一种改进配电网动态重构的方法与流程

[0001]
本发明涉及电力系统配电网规划技术领域，特别涉及高渗透接入分布式电源后的主动配电网技术，是一种改进配电网动态重构的方法。


背景技术：

[0002]
随着我国新能源发电技术的快速发展，我国已经形成世界上规模最大、渗透率最高的分布式电力系统。分布式发电出力受天气因素影响，具有较强的随机性，且昼夜变化较大，再加上缺乏规划的随机接入、三相不平衡接入等因素影响，高渗透率分布式主动配电网的电能质量情况堪忧，尤其是电压质量往往越限，给配电系统相互作用机理分析带来了许多困难，阻碍了含分布式电源的主动配电网的发展。
[0003]
为了减小含分布式电源的主动配电网动态行为的影响，目前业界提出了在配电网规划时期从根本上解决主动配电系统的稳态响应机制，即通过建立规划数学模型实现配电网的多时段动态重构，该重构问题本质上是一个多目标优化的非线性动态规划问题，但是这种规划方法存在着动态时段划分与拓扑寻优分离的问题，并且网络重构时会出现开关不能合环的情况，分段开关和联络开关的每一次动作都是有安全风险和供电可靠风险的，这是配电网重构这种方法先天的缺陷不足。如何更好的解决含分布式电源的主动配电网动态规划问题，依然是一个悬而未解的技术难题。


