一种基于光储充电塔接入的配电网静态优化方法与流程

文档序号：16502782发布日期：2019-01-05 08:51阅读：214来源：国知局

本发明涉及一种基于光储充电塔接入的配电网静态优化方法，属于配电网运行控制技术领域。

背景技术：

随着智能电网的发展，配电网的智能化程度越来越高，并且具有了一定的可靠性、安全性和自愈性。越来越多的可再生能源以分布式电源的形式接入配电网，改善了如今的能源结构，同时也给配电网的运行带来了巨大的挑战，例如风电、光伏等可再生能源自身具有较强的不确定性，因此会给配电网的日常调度运行带来新的挑战。除了分布式电源的不确定性，负荷的不确定性也会对配电网的运行带来影响，例如电动汽车充电负荷，其充电时间段以及充电时长都具有较强的不确定性。

配电网重构技术是指通过改变配电网的系统拓扑，达到降低有功网损、平衡负荷、提高供电质量等目标，使配电网处于一个最优的拓扑结构。配电网中存在大量的分段开关和联络开关，重构技术通过开断分段开关和联络开关来改变系统的拓扑结构，同时使配电网保持辐射结构(树枝状)。配电网静态重构是针对某个时间断面，优化这个时间断面上的系统拓扑结构，使得这一时间断面的某一指标最优。配电网静态重构对研究特定场景下的配电网重构策略具有重要意义，理论上能够实时的对配电网拓扑结构进行优化，使配电网始终处于最优状态。

但据申请人了解，目前在配电网重构中考虑电动汽车的研究较少，因此难以应对目前大量电动汽车充电负荷接入配电网的情况。

技术实现要素：

本发明要解决技术问题是：提供一种使配电网日常运行中有功损耗最小、减小配电网运行成本的基于光储充电塔接入的配电网静态优化方法。

为了解决上述技术问题，本发明提出的技术方案是：一种基于光储充电塔接入的配电网静态优化方法，所述光储充电塔由储能系统、光伏系统和电动汽车充电桩三部分组成，所述光伏系统和储能系统安装在电动汽车充电塔塔顶上，所述光伏系统的发电量进入储能系统，所述电动汽车充电塔由储能系统和网电联合供电，所述光伏系统的并网方式为自发自用余量上网；所述优化方法包括以下步骤：

步骤一、根据光伏系统的历史数据，预测光伏系统发电的出力大小；

步骤二、预设储能系统的容量，并确定储能系统的运行方式为在峰电时期储能投入运行；

步骤三、根据电动汽车历史负荷数据，建立电动汽车的充电负荷模型；

步骤四、根据光伏系统发电的出力大小、储能系统的容量及运行方式、电动汽车的充电负荷模型，建立光储充电塔接入的配电网重构模型，其中，该配电网重构模型的目标函数为：

式中，i为配电网节点号，共有n个节点；pii为节点i的有功注入功率，

式中，n(i)为与节点i相连的节点集合；αij为支路ij的开关变量；θij为节点i和j的电压相角差；gij为支路ij的电导；bij为支路ij的电纳；vi为节点i的电压幅值；pdgi为节点i的分布式可再生能源的有功功率大小；pdi为节点i负荷有功功率大小；

每个节点的无功注入功率可以由以下表达式算出：

式中，qii为节点i的节点无功注入功率，qdgi为节点i的分布式可再生能源的无功功率大小；qdi为节点i负荷无功功率大小；

对配电网的网络拓扑进行约束，使其保持辐射状结构，具体约束如下：

βij+βji＝αij

βkj＝0,j∈n(k)

βij∈{0,1}

0≤αl≤1

式中，βij为每条支路的二进制变量，如果βij＝0，则表示节点j不是节点i的父节点；如果βij＝1，则表示节点j是节点i的父节点；αl为支路连通变量，αl＝0表示支路l的开关断开，αl＝1表示支路l的开关闭合；n(i)表示所有与节点i相连的节点集合，n(k)表示与节点k相连的节点集合；m为配电网中支路总数，v表示配电网同时连通的支路数量，为常数；

步骤五、采用二阶锥规划方法，对考虑光储充电塔接入的配电网重构模型进行转化，首先定义如下几个新变量：

rij＝vivjcos(θi-θj)

tij＝vivjsin(θi-θj)

