專(zhuān)利名稱(chēng)：一種計(jì)及分布式電源的配網(wǎng)合環(huán)電流計(jì)算方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種計(jì)及分布式電源的配網(wǎng)合環(huán)電流計(jì)算方法，建立了分布式電源的協(xié)調(diào)優(yōu)化模型，采用非線性原-對(duì)偶內(nèi)點(diǎn)法進(jìn)行模型求解，提出了一種兩階段弱環(huán)配電網(wǎng)潮流計(jì)算方法，能夠有效地計(jì)算含分布式電源的配網(wǎng)合環(huán)電流。
背景技術(shù)：
目前，我國(guó)城市和城市郊區(qū)IOkV配電網(wǎng)絡(luò)普遍采用環(huán)網(wǎng)設(shè)計(jì)、開(kāi)環(huán)運(yùn)行的模式，大多數(shù)IOkV線路具備兩兩相互供電的能力，具備了不停電轉(zhuǎn)負(fù)荷的基礎(chǔ)條件。IOkV配網(wǎng)合環(huán)操作是電力系統(tǒng)針對(duì)停電管理方法推出的新舉措。當(dāng)配網(wǎng)檢修或系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，可通過(guò)合環(huán)操作實(shí)現(xiàn)負(fù)荷轉(zhuǎn)移，避免用戶(hù)停電，提高供電的可靠性。而且，通過(guò)選擇適當(dāng)?shù)暮檄h(huán)點(diǎn)可以達(dá)到負(fù)荷的最優(yōu)分配，避免了長(zhǎng)距離送電造成的電能損耗，滿足了經(jīng)濟(jì)性的要求。另一方面，分布式電源(distributed generation,以下簡(jiǎn)稱(chēng)DG)作為一種高效、可靠、經(jīng)濟(jì)的發(fā)電方式，近年來(lái)得到了國(guó)內(nèi)外的廣泛關(guān)注，并在配網(wǎng)中得到逐步應(yīng)用和推廣。但DG在配網(wǎng)的出現(xiàn)會(huì)帶來(lái)方方面面的影響，其中對(duì)合環(huán)操作的影響較為復(fù)雜，合環(huán)電流的大小與DG的類(lèi)型、容量、和位置等因素密切相關(guān)，若不加以定量分析，則有可能影響合環(huán)操作的成功率，從而影響供電可靠性，目前國(guó)內(nèi)對(duì)配電網(wǎng)合環(huán)問(wèn)題的研究剛剛起步，并且大部分都是對(duì)合環(huán)出現(xiàn)問(wèn)題之后的事后理論分析，并沒(méi)有形成一套完整的合環(huán)操作分析理論，更缺乏對(duì)含DG的配網(wǎng)合環(huán)電流的定量分析方法，亟需這方面的實(shí)用化理論和方法來(lái)指導(dǎo)實(shí)踐。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是為了解決上述問(wèn)題，提供一種完整的配網(wǎng)合環(huán)操作的計(jì)算方法，它具有計(jì)算速度快、分析結(jié)果準(zhǔn)確的優(yōu)點(diǎn)，且能合理計(jì)及DG并網(wǎng)的影響。本發(fā)明改進(jìn)了原有的前推回代法，使其更適用于并入DG的弱環(huán)配電網(wǎng)的合環(huán)電流計(jì)算，在此基礎(chǔ)上，建立DG最優(yōu)協(xié)調(diào)模型，使得合環(huán)操作產(chǎn)生的穩(wěn)態(tài)電流和沖擊電流最小化，避免引起保護(hù)誤動(dòng)作等不利影響，為智能電網(wǎng)環(huán)境下的合環(huán)操作提供科學(xué)的參考依據(jù)。