本發明涉及一種有源配電網智能軟開關建模方法。特別是涉及一種考慮不確定性的有源配電網智能軟開關魯棒優化建模方法.
背景技術：
：隨著配電網中可調度資源的日益增多，配電網的運行控制問題也變得越來越復雜。分布式電源大量接入配電網后，因其運行特性受環境影響較大且具有明顯的隨機性和波動性，大量不確定因素的引入，使得配電網面臨一系列新問題，如雙向潮流、電壓越限、網絡阻塞等，其中電壓越限情況尤為突出。然而，傳統配電系統的調節手段有限，尤其是針對一次系統的控制手段嚴重匱乏，已有裝備多是針對無功功率的調節，如電容器組、靜止無功補償器等。然而配電網中的有功、無功功率的解耦性已不存在，有功功率對電壓分布的影響同樣顯著。因此，尤其對于含高滲透率分布式電源的配電網，單純依靠無功調節很難消除電壓越限問題。智能軟開關(softopenpoint，SOP)是在上述背景下衍生出的取代傳統聯絡開關的一種基于電力電子技術的新型配電裝置。SOP能夠實現有功功率和無功功率的同時調整，而且功率控制簡單、可靠，從而有效應對包括電壓越限在內的一系列問題。目前已開展了針對SOP的運行與控制問題的研究，其運行優化模型多是基于分布式電源與負荷的預測信息。由于配電網中量測終端配置往往較少、通信網絡可靠性較差，由此獲得的量測數據往往有較大的誤差，甚至出現壞數據?，F有預測方法多基于神經網絡等智能優化算法，算法本身也會引入一定偏差。與此同時，由于分布式電源和負荷本身具有很強的不確定性，更要求SOP的運行策略具有一定的應對不確定性的能力，即具有一定的魯棒性。因此，急需一種能夠充分考慮分布式電源和負荷不確定性的有源配電網智能軟開關魯棒優化建模方法，用以解決分布式電源和負荷不確定條件下智能軟開關的運行優化問題。技術實現要素：本發明所要解決的技術問題是，針對有源配電網運行優化問題，滿足系統運行約束，建立考慮分布式電源和負荷不確定性的有源配電網智能軟開關魯棒優化模型，制定智能軟開關魯棒運行策略。本發明所采用的技術方案是：一種考慮不確定性的有源配電網智能軟開關魯棒優化建模方法，包括如下步驟：1)根據選定的配電系統，輸入線路參數、分布式電源有功功率基準值及功率因數、負荷有功功率基準值及功率因數、網絡拓撲連接關系，系統運行電壓水平和支路電流限制，不確定調節系數和不確定偏差，智能軟開關接入位置、容量和損耗系數，基準電壓和基準功率初值；2)依據步驟1)提供的有源配電系統結構及參數，建立有源配電網智能軟開關確定性優化模型，包括：設定配電系統損耗和電壓偏差之和最小為目標函數，分別考慮系統潮流約束、運行電壓約束、支路電流約束和智能軟開關運行約束；3)將步驟2)得到的有源配電網智能軟開關確定性優化模型進行二階錐模型轉化，并得到有源配電網智能軟開關確定性優化模型緊湊形式；4)依據步驟3)得到的有源配電網智能軟開關確定性優化模型緊湊形式，設定分布式電源與負荷的不確定集，在此基礎上建立考慮不確定性的有源配電網智能軟開關魯棒優化模型。步驟2)所述的有源配電網智能軟開關確定性優化模型包括：(1)所述的有源配電系統損耗和電壓偏差之和最小為目標函數可表示為minf＝αVfV+αLfL(1)式中，αV和αL分別為系統損耗fL和系統電壓偏差情況fV的權重系數，其中，系統損耗fL和系統電壓偏差情況fV的表達式如下：fV=Σi=1NN|Ui2-1|:(Ui≥U‾thr||Ui≤U‾thr)---(2)]]>fL=Σij∈ΩbrijIij2+Σi=1NNPiSOP,L---(3)]]>式中，NN為系統節點數，Ωb為系統支路數；Ui為節點i的電壓幅值；和Uthr分別為節點電壓幅值的優化區間上下限；rij為支路ij的電阻，Iij為節點i流向節點j的電流幅值；為接在節點