一种配电网最优潮流的优化方法及系统与流程

本发明涉及配电网优化，尤其涉及一种配电网最优潮流的优化方法及系统。

背景技术：

1、随着新能源渗透率的日益提高，其出力的随机性及波动性导致配电网潮流变化及电压波动加剧，给配电网安全运行带来威胁，对配电网潮流进行优化的需求愈加迫切。配电网最优潮流计算有助于充分利用并挖掘配电网灵活性资源，对于提升配电网韧性、保障配电网安全运行至关重要，也有助于提升配电网电压质量，降低网络损耗，提升配电网运行经济性。

2、在现有技术中，配电网最优潮流问题通过将配电网最优潮流问题进行二阶锥松弛建模为二阶锥规划模型，并采用对偶内点法求解二阶锥规划模型，但对偶内点法存在迭代次数多或不收敛情况出现频繁的问题，导致最终的潮流计算结果不准，计算效率低下，影响配电网的安全性和稳定性。

3、由此可见，如何提高潮流计算结果的准确性和效率已经成为本领域技术人员所要亟待解决的技术问题。

技术实现思路

1、本发明提供了一种配电网最优潮流的优化方法及系统，以解决如何提高潮流计算结果的准确性和效率的技术问题，实现在配电网最优潮流求解过程中，减少迭代次数，降低不收敛情况出现的频率，提高潮流计算结果的准确性和效率的效果。

2、第一方面，本发明提供了一种配电网最优潮流的优化方法，所述方法包括：获取目标配电网的仿真模型以及所述仿真模型的量测数据，采用所述量测数据对所述仿真模型进行状态评估得到所述仿真模型的初始运行状态信息；

3、基于所述初始运行状态信息，采用广度优先搜索算法从所述仿真模型的电源节点开始搜索，通过图的遍历后生成电气岛信息；

4、基于所述电气岛信息，将配电网最优潮流问题建模为二阶锥规划模型，所述二阶锥规划模型的变量为配电网潮流状态向量；

5、采用改进内点优化算法求解所述二阶锥规划模型的最优配电网潮流状态向量，所述改进内点优化算法被定义为以修正后的原始变量修正步长对所述二阶锥规划模型的原始变量进行迭代更新，以及以修正后的对偶变量修正步长对所述二阶锥规划模型的对偶变量进行迭代更新，再根据迭代更新后的所述原始变量和所述对偶变量进行迭代优化，直至达到收敛或最大允许迭代次数，输出所述最优配电网潮流状态向量；

6、根据所述最优配电网潮流状态向量更新所述仿真模型的配电网潮流状态向量，并根据更新后的所述仿真模型对所述目标配电网的最优潮流参数进行优化。

7、优选的，所述配电网初始运行状态信息包括：节点功率数据、支路载流数据、开关闭合状态和机组出力数据。

8、优选的，所述基于所述电气岛信息，将配电网最优潮流问题建模为二阶锥规划模型，包括：

9、以所述目标配电网的有功网损最小为目标函数，以所述目标配电网的节点有功及无功潮流平衡约束、支路电压约束、支路功率约束、支路电流安全约束、节点电压安全约束、分布式电源有功及无功调节能力约束和储能的有功及无功调节能力约束为约束条件，构建所述二阶锥规划模型；

10、所述二阶锥规划模型的函数表达式为：

11、minf(x)

12、

13、其中，x为配电网潮流状态向量，其维数为n；minf(x)为目标函数，f(x)是配电网潮流状态向量x的线性或二次函数；i为等式约束编号，m为等式约束数量；hi(x)为第i个等式约束的约束函数，是配电网潮流状态向量x的线性或二次函数，j为不等式约束编号；r为不等式约束数量；gj(x)为第j个不等式约束的约束函数，是配电网潮流状态向量x的线性或二次函数；所述等式约束包括所述节点有功及无功潮流平衡约束和所述支路电压约束，所述不等式约束包括所述支路功率约束、所述支路电流安全约束、所述节点电压安全约束、所述分布式电源有功及无功调节能力约束和所述储能的有功及无功调节能力约束。