為實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:一種計(jì)及分布式電源的配網(wǎng)合環(huán)電流計(jì)算方法，包括如下步驟:步驟1，讀入配電網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)和運(yùn)行數(shù)據(jù)；步驟2，根據(jù)合環(huán)操作的任務(wù)內(nèi)容，形成合閘支路集，該集合由待合閘開(kāi)關(guān)所在的支路構(gòu)成；步驟3，建立DG協(xié)調(diào)控制的目標(biāo)函數(shù)，以可控DG的運(yùn)行狀態(tài)為控制變量，以合閘支路流過(guò)的電流最小為控制目標(biāo)。步驟4，確立DG協(xié)調(diào)控制的約束條件，所述約束條件包括配電系統(tǒng)的功率平衡約束、支路電流約束和DG運(yùn)行狀態(tài)約束。步驟5，應(yīng)用原-對(duì)偶內(nèi)點(diǎn)法對(duì)DG最優(yōu)協(xié)調(diào)控制模型進(jìn)行求解。步驟6，根據(jù)優(yōu)化算法的結(jié)果對(duì)DG進(jìn)行狀態(tài)調(diào)整，并輸出各合環(huán)支路的穩(wěn)態(tài)電流。
步驟7，根據(jù)沖擊系數(shù)和各合環(huán)支路的穩(wěn)態(tài)電流來(lái)求解并輸出各合環(huán)支路的沖擊電流。作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述步驟5中，首先對(duì)原對(duì)偶變量等進(jìn)行初始化操作，然后計(jì)算目標(biāo)函數(shù)和約束條件的梯度并形成雅可比矩陣，進(jìn)而計(jì)算約束條件的二階偏導(dǎo)數(shù)并形成海森矩陣，形成簡(jiǎn)化的修正方程式，其中左側(cè)系數(shù)矩陣和右端項(xiàng)具有稀疏特征，采用全選主元-高斯約當(dāng)消去法求解線性方程組，同時(shí)為提高計(jì)算效率，對(duì)所有的稀疏矩陣采取稀疏三角存儲(chǔ)和稀疏運(yùn)算技術(shù)。通過(guò)求解修正方程式，得到原-對(duì)偶變量、狀態(tài)變量、和對(duì)偶間隙的修正值，進(jìn)一步得到新的目標(biāo)函數(shù)值、等式函數(shù)值和不等式函數(shù)值，然后進(jìn)行反復(fù)迭代求解，直至得到滿足收斂條件的最優(yōu)解。其中目標(biāo)函數(shù)值和等式函數(shù)值需通過(guò)改進(jìn)的兩階段潮流算法求解。進(jìn)一步地，所述步驟5需要通過(guò)潮流算法求解目標(biāo)函數(shù)值和等式函數(shù)值，由于合環(huán)后的配電網(wǎng)絡(luò)形成了一種弱環(huán)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，而傳統(tǒng)的前推回代潮流算法雖然計(jì)算效率較高，但不適于求解環(huán)式網(wǎng)絡(luò)，為此，本發(fā)明在傳統(tǒng)的前推回代算法基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)，形成兩階段配網(wǎng)潮流算法，主要步驟包括:I)根據(jù)輸入的原始數(shù)據(jù)，按廣度搜索算法進(jìn)行配網(wǎng)拓?fù)浞治觯?)按支路追加法建立配電網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)阻抗矩陣；3)將弱環(huán)配電網(wǎng)絡(luò)解環(huán)，從而形成兩個(gè)及以上的輻射型網(wǎng)絡(luò)。4)將DG所在節(jié)點(diǎn)視為恒功率節(jié)點(diǎn)，計(jì)算各節(jié)點(diǎn)的注入電流。5)以解環(huán)點(diǎn)兩側(cè)節(jié)點(diǎn)為末端，向電源端回代，逐步求取各支路的電流值。6)以電源端為起點(diǎn)，根據(jù)各支路電流和阻抗參數(shù)前推求解各節(jié)點(diǎn)電壓。7)計(jì)算各節(jié)點(diǎn)的電壓修正量。