i上SOP產生的功率損耗；(2)所述的智能軟開關運行約束PiSOP+PjSOP+PiSOP,L+PjSOP,L=0---(4)]]>PiSOP,L=ASOP(PiSOP)2+(QiSOP)2---(5)]]>PjSOP,L=ASOP(PjSOP)2+(QjSOP)2---(6)]]>(PiSOP)2+(QiSOP)2≤SiSOP---(7)]]>(PjSOP)2+(QjSOP)2≤SjSOP---(8)]]>式中，和分別為智能軟開關在節點i上注入的有功功率和無功功率；ASOP為SOP的功率損耗系數；和為接在節點i和節點j之間的智能軟開關兩端換流器的接入容量；(3)所述的系統潮流約束表示為Σji∈Ωb(Pji-rjiIji2)+Pi=Σik∈ΩbPik---(9)]]>Σji∈Ωb(Qji-xjiIji2)+Qi=Σik∈ΩbQik---(10)]]>Ui2-Uj2+(rij2+xij2)Iij2=2(rijPij+xijQij)---(11)]]>Iij2Ui2=Pij2+Qij2---(12)]]>Pi=PiSOP+PiDG-PiL---(13)]]>Qi=QiSOP+PiDGtanθiDG-PiLtanθiL---(14)]]>式中，xij為支路ij的電抗；Pij為支路上節點i流向節點j的有功功率，Qij為支路上節點i流向節點j的無功功率；Pi為節點i上注入的有功功率之和，和分別為節點i上分布式電源注入和負荷消耗的有功功率；Qi為節點i上注入的無功功率之和；和分別為節點i上分布式電源和負荷的功率因數角；(4)所述的系統運行約束表示為(U‾)2≤Ui2≤(U‾)2---(15)]]>Iij2≤(I‾)2---(16)]]>式中，U和分別為系統節點電壓的最小和最大允許值；為系統支路電流的最大允許值。步驟3)包括：(1)將有源配電網智能軟開關確定性優化模型中的二次項和分別用U2，i和I2，ij替換，得到下述線性化表達式：fL=Σij∈ΩbrijI2,ij+Σi=1NNPiSOP,L---(17)]]>Σji∈Ωb(Pji-rjiI2,ji)+Pi=Σik∈ΩbPik---(18)]]>Σji∈Ωb(Qji-xjiI2,ji)+Qi=Σik∈ΩbQik---(19)]]>U2,i-U2,j+(rij2+xij2)I2,ij=2(rijPij+xijQij)---(20)]]>(U‾)2≤U2,i≤(U‾)2---(21)]]>I2,ij≤(I‾)2---(22);]]>(2)將約束條件式進行線性化和凸松弛，得到二階錐約束式：||2Pij2QijI2,ij-U2,i||2≤I2,ij+U2,i---(23);]]>(3)將智能軟開關的損耗與容量約束條件進行凸松弛，進而得到旋轉錐約束式：(PiSOP)2+(QiSOP)2≤2PiSOP,L2ASOPPiSOP,L2ASOP---(24)]]>(PjSOP)2+(QjSOP)2≤2PjSOP,L2ASOPPjSOP,L2ASOP---(25)]]>(PiSOP)2+(QiSOP)2≤2SiSOP2SiSOP2---(26)]]>(PjSOP)2+(QjSOP)2≤2SjSOP2SjSOP2---(27);]]>(4)將系統電壓偏差情況fV的表達式進行線性化和并引入輔助變量Vi，分別得到下式：fV=Σi=1NNVi---(28)]]>Vi≥U2,i-(U‾thr)2---(29)]]>Vi≥-U2，i+(Uthr)2(30)Vi≥0(31)第(1)步～第(4)步構成有源配電網智能軟開關確定性二階錐規劃模型；(5)給出有源配電網智能軟開關確定性二階錐規劃模型的緊湊形式：minx,ycTx+bTy---(32)]]>s