一种基于主配协同的光伏高渗透率配电网的优化运行方法

本发明涉及电力系统领域，具体涉及一种基于主配协同的光伏高渗透率配电网的优化运行方法。

背景技术：

1、随着大量分布式电源、无功补偿设备接入配电网，传统配电网正在逐步演变为具有众多可控资源的有源配电系统，分布式光伏渗透率的提升加剧了低压配电网运行的不稳定性。分布式发电资源的供电灵活性降低了配网对主网的供电依赖性，且配网净负荷波动性增强，给主配网之间边界功率的匹配带来了额外负担，因此需要对主配网协调无功电压优化的方式做出优化。

2、目前，电力系统的潮流计算和无功优化方法已经取得了一些进展。然而，传统方法仍面临一些挑战。传统的潮流计算方法通常基于确定性数据的迭代算法，对于复杂电力系统中大量变量概率性变化时，难以对电力系统的运行状态进行准确描述。无功优化方法通常是基于智能优化算法，这些算法具有全局搜索能力，但是计算效率较低，同时也容易陷入局部最优解。且结构复杂的主配网往往需要对对个不同的目标进行优化，对优化方法的要求也较高。

3、因此，由于分布式光伏高渗透率接入的配电系统内波动性与不确定因素太多，同时需考虑到主网对电压波动限制的要求和配网三相不平衡与电压限制的要求，以及一定的地域间的联系，亟需一种基于主配协同的光伏高渗透率配电网的优化运行方法，来保证主配网安全、有效的运行。

技术实现思路

1、本发明针对现有技术中的不足，提供一种基于主配协同的光伏高渗透率配电网的优化运行方法，以解决传统的潮流计算方法，对于复杂电力系统中大量变量概率性变化时，难以对电力系统的运行状态进行准确描述，计算效率较低的问题。

2、为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

3、一种基于主配协同的光伏高渗透率配电网的优化运行方法，其特征在于，包括如下步骤：

4、步骤s1、通过确定性潮流计算，得到系统节点的电压幅值与相角以及最后一次迭代的雅可比矩阵；

5、步骤s2、计算分布式光伏出力功率的各阶矩，并计算系统节点功率的各阶半不变量；

6、步骤s3、通过系统节点功率的各阶半不变量，借助雅可比矩阵计算系统节点的电压幅值的各阶半不变量与其概率密度函数；

7、步骤s4、系统节点包括主网和配网，利用系统节点的电压幅值与相角计算优化目标，并使用粒子群算法，通过配网中的补偿设备对主网和配网进行无功优化。

8、为优化上述技术方案，采取的具体措施还包括：

9、进一步地，所述步骤s1包括：使用系统节点的某时段的确定性数据，通过牛顿-拉夫逊法进行确定性潮流计算，计算得到系统节点的电压幅值与相角以及最后一次迭代的雅可比矩阵。

10、进一步地，所述步骤s1包括：系统节点包括主网和配网，系统节点的电压幅值与相角分为主网部分和配网部分，其中第k个公共连接点pcc的电压幅值与相角分别记为系统的雅可比矩阵分为主网的雅可比矩阵j1和配网的雅可比矩阵j2，主网三相对称，使用单相模型，因此主网的雅可比矩阵j1使用单相数据；配网三相不对称，因此配网的雅可比矩阵j2包含三相数据。

11、进一步地，所述步骤s2包括：根据下式计算光伏有功的v阶半不变量，

12、αpv.v＝(a·e)v·lv(1)

13、其中，αpv.v为光伏有功的v阶半不变量，本步骤取到第8阶(v＝1,2…8)；a为光伏阵列总面积；e为光伏阵列的光电转换效率，(a·e)v为面积和效率之积的v次方，lv为光照强度l的v阶矩；

14、按照下式计算连续型变量的v阶矩：

15、

16、式中，αv为v阶矩(v＝1,2…8)，x为连续变量，f(x)为该随机变量x的概率密度函数；

17、将光照强度l替换公式(2)中的x，将光照强度的概率密度函数f(l)替换公式(2)中的f(x)，即可求得光照强度的各阶矩lv；将lv带入公式(1)即可求得分布式光伏功率的各阶矩αpv.v。

18、进一步地，所述步骤s2包括：将负荷的功率及其概率密度函数带入公式(2)，即可求得负荷有功功率和无功功率的各阶矩将系统节点上分布式光伏功率和负荷功率的各阶矩相加即可得到系统节点上有功功率和无功功率的各阶矩即

19、

20、进一步地，按照下式计算随机变量x的各阶半不变量，

21、

22、将系统节点上有功功率和无功功率的各阶矩代入αv，即可求得系统节点功率的各阶半不变量式中，γv为v阶半不变量(v＝1,2…8)。

23、进一步地，所述步骤s3包括：将系统节点功率的各阶半不变量分别改为主网节点功率的各阶半不变量和配网节点功率的各阶半不变量根据下式，用主网和配网的节点功率的各阶半不变量，借助雅可比矩阵计算主网和配网的电压幅值的各阶半不变量与概率密度函数：

