一種有源配電網智能軟開關供電恢復方法與流程

本發明涉及一種有源配電網智能軟開關供電恢復策略，特別是關于一種基于二階錐規劃的有源配電網智能軟開關供電恢復方法。
背景技術：
：配電網作為電力系統直接面向用戶的一環，與用戶的聯系最為緊密，對用戶的影響最為直接。相對于傳統配電網，智能配電網從原來單一的電能分配角色轉變為集電能收集、傳輸、存儲與分配為一體的新型電力交換系統，不僅在一次側將借助分布式電源、儲能裝置及靜止無功補償器等裝備以滿足系統運行的經濟性、可靠性與靈活性需求，在二次側還會利用高級配電自動化技術提高系統的信息通信能力與智能化水平，使得電網在可再生能源利用、系統可靠性、電網資產利用率、與用戶互動能力等方面得到顯著提高。故障自愈作為智能配電網的重要特征之一，近年來得到了廣泛關注。智能配電網中設備種類多、控制策略復雜，對故障電壓、短路電流反應靈敏，因此，對智能配電網的故障自愈提出了更高的要求。其中，智能配電網供電恢復作為故障自愈的關鍵一環對系統供電可靠性提升起著重要作用。配電網發生故障后，首先通過故障定位，識別故障位置，然后通過保護裝置進行故障隔離，而后進行供電恢復，恢復受故障影響的非故障區域的供電。如何在保證電壓安全運行水平的前提下，盡可能多的恢復負荷以及充分利用可再生能源，是一個亟待解決的問題。智能軟開關(softopenpoint，sop)是取代傳統聯絡開關的一種新型智能配電裝置，智能軟開關的應用將極大地提高配電系統運行的靈活性和可控性，對此國內外已有學者開展了初步研究，但對智能軟開關在配電網故障自愈過程中發揮的作用卻較少涉及。與聯絡開關相比，智能軟開關的功率控制更加安全可靠，避免了開關操作可能帶來的安全隱患。在故障發生時，由于直流隔離的作用，能夠有效限制故障電流穿越；在供電恢復過程中，能夠為故障側提供有效的電壓支撐，從而可以擴大供電恢復范圍。隨著用戶對定制化電力服務要求的不斷提高，供電恢復的速度也亟待提高。智能軟開關控制周期短、動作速度快，因此，急需一種有源配電網智能軟開關供電恢復方法，用以解決故障隔離后，在保證電壓水平前提下，快速制定智能軟開關的供電恢復策略，實現故障后失電區域的快速恢復供電。技術實現要素：針對有源配電網智能軟開關快速供電恢復問題，本發明的目的是提供一種基于二階錐規劃的有源配電網智能軟開關供電恢復方法，該方法綜合考慮多種系統安全及運行約束，準確、快速求解確定智能軟開關及配電網的供電恢復策略。為實現上述目的，本發明采取以下技術方案：一種有源配電網智能軟開關供電恢復方法，其特征在于包括以下步驟：1)根據選定的已有配電系統，輸入初始參數；2)依據配電系統結構及初始參數，建立有源配電網智能軟開關供電恢復模型；3)根據錐規劃的標準形式對有源配電網智能軟開關供電恢復模型中非線性目標函數和約束條件進行二階錐模型轉化；4)將二階錐規劃模型采用已有的錐規劃求解方法進行求解；5)輸出求解結果，包括各節點電壓幅值、各節點恢復負荷系數和智能軟開關傳輸功率值。進一步，所述步驟1)中，初始參數包括線路參數、負荷水平、網絡拓撲連接關系，配電系統運行電壓水平和支路電流約束，智能軟開關接入位置、容量和損耗系數，系統故障位置，基準電壓和基準功率初值。進一步，所述步驟2)中，有源配電網智能軟開關供電恢復模型包括：設定配電系統恢復有功負荷最大和配電系統總損耗最小的加權和為目標函數，并分別考慮配電系統潮流約束、配電系統運行約束和智能軟開關運行約束。進一步，所述配電系統恢復有功負荷最大和系統總損耗最小的加權和為目標函數為：式中，αr為配電系統負荷恢復的權重系數，αl為配電系統損耗的權重系數，αr＞＞αl；ωn為系統節點的集合，ωb為系統支路的集合；rij為支路ij的電阻，iij為節點i流向節點j的電流幅值；pisop,l為接在節點i上sop產生的損耗；piload為節點i處負荷消耗的有功功率；λi為可恢復節點i上負荷的系數，λi∈[0,1]。