本发明涉及配电系统自动化领域，具体讲涉及一种用于主动配电网的日前分层协调调度方法。
背景技术：
随着分布式能源(distributedenergyresource，der)的渗透率在电力系统各层级上的提高，电力系统尤其是配电网的规划和运行方式也变得相对复杂，对配电网的经济性和监管方式也产生了较大的影响，为应对分布式能源渗透率的提高带来的挑战，主动配电网的技术模式应运而生。
主动配电网是使用灵活的网络拓扑结构来管理潮流，以便对局部的der进行主动控制和主动管理的配电系统。在传统的配电网中，通过改变配电线路中可控开关开合状态的配电网重构是配电网重要的运行优化手段，由多条馈线组成的复杂配电网中的配电网重构能够合理分配线路潮流，实现配电网的经济运行。
在主动配电网中，分布式电源和可调负荷资源作为接入配电网的新型运行优化手段，有利于配电网经济、安全、可靠运行。分布式电源、可调负荷资源和配电网重构作为主动配电网中运行优化控制手段，三者之间的协同程度直接关系到配电网的运行水平，对三者进行有效的协调调度，合理分配三者在配电网运行中的角色和作用，能够提高配电网资产综合利用率，减小不可控分布式电源随机出力对配电网的影响，提高主动配电网对分布式能源的消纳能力，最终实现主动配电网最优化运行。
随着配电自动化水平的提高，为更加灵活地调整网络拓扑结构，需要大大增加主动配电网中可操作开关的数量；开关状态作为离散变量，分布式能源的出力作为连续变量，使协调控制大量开关和ders出力成为一个大规模的复杂的混合整数优化问题。且网络结构在一天内的有限调节次数，和开关操作次数限制，使ders在每个小时内都可以调整，开关设备与ders的操作时间并不同步，这也增加了问题的求解难度。综上所述，问题本身的复杂性导致了目前的研究在算法的收敛性、计算速度和寻优效果上都很难令人满意。
为满足现有技术对求解速度和求解精度的需要，本发明提供一种适用于主动配电网的日前分层协调调度方法。
技术实现要素：
针对主动配电网多种运行优化手段的日前协调调度问题，为了克服现有技术求解速度慢、求解精度低等不足，提出一种用于主动配电网能有效协调多种运行优化手段的日前分层协调调度方法。
本发明提供的用于主动配电网的日前分层协调调度方法，其改进之处在于，所述调度方法具体包括：
步骤1、源荷资源的优化调度；
步骤2、主动配电网馈线间的网络重构优化；
步骤3、协调修正源荷资源的有功出力；
步骤4、判定源荷资源的有功调度修正结果。
进一步的，所述步骤1中，确定优化目标，配电网的最小运行成本和馈线首端与上级电网间的交换功率峰谷差最小；
所述优化调度中配电系统最小运行成本f1如下式(1)所示：
其中，t：按24小时计的调度周期总时段；ncdg：配电网中可控分布式电源(dg)机组数；nil：配网中可中断负荷数；
所述馈线首端与上级电网交换功率峰谷差p1如下式(2)所示：
其中，nfeeder：系统中10kv馈线的数量；
进一步的，所述优化调度目标函数的约束包括：
(1-1)有功平衡约束如下式(3)和(4)所示：
其中，ndg：系统中的可控dg和不可控dg；
(1-2)可控dg约束：
①可控分布式电源i的输出功率如下式(5)所示：
其中，
②可控分布式电源i的向上爬坡速度upi和向下爬坡速度dni如下式(6)和(7)所示：
(1-3)配电网从大电网购电值
其中，
(1-4)il合同用户的可切负荷量
其中，
进一步的，所述步骤2中包括：
(1)根据步骤1的计算，对多馈线线路的等值负荷曲线进行分段；
(2)以线路负载均衡率最大和开关操作费用最小为优化目标重构动态网络；
所述主动配电网馈线的网络重构模型如下式(10)和(11)所示：
其中，p2：馈线间负载均衡率；f2：开关操作费用；t、m：时段划分前、后的时段数；nfeeder和nswi：分别为馈线总数和开关总数；sl,t：时段t流过馈线l首端的视在功率；slmax：流过馈线l首端的最大功率；ρswi：做一次开关操作的费用；sji：开关j在时段i的状态，sji＝0表示断开，sji＝1表示闭合。
