一种低压交直流网架适用性边界分析方法及系统与流程

本发明涉及交直流配电网，特别是一种低压交直流网架适用性边界分析方法及系统。

背景技术：

1、近年来随着分布式光伏、电动汽车等直流负荷在低压配电网中的广泛接入，低压配电网由于其基础网架薄弱、辐射状供电、调控手段有限等原因，电压越限、三相不平衡等多种电能质量问题频发。而交直流混合配电网具有损耗低、供电能力强、可灵活互联的优势，在原有交流配电线路的基础上同杆架设直流线路，或将一段原交流线路改造为直流线路，并通过能量路由器实现交流、直流侧信息流和电能流的高度融合，可有效提高配电网对分布式光伏的消纳水平，解决多种电能质量问题。

2、然而交直流混合配电网建设方案较多，选择不合适的改造方案反而会降低配电网运行效果。现有研究中少有文献对比分析不同交直流改造方案的特点，缺乏给出不同方案使用场景的研究。为真正发挥交直流混合配电网的能力，需要针对大规模电动汽车、分布式光伏接入的典型配电台区，分析不同情景下交直流混合配电网改造的适应边界条件。现有文献中，有关于交直流混合配电网相较交流配电网在损耗、三相不平衡度、谐波方面提升程度的分析，缺乏经济性方面的考虑。此外，关于交直流网架中储能、光伏、电动汽车充电桩优化配置的研究，缺少对不同交直流网架改造方案特点优势的分析，无法从源头上指导交直流改造工程的建设。

技术实现思路

1、鉴于现有的低压交直流网架适用性边界分析及系统中存在的问题，提出了本发明。

2、因此，本发明所要解决的问题在于现有技术对于交直流混合配电网相较于交流配电网在损耗、三相不平衡度、谐波方面提升程度的分析，缺乏经济性方面的考虑，且缺少对不同交直流网架改造方案特点优势的分析。

3、为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：

4、第一方面，本发明实施例提供了一种低压交直流网架适用性边界分析方法，其包括，基于原始交流台区情景下的潮流计算，确定交直流改造方案中fvr设备的调控模式。根据初始潮流计算，若当前台区未出现电压越限问题，则设定fvr设备工作于潮流优化模式，通过有功、无功调节降低台区损耗。若当前台区出现电压越限问题，则设定fvr设备工作于电压调节模式，通过计算台区末端电压确定模式，优先进行有功功率调节，调节后多余容量进行无功优化。将优化的vsc调控量与节点光伏无功优化量分别代入交直流与交流潮流计算模型，计算最终的经济性指标值。

5、作为本发明所述低压交直流网架适用性边界分析方法的一种优选方案，其中：所述原始交流台区情景下的潮流计算是基于交流网架进行光伏逆变器的无功优化，进一步的构建交流优化模型确定模型的目标函数。所述目标函数表示为：

6、

7、其中，ρ(t)为t时段的成本电价，为交流线路损耗；δt为时间间隔。

8、作为本发明所述低压交直流网架适用性边界分析方法的一种优选方案，其中：对所述交流优化模型确定约束条件，包括潮流约束，电压约束和光伏容量约束；选取一条支路在t时刻下的运行状态建立支路潮流模型，则该条支路的潮流约束表示为：

9、

10、

11、

12、

13、其中，i、j为节点编号；ui,t、uj,t分别为节点i、j的电压；pi,t、pj,t分别为节点i、j的有功注入功率；qi,t、qj,t分别为节点i、j无功注入功率；pij,t和qij,t分别为支路ij的首端有功无功功率；rij+jxij为支路ij的阻抗；pjk,t和qjk,t分别为支路jk的首端有功无功功率；k:j→k为以节点j为父节点的子节点集合。所述电压约束为：

14、

15、其中，为交流节点i处所允许的电压上下限。所述光伏容量约

16、束表示为：

17、

18、其中，pipv与分别为节点i所接光伏的有功出力与无功优化量；为节点i所接光伏的容量上限。

19、作为本发明所述低压交直流网架适用性边界分析方法的一种优选方案，其中：所述初始潮流计算是基于交直流优化模型确定，所述交直流优化模型的目标函数表示为：

20、

21、其中，ρ(t)为t时段的成本电价；与分别为交、直流线路损耗；kc为换流器的损耗百分比，pci(t)为节点i换流站传输功率；δt为时间间隔。对交直流优化模型的约束条件在交流优化模型的基础上增加直流潮流约束、直流节点电压约束和vsc调控量约束。所述直流潮流约束表示为：

22、

23、其中，pi为注入i节点的有功功率；gij为节点i与j间的电导、电纳、相角，vidc、分别为直流节点i、j的电压幅值。所述直流节点电压约束表示为：

24、

25、其中，为节点i处所允许的电压上下限。所述vsc调控量约束表示为：

26、

27、其中，pivsc与分别为节点i所连接vsc的有功与无功调控量；为节点i所接vsc的容量上限。

28、作为本发明所述低压交直流网架适用性边界分析方法的一种优选方案，其中：若未出现电压越限问题，则设定fvr设备工作于潮流优化模式，所述潮流优化模式和电压调节模式的vsc调控量约束为：

29、

30、其中，pistart与piend分别为首末端vsc第i相的有功调控量。

31、作为本发明所述低压交直流网架适用性边界分析方法的一种优选方案，其中：若出现电压越限问题，则设定fvr设备工作于电压调节模式，所述电压调节模式分为高、低电压调节模式，

32、高电压调节模式下，对于末端vsc有：

33、piend≤0，i∈{a,b,c}                          (12)

34、低电压调节模式下，对于末端vsc有：

35、piend≥0，i∈{a,b,c}                          (13)

36、其中，piend为vsc各相流过的有功功率，其值为正表示注入节点功率，反之表示从节点吸收功率。

37、作为本发明所述低压交直流网架适用性边界分析方法的一种优选方案，其中：利用socr将模型转换为高效求解的标准二阶锥规划问题，引入变量：

38、

39、

40、其中，αi,t和βij,t分别为t时段内节点i电压的二次方和支路ij电流的二次方，将其代入式(1)～(4)，其中式(1)～(3)转化为线性函数与线性约束，利用socr对式(4)进行处理，得：

41、

42、经过等价变换，式(17)写为标准二阶锥形式，即：

43、

44、其中，||||2为二范数。

45、第二方面，本发明实施例提供了一种低压交直流网架适用性边界分析系统，其包括：调控模块，用于确定交直流改造方案中fvr设备的调控模式。选择模块，用于根据当前台区是否出现电压越限问题，选择对应的优化模式。计算模块，用于将优化的vsc调控量与节点光伏无功优化量分别代入交直流与交流潮流计算模型，计算最终的经济性指标值。

46、第三方面，本发明实施例提供了一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其中：所述处理器执行所述计算机程序时实现上述的低压交直流网架适用性边界分析方法的任一步骤。

47、第四方面，本发明实施例提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其中：所述计算机程序被处理器执行时实现上述的低压交直流网架适用性边界分析方法的任一步骤。

48、本发明有益效果为本发明考虑vsc不同情景下相应的调控模式，得出交直流网架最优运行数据，能够更准确地分析交直流方案的优势。通过二阶锥松弛的方法提高了模型的求解效率，在相当宽松的可行域条件下仍可保持模型求解的准确性。基于光伏、负荷接入量划分场景，对比分析了不同改造方案的适用边界，可对实际工程建设提供指导意见。相比于现有技术使用智能优化算法进行模型求解，使用二阶锥松弛方法可以极大的提高计算效率，并保证结果不落入局部最优。