技术实现要素：

[0004]
为了克服现有技术的缺陷，本发明的目的是提供一种改进配电网动态重构的方法，克服了动态重构中网架拓扑变换频繁的问题，还有效改善了传统规划方法存在着动态时段划分与拓扑寻优分离的问题，是一种对传统配电网重构方法的改进。
[0005]
为了达到上述目的，本发明的技术方案为：
[0006]
一种改进配电网动态重构的方法，包括以下步骤：
[0007]
(1)在牛顿拉夫逊方法计算配电网潮流的基础上，引用半不变量法计算含dg配电网的潮流状况，并通过gram-charlier级数描述dg动态行为给配电网带来的不确定性，仿真得到某一拓扑的节点电压和支路潮流状态，进而采用nsga
-ⅱ
算法实现配电网重构，得到一天24h各个时段的最优拓扑结构，将得到的24个最优拓扑结构作为初始的重构集合；
[0008]
(2)根据步骤(1)中的24个拓扑结构，对这些拓扑结构进行合并来减少网络开关的动作次数，对结构相似的拓扑进行初步合并，选择其中的一个拓扑替代形状相似的其他拓扑，由于分布式电源的出力曲线是连续函数，所以不存在跨越大时间段两者拓扑类似的情况出现；
[0009]
(3)对于相邻时间但结构又不相似的拓扑进行整合，首先引入优压率ρ和优压参数α的概念：
[0010]
[0011]
maxα
t
＝e
ρ
e
δz
ꢀꢀ
(2)
[0012]
式中，ρ
t
为一天每个时段t的规划前后电压优化率，α
t
为t时段电压优化程度期望，z
opt.t’为t时段规划前电压偏移指标，z
opt.t”为t时段规划后电压偏移，δz
t
为电压优化程度，e
ρ
和e
δz
分别为ρ
t
和δz
t
的平均值；
[0013]
优压率ρ和优压参数α由公式(1)和(2)得到，然后依据优压参数α比较各个拓扑的电压优化程度，如果不同的拓扑结构优化电压能力是相近的，那么这两类拓扑结构本质上的作用能力也是相近的，就可以合并为一类；
[0014]
(4)在24个时段内相邻时间段内α
t
相差较小的情况|α
t-α
t-1
|＜δα
ε
时，默认规定t时段与t-1时段合并，δα
ε
为最大整定值；在24个时段内相邻时间段α
t
差值较大的情况|α
t-α
t-1
|≥δα
ε
时，根据以下原则合并，比较α
t
，α
t+1
，α
t-1
的大小，若|α
t-α
t-1
|≤|α
t-α
t+1
|则t时段与t-1时段合并，否则t时段与t+1时段合并；
[0015]
(5)合并终止的条件是分段开关和联络开关的动作总数的限制，使得整合后的拓扑结构数量小于开关动作次数上限：
[0016][0017]
式中，s
∑
为规划时间段周期t内所有支路开关和联络开关的动作次数之和，s
max
为支路开关和联络开关物理动作次数的限制，s
ζ
为在规划周期t内ζ动作开关的动作次数，s
ζ,max
为该ζ动作开关的物理动作次数限制，s
switch
为可动作开关的集合；
[0018]
若不满足开关动作要求的限制，则跳转至步骤(4)继续合并拓扑，进行完一个轮次的合并后更新时段信息继续流程循环重组，直至满足循环条件，若满足开关约束，则跳出循环；
[0019]
(6)满足公式(3)开关动作约束的循环条件，则跳出循环输出动态重构执行方式，得到最终的典型拓扑结构。
[0020]
本发明的优点：
[0021]
分布式电源动态行为在一天24h不同时段的差异最终本质上影响的是重构后的最优拓扑结构，所以可以将一天24h划分为若干时段，若以极限的思想，那么能将一天时间细分为n个时段，也对应着n个最优拓扑结构，在实际工程中，考虑到这个动态拓扑结构变化之频繁，会给分段开关和联络开关带来压力，造成不必要的运行风险，需要将遥控开关的动作次数尽量维持在较低水平上，对可动作开关的动作次数提出了要求，由于分布式电源出力曲线在相邻时间段内变化较小，所以将24h时段规划为较少的时间段区间的方法就是可行的，基于以上思想来规划时间段，减少对应的拓扑结构，减少开关动作次数。但同时又必须满足时间段减少前后一天内电压改善程度与理论值相差不大的要求，所以该方法应用半不变量随机潮流算法，对各个时段的拓扑分别进行随机潮流的仿真，基于得到的配电网络仿真数据评估时间段划分前后的拓扑电能质量情况。
附图说明
[0022]
图1为本发明中动态重构策略的详细流程图。
[0023]
图2为ieee33节点配电系统结构图。
具体实施方式
[0024]
下面结合附图对本发明做详细叙述。
[0025]
以ieee33节点配电网为实施例来验证所提理论。如图2所示的算例首端基准电压35kv，三相功率基准值15mva，网络总共确定性负荷12mw+j6mvar，系统的平衡节点在0号节点。设该系统有33个节点，0节点和14节点以及24节点接入分布式光伏电源，7节点为ev充电站，剩下的29个节点均为确定性负荷节点，k1至k32为支路分段开关，t1至t5为网架联络开关，线路容量和节点电压的概率约束条件置信区间为0.85。