14、优选的，所述采用改进内点优化算法求解所述二阶锥规划模型的最优变量值，包括：

15、对每个所述不等式约束引入松弛变量，并对每个所述松弛变量引入对数障碍函数项，以对所述二阶锥规划模型中的目标函数进行变换；

16、基于变换后的所述二阶锥规划模型构建拉格朗日函数，所述拉格朗日函数的原始变量包括第一原始变量和第二原始变量，所述拉格朗日函数的对偶变量包括第一对偶变量和第二对偶变量，所述第一原始变量为所述配电网潮流状态向量，所述第二原始变量为所述松弛变量，所述第一对偶变量为所述等式约束对应的拉格朗日乘子向量，所述第二对偶变量为所述不等式约束对应的拉格朗日乘子向量；

17、对所述原始变量和所述对偶变量求偏导，得到所述二阶锥规划模型的库恩图克最优性条件关系式；

18、求解所述库恩图克最优性条件关系式，得到所述第一原始变量的最优变量值，以所述最优变量值作为所述二阶锥规划模型的最优配电网潮流状态向量；

19、求解过程被定义为：基于初始化参数，以及引入的所述第一原始变量、所述第二原始变量、所述第三对偶变量和所述第四对偶变量对应的修正量，生成修正线性方程组；基于所述修正线性方程组对所述二阶锥规划模型的收敛性进行判断，若收敛，则输出所述第一原始变量的最优变量值，若未收敛，则基于引入的原始变量修正步长和对偶变量修正步长，进行迭代优化。

20、优选的，所述基于引入的原始变量修正步长和对偶变量修正步长，进行迭代优化，包括：

21、求解所述修正线性方程组，得到迭代后的所述修正向量；

22、根据所述库恩图克最优性条件关系式的内点性质，确定原始变量最大修正步长和对偶变量最大修正步长；

23、引入所述原始变量修正步长和所述对偶变量修正步长，以所述原始变量修正步长和所述对偶变量修正步长对所述修正向量进行修正；所述原始变量修正步长包括所述配电网潮流状态向量的修正步长；

24、基于修正后的所述修正向量，以所述原始变量最大修正步长和所述对偶变量最大修正步长分别作为范围限定，求解所述原始变量修正步长和对偶变量修正步长；

25、基于求解得到的所述原始变量修正步长和所述对偶变量修正步长，修正所述原始变量和所述对偶变量，以重新对所述二阶锥规划模型的收敛性进行判断，直至达到收敛或所述最大允许迭代次数，输出所述最优变量值。

26、第二方面，本发明还提供了一种配电网最优潮流的优化系统，实现上述所述的配电网最优潮流的优化方法，所述系统包括：数据采集处理单元、电气岛信息生成单元、二阶锥规划模型构建单元、二阶锥规划模型求解单元和配电网最优潮流状态更新单元；

27、所述数据采集处理单元，用于获取目标配电网的仿真模型以及所述仿真模型的量测数据，采用所述量测数据对所述仿真模型进行状态评估得到所述仿真模型的初始运行状态信息；

28、所述电气岛信息生成单元，用于基于所述初始运行状态信息，采用广度优先搜索算法从所述仿真模型的电源节点开始搜索，通过图的遍历后生成电气岛信息；

29、所述二阶锥规划模型构建单元，用于基于所述电气岛信息，将配电网最优潮流问题建模为二阶锥规划模型，所述二阶锥规划模型的变量为配电网潮流状态向量；

30、所述二阶锥规划模型求解单元，用于采用改进内点优化算法求解所述二阶锥规划模型的最优配电网潮流状态向量，所述改进内点优化算法被定义为以修正后的原始变量修正步长对所述二阶锥规划模型的原始变量进行迭代更新，以及以修正后的对偶变量修正步长对所述二阶锥规划模型的对偶变量进行迭代更新，再根据迭代更新后的所述原始变量和所述对偶变量进行迭代优化，直至达到收敛或最大允许迭代次数，输出所述最优配电网潮流状态向量；

31、所述配电网最优潮流状态更新单元，用于根据所述最优配电网潮流状态向量更新所述仿真模型的配电网潮流状态向量，并根据更新后的所述仿真模型对所述目标配电网的最优潮流参数进行优化。