进一步的，所述网络重构模型的约束包括：
(2-1)节点k的电压vk如下式(12)所示：
vmin≤vk≤vmax(12)
其中，vmin、vmax：节点电压上下限；
(2-2)节点i注入的有功功率pi和无功功率qi如下式(13)和(14)所示：
其中，gij、bij和δij：分别为节点i、j之间的电导、电纳和电压相角差；n：系统节点总数；vi、vj：为节点i、j的电压幅值；
(2-3)支路j的有功功率pj如下式(15)所示：
其中，
(2-4)重构后的网络拓扑结构g如下式(16)所示：
g∈g(16)
其中，g：网络辐射状拓扑结构的集合；
(2-5)开关动作次数如下式(17)所示：
其中，wjmax：开关j的最大动作次数；wmax：所有开关的最大动作次数。
进一步的，所述步骤3中，根据步骤2获得的网络结构，以电压偏差最小、网络损耗最小以及与源荷层优化调度结果偏差最小为目标，协调修正可控dg出力和可中断负荷的削减量；
所述协调修正模型的目标函数如下式(18)所示：
其中，f：系统各时段的网络损耗总费用；v：系统各时段最大电压偏差之和；
d：系统各时段各可控单元出力的修正值与其在源荷调度层优化调度结果之间的偏差和；
进一步的，所述协调修正模型中，约束条件与步骤1和步骤2中相同，包括：可控dg约束、大电网购电约束、il合同约束、节点电压约束、功率平衡约束、支路功率约束、配电网辐射运行约束、开关动作次数的限制；
和，如下式(21)所示的所述有功平衡约束：
其中，nncdg：不可控dg的数量；
进一步的，所述步骤4中，以系统各时段各可控单元出力的修正值与其在源荷调度层优化调度结果之间的偏差度fnet作为重新进行重构优化启动判据，判定分布式电源和可中断负荷的有功调度修正结果；
所述偏差度fnet如下式(22)所示：
其中，ngen：系统可中断负荷和可控dg的数量；
进一步的，若所述重构优化启动判据大于重构启动阈值，则执行步骤2，重新优化网络结构；
若所述重构优化启动判据小于重构启动阈值，则网络重构层优化产生的网络结构为最优网络结构。
与最接近的现有技术比，本发明具有以下优异效果：
(1)本发明提供的技术方案能满足主动配电网中不同运行优化手段的性能特点不同，能够有效处理协调控制开关状态和分布式能源出力这一大规模混合整数优化问题，能简化主动配电网运行优化难度、减少计算量，快速获得一天内各时段分布式电源、可中断负荷以及网络结构的优化解。
(2)本发明提供的技术方案可以实现根据分布式电源、可调负荷以及配电网重构这三种运行优化手段对于主动配电网运行优化的不同作用，在运行优化的不同阶段提出不同的优化模型和目标，合理分配三者在配电网运行中的角色和作用，最大化利用分布式电源、可调负荷以及配电网重构的优势，最小化它们对配电网运行的破坏和影响，最终获得更为合理、准确的主动配电网日前调度优化方案。
(3)本发明提供的技术方案适用于含有多种运行优化手段的主动配电网日前有功调度，实现配电系统的开关设备在日内进行远程操作。
附图说明
图1为本发明提供的调度方法设计流程图。
具体实施方式
以下将结合说明书附图对本发明提供的适用于主动配电网的日前分层协调调度方法作详细的说明。
为了达到发明目的，本发明将风机、光伏和微型燃气轮机这三种分布式电源、可中断负荷以及配电网中实现网络重构的开关设备作为主动配电网的运行优化手段，将含有多条馈线、多种运行优化手段的复杂主动配电网作为优化调度对象，本发明采取的技术方案是在日前时间尺度上提出协调主动配电网中多种运行优化手段的分层协调调度方法，本发明提供的调度方法包括以下步骤：
步骤1：对分布式电源、可中断负荷等源荷资源进行优化调度；
步骤2：根据步骤1的优化调度结果，进行主动配电网多条馈线之间的网络重构优化；
步骤3：根据步骤2网络重构结果，对分布式电源、可中断负荷等源荷资源的有功出力进行协调修正；