.t.Ax+Dy≥f(33)Cy＝d0(34)||Gy||2≤gTy(35)在上面的確定性二階錐規劃模型中，變量x：＝(PSOP,QSOP)T代表SOP的運行策略，其中y：＝(U2,I2,P,Q,V)T代表潮流控制變量，U2：＝(U2,i,i＝1,2,…,NN)，I2：＝(I2,ij,i,j＝1,2,…,NN)，P：＝(Pi,i＝1,2,…,NN)，Q：＝(Qi,i＝1,2,…,NN)，V：＝(Vi,i＝1,2,…,NN)；符號A、C、D、G為模型的系數矩陣，b、c、f、g為模型的系數向量；代表分布式電源和負荷的有功功率預測值，其中步驟4)所述的考慮不確定性的有源配電網智能軟開關魯棒優化模型，包括：(1)假設配電系統中各節點接入的分布式電源與負荷預測的變化限制在一個箱型不確定集內，如下式所示：式中，和分別為節點i上分布式電源和負荷有功功率實際值；和為刻畫分布式電源與負荷不確定變化范圍引入的偏差；ΓDG和ΓL為分布式電源與負荷對應的不確定性調節參數；(2)基于所述箱型不確定集建立有源配電網智能軟開關魯棒優化模型：其中L(x):＝miny∈ybTy(39)本發明的考慮不確定性的有源配電網智能軟開關魯棒優化建模方法，立足于解決有源配電網中智能軟開關的運行策略問題，充分考慮分布式電源和負荷的隨機性與波動性，建立考慮不確定性的有源配電網智能軟開關魯棒優化模型，采用列和約束生成算法進行求解，得到智能軟開關魯棒運行策略。附圖說明圖1是本發明考慮不確定性的有源配電網智能軟開關魯棒優化建模方法的流程圖；圖2是修改后的IEEE69節點算例結構圖；圖3是采用智能軟開關確定性運行策略進行500次蒙特卡洛仿真的電壓結果圖；圖4是采用智能軟開關魯棒運行策略進行500次蒙特卡洛仿真的電壓結果圖。具體實施方式下面結合實施例和附圖對本發明的考慮不確定性的有源配電網智能軟開關魯棒優化建模方法做出詳細說明。本發明的考慮不確定性的有源配電網智能軟開關魯棒優化建模方法，包括如下步驟：1)根據選定的配電系統，輸入線路參數、分布式電源有功功率基準值及功率因數、負荷有功功率基準值及功率因數、網絡拓撲連接關系，系統運行電壓水平和支路電流限制，不確定調節系數和不確定偏差，智能軟開關接入位置、容量和損耗系數，基準電壓和基準功率初值；2)依據步驟1)提供的有源配電系統結構及參數，建立有源配電網智能軟開關確定性優化模型，包括：設定配電系統損耗和電壓偏差之和最小為目標函數，分別考慮系統潮流約束、運行電壓約束、支路電流約束和智能軟開關運行約束；其中，(1)所述的有源配電系統損耗和電壓偏差之和最小為目標函數可表示為minf＝αVfV+αLfL(1)式中，αV和αL分別為系統損耗fL和系統電壓偏差情況fV的權重系數，其中，系統損耗fL和系統電壓偏差情況fV的表達式如下：fV=Σi=1NN|Ui2-1|:(Ui≥U‾thr||Ui≤U‾thr)---(2)]]>fL=Σij∈ΩbrijIij2+Σi=1NNPiSOP,L---(3)]]>式中，NN為系統節點數，Ωb為系統支路數；Ui為節點i的電壓幅值；和Uthr分別為節點電壓幅值的優化區間上下限；rij為支路ij的電阻，Iij為節點i流向節點j的電流幅值；為接在節點i上SOP產生的功率損耗。(2)所述的智能軟開關運行約束PiSOP+PjSOP+PiSOP,L+PjSOP,L=0---(4)]]>PiSOP,L=ASOP(PiSOP)2+(QiSOP)2---(5)]]>PjSOP,L=ASOP(PjSOP)2+(QjSOP)2---(6)]]>(PiSOP)2+(QiSOP)2≤SiSOP---(7)]]>(PjSOP)2+(QjSOP)2≤SjSOP---(8)]]>式中，和分別為智能軟開關在節點i上注入的有功功率和無功功率；ASOP為SOP的功率損耗系數；和為接在節點i和節點j之間的智能軟開關兩端換流器的接入容量。