【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于输配电系统，具体涉及一种混合输配电系统分布式随机优化及负荷转供方法。
技术介绍
1、输配电系统是一个具有“源-网-荷”时空耦合特性的混合物理系统，输、配电系统间通过变电站节点实现信息交互口，在传统潮流流向下，输电系统相对于配电系统可视为一个虚拟发电厂，而配电系统相对于输电系统可视为一个虚拟负荷，近年来，随着分布式电源(dg)在配电系统层面的大规模接入，配电系统实现了从无源到有源的转变，而现有独立运行规划方法难以解决高比例可再生能源接入带来的电压越限、dg消纳、线路阻塞等系统运行问题，与此同时，由于dg出力、负荷接入具有时变特性为保证系统安全可靠运行，规划问题需充分计及以上不确定因素给系统运行带来的影响，因此，有必要综合利用系统协同理论和随机规划实现输配电系统运行的全局优化；另外随着国民经济的发展，电网规模日益扩大化和复杂化，电网发生故障的几率也相应增大，当配电网发生故障后，如何通过开关的开闭以及负荷的切除等操作在保证网络满足安全约束的前提下，使故障发生后尽快恢复失电区内尽量多负荷的供电，以使损失最小化成为亟待解决的问题；因此，提供一种利用分解优化建模、构建二阶锥规划模型、结合生成树和环路矩阵、负荷切除时考虑可控性的一种混合输配电系统分布式随机优化及负荷转供方法是非常有必要的。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是为了克服现有技术的不足，而提供一种利用分解优化建模、构建二阶锥规划模型、结合生成树和环路矩阵、负荷切除时考虑可控性的一种混合输配电系统分布式随机优化及负荷转供
2、本专利技术的目的是这样实现的：一种混合输配电系统分布式随机优化及负荷转供方法，包括以下步骤：
3、步骤1：构建输配电系统分布式优化规划模型；
4、步骤2：分布式优化求解：采用基于atc的分布式优化算法对联合优化规划模型加以求解；
5、步骤3：建立负荷转供数学模型：控制变量为线路上的开关和失电区域内负荷点的负荷切除量；
6、步骤4：采用启发式算法进行不需要负荷切除时解的快速搜索；
7、步骤5：如果无法将失电区域内负荷全部恢复，则采用粒子群算法随机优化进行负荷的切除以保证系统满足安全约束。
8、所述步骤1中的构建输配电系统分布式优化规划模型包括以下步骤：
9、步骤1.1：分解优化建模；
10、步骤1.2：共享变量建模：选取输、配电系统间的交换有功功率作为共享变量，假设交换功率的正方向由输电系统流向配电系统，则其相对于配电系统来说可以看作一个虚拟发电厂，对输电系统来说可以看作一个虚拟负荷，当共享变量为负值时，则表示功率由配电系统传输至相邻输电系统，因此，共享变量可表达为：t2q,s＝pt,q,s(5)，r2q,s＝pd,q,s(6)，式中，pt,q,s、pd,q,s分别为场景s下，在输电系统侧和配电系统侧，输电系统与第q个配电系统间的交换有功功率；
11、步骤1.3：输电系统规划子模型；
12、步骤1.4：配电系统规划子模型。
13、所述步骤1.3中的输电系统规划子模型，具体为：对于输电系统，与投资有关的决策变量为新建线路，而与运行有关的决策变量为发电机出力和与各个配电系统相连的交换功率，其优化目标为：
14、式中，为二进制变量；为走廊ij上新建线路数；为走廊ij上新建线路的单位投资成本；lij为走廊ij的长度；cg,i(·)为位于节点i发电机的发电成本函数；pg,i,s为场景s下位于节点i发电机的有功出力；ρt,q为输电系统从相连的第q个配电系统购电的单位电价；ωc、ωg、ωd分别为待新建线路走廊集、发电机安装节点集和配电系统集；所述输电系统规划子模型的约束条件包括新建线路数约束、输电系统节点功率平衡约束、已有线路直流潮流约束、新建线路直流潮流约束、已有线路容量约束、新建线路容量约束、发电机出力约束以及输电系统侧共享变量约束。
15、所述步骤1.4中的配电系统规划子模型具体为：对于配电系统q，与投资有关的决策变量为改造线路、新建线路和变电站扩容，而与运行有关的决策变量为dg出力和与输电系统的交换功率，其优化目标为：式中，为二进制变量；uss同为二进制变量；css分别为走廊护ij上改造线路的单位投资成本和变电站ss扩容成本；cdg,i(·)为位于节点i的dg发电成本函数；pdg,i,s为场景s下位于节点i的dg有功出力；ρd,q为配电系统q向输电系统供电的单位电价；ωs、ωdg分别为已有变电站集和dg安装节点集；所述配电系统规划子模型的约束条件包括改造线路数约束、配电系统节点功率平衡约束、线路潮流方程、线路容量约束、节点电压约束、dg出力约束、辐射状约束以及配电系统侧共享变量约束。