步骤4：对步骤3中获得的各源荷资源的有功调度修正结果进行判定。若修正值与步骤1中的优化调度结果之间的偏差度较大则重新启动重构优化计算；若重构优化启动判据小于重构启动阈值，则调整后的可控设备出力即为各设备在未来24小时的优化调度值，网络重构层优化产生的网络结构为该系统的最优网络结构，从而实现多种配电网运行优化手段之间的协调优化。
(1)对源荷资源进行优化调度：
基于风机、光伏等不可控dg对于负荷曲线的影响，考虑配电公司的经济效益以及可中断负荷对负荷削峰填谷的作用，对于微型燃气轮机和可中断负荷的有功出力进行日前优化调度。对未来24小时的负荷进行预测，对风机、光伏等不可控dg的出力进行预测，采用最大功率点跟踪(mppt)方法控制保证风机、光伏等不可控dg按照预测出力发电。以配电网的运行成本最小和馈线首端与上级电网交换功率峰谷差最小为优化目标，运行费用主要包括从大电网购电成本、可控dg发电成本以及可中断负荷削减成本，其中风电、光伏以可再生能源为动力，其运行成本可以忽略，对可控dg出力、可中断负荷的削减量进行优化。
所述优化调度中配电系统运行成本f1的目标函数如下式(1)所示：
其中，t：调度周期总时段数，取24h；
ncdg：配电网中可控分布式电源(dg)机组数，主要指微型燃气轮机；
nil：配网中可中断负荷的数量；
aj、bj、cj：可控分布式电源j二次生产成本函数的系数；
xj,t、zj,t：可控分布式电源j在t时刻的启动和关停状态，为0、1变量；
suj、sdj：为可控分布式电源j的启动和关停成本；
成本函数的第一项表示配电网从大电网购电而需要支付给大电网的费用；第二项表示签订il合同而支付给il用户的费用以及由于中断负荷而减少卖电收益的等效成本，此处il用户在日前基于投标机制向供电公司提交每个小时负荷的可削减量，针对不同的il用户，分别采用不同的价格来进行补偿；第三项表示供电公司所有dg的运行、启动、关停成本。
所述馈线首端与上级电网交换功率峰谷差p1的目标函数如下式(2)所示：
其中，nfeeder：系统中10kv馈线的数量；
所述优化调度目标函数的约束条件包括：
(1-1)如下式(3)和(4)所示的有功平衡约束：
其中，ndg：系统中所有dg的数量，包括可控dg和不可控dg；
(1-2)可控dg约束：
①如下式(5)所示的可控dg出力上下限约束：
其中，
②如下式(6)和(7)所示的可控dg爬坡速度约束：
其中，upi：分布式电源i向上爬坡速率限制；
dni：分布式电源i向下爬坡速率限制；
(1-3)如下式(8)所示的大电网购电约束：
其中，
(1-4)如下述(9)所示的il合同约束：
其中，
采用粒子群算法对源荷调度的模型进行求解，获得一天内每个小时可控分布式电源以及可中断负荷的优化调度值。
(2)进行主动配电网多条馈线之间的网络重构优化。
根据步骤1的计算结果，在各条馈线的负荷、分布式电源出力以及可调度负荷出力都确定的情况下，以各条馈线之间功率分配均衡作为主要优化目标，进行多条馈线之间的网络重构优化。首先进行多馈线线路的等值负荷曲线分段，基于分段结果以线路负载均衡率最大和开关操作费用最小为优化目标进行动态网络重构，对联络开关以及线路之间的分段开关的状态进行优化。
所述主动配电网多条馈线的网络重构模型如下式(10)和(11)所示：
其中，p2：馈线间负载均衡率；
f2：开关操作费用；
t、m：时段划分前、后的时段数；
nfeeder、nswi：馈线总数、开关总数；
sl,t：时段t流过馈线l首端的视在功率；
slmax：流过馈线l首端的最大功率；
ρswi：开关操作一次的费用；
sji：开关j在时段i的状态，sji＝0表示断开，sji＝1表示闭合。
所述网络重构模型的约束条件包括：
(2-1)如下式(12)所示的节点电压约束：
vmin≤vk≤vmax(12)
其中，vmin、vmax：节点电压上下限；vk：节点k的电压；