由此，节点i的有功注入功率pii和无功注入功率qii可表示为：

并且，由新定义的变量可以得到一个含二次项的等式约束：

将该二次等式约束进行松弛，转变为不等式约束：

采用gams平台中的cplex求解器对模型进行求解，得到配电网静态优化结果。

步骤四中，还可以对配电网增加电压幅值约束和/或线路最大载流量约束，其中：

电压幅值约束为：

vimin≤vi≤vimax

式中，vimin和vimax分别为节点i的电压允许最小值和最大值；

线路最大载流量约束为：

|il|≤ilmax

式中，il为支路l的电流；ilmax为支路l的最大允许载流量。

本发明对考虑光储充电塔接入情况下的配电网重构模型进行了建模，研究光储充电塔的接入对配电网的影响。现有技术中，配电网重构中大量使用随机优化类算法，此类算法应用性强，能够适用于大部分非线性优化问题，并且能够较好的求解，但是求得的优化结果很难保证其全局最优性，并且迭代次数过多，导致求解速度较慢。本发明采用解析类算法，可以很好的描述优化问题本身，具有较强的物理意义，并且可以将非线性问题转化为可求解的模型，从而保证其解的全局最优性。

本发明带来的有益效果是：1)本发明通过新定义变量ui、rij和tij，将非线性潮流约束转化为线性潮流约束，附加一个含二次项的等式约束，使得原本的非线性模型基本转化为线性形式。

2)本发明将含二次项的等式约束进行松弛，转化为二阶锥不等式约束，这一过程将可行域范围由原来的等式约束的解集空间扩大为二阶锥形式的解集空间，因为原来的解集空间完全包含在二阶锥形式的解集空间中，所以针对扩大后的解集空间进行优化求解，仍然可以求解原问题的最优解。由于模型转化为标准的二阶锥形式，所以可以利用gams平台中的商用求解器高效求解，大大提升了求解效率，并且二阶锥模型本身优越性，保证了得到的优化解是全局最优的。

3)本发明充分考虑光储充电塔的接入，研究了光储充电塔的接入对配电网的影响，提出一种考虑光储充电塔接入的配电网二阶锥重构方法；

4)本发明提出的方法能够广泛适用于电动汽车接入情况下的配电网重构，使得在电动汽车接入配电网的情况下，重构策略仍然可以保证配电网处于一个最优状态；

5)为国内配电网重构相关技术的研究做合理的引导。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步说明。

图1是ieee33配电网节点示意图。

图2是重构前后配电网各节点电压对比图。

具体实施方式

实施例

本实施例中所述光储充电塔由储能系统、光伏系统和电动汽车充电桩三部分组成，所述光伏系统和储能系统安装在电动汽车充电塔塔顶上，所述光伏系统的发电量进入储能系统，所述电动汽车充电塔由储能系统和网电联合供电，所述光伏系统的并网方式为自发自用余量上网。

本实施例选取ieee33配电网(如图1所示)作为算例，在其中配备40kw电动汽车充电塔10个(快充)，10kw电动汽车充电塔20个(慢充)。基于光储充电塔接入的配电网静态优化方法包括以下步骤：

步骤一、根据光伏系统的历史数据，预测光伏系统发电的出力大小。

考虑接入配电网算例的光伏系统建设依托电动汽车充电塔塔顶上安装，规划建设总容量200kwp，所发绿色电力直流逆变为交流后低压接至塔内配电室400v母线侧，并网方式为自发自用余量上网。

步骤二、预设储能系统的容量，并确定储能系统的运行方式为在峰电时期储能投入运行，给充电塔提供有功支撑。综合考虑电动汽车容量，以及光伏处理的大小，将接入储能系统的容量配置为400kwh。

步骤三、根据电动汽车历史负荷数据，建立电动汽车的充电负荷模型。

考虑配备40kw充电桩10个，为了研究光储充电塔在负荷较大的时候对配电网重构的影响，选定光储充电塔充电负荷处于峰负荷时的场景作为研究对象，将本次静态重构电动汽车充电负荷的大小选定为峰负荷值，通过电动汽车充电的历史负荷数据可以得到峰电时刻电动汽车的充电负荷大小为280kw(极限状态)。

式中，i为配电网节点号，共有n个节点，n＝33；pii为节点i的有功注入功率，