(3)所述的系統潮流約束表示為Σji∈Ωb(Pji-rjiIji2)+Pi=Σik∈ΩbPik---(9)]]>Σji∈Ωb(Qji-xjiIji2)+Qi=Σik∈ΩbQik---(10)]]>Ui2-Uj2+(rij2+xij2)Iij2=2(rijPij+xijQij)---(11)]]>Iij2Ui2=Pij2+Qij2---(12)]]>Pi=PiSOP+PiDG-PiL---(13)]]>Qi=QiSOP+PiDGtanθiDG-PiLtanθiL---(14)]]>式中，xij為支路ij的電抗；Pij為支路上節點i流向節點j的有功功率，Qij為支路上節點i流向節點j的無功功率；Pi為節點i上注入的有功功率之和，和分別為節點i上分布式電源注入和負荷消耗的有功功率；Qi為節點i上注入的無功功率之和；和分別為節點i上分布式電源和負荷的功率因數角。(4)所述的系統運行約束表示為(U‾)2≤Ui2≤(U‾)2---(15)]]>Iij2≤(I‾)2---(16)]]>式中，U和分別為系統節點電壓的最小和最大允許值；為系統支路電流的最大允許值。至此，建立了有源配電網智能軟開關確定性優化模型。3)將步驟2)得到的有源配電網智能軟開關確定性優化模型進行二階錐模型轉化，并得到有源配電網智能軟開關確定性優化模型緊湊形式，包括：(1)將有源配電網智能軟開關確定性優化模型中的二次項和分別用U2,i和I2,ij替換，得到下述線性化表達式：fL=Σij∈ΩbrijI2,ij+Σi=1NNPiSOP,L---(17)]]>Σji∈Ωb(Pji-rjiI2,ji)+Pi=Σik∈ΩbPik---(18)]]>Σji∈Ωb(Qji-xjiI2,ji)+Qi=Σik∈ΩbQik---(19)]]>U2,i-U2,j+(rij2+xij2)I2,ij=2(rijPij+xijQij)---(20)]]>(U‾)2≤U2,i≤(U‾)2---(21)]]>I2,ij≤(I‾)2---(22)]]>(2)將約束條件式進行線性化和凸松弛，得到二階錐約束式：||2Pij2QijI2,ij-U2,i||2≤I2,ij+U2,i---(23)]]>(3)將智能軟開關的損耗與容量約束條件進行凸松弛，進而得到旋轉錐約束式：(PiSOP)2+(QiSOP)2≤2PiSOP,L2ASOPPiSOP,L2ASOP---(24)]]>(PjSOP)2+(QjSOP)2≤2PjSOP,L2ASOPPjSOP,L2ASOP---(25)]]>(PiSOP)2+(QiSOP)2≤2SiSOP2SiSOP2---(26)]]>(PjSOP)2+(QjSOP)2≤2SjSOP2SjSOP2---(27)]]>(4)將系統電壓偏差情況fV的表達式進行線性化和并引入輔助變量Vi，分別得到下式：fV=Σi=1NNVi---(28)]]>Vi≥U2,i-(U‾thr)2---(29)]]>Vi≥-U2，i+(Uthr)2(30)Vi≥0(31)第(1)步～第(4)步構成有源配電網智能軟開關確定性二階錐規劃模型。