8)根據(jù)電壓修正量計(jì)算解環(huán)點(diǎn)兩側(cè)節(jié)點(diǎn)處的功率失配量，并對(duì)相應(yīng)節(jié)點(diǎn)的功率進(jìn)行修正。9)當(dāng)滿足電壓修正量最大值小于預(yù)先定義的計(jì)算精度的收斂條件時(shí)，迭代結(jié)束，輸出弱環(huán)配電網(wǎng)的潮流計(jì)算結(jié)果，否則轉(zhuǎn)4)進(jìn)行下次迭代。本發(fā)明的原理及改進(jìn)為:I計(jì)及分布式電源的合環(huán)穩(wěn)態(tài)電流的計(jì)算。對(duì)于純輻射狀配電網(wǎng)的潮流計(jì)算，前推回代法是一種較為簡(jiǎn)便的計(jì)算方法。但由于對(duì)配電網(wǎng)采取合環(huán)操作，使其由純輻射結(jié)構(gòu)變?yōu)槿醐h(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)，傳統(tǒng)的前推回代法已不能滿足其計(jì)算的要求。因此，本發(fā)明采用兩階段法將弱環(huán)網(wǎng)分解為純輻射網(wǎng)分別進(jìn)行計(jì)算，通過(guò)逐步逼近的方式得到潮流結(jié)果。計(jì)算過(guò)程中，依據(jù)DG特性和接入配網(wǎng)方式的不同，對(duì)其進(jìn)行不同的等值處理，從而在每一步迭代時(shí)計(jì)算各DG的等值注入。2合環(huán)沖擊電流的簡(jiǎn)化計(jì)算。合環(huán)操作產(chǎn)生的沖擊電流大小與電路的等值阻抗、時(shí)間常數(shù)等有關(guān)，精確計(jì)算較為復(fù)雜，且某些參數(shù)難以獲取。本發(fā)明依據(jù)配電系統(tǒng)中沖擊電流與穩(wěn)態(tài)電流的近似函數(shù)關(guān)系，得出合環(huán)沖擊電流的簡(jiǎn)化計(jì)算方法，在保證計(jì)算精度的前提下，大大提高了計(jì)算速度。3合環(huán)操作的DG最優(yōu)協(xié)調(diào)控制。DG并入配網(wǎng)后改變了配網(wǎng)的結(jié)構(gòu)和潮流流向，從合環(huán)操作的角度來(lái)看，DG的類(lèi)型、運(yùn)行狀態(tài)、DG與合環(huán)點(diǎn)的相對(duì)位置等因素均會(huì)對(duì)合環(huán)電流產(chǎn)生重要而復(fù)雜的影響，通過(guò)仿真分析可以發(fā)現(xiàn)，某些位置的DG會(huì)對(duì)合環(huán)電流起助增作用，另一些則恰好相反。若能在合環(huán)操作前適當(dāng)調(diào)節(jié)某些DG (即非用戶(hù)側(cè)的可控DG)的運(yùn)行狀態(tài)，使得合環(huán)電流減小，則會(huì)大大提高合環(huán)操作的可靠性。但當(dāng)DG的滲透率較高時(shí)，靠人工經(jīng)驗(yàn)判斷DG對(duì)合環(huán)的影響程度將極為困難。本發(fā)明通過(guò)建立合環(huán)操作的DG最優(yōu)調(diào)節(jié)數(shù)學(xué)模型，并結(jié)合非線性原-對(duì)偶內(nèi)點(diǎn)法進(jìn)行求解，得到了含多DG的配電系統(tǒng)合環(huán)操作方案。本發(fā)明的有益效果:I可以根據(jù)改進(jìn)的兩階段法對(duì)含DG的弱環(huán)配電網(wǎng)進(jìn)行三相潮流分析，從而確定任一合環(huán)點(diǎn)任一相的穩(wěn)態(tài)電流大??；2能夠充分發(fā)揮DG的調(diào)節(jié)作用，在合環(huán)操作前對(duì)DG的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，從而達(dá)到減小合環(huán)穩(wěn)態(tài)電流和沖擊電流的目的，為智能電網(wǎng)環(huán)境下的合環(huán)操作提供科學(xué)依據(jù)。3所采用的原-對(duì)偶內(nèi)點(diǎn)解法具有收斂性和魯棒性好的優(yōu)點(diǎn)，適合求解大型非線性?xún)?yōu)化問(wèn)題，有利于合環(huán)操作前對(duì)DG進(jìn)行快速協(xié)調(diào)優(yōu)化。


