考虑重构和用户参与度的主动配电网不确定性优化方法

本发明属于主动配电网优化运行，具体涉及一种考虑重构和用户参与度的主动配电网不确定性优化方法。

背景技术：

1、近年来，由于能源短缺和气候变化等问题，风电和光伏等清洁能源并网规模不断加大，从而造成配电网系统局部电压升高，潮流倒送、网损增加等一系列问题。为了解决上述问题，具有灵活性可控性的主动配电网技术应运而生。主动配电网主要通过对分布式电源、储能装置、需求响应负荷等资源进行主动协调调控，可以有效提高配电系统经济性和安全性。

2、为了应对未来主动配电网越来越多的风险和挑战，需要探索更多的灵活调控资源参与主动配电网优化运行，其中开关重构可以作为其中一种重要的调节手段，现有的对开关重构的研究主要集中在降低网损和改善电压水平上，对综合考虑配电网经济、安全、可靠运行上的研究较少，无法完全发挥其在主动配电网综合运行中的效益。需求响应作为主动配电网重要的调节资源，具有激励用户调整自身用电行为，改善负荷曲线的作用，用户主观参与需求响应调控的程度与需求响应可调控资源的多少有着密不可分的关系，且不同类型用户参与需求响应调控具有差异性，如何在有限宣传资源的前提下对各类型用户需求响应水平进行调控的研究尚且缺乏，不同类型用户参与度下的需求响应的调节能力无法充分发挥。针对风光的不确定性，传统的鲁棒优化和随机优化均具有局限性，基于多场景的分布鲁棒优化兼具二者优点，很好的平衡了经济性和鲁棒性，在考虑风光不确定性的前提下，以经济性和安全性为目标，如何充分发挥重构和不同类型用户参与度下的需求响应的自身优势以及二者协同配合的潜力，具有重要意义。因此现在需要一种能够有效提高配电系统运行经济性和安全性的考虑重构和用户参与度的主动配电网不确定性优化方法。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种考虑重构和用户参与度的主动配电网不确定性优化方法，能够有效提高配电系统运行经济性和安全性。

2、为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：

3、一种考虑重构和用户参与度的主动配电网不确定性优化方法，包括以下步骤：

4、步骤s1：基于主动配电网潮流约束条件构建包含开关重构的主动配电网潮流约束条件；

5、步骤s2：考虑基于有限宣传资源的不同类型用户参与度下的需求响应，建立不同类型用户参与度与需求响应宣传资源的函数关系式，并构建修正后需求响应约束条件；

6、步骤s3：针对风光不确定性，以分区电压波动惩罚成本和运行成本为目标函数，加入无功支撑和储能，根据包含开关重构的潮流约束、不同类型用户参与度下的需求响应约束、辐射状结构约束、安全运行约束和调节资源运行约束，构建主动配电网多场景分布鲁棒优化调度模型；

7、步骤s4：采用拉丁超立方抽样和改进k-means聚类算法生成多个典型场景，并采用列与约束生成算法对模型进行求解获得主动配电网优化调度方案。

8、本发明技术方案的进一步改进在于：在步骤s1中，所述基于主动配电网潮流约束条件构建包含开关重构的主动配电网潮流约束条件为：

9、

10、式中，rij为支路ij等效电阻；xij为支路ij等效电抗；pj,t和qj,t分别是t时段节点j注入的有功和无功；αij,t为支路ij在t时段的通断状态变量，为布尔变量，变量值为0表示断开，为1时表示闭合；pij,t和qij,t分别为t时段支路ij流过的有功和无功；iij,t为t时段线路ij电流值；vi,t为t时段节点i的电压幅值；pij,max、qij,max、iij,max分别为支路ij在t时段电流幅值的平方、节点i在t时段电压幅值的平方、支路ij承受有功功率最大值、支路ij承受无功功率最大值、支路ij承受电流幅值平方最大值；f(j)为以j为末端节点的支路首端节点集合；s(j)为以j为首端节点的支路末端节点集合；ψe表示配电网中所有支路的集合。

11、本发明技术方案的进一步改进在于：在步骤s2中，所述不同类型用户参与度与需求响应宣传资源的函数关系式为：

12、

13、

14、式中，xd为死区阈值；xf饱和阈值；si为用户参与度；xi为需求响应宣传资源；ψ1,dr，ψ2,dr和ψ3,dr分别为居民区、商业区和工业区的需求响应的负荷节点；xn为固定宣传资源，看作常数。

15、当宣传资源低于最小死区阈值时，用户参与度为0，当宣传资源大于最小死区阈值并小于最小饱和阈值时，用户参与度呈线性增长趋势，当宣传资源大于最小饱和阈值时，用户参与度不随宣传资源变化而增长，始终保持数值1。