[0026]
参照图1，一种改进配电网动态重构的方法，包括以下步骤：
[0027]
步骤(1)：在牛顿拉夫逊方法计算配电网潮流的基础上，引用半不变量法计算含dg配电网的潮流状况，并通过gram-charlier级数描述dg动态行为给配电网带来的不确定性，仿真得到某一拓扑的节点电压和支路潮流状态，进而采用nsga
-ⅱ
算法完成ieee-33配电网各单位时间的静态重构工作，得到一天24h各个时段的最优拓扑结构，将得到的24个最优拓扑结构作为初始的重构集合。
[0028]
步骤(2)：对步骤(1)中得到的24个拓扑图中拥有相同拓扑结构的单位时段进行初步合并，减少网络开关的动作次数，在此步骤中，对结构相似的拓扑进行初步合并，选择其中的一个拓扑替代形状相似的拓扑，由于分布式电源的出力曲线是连续函数，所以不存在跨越大时间段两者拓扑类似的情况出现；接着统计初步合并后各自时段电压优化情况。
[0029]
步骤(3)：在步骤(2)中已将24个拓扑行了初步合并，对于相邻时间但结构又不相似的拓扑进行整合，首先引入优压率ρ和优压参数α的概念：并按式(1)和式(2)计算得到初步合并后各时段的优压率ρ和优压参数α
[0030][0031]
maxα
t
＝e
ρ
e
δz
ꢀꢀ
(2)
[0032]
式中，ρ
t
反映的是一天每个时段t的规划前后电压优化率，α
t
反映的是t时段电压优化程度期望，z
opt.t’为t时段规划前电压偏移指标，z
opt.t”为t时段规划后电压偏移，δz
t
为电压优化程度，e
ρ
和e
δz
分别为ρ
t
和δz
t
的平均值。
[0033]
优压率ρ和优压参数α由潮流计算结果代入式子(1)式子(2)得到。
[0034]
步骤1是求得的拓扑的节点电压和支路潮流状态。在配电网静态重构后形成一个最优拓扑结构，这个最优拓扑的节点电压数值可以得到优化重构后的电压偏移指标z
opt.t’，而未优化重构的原本的拓扑的节点电压可以得到原本的电压偏移情况z
opt.t”，代入公式(1)、式(2)可以求得需要的数据。
[0035]
然后依据优压参数α比较各个拓扑的电压优化程度，如果不同的拓扑结构优化电压能力是相近的，那么这两类拓扑结构本质上的作用能力也是相近的，就可以合并为一类；
[0036]
结果如表1所示。
[0037]
表1初步重构后的时段
[0038][0039]
如表1结果显示，24个时段初步合并为10个时段，这10个时段与之对应了10个典型拓扑，凌晨2点-5点具有类似的拓扑结构，而清晨的6点、7点、8点由于负荷增加以及分布式光伏出力的不确定性增加，这三个时段的最优拓扑的结构相差较大，白天的负荷趋于稳定，分布式光伏电源出力趋于稳定，其拓扑结构类似，而晚间时段，特别是19点、20点、21点-22点，由于电动汽车充电功率的影响，其拓扑结构也不尽相同。初步合并后拓扑中联络开关和分段开关的动作次数依然过多，为了进一步合并时段进行步骤(4)。
[0040]
步骤(4)：比较各个时段的电压优化程度(优压参数)α
t
，α
t+1
，α
t-1
的大小，若|α
t-α
t-1
|≤|α
t-α
t+1
|则t时段与t-1时段合并，否则t时段与t+1时段合并；但倘若|α
t-α
t-1
|＜δα
ε
，本实施例中δα
ε
＝0.0030/p.u.，将默认规定t时段与t-1时段合并，即直接向后合并。
[0041]
步骤(5)：合并终止的条件是分段开关和联络开关的动作总数的限制，本实施例遥控开关在一天内动作总数小于15次，ieee33节点配电网络共有5个遥控开关，即需要输出的典型拓扑网络的个数小于3个，一天24h时段合并为三个大时间段。步骤(4)和步骤(5)的算法迭代过程如表2所示。
[0042]
表2动态重构时段的迭代过程
[0043][0044]
如表2所示，整个合并需要迭代5次完成。第一迭代2点-5点时间段的优压参数与6点的优压参数差值小于阈值，则该时段直接向后合并为2点-6点；第二次迭代7点与8点的参数差值大于阈值，则需要考虑该时段的优压参数与6点相近还是8点相近，计算得到该时段与6点相近，则向前合并，整合为2点-7点时间段；在第三次迭代过程中，8点到18点段，它们之间的参数差值均小于阈值，故直接合并为8点-18点时间段；剩余两次迭代依此类推。
[0045]
步骤(6)：最终输出动态重构方案，得到最终的几个典型拓扑结构。动态重构在满足开关约束条件下被分为3个重构时段(23:00—07:00，07:00—19:00和19:00—23:00)。在保证较低开关变换次数的前提下，该方法使得动态重构和各时段最优重构的全天电压值相近，但相比于无重构和静态重构策略，具有相对较高的电压优化效果。