24、主网：配网：

25、其中，(δpi.t)v和(δqi.t)v为主网第i个节点的有功和无功功率的v阶半不变量，(δpi.p)v和(δqi.p)v为配网第i个节点的有功和无功功率的v阶半不变量；(δδi.p)v、(δui.t/ui.t)v分别表示主网节点i的电压相角与其幅值标幺值的v阶半不变量；(δδi.p)v、(δui.p/ui.p)v分别表示配网节点i的电压相角与其幅值标幺值的v阶半不变量；配网的各个变量中的p表示该变量所在相位，分为a、b、c三相；ji、jii分别为确定性潮流计算最后一次迭代得到的主网和配网的雅可比矩阵；

26、进一步地，按下式将主网和配网节点的电压幅值的半不变量分别还原为(ui.t)v、(ui.p)v：

27、

28、进一步地，按照下式计算主网和配网的节点电压幅值的概率密度函数f(x)，

29、

30、式中，表示将随机变量x标准化，x为标准化之前的该随机变量、μ、σ分别随机变量标准化之前的期望与标准差；将主网和配网节点的电压幅值ui.t、ui.p带入x可分别对主网、配电的节点电压进行标准化；为随机变量的各阶半不变量构成的概率密度函数中的系数，(ui.t)v和(ui.p)v分别代入γν可求得主网和配网第i个节点的电压幅值概率密度函数表达式的系数，hν(x)为hermite多项式，可由下式表示：

31、

32、将标准化后的节点电压幅值带入上式即可求得对应的hermite多项式，其中

33、

34、为标准正态分布的概率密度函数。

35、进一步地，所述步骤s4包括：通过下式进行惯性权重参数w的设置，

36、

37、其中，wmin和wmax分别为最小、最大加速常数，d为个体学习因子，g为全局学习因子。

38、进一步地，所述步骤s4包括：通过步骤s3中系统节点电压幅值的概率密度函数，统计优化前的系统节点电压越限概率；并在优化完成后，再通过步骤s3中系统节点电压幅值的概率密度函数，对优化后的配网进行系统节点电压越限概率的统计。

39、进一步地，所述步骤s4中的优化过程包括如下步骤：

40、步骤s41、配网k(k＝1,2,…)独立进行无功优化计算，公共连接点pcc点电压与相角初值分别取值步骤s1中确定性潮流计算得到的电压幅值与相角借助配网节点电压与功率的半不变量和分布函数进行配网无功优化，电压包括电压幅值和相角，f为优化目标，目标函数为网络损耗总和、电压偏差总和以及三相不平衡度总和最优；

41、f＝min(∑ploss+∑δu+∑δε)  (11)

42、其中，∑ploss为网络损耗总和，∑δu为电压偏差总和，∑δε为配网的三相不平衡度总和；

43、进一步地，计算的pcc点等值注入功率的半不变量和分布函数，并发给主网作为迭代数据；

44、步骤s42、主网进行无功优化计算，pcc点负荷功率值半不变量取步骤s41的计算结果借助主网节点电压与功率的半不变量和分布函数进行主网无功优化，其中，优化目标为

45、f＝min(∑ploss+∑δu)  (12)；

46、进一步地，算得pcc点等值电压幅值和相角并发送给配网作为迭代数据；步骤s43、重复上述步骤s41和步骤s42直至目标函数值不再发生变化或者迭代结束。

47、进一步地，一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，其特征在于：所述计算机程序使计算机执行如上述的一种基于主配协同的光伏高渗透率配电网的优化运行方法。

48、本发明的有益效果是：

49、本发明涉及电力系统领域，公开了一种基于主配协同的光伏高渗透率配电网的优化运行方法。借助半不变量与级数展开的方式计算概率潮流，并利用粒子群算法对主配网的电压偏差、网损、三相不平衡度进行优化；通过确定性潮流计算以获取各节点电压与雅可比矩阵，在此基础上，计算节点电压和分布式光伏的有功和无功功率的半不变量、各个变量的概率分布函数然后对主配网分别设置不同的目标函数进行优化并将结果互相迭代。

50、本发明借助半不变量与级数展开的方式快速计算概率潮流，同时考虑地域间的联系设置光伏输出功率，并通过对各个变量概率性描述，结合粒子群算法对主配网的不同优化目标进行优化。这样能够提升光伏高渗透率配电网的潮流计算效率，并且发挥了主配协同的作用，有利于光伏高渗透率背景下电力系统的发展，对于推动分布式电源发展、保证配电网安全稳定运行与系统运行效益有着重要的现实意义。