32、优选的，所述配电网初始运行状态信息包括：节点功率数据、支路载流数据、开关闭合状态和机组出力数据。

33、优选的，所述基于所述电气岛信息，将配电网最优潮流问题建模为二阶锥规划模型，包括：

34、以所述目标配电网的有功网损最小为目标函数，以所述目标配电网的节点有功及无功潮流平衡约束、支路电压约束、支路功率约束、支路电流安全约束、节点电压安全约束、分布式电源有功及无功调节能力约束和储能的有功及无功调节能力约束为约束条件，构建所述二阶锥规划模型；

35、所述二阶锥规划模型的函数表达式为：

36、minf(x)

37、

38、其中，x为配电网潮流状态向量，其维数为n；minf(x)为目标函数，f(x)是配电网潮流状态向量x的线性或二次函数；i为等式约束编号，m为等式约束数量；hi(x)为第i个等式约束的约束函数，是配电网潮流状态向量x的线性或二次函数，j为不等式约束编号；r为不等式约束数量；gj(x)为第j个不等式约束的约束函数，是配电网潮流状态向量x的线性或二次函数；所述等式约束包括所述节点有功及无功潮流平衡约束和所述支路电压约束，所述不等式约束包括所述支路功率约束、所述支路电流安全约束、所述节点电压安全约束、所述分布式电源有功及无功调节能力约束和所述储能的有功及无功调节能力约束。

39、优选的，所述采用改进内点优化算法求解所述二阶锥规划模型的最优变量值，包括：

40、对每个所述不等式约束引入松弛变量，并对每个所述松弛变量引入对数障碍函数项，以对所述二阶锥规划模型中的目标函数进行变换；

41、基于变换后的所述二阶锥规划模型构建拉格朗日函数，所述拉格朗日函数的原始变量包括第一原始变量和第二原始变量，所述拉格朗日函数的对偶变量包括第一对偶变量和第二对偶变量，所述第一原始变量为所述配电网潮流状态向量，所述第二原始变量为所述松弛变量，所述第一对偶变量为所述等式约束对应的拉格朗日乘子向量，所述第二对偶变量为所述不等式约束对应的拉格朗日乘子向量；

42、对所述原始变量和所述对偶变量求偏导，得到所述二阶锥规划模型的库恩图克最优性条件关系式；

43、求解所述库恩图克最优性条件关系式，得到所述第一原始变量的最优变量值，以所述最优变量值作为所述二阶锥规划模型的最优配电网潮流状态向量；

44、求解过程被定义为：基于初始化参数，以及引入的所述第一原始变量、所述第二原始变量、所述第三对偶变量和所述第四对偶变量对应的修正量，生成修正线性方程组；基于所述修正线性方程组对所述二阶锥规划模型的收敛性进行判断，若收敛，则输出所述第一原始变量的最优变量值，若未收敛，则基于引入的原始变量修正步长和对偶变量修正步长，进行迭代优化。

45、优选的，所述基于引入的原始变量修正步长和对偶变量修正步长，进行迭代优化，包括：

46、求解所述修正线性方程组，得到迭代后的所述修正向量；

47、根据所述库恩图克最优性条件关系式的内点性质，确定原始变量最大修正步长和对偶变量最大修正步长；

48、引入所述原始变量修正步长和所述对偶变量修正步长，以所述原始变量修正步长和所述对偶变量修正步长对所述修正向量进行修正；所述原始变量修正步长包括所述配电网潮流状态向量的修正步长；

49、基于修正后的所述修正向量，以所述原始变量最大修正步长和所述对偶变量最大修正步长分别作为范围限定，求解所述原始变量修正步长和对偶变量修正步长；

50、基于求解得到的所述原始变量修正步长和所述对偶变量修正步长，修正所述原始变量和所述对偶变量，以重新对所述二阶锥规划模型的收敛性进行判断，直至达到收敛或所述最大允许迭代次数，输出所述最优变量值。

51、本发明提供了一种配电网最优潮流的优化方法及系统，相比于现有技术，本发明实施例具有以下有益效果：

52、以修正后的原始变量修正步长对二阶锥规划模型的原始变量进行迭代更新，以及以修正后的对偶变量修正步长对二阶锥规划模型的对偶变量进行迭代更新，再根据迭代更新后的原始变量和对偶变量进行迭代优化，直至达到收敛或最大允许迭代次数，输出最优配电网潮流状态向量，具有更好的收敛性和更小的误差，能够有效提升配网最优潮流计算的可靠性和准确性。