16、所述步骤2中的分布式优化求解包括以下步骤：
17、步骤2.1：二阶锥松弛配电系统规划子模型；
18、步骤2.2：采用基于atc的分布式优化算法对联合优化规划模型求解。
19、所述步骤2.1中的二阶锥松弛配电系统规划子模型具体为：综合利用大m法和二阶锥松弛将式(18)-(21)和式(27)含有交叉项和二次项非线性项的非凸优化问题转换为二阶锥规划模型凸优化问题，通过引入两个新变量和一个足够大的正数m，式(18-(23)和式(27)可以改写为：
20、(vimin)2≤ui,s≤(vimax)2(35)，式(29)可以松弛为二阶锥约束，即：经过上述转换，从而将原配电系统规划子问题建模为凸二阶锥规划问题。
21、所述步骤2.2中的采用基于atc的分布式优化算法对联合优化规划模型求解，包括以下步骤：
22、步骤2.21：置内层循环迭代次数初值l＝0和外层循环迭代次数初值d＝0，设定一致性约束罚函数系数权重和输电系统侧共享变量
23、步骤2.22：令l＝l+1，求解第q个配电系统规划子问题，得到配电系统侧共享变量
24、步骤2.23：求解输电系统规划子问题，得到输电系统侧共享变量
25、步骤2.24：判断内层循环是否收敛，其中，内层循环收敛判据为如果不收敛，返回步骤2.22，否则继续；
26、步骤2.25：判断外层循环是否收敛，其中，外层循环收敛判据为|cd|≤ε2(40)，cd-cd-1|≤ε3(41)，如果收敛，则输出最优解并退出循环，否则继续；
27、步骤2.26：令d＝d+1，根据式更新致性约束罚函数系数和权重的数值；
28、步骤2.27：设定和l＝0，返回步骤2.22。
29、所述步骤3中的建立负荷转供数学模型具体为：①负荷切除量最少：②开关动作次数之和最少：同时恢复策略需要满足的约束条件有：①拓扑结构约束：系统保持没有闭环和孤岛的辐射状态；②支路电流不越限：ii≤ii,n，式中，ii为流经线路i的稳态电流；ii,n为线路i的额定电流；③母线电压不越限：ui,min≤ui≤ui,max，式中，ui,min、ui,max分别为节本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种混合输配电系统分布式随机优化及负荷转供方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的一种混合输配电系统分布式随机优化及负荷转供方法，其特征在于：所述步骤1中的构建输配电系统分布式优化规划模型包括以下步骤：
3.如权利要求2所述的一种混合输配电系统分布式随机优化及负荷转供方法，其特征在于：所述步骤1.3中的输电系统规划子模型，具体为：对于输电系统，与投资有关的决策变量为新建线路，而与运行有关的决策变量为发电机出力和与各个配电系统相连的交换功率，其优化目标为：
4.如权利要求2所述的一种混合输配电系统分布式随机优化及负荷转供方法，其特征在于：所述步骤1.4中的配电系统规划子模型具体为：对于配电系统q，与投资有关的决策变量为改造线路、新建线路和变电站扩容，而与运行有关的决策变量为DG出力和与输电系统的交换功率，其优化目标为：式中，为二进制变量；uss同为二进制变量；Css分别为走廊护ij上改造线路的单位投资成本和变电站ss扩容成本；CDG,i(·)为位于节点i的DG发电成本函数；PDG,i,s为场景s下位于节点i的DG有功出
5.如权利要求1所述的一种混合输配电系统分布式随机优化及负荷转供方法，其特征在于：所述步骤2中的分布式优化求解包括以下步骤：
6.如权利要求5所述的一种混合输配电系统分布式随机优化及负荷转供方法，其特征在于：所述步骤2.1中的二阶锥松弛配电系统规划子模型具体为：综合利用大M法和二阶锥松弛将式(18)-(21)和式(27)含有交叉项和二次项非线性项的非凸优化问题转换为二阶锥规划模型凸优化问题，通过引入两个新变量和一个足够大的正数M，式(18-(23)和式(27)可以改写为：式(29)可以松弛为二阶锥约束，即：经过上述转换，从而将原配电系统规划子问题建模为凸二阶锥规划问题。
7.如权利要求5所述的一种混合输配电系统分布式随机优化及负荷转供方法，其特征在于：所述步骤2.2中的采用基于ATC的分布式优化算法对联合优化规划模型求解，包括以下步骤：