圖1是本發(fā)明的原理流程圖。圖2是原_對(duì)偶內(nèi)點(diǎn)法流程圖。圖3是兩階段弱環(huán)配電網(wǎng)潮流計(jì)算流程圖。圖4是弱環(huán)配電網(wǎng)解環(huán)示意圖。其中，圖4中，[7,和廣,+1分別為節(jié)點(diǎn)i和節(jié)點(diǎn)i+Ι的電壓相量；乙和I分別為節(jié)
點(diǎn)i和節(jié)點(diǎn)i+Ι的注入電流相量；/,+1為支路i+Ι的電流相量；Ri+1+jXi+1為支路i+Ι的等值阻抗。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖與實(shí)例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明。如圖1所示，對(duì)于計(jì)及DG的配網(wǎng)合環(huán)電流分析，它的步驟為:步驟1，數(shù)據(jù)初始化，讀入配電網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)和運(yùn)行數(shù)據(jù)；步驟2，根據(jù)合環(huán)操作的任務(wù)內(nèi)容，形成合閘支路集C，該集合由待合閘開(kāi)關(guān)所在的支路構(gòu)成；步驟3，建立DG協(xié)調(diào)控制的目標(biāo)函數(shù)，以可控DG的運(yùn)行狀態(tài)為控制變量，以合閘支路流過(guò)的電流最小為控制目標(biāo)，目標(biāo)函數(shù)如下:min Ilc；k(Sg；i；Vg；i； Ig；i) k e C，i e G其中，Ilc;，k為第k條合閘支路流過(guò)的電流，G為可控DG構(gòu)成的集合，S&1、Vg，i和I&i分別為第i個(gè)DG的注入復(fù)功率、端電壓和注入電流。步驟4，確立DG協(xié)調(diào)控制的約束條件，本發(fā)明考慮的約束條件包括配電系統(tǒng)的功率平衡約束、支路電流約束、和DG運(yùn)行狀態(tài)約束，具體如下:功率平衡約束:
權(quán)利要求
1.一種計(jì)及分布式電源的配網(wǎng)合環(huán)電流計(jì)算方法，其特征是，包括如下步驟: 步驟1，讀入配電網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)和運(yùn)行數(shù)據(jù)； 步驟2，根據(jù)合環(huán)操作的任務(wù)內(nèi)容，形成合閘支路集，該集合由待合閘開(kāi)關(guān)所在的支路構(gòu)成； 步驟3，建立DG協(xié)調(diào)控制的目標(biāo)函數(shù)，以可控DG的運(yùn)行狀態(tài)為控制變量，以合閘支路流過(guò)的電流最小為控制目標(biāo)； 步驟4，確立DG協(xié)調(diào)控制的約束條件，所述約束條件包括配電系統(tǒng)的功率平衡約束、支路電流約束和DG運(yùn)行狀態(tài)約束； 步驟5，應(yīng)用原-對(duì)偶內(nèi)點(diǎn)法對(duì)DG最優(yōu)協(xié)調(diào)控制模型進(jìn)行求解； 步驟6，根據(jù)優(yōu)化算法的結(jié)果對(duì)DG進(jìn)行狀態(tài)調(diào)整，并輸出各合環(huán)支路的穩(wěn)態(tài)電流； 步驟7，根據(jù)沖擊系數(shù)和各合環(huán)支路的穩(wěn)態(tài)電流來(lái)求解并輸出各合環(huán)支路的沖擊電流。