(5)給出有源配電網智能軟開關確定性二階錐規劃模型的緊湊形式：minx,ycTx+bTy---(32)]]>s.t.Ax+Dy≥f(33)Cy＝d0(34)||Gy||2≤gTy(35)在上面的確定性二階錐規劃模型中，變量x：＝(PSOP,QSOP)T代表SOP的運行策略，其中y：＝(U2,I2,P,Q,V)T代表潮流控制變量，U2：＝(U2,i,i＝1,2,…,NN)，I2：＝(I2,ij,i,j＝1,2,…,NN)，P：＝(Pi,i＝1,2,…,NN)，Q：＝(Qi,i＝1,2,…,NN)，V：＝(Vi,i＝1,2,…,NN)；符號A、C、D、G為模型的系數矩陣，b、c、f、g為模型的系數向量；代表分布式電源和負荷的有功功率預測值，其中式(32)對應目標函數式(1)、(17)和(28)，式(33)對應約束條件式(4)、(18)～(22)和(29)～(31)，式(34)對應約束條件式(13)和(14)，式(35)對應二階錐約束式(23)和旋轉錐約束式(24)～(27)。4)依據步驟3)得到的有源配電網智能軟開關確定性優化模型緊湊形式，設定分布式電源與負荷的不確定集，在此基礎上建立考慮不確定性的有源配電網智能軟開關魯棒優化模型，包括：(1)假設配電系統中各節點接入的分布式電源與負荷預測的變化限制在一個箱型不確定集內，如下式所示：式中，和分別為節點i上分布式電源和負荷有功功率實際值；和為刻畫分布式電源與負荷不確定變化范圍引入的偏差；ΓDG和ΓL為分布式電源與負荷對應的不確定性調節參數。(2)基于所述箱型不確定集建立有源配電網智能軟開關魯棒優化模型：其中L(x):＝miny∈ybTy(39)采用本發明的考慮不確定性的有源配電網智能軟開關魯棒優化建模方法獲得的有源配電網智能軟開關魯棒優化模型，采用列和約束生成算法(column-and-constraintgeneration，C&CG)進行求解，可以得到目標函數值、各節點電壓幅值與相角、智能軟開關運行策略。對于本實施例，首先輸入IEEE69節點系統中線路元件的阻抗值，負荷元件的有功功率基準值和功率因數，網絡拓撲連接關系，算例結構如圖2所示，詳細參數見表1和表2；節點50和節點67分別接入一組光伏系統，有功功率基準值分別為1.0MW和2.0MW，功率因數均為0.95；節點15和節點69之間以及節點27和節點54之間分別接入一組智能軟開關，容量均為2.0MVA，損耗系數為0.0199；分布式電源的不確定調節系數取2.0，不確定偏差取±20％，即接入的分布式電源均可能達到偏差上限或下限；負荷的不確定調節系數取12.0，不確定偏差取±10％，即68個負荷節點中有12可能達到偏差上限或者下限，其余按照基準值處理；各節點電壓幅值(標幺值)的安全運行上下限分別為1.05和0.95；最后設置系統的基準電壓為12.66kV、基準功率為1MVA。節點電壓期望運行區間為0.98p.u.-1.02p.u.。采用確定性優化模型與魯棒優化模型進行對比分析，方案1采用智能軟開關SOP確定性優化模型，方案2采用智能軟開關SOP魯棒優化模型，得到智能軟開關SOP控制策略見表3?；谏鲜鰞煞N策略，分別進行500次蒙特卡洛仿真試驗，試驗結果見表4。執行優化計算的計算機硬件環境為Intel(R)Xeon(R)CPUE5-1620，主頻為3.70GHz，內存為32GB；軟件環境為Windows10操作系統。通過500次蒙特卡洛仿真試驗可以看出，智能軟開關SOP的魯棒運行策略以較小的網損代價，消除了系統電壓越限的情況。智能軟開關SOP借助其出色的有功功率和無功功率協調控制能力，能夠有效改變網絡運行狀態，降低網絡損耗，改善電壓水平。借助魯棒優化理論處理不確定性問題的優勢，SOP的魯棒運行策略將進一步提升SOP在配電網運行中的實效性，從而應對分布式電源和負荷波動帶來的系統風險。表1IEEE69節點算例負荷接入位置及功率表2IEEE69節點算例線路參數表3智能軟開關控制策略表4蒙特卡洛仿真測試結果方案網損期望/MW電壓越限場景個數越限比例/％10.059925450.8020.067200.00當前第1頁1 2 3