(2-2)如下式(13)和(14)所示的功率平衡约束：
其中，pi、qi：节点i注入的有功功率和无功功率；
gij、bij、δij：节点i、j之间的电导、电纳和电压相角差；
n：系统节点总数；
vi、vj：为节点i、j的电压幅值；
(2-3)如下式(15)所示的支路功率约束：
其中，pj：支路j的有功功率值；
(2-4)如下式(16)所示的配电网辐射运行约束：
g∈g(16)
其中，g：重构后的网络拓扑结构；
g：网络辐射状拓扑结构的集合；
(2-5)如下式(17)所示的开关动作次数的限制：
其中，wjmax：开关j的最大动作次数；
wmax：所有开关的最大动作次数。
采用蚁群算法对网络重构的模型进行求解，获得一天内各个时段的最优开关状态。
(3)对分布式电源、可中断负荷的调度结果进行协调修正。
在步骤2中对网架结构的调整将会影响分布式电源和可调负荷的最优出力，同时在步骤1中，主要是从经济性角度对可控dg和可调负荷进行调度，并没有考虑可控dg和可调负荷对电压质量、网络损耗等电网技术指标的改善作用，因此需要基于网络重构层的重构优化结果，以配电网的技术指标作为主要的优化目标对源荷调度层中可控dg出力以及可调负荷的出力进行修正。
基于步骤2中获得网络结构，以电压偏差最小、网络损耗最小以及与源荷层优化调度结果偏差最小为目标函数，对可控dg出力、可中断负荷的削减量进行调整。
所述协调修正模型的目标函数如下式(18)所示：
其中，f：系统各时段总的网络损耗费用；
v：系统各时段最大电压偏差之和；
d：系统各时段各可控单元出力的修正值与其在源荷调度层优化调度结果之间的偏差和；
δt：每个时段的时间间隔；
vk,t：时段t节点k的电压；
vn：节点额定电压；
nr：节点集合；
协调修正模型中，主要约束条件与步骤1和步骤2中相同，包括：可控dg约束、大电网购电约束、il合同约束、节点电压约束、功率平衡约束、支路功率约束、配电网辐射运行约束、开关动作次数的限制；
如下式(21)所示的所述有功平衡约束与步骤1模型中略有不同：
其中，nncdg：不可控dg的数量；
采用粒子群算法对协调修正模型进行求解，获得一天内每个小时可控分布式电源以及可中断负荷的协调修正值。
(4)判定分布式电源、可中断负荷的有功调度修正结果。
经过上述目标优化后如果可控dg、可调负荷的出力与步骤1中的优化结果相比调整较大时，则会对网络中的潮流分布影响较大，因此需要重新进行网络重构对配电网运行进行优化。
以系统各时段各可控单元出力的修正值与其在源荷调度层优化调度结果之间的偏差度fnet作为重新进行重构优化启动判据，判定分布式电源和可中断负荷的有功调度修正结果；
所述偏差度fnet如下式(22)所示：
其中，ngen：系统中可控单元的数量，包括可中断负荷、可控dg；
通过计算，若重构优化启动判据大于重构启动阈值，则说明调整后的可控设备出力与源荷调度层的优化结果相差较大，则采用网络重构层中的优化目标对网络结构进行重新优化，重构模型和方法与步骤2相同；
若重构优化启动判据小于重构启动阈值，则调整后的可控设备出力即为各设备在未来24小时的优化调度值，网络重构层优化产生的网络结构为该系统的最优网络结构，实现多种配电网运行优化手段之间的协调优化。
重构启动阈值可设为0.2。
本发明根据主动配电网中不同运行优化手段的性能特点不同，在日前时间尺度上为主动配电网提出了一种源荷调度与网络重构分层协调优化调度的方法，该方法能够有效处理协调控制开关状态和分布式能源出力这一大规模混合整数优化问题，能简化主动配电网运行优化难度、减少计算量，快速获得一天内各时段分布式电源、可中断负荷以及网络结构的优化解。
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，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，均在申请待批的本发明的权利要求保护范围之内。