16、本发明技术方案的进一步改进在于：在步骤s2中，所述修正后需求响应约束条件包括可中断负荷约束和可平移负荷约束，其中，

17、可中断负荷约束：

18、

19、式中，和分别为t时段节点i处可中断负荷的有功和无功中断决策变量；和分别为t时段节点i处可中断负荷的有功和无功中断上限；

20、可平移负荷约束：

21、

22、

23、式中，为t时段节点i处可平移负荷的负荷水平；为调度周期内节点i处可平移负荷总用电需求；和为i节点可平移负荷在t时段的最小负荷水平和最大负荷水平。

24、本发明技术方案的进一步改进在于：在步骤s3中，所述辐射状结构约束为：

25、

26、式中，βij,t表示t时段潮流在ij支路的流向，取值为1时表示潮流从j流向i；h(i)为紧挨着节点i的所有节点集合。

27、本发明技术方案的进一步改进在于：在步骤s3中，所述安全运行约束包括节点电压约束与支路电流约束，其中，

28、节点电压约束：

29、

30、支路电流约束：

31、

32、式中，vi,min和vi,max分别为节点i允许的电压最小值与最大值。

33、本发明技术方案的进一步改进在于：在步骤s3中，调节资源运行约束包括风电光伏出力约束、开关开合闸次数约束、储能系统运行约束、离散无功补偿装置约束以及连续型无功补偿约束，其中，

34、风电光伏出力约束：

35、

36、式中，和分别为t时段节点i的风、光出力；和分别为对应的风电、光伏预测功率；

37、开关开合闸次数约束：

38、

39、式中，ψe为所有支路集合；cmax表示周期内开关开合闸总次数；cd,max表示周期内单个开关开合闸总次数；

40、储能系统运行约束：

41、

42、

43、

44、式中，和分别为t时刻节点i处的充电标志和放电标志；和分别为t时刻节点i处的充电功率和放电功率；和分别为ess有功充放电功率的上限；为t时段节点i处的ess电容量；和分别表示节点i处ess电容量的最小值和最大值；ηloss、ηch和ηdis分别表示电能自损耗率、充电效率和放电效率；

45、离散无功补偿装置约束：

46、

47、

48、

49、式中，ψcb为cb并网点集合；为cb在t时刻节点i处的无功补偿功率；为cb并网组数，是离散变量；为每组cb在t时刻节点i处的无功补偿功率；和分别为并网动作标识，为布尔变量；为周期内投切次数最大值；为节点i处cb每次投切组数最大值；

50、连续型无功补偿约束：

51、

52、式中，ψsvc为svc并网点集合；表示t时刻节点i处svc的无功补偿功率；和分别表示svc在节点i处无功补偿功率的最小值和最大值。

53、本发明技术方案的进一步改进在于：在步骤s3中，所述包含分区电压波动惩罚成本和运行成本的目标函数包括两阶段成本，第一阶段成本包括开关分合闸成本和储能循环成本，第二阶段成本包括弃风弃光成本、储能充放电成本、网损成本、需求响应成本以及分区电压波动成本，所述目标函数表达式为：

54、

55、式中，x为第一阶段变量；ys为第s个场景中的第二阶段变量；ps为各个场景的概率；ψ＝ψ1∩ψ∞为场景概率分布集合，ψ1和ψ∞分别为1-范数和∞-范数；ns为典型场景总数；t调度周期；ψpv和ψwt分别为pv和wt的并网点集合；χwp为弃风弃光成本；ψess为储能装置并网点集合；χess为ess单位充放电成本；χδ为ess单位循环成本；χloss为网损惩罚成本；χkg为为单次开关分合闸费用；ψil和ψtl分别为il和tl负荷接入点集合；χil和χtl分别为il和tl单位响应补偿成本和单位调度成本；为负荷在t时段节点i的预测值；ψb1、ψb2和ψb3分别为居民区、商业区和工业负荷节点；χv1、χv2和χv3分别为居民区、商业区和工业区负荷节点的单位电压偏差成本。

56、ψ1和ψ∞约束为(不确定集)：

57、

58、{ps}的置信度可表示为：

59、

60、简单转换得到：

61、

62、式中，θ1和θ∞分别为1-范数和∞-范数条件下，实际场景概率分布允许的波动值；α1和α∞为概率分布{ps}所满足的置信度；n为原始场景。

63、由于采用了上述技术方案，本发明取得的技术进步是：

64、本发明提出的以主动配电网分区电压波动惩罚成本和运行成本最低为目标函数，整合了包括分布式电源、储能、多种无功补偿装置、以及需求响应负荷等多种可调资源，在此基础上，将开关重构这一灵活调节资源应用于配电网经济、安全、可靠综合运行上，而非传统的降低网损和改善电压水平，有利于充分发挥开关重构在主动配电网综合运行中的效益。

65、本发明提出的考虑不同类型用户参与需求响应调控的差异性，可以在有限宣传资源的前提下对各类型用户需求响应水平进行调控，充分发挥了不同类型用户参与度下的需求响应的调节能力。

66、本发明提出的考虑重构和需求响应用户参与度的主动配电网不确定性多目标优化调度方法，在考虑风光不确定性前提下，以经济性和安全性为优化目标，充分发挥重构和不同类型用户参与度下的需求响应的自身优势以及二者协同配合的潜力，具有重要意义。