一种同时考虑开关动作的配电网智能软开关运行优化方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种配电网运行的时序优化方法。特别是涉及一种同时考虑开关动作 的配电网智能软开关运行优化方法。
【背景技术】
[0002] 对能源和环境的高度关注使得配电网的发展面临着新的压力和挑战，这些压力和 挑战同时也是推动传统配电网向智能配电网发展的机遇。在智能配电网中，可控设备日益 增多，网络结构和运行方式更加灵活多变，高级配电自动化技术、先进的信息通信技术得以 广泛应用，分布式电源、储能、需求侧资源等开始参与配电网的运行与优化。智能配电网的 发展和新能源发电技术的广泛应用正在推动着配用电模式和运行管理机制的深刻变革。
[0003] 智能软开关（SoftNormallyOpenPoint，SN0P)装置就是在上述背景下衍生出的 取代传统联络开关的一种新型智能配电装置。与开关操作相比，SN0P的功率控制更加安全、 可靠，甚至可以实现实时优化，能够有效应对分布式电源和负荷带来的随机性和波动性。但 是，SN0P的实现主要基于全控型电力电子装置，这些装置本身的成本较高，短期内配电网中 的联络开关不可能完全被SN0P取代。这就使得配电网的运行优化需要从整体上考虑联络 开关和SN0P并存的情况，其运行优化模型将是一个需要同时求解离散量（开关状态）和连 续量（SN0P传输功率）的混合整数非线性规划问题。
[0004] 在智能配电网中，广泛接入的分布式电源加剧了系统运行的不确定性，考虑到开 关损耗以及冲击电流等因素，联络开关不可能频繁开断，传统的网络重构很难做到配电网 的实时调整，而SN0P则可以实时改变传输功率，调整运行状态，以应对分布式电源接入后 带来的一系列电压越限、线路过载等问题，因此需要从时间序列的角度对配电网优化问题 进行建模，并需要综合考虑联络开关与SN0P的协调优化问题。考虑其时序特征后，配电网 运行优化过程中，开关动作的合理规划就成为一个亟待解决的问题。同时，考虑开关动作费 用的SN0P运行的时序优化问题会随着时间断面数的增多求解维数急剧增加，成为大规模 混合整数非线性规划问题，导致其求解变得更加困难，甚至不可行。
[0005] 对于求解这类大规模混合整数非线性规划问题，目前还很难找到一种快速、有效 的求解方法。对于该问题的求解目前已经提出和发展了多种优化方法，主要有包括：1)传 统数学优化方法，其中包括解析法、连续消去法等；2)启发式算法，其中包括灵敏度分析 法、专家系统等；3)随机优化方法，其中包括遗传算法、粒子群算法等。
[0006] 虽然上述方法或技术都有一定的应用，但也都存在着明显的不足，如传统数学优 化方法虽然理论上可进行全局寻优，但在实际应用时不可避免地存在"维数灾"问题，计算 时间往往呈现爆炸式激增；启发式算法在时间复杂度方面要求有一个多项式时间界，计算 速度快，但得到的最优解或者缺乏数学意义上的最优性或者只是局部最优解；虽然随机优 化方法所搜寻的最终解与初始解无关，但对于不同规模的配电网需要重新设置其控制参 数、种群数量、迭代次数等，从而来保证以较大的几率找到全局最优解。启发式和随机方法 多适用于求解整数规划问题，但对于考虑联络开关和SN0P协同运行的配电网时序优化问 题，数学本质上是大规模混合整数非线性规划问题，所以传统数学优化方法、启发式算法对 于求解这类问题上，速度或精度多不能同时满足要求。因此，需要一种准确、快速求解上述 优化问题的模型与算法。
【发明内容】
[0007] 本发明所要解决的技术问题是，提供一种能够综合考虑开关动作费用等效损耗、 SN0P运行损耗及网络损耗等配电网运行损耗，确定合理的开关动作时序及SN0P运行的同 时考虑开关动作的配电网智能软开关运行优化方法。
[0008] 本发明所采用的技术方案是：一种同时考虑开关动作的配电网智能软开关运行优 化方法，包括如下步骤：
