反映隨機變量偏離均值的程度。
建立儲能系統約束方程組，包括功率和容量約束方程組、ESS荷電狀態約束方程組；
以所述日前負荷波動的標準差目標函數方程的標準差最小為目標，以所述儲能系統約束方程組為約束條件，建立分布式儲能系統運行策略規劃模型。
在進行分布式儲能系統的運行策略優化時，不僅需要考慮額定功率和容量的約束，還需要儲能系統的荷電狀態。
功率和容量約束方程組為：
Pbess,tΔt＝(SOC(t-1)-SOC(t))Em
-Pess≤Pess,t≤Pess
其中，SOC(t)為第t時刻ESS的荷電狀態；Em表示儲能系統的額定電量容量；Pess為配置的BESS額定功率容量；
所述ESS荷電狀態約束方程組為：
SOCmin≤SOC(t)≤SOCmax
SOCmin≤SOC(1)≤SOCaverage≤SOCmax
SOC(1)＝60％SOCmax
其中，SOCmin，SOCmax分別為ESS荷電狀態的下限和上限；SOC(1)為ESS荷電狀態的初值；SOCaverage為儲能系統的平均荷電狀態；
208：根據所述最佳接入位置和所述最佳功率容量進行儲能系統的日前優化運行策略的規劃計算，通過序列二次規劃法的SNOPT求解器求解所述分布式儲能系統運行策略規劃模型，得到分布式儲能系統最優運行策略；
所述布式儲能系統最優運行策略包括所述最佳接入位置、所述最佳功率容量、儲能系統的最優充電時間和儲能系統的最優放電時間。
需要說明的是，ESS表示接入配電網的儲能系統或儲能裝置，BESS表示分布式儲能系統，與ESS實際上是一樣的。
以上是對本發明實施例提供的一種低壓配電網分布式儲能系統的電能質量改善方法的另一個實施例進行詳細的描述，以下將對本發明實施例提供的一種低壓配電網分布式儲能系統的電能質量改善方法的一個應用例做詳細的描述。
請參閱圖6，本發明實施例提供的一種低壓配電網分布式儲能系統的電能質量改善方法的一個應用例即本發明改善低壓配電網電能質量的分布式儲能系統的規劃方法，包括：
第一步、對配網結構和穩態電壓的分布做等效建模，含負荷均勻分布和非均勻分布兩種情況，確定參考基礎數據，包括負荷參數、線路參數、分布式儲能系統造價、費用單價等；
第二步、根據上述基礎工作，以儲能投資、運行成本和線損成本最小為目標，以含分布式儲能系統的潮流、功率方程、節點電壓等為約束，建立分布式儲能系統的選址定容優化模型，并選擇合適是的配電網潮流計算方法，得到含有儲能系統的潮流計算結果，基于各種優化指標，采用GAMS的BONMIN求解器確定分布式儲能的最佳容量和最優位置。
第三步、以削峰填谷為目標，儲能系統的功率、容量、荷電狀態等為約束條件，建立分布式儲能系統運行策略規劃模型，采用GAMS的SNOPT仿真平臺求得儲能系統的最佳充放電策略，改善系統的供電質量，緩解高峰負荷期電能供應緊張的局面。
第四步、算法流程。對上述兩個模型進行優化求解。
第五步、采用層次分析法，處理多目標權重。針對第四步求解過程中遇到的多目標優化問題，采用層次分析法進行多目標權重處理，轉換為單目標函數進行優化求解。
第六步、對上述的規劃方案計算規劃區域的接入儲能系統前后電壓大小、電壓波動及負荷波動情況評價結果。
其中，規劃方案整體算法流程，包括：
步驟一、輸入配電系統的支路l、節點N、阻抗Zm及節點負荷PLm等相關數據，進行配電網初始潮流計算，得到節點電壓Un及功率損損耗Plossn，將求得的結果作為后續數據的比較標準。
步驟二、進行考慮線路損耗、投資成本及用戶購電費用的多目標分布式儲能系統的選址定容，通過層次分析法(AHP)進行多目標權重系數的確定，通過基于分支定界法和外逼近算法的BONMIN求解器求解儲能系統的選址定容模型，得到儲能裝置在系統中的最佳接入位置及功率容量。
步驟三、經過步驟二的求解確定了儲能系統的接入位置與功率容量，進行含儲能系統的配電網潮流計算，求得含儲能系統的節點電壓Unn，全網功率損耗Plossnn。
步驟四、比較接入儲能系統后的各節點電壓Unn與接入儲能系統前的各節點電壓Un，接入儲能系統后的全網損耗Plossnn與接入儲能系統前的全網損耗Plossn，是否接入BESS后節點電壓偏低電壓有所改善，且滿足電壓上下限約束，是否接入BESS后線路損耗有所降低。
步驟五、若是，則求解結果即為理想的儲能系統的接入位置及功率容量；若否，則返回步驟二，表示BESS選址定容模型有欠妥地方需完善。
步驟六、在分布式儲能系統位置及容量均確定的前提下，進行儲能系統的日前優化運行策略的規劃，非線性規劃(NLP)模型通過序列二次規劃法的SNOPT求解器求解，得到BESS日前最優充放電策略。
本實施例將基于AHP、MINLP及NLP的分布式儲能系統規劃方法應用于IEEE-33節點系統和步驟一中建立的干線式低壓配電系統中，分別進行了分布式儲能的選址定容及其運行策略的驗證，并對輸出的規劃方案計算給出評價結果。請參閱圖7和圖8，圖7為接入分布式儲能系統前后IEEE-33節點配電網系統各節點電壓情況，圖8為干線式低壓配系統在分布式儲能系統接入前后的日負荷曲線情況
從以上結果可以看出，采用本規劃方法對分布式儲能系統進行規劃，不僅對低壓配電網的電能質量進行了改善，還考慮了儲能投資的經濟性，降低了投資風險，提高了設備利用率。
所屬領域的技術人員可以清楚地了解到，為描述的方便和簡潔，上述描述的系統，裝置和單元的具體工作過程，可以參考前述方法實施例中的對應過程，在此不再贅述。
以上所述，以上實施例僅用以說明本發明的技術方案，而非對其限制；盡管參照前述實施例對本發明進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解：其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分技術特征進行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應技術方案的本質脫離本發明各實施例技術方案的精神和范圍。
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