2.如權(quán)利要求1所述的計(jì)及分布式電源的配網(wǎng)合環(huán)電流計(jì)算方法，其特征是，所述步驟5中，首先對(duì)原對(duì)偶變量進(jìn)行初始化操作，然后計(jì)算目標(biāo)函數(shù)和約束條件的梯度并形成雅可比矩陣，進(jìn)而計(jì)算約束條件的二階偏導(dǎo)數(shù)并形成海森矩陣，形成簡(jiǎn)化的修正方程式，其中左側(cè)系數(shù)矩陣和右端項(xiàng)具有稀疏特征，采用全選主元-高斯約當(dāng)消去法求解線性方程組；通過(guò)求解修正方程式，得到原-對(duì)偶變量、狀態(tài)變量、和對(duì)偶間隙的修正值，進(jìn)一步得到新的目標(biāo)函數(shù)值、等式函數(shù)值和不等式函數(shù)值，然后進(jìn)行反復(fù)迭代求解，直至得到滿足收斂條件的最優(yōu)解。
3.如權(quán)利要求2所述的計(jì)及分布式電源的配網(wǎng)合環(huán)電流計(jì)算方法，其特征是，采用全選主元-高斯約當(dāng)消去法求解線性方程組的同時(shí)，對(duì)所有的稀疏矩陣采取稀疏三角存儲(chǔ)和稀疏運(yùn)算方法。
4.如權(quán)利要求2所述的計(jì)及分布式電源的配網(wǎng)合環(huán)電流計(jì)算方法，其特征是，所述步驟5，通過(guò)兩階段配網(wǎng)潮流算法求解目標(biāo)函數(shù)值和等式函數(shù)值，步驟包括: 1)根據(jù)輸入的原始數(shù)據(jù)，按廣度搜索算法進(jìn)行配網(wǎng)拓?fù)浞治觯? 2)按支路追加法建立配電網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)阻抗矩陣； 3)將弱環(huán)配電網(wǎng)絡(luò)解環(huán)，從而形成兩個(gè)及以上的輻射型網(wǎng)絡(luò)； 4)將DG所在節(jié)點(diǎn)視為恒功率節(jié)點(diǎn)，計(jì)算各節(jié)點(diǎn)的注入電流； 5)以解環(huán)點(diǎn)兩側(cè)節(jié)點(diǎn)為末端，向電源端回代，逐步求取各支路的電流值； 6)以電源端為起點(diǎn)，根據(jù)各支路電流和阻抗參數(shù)前推求解各節(jié)點(diǎn)電壓； 7)計(jì)算各節(jié)點(diǎn)的電壓修正量； 8)根據(jù)電壓修正量計(jì)算解環(huán)點(diǎn)兩側(cè)節(jié)點(diǎn)處的功率失配量，并對(duì)相應(yīng)節(jié)點(diǎn)的功率進(jìn)行修正； 9)當(dāng)滿足電壓修正量最大值小于預(yù)先定義的計(jì)算精度的收斂條件時(shí)，迭代結(jié)束，輸出弱環(huán)配電網(wǎng)的潮流計(jì)算結(jié)果，否則轉(zhuǎn)4)進(jìn)行下次迭代。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種計(jì)及分布式電源的配網(wǎng)合環(huán)電流計(jì)算方法，通過(guò)建立分布式電源的協(xié)調(diào)優(yōu)化模型，結(jié)合原-對(duì)偶內(nèi)點(diǎn)方法，對(duì)分布式電源的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，以減小合環(huán)操作電流。對(duì)弱環(huán)配電網(wǎng)采用一種改進(jìn)的兩階段法計(jì)算合環(huán)回路的潮流分布，為智能電網(wǎng)環(huán)境下順利實(shí)施合環(huán)操作和提高供電可靠性提供了理論支持和方法參考。
文檔編號(hào)H02J3/38GK103208818SQ20131013250
公開(kāi)日2013年7月17日 申請(qǐng)日期2013年4月16日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月16日
發(fā)明者吉興全, 白星振, 李可軍, 房靜靜, 孫瑩 申請(qǐng)人:山東科技大學(xué)