進一步，所述配電系統潮流約束為：pi＝pidg+pisop-λipiload(6)式中，xij為支路ij的電抗；pij為支路上節點i流向節點j的有功功率，qij為支路上節點i流向節點j的無功功率；pi為節點i上注入的有功功率之和，pidg節點i上分布式電源注入的有功功率，pisop為節點i上sop注入的有功功率；qi為節點i上注入的無功功率之和，為節點i上分布式電源注入的無功功率，為節點i上sop注入的無功功率，為節點i上負荷消耗的無功功率；ui為節點i的電壓幅值、uj為節點j的電壓幅值。進一步，所述配電系統運行約束為：式中，為節點i電壓幅值的上限，為節點i電壓幅值的下限；是支路ij的電流幅值上限。進一步，所述智能軟開關運行約束為：式中，i、j為sop所接入配電系統的節點編號；為節點i上的sop的損耗系數，為節點j上的sop的損耗系數；pisop,l和分別為接在節點i、j的換流器損耗；和分別為接在節點i、j的換流器容量；為故障側sop控制電壓，u0為故障側節點電壓標幺值的最低限值。進一步，所述步驟3)中，具體轉化過程如下：3.1)定義新變量ui代替節點電壓幅值的平方定義新變量iij代替支路電流幅值的平方將目標函數式和非線性約束條件式(2)～(4)、(8)～(9)線性化，分別得到：(umin)2≤ui≤(umax)2，3.2)將系統潮流約束式(5)松弛為二階錐約束式：||[2pij2qijiij-ui]t||2≤iij+ui；3.3)將sop運行約束式(11)～(14)轉化為旋轉錐約束式：轉化后，由式(6)、(7)和(10)，以及轉化后的目標函數式和非線性約束條件式構成有源配電網智能軟開關供電恢復的二階錐規劃模型。本發明由于采取以上技術方案，其具有以下優點：本發明立足于解決有源配電網快速供電恢復問題，充分考慮智能軟開關運行約束及其對系統潮流的影響以及對故障側電壓幅值與頻率的控制作用，建立有源配電網智能軟開關供電恢復的二階錐規劃模型，可采用現有錐規劃求解工具mosek、cplex進行求解，得到智能軟開關的供電恢復策略。附圖說明圖1是本發明的整體流程示意圖；圖2是改進的ieee33節點算例結構圖；圖3是采用智能軟開關進行供電恢復的示意圖。具體實施方式下面結合附圖和實施例對本發明進行詳細的描述。如圖1所示，本發明提供一種基于二階錐規劃的有源配電網智能軟開關供電恢復方法，其包括以下步驟：1)根據選定的已有配電系統，輸入初始參數；初始參數包括線路參數、負荷水平、網絡拓撲連接關系，配電系統運行電壓水平和支路電流約束，智能軟開關接入位置、容量和損耗系數，系統故障位置，基準電壓和基準功率初值；2)依據步驟1)提供的配電系統結構及初始參數，建立有源配電網智能軟開關供電恢復模型；有源配電網智能軟開關供電恢復模型包括：設定配電系統恢復有功負荷最大和配電系統總損耗最小的加權和為目標函數，并分別考慮配電系統潮流約束、配電系統運行約束和智能軟開關運行約束；具體如下2.1)配電系統恢復有功負荷最大和系統總損耗最小的加權和為目標函數為：式中，αr為配電系統負荷恢復的權重系數，αl為配電系統損耗的權重系數，αr＞＞αl；ωn為系統節點的集合，ωb為系統支路的集合；rij為支路ij的電阻，iij為節點i流向節點j的電流幅值；pisop,l為接在節點i上sop產生的損耗；piload為節點i處負荷消耗的有功功率；λi為可恢復節點i上負荷的系數，λi∈[0,1]。2.2)配電系統潮流約束為：pi＝pidg+pisop-λipiload(6)式中，xij為支路ij的電抗；pij為支路上節點i流向節點j的有功功率，qij為支路上節點i流向節點j的無功功率；pi為節點i上注入的有功功率之和，pidg節點i上分布式電源注入的有功功率，pisop為節點i上sop注入的有功功率；qi為節點i上注入的無功功率之和，為節點i上分布式電源注入的無功功率，為節點i上sop注入的無功功率，為節點i上負荷消耗的無功功率；ui為節點i的電壓幅值，uj為節點j的電壓幅值。