8.如权利要求1所述的一种混合输配电系统分布式随机优化及负荷转供方法，其特征在于：所述步骤3中的建立负荷转供数学模型具体为：①负荷切除量最少：②开关动作次数之和最少：同时恢复策略需要满足的约束条件有：①拓扑结构约束：系统保持没有闭环和孤岛的辐射状态；②支路电流不越限：Ii≤Ii,N，式中，Ii为流经线路i的稳态电流；Ii,N为线路i的额定电流；③母线电压不越限：Ui,min≤Ui≤Ui,max，式中，Ui,min、Ui,max分别为节点电压下限和上限值；④切除负荷量约束：即负荷点切除的负荷量不能超过本负荷点的负荷量0≤Picut≤Pi；⑤负荷约束：负荷为可控、不可控或不完全可控；可控负荷可连续变化，可根据需要切除不超过负荷点最大负荷量的任意负荷量；不可控负荷需要切除时，只能够将所有负荷全部切除；不完全可控负荷只能够按照一定的负荷等级切除一定量的负荷。
9.如权利要求1所述的一种混合输配电系统分布式随机优化及负荷转供方法，其特征在于：所述步骤4中的采用启发式算法进行不需要负荷切除时解的快速搜索，具体为：随机方法中目标函数包括：各类负荷切除量之和，开关动作次数以及越限惩罚项，目标函数表达式如下：其中，式中，第一项为失电区内各负荷有功切除量之和；dj为第j个负荷的权重系数；第二项为开关动作总次数；第三项为电压越限惩罚项；第四项为功率越限惩罚项；Vj为第j点电压幅值；Vj,max、Vj,min分别为j点电压幅值上下限；Sj为第j条线路当前视在功率；Sj,max为其功率上限；λp、λn、λu、λs分别为各项在目标函数中的权重系数；所述采用启发式算法系统在进行搜索过程中自动保持辐射状拓扑，需要满足的安全约束有：潮流方程收敛、线路不过载、电压不越限。
10.如权利要求9所述的一种混合输配电系统分布式随机优化及负荷转供方法，其特征在于：所述步骤4中的启发式算法相关参数包括：①联络开关的剩余容量IM：IM＝min{(I1,max-I1),(I2,max-I2),...,(In,max-In)}(47)，式中，I1...In为从该联络开关到电源点的路径上各支路允许的最大电流与实际电流之差，某个联络开关的IM表示该联络开关在发生过载前还能够增加多少负荷；②发生电压越线母线与某个联络开关的电气距离Z...
【技术特征摘要】
1.一种混合输配电系统分布式随机优化及负荷转供方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的一种混合输配电系统分布式随机优化及负荷转供方法，其特征在于：所述步骤1中的构建输配电系统分布式优化规划模型包括以下步骤：
3.如权利要求2所述的一种混合输配电系统分布式随机优化及负荷转供方法，其特征在于：所述步骤1.3中的输电系统规划子模型，具体为：对于输电系统，与投资有关的决策变量为新建线路，而与运行有关的决策变量为发电机出力和与各个配电系统相连的交换功率，其优化目标为：
4.如权利要求2所述的一种混合输配电系统分布式随机优化及负荷转供方法，其特征在于：所述步骤1.4中的配电系统规划子模型具体为：对于配电系统q，与投资有关的决策变量为改造线路、新建线路和变电站扩容，而与运行有关的决策变量为dg出力和与输电系统的交换功率，其优化目标为：式中，为二进制变量；uss同为二进制变量；css分别为走廊护ij上改造线路的单位投资成本和变电站ss扩容成本；cdg,i(·)为位于节点i的dg发电成本函数；pdg,i,s为场景s下位于节点i的dg有功出力；ρd,q为配电系统q向输电系统供电的单位电价；ωs、ωdg分别为已有变电站集和dg安装节点集；所述配电系统规划子模型的约束条件包括改造线路数约束、配电系统节点功率平衡约束、线路潮流方程、线路容量约束、节点电压约束、dg出力约束、辐射状约束以及配电系统侧共享变量约束。
5.如权利要求1所述的一种混合输配电系统分布式随机优化及负荷转供方法，其特征在于：所述步骤2中的分布式优化求解包括以下步骤：
6.如权利要求5所述的一种混合输配电系统分布式随机优化及负荷转供方法，其特征在于：所述步骤2.1中的二阶锥松弛配电系统规划子模型具体为：综合利用大m法和二阶锥松弛将式(18)-(21)和式(27)含有交叉项和二次项非线性项的非凸优化问题转换为二阶锥规划模型凸优化问题，通过引入两个新变量和一个足够大的正数m，式(18-(23)和式(27)可以改写为：式(29)可以松弛为二阶锥约束，即：经过上述转换，从而将原配电系统规划子问题建模为凸二阶锥规划问题。
7.如权利要求5所述的一种混合输配电系统分布式随机优化及负荷转供方法，其特征在于：所述步骤2.2中的采用基于atc的分布式优化算法对联合优化规划模型求解，包括以下步骤：
8.如权利要求1所述的...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈露，吕士良，朱军军，吕忆慈，高筱丽，郭岩妍，
申请(专利权)人：国网河南省电力公司洛阳市孟津供电公司，
类型：发明
国别省市：
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