[0009] 1)根据选定的配电系统，输入线路参数、负荷水平和网络拓扑连接关系，系统运行 电压水平和支路电流限制，分布式电源接入位置、类型和容量及参数，智能软开关接入位置 和容量及参数，运行优化周期内负荷及分布式电源运行特性预测曲线，以及系统基准电压 和基准功率初值；
[0010] 2)依据步骤1)提供的配电系统结构及参数，同时考虑网络损耗、网络重构的开关 动作费用等效损耗及智能软开关的运行损耗，建立配电网联络开关和智能软开关协同运行 的时序优化模型，包括：选取根节点为平衡节点，设定配电系统运行损耗最小为目标函数， 分别考虑网络拓扑约束、系统潮流约束、系统运行约束、智能软开关运行约束；
[0011] 3)根据锥优化的标准形式对步骤2)所述的配电网联络开关和智能软开关协同运 行的时序优化模型中的目标函数和非线性约束进行锥模型转化；
[0012] 4)经过步骤3)的转化，分别将目标函数线性化，非线性约束转化为线性约束、二 阶锥约束或旋转锥约束，将得到的数学模型采用CPLEX求解器进行求解；
[0013] 5)输出步骤4)的求解结果，包括开关状态、智能软开关最优传输功率值、网络潮 流结果以及目标函数值。
[0014] 步骤2)所述的配电系统运行损耗最小为目标函数，表示为
[0015] min f = ES,Ioss+El,Ioss+EsNOP, loss
[0016] 式中，开关动作费用等效损耗Es,lc]SS、网络损耗Eulc]SS与智能软开关的运行损耗 E_p, :^分别用下式表示
[0020] 式中，Cs为开关动作费用等效转换系数；At为优化计算的时段间隔；NTS优化计 算的时段数，Nn为系统中的节点总数，NSN(]P为系统中接入智能软开关的个数；Q(i)为节点i的相邻节点的集合；a 为t时段支路ij的开关状态；rij为支路ij的电阻，I为 t时段节点i流向节点j的电流幅值；Pm.Jt)和Pm,2(t)为t时段第m个智能软开关的两个 换流器的有功输出功率，Am,:和A",2为第m个智能软开关的两个换流器的有功损耗系数。
[0021] 步骤2)所述的网络拓扑约束表示为
[0022]a =S>ij(t) + 0 ^(t)
[0025] a^(t)G{0,1}
[0026] 0^(0G{0,1}
[0027] 式中，Ns为系统中的源节点个数；0i_j(t)表示t时段节点i与节点j关系，节点j 为节点i的母节点时为1，否则为〇。
[0028] 步骤2)所述的系统潮流约束表示为
[0036] 式中，〇⑴以节点i为末端节点的支路首端节点集合，W⑴以节点i为首端节 点的支路末端节点集合Wjt)为t时段节点i的电压幅值，Xlj为支路ij的电抗；P^(t)为 t时段节点i流向节点j的有功功率，Qua)为t时段节点i流向节点j的无功功率；qa) 为节点i的相邻节点的集合七⑴为t时段节点i上注入的有功功率之和，p^a)、pSN(]P, i(t)、匕_,i(t)分别为t时段节点i上分布式电源注入的有功功率、SN0P传输的有功功率、 负荷消耗的有功功率，Qi(t)为t时段节点i上注入的有功功率之和，Q%i(t)、QSN(]P,i(t)、 Qload,"t)分别为t时段节点i上分布式电源注入的无功功率、SNOP发出的无功功率、负荷 消耗的无功功率;M为一个极大值。
[0037] 步骤2)所述的智能软开关运行约束表示为
[0038] Pn,1(t)+Pn,2(t)+Ana|Pnijl(t) |+Anj2|Pnj2(t) | =0
[0041] Qn,,l(t)
[0042] -Qn,2,nax^Qn,2(t) ^Qn,2,nax
[0043] 式中，Q^a)和Ut)为t时段第m个智能软开关的两个换流器输出的无功功 率；&1,_、& 2,_、(^1,_、(^2,_分别为第111个智能软开关两个换流器的接入容量和所能输 出的无功功率上限。
[0044] 本发明的一种同时考虑开关动作的配电网智能软开关运行优化方法，立足于解决 考虑开关动作费用的前提下多个时间断面联络开关与SN0P并存的配电网运行时序