2.3)配電系統運行約束為：式中，為節點i電壓幅值的上限，為節點i電壓幅值的下限；是支路ij的電流幅值上限。2.4)智能軟開關運行約束為：式中，i、j為sop所接入配電系統的節點編號；為節點i上的sop的損耗系數，為節點j上的sop的損耗系數；pisop,l和分別為接在節點i、j的換流器損耗；和分別為接在節點i、j的換流器容量；為故障側sop控制電壓，u0為故障側節點電壓標幺值的最低限值。式(1)～(15)即為有源配電網智能軟開關的供電恢復模型。3)根據錐規劃的標準形式對步驟2)中的有源配電網智能軟開關供電恢復模型中非線性目標函數和約束條件進行二階錐模型轉化；具體轉化過程如下：3.1)定義新變量ui代替節點電壓幅值的平方定義新變量iij代替支路電流幅值的平方將目標函數式(1)和非線性約束條件式(2)～(4)、(8)～(9)線性化，分別得到：(umin)2≤ui≤(umax)2(20)3.2)將系統潮流約束式(5)松弛為二階錐約束式：||[2pij2qijiij-ui]t||2≤iij+ui；(22)3.3)將sop運行約束式(11)～(14)轉化為旋轉錐約束式：經過上述轉化，式(6)、(7)、(10)、(16)～(26)構成有源配電網智能軟開關供電恢復的二階錐規劃模型。4)將步驟3)得到的二階錐規劃模型采用已有的錐規劃求解方法進行求解；5)輸出步驟4)的求解結果，包括各節點電壓幅值、各節點恢復負荷系數和智能軟開關傳輸功率值等。實施例：對于本實施例，首先輸入ieee33節點系統中線路元件的阻抗值，負荷元件的有功功率、無功功率，網絡拓撲連接關系，算例結構如圖2所示，詳細參數見表1和表2；表1ieee33節點算例負荷接入位置及功率表2ieee33節點算例線路參數接入5組光伏發電系統，位置和容量見表3；表3分布式電源配置參數接入位置713172730容量/kva300200300400200設定一組智能軟開關sop接入測試算例，取代聯絡開關ts1，如圖3所示，智能軟開關的容量為2.0mva，損耗系數為0.02，故障側節點電壓標幺值的最低限值為1.0，規定從直流側傳遞到交流側的功率方向為正方向；設置支路5-6之間發生永久性三相故障，經故障隔離后，節點6-18與節點26-33所帶負荷全部失電，失電有功負荷總量為2055kw；最后設定系統的基準電壓為12.66kv、基準功率為1mva。為充分驗證本發明方法的先進性，采取如下三種方案進行對比分析：方案1：采用傳統聯絡開關進行供電恢復(內點法求解)；方案2：采用智能軟開關sop進行供電恢復(錐規劃方法求解)，即本發明方法；方案3：采用智能軟開關sop進行供電恢復(內點法求解)。實施例的優化結果見表4，智能軟開關的控制策略見表5。表4不同方案供電恢復結果表5智能軟開關控制方案執行優化計算的計算機硬件環境為intel(r)xeon(r)cpue5-1620，主頻為3.70ghz，內存為32gb；軟件環境為windows7操作系統。對比方案1與方案2可以看出，sop用于有源配電網供電恢復具有很好的應用效果，其通過對故障側電壓提供支撐，擴大了供電恢復范圍，提高了供電恢復能力。分布式電源的接入可為失電區域提供了一定的功率支持，但配電網中接入分布式電源的控制方式多為pq控制，故障發生后，多直接退出運行，造成大量的功率損失，降低了可再生能源的利用率。sop借助其功率傳輸能力與電壓支撐能力，與分布式電源相互配合，為失電區域提供電壓支撐，并為分布式電源補充功率缺額，共同實現失電區域的全部恢復供電，從而全面提升了配電系統的分布式電源消納能力與自愈控制能力。對比方案2和方案3可以看出，二階錐規劃模型的搜索空間具有光滑性、封閉性以及對稱性的特點，與其他非線性規劃模型相比，求解速度得到極大的提高。上述各實施例僅用于說明本發明，各個步驟都是可以有所變化的，在本發明技術方案的基礎上，凡根據本發明原理對個別步驟進行的改進和等同變換，均不應排除在本發明的保護范圍之外。當前第1頁12