基于混合整數(shù)錐優(yōu)化的含分布式電源配電網(wǎng)無功優(yōu)化方法
【專利摘要】本發(fā)明針對基于混合整數(shù)錐優(yōu)化的含風(fēng)電分布式電源配電網(wǎng)無功優(yōu)化方法，本發(fā)明根據(jù)風(fēng)速的概率密度函數(shù)，結(jié)合風(fēng)機(jī)的輸出功率特性和隨機(jī)停運率，推導(dǎo)出風(fēng)機(jī)輸出功率的概率密度函數(shù)，建立風(fēng)機(jī)出力的多狀態(tài)離散概率模型；根據(jù)配電網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?、線路參數(shù)、節(jié)點負(fù)荷水平、注入的風(fēng)電機(jī)組容量、基準(zhǔn)電壓、基準(zhǔn)功率，建立配電網(wǎng)支路潮流方程，并對潮流方程進(jìn)行二階錐松弛處理；以安裝電容器所帶來的經(jīng)濟(jì)效益為無功優(yōu)化的目標(biāo)函數(shù)，考慮潮流二階錐松弛方程約束、電壓約束和電容器容量約束，建立含間歇性能源的配電網(wǎng)無功優(yōu)化模型。本發(fā)明尋優(yōu)能力強(qiáng)，保證了所求解的最優(yōu)性，實用性強(qiáng)。
【專利說明】基于混合整數(shù)錐優(yōu)化的含分布式電源配電網(wǎng)無功優(yōu)化方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明提供一種考慮間歇性分布式電源出力隨機(jī)性影響，基于混合整數(shù)二階錐優(yōu) 化實現(xiàn)配電網(wǎng)無功補(bǔ)償電容的優(yōu)化配置方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 近年來為應(yīng)對能源、環(huán)保和氣候變化的挑戰(zhàn)，低碳可再生能源得到大力發(fā)展，新能 源以分布式電源的形式直接接入配電網(wǎng)是今后的發(fā)展趨勢。配電網(wǎng)是直接或降壓后將電能 送到用戶側(cè)的電網(wǎng)，研究大量分布式電源接入后的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和運行顯得極其重要。由于風(fēng)、 光資源的隨機(jī)性和波動性，當(dāng)大規(guī)模風(fēng)電和光電接入配電網(wǎng)后，會對系統(tǒng)運行的有功、無功 潮流和電能質(zhì)量產(chǎn)生不利影響。其中間歇性風(fēng)電和光電并網(wǎng)引起的電壓問題是實際運行中 最常見的問題之一。
[0003] 由于包含非線性的潮流方程約束，配電網(wǎng)無功優(yōu)化問題屬于非線性混合整數(shù)規(guī)劃 問題，并且問題包含多狀態(tài)方程、多變量、多約束方程。求解該類問題時很多經(jīng)典的非線性 規(guī)劃算法和啟發(fā)式算法雖然會有一定的應(yīng)用成效，但也存在明顯不足，如由于選擇了不合 適的初始點使得算法陷入局部最優(yōu)；計算時間隨問題的維數(shù)呈指數(shù)爆炸式遞增；缺乏數(shù)學(xué) 意義上的最優(yōu)性等。
[0004] 專利【一種含風(fēng)電場配電網(wǎng)隨機(jī)無功優(yōu)化方法】考慮風(fēng)電場處理不確定性對系統(tǒng) 帶來的電壓波動問題，提出了以概率潮流方程為約束，滿足節(jié)點電壓概率約束和發(fā)電機(jī)出 力概率約束在合理置信區(qū)間，以網(wǎng)損期望值最小為目標(biāo)的配電網(wǎng)無功優(yōu)化模型。但專利【基 于錐優(yōu)化的配電網(wǎng)分布式電源最優(yōu)接入容量確定方法】中基于錐優(yōu)化算法求解最優(yōu)潮流方 程，提出間歇性電源在配電網(wǎng)的優(yōu)化配置模型，將非線性的潮流方程組轉(zhuǎn)變?yōu)樾D(zhuǎn)錐空間 的線性優(yōu)化問題，算法效率得到了提高，但模型中沒有考慮間隙性電源出力的隨機(jī)波動特 性。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題，提供一種考慮間歇性電源出力隨機(jī)性影響，包含二 階錐松弛潮流方程約束的配電網(wǎng)無功優(yōu)化方法。
[0006] 本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：一種基于混合整數(shù)錐優(yōu)化的含風(fēng)電分布式電源配電 網(wǎng)無功優(yōu)化方法，包括如下步驟：
[0007] 步驟1)根據(jù)風(fēng)速的概率密度函數(shù)，結(jié)合風(fēng)機(jī)的輸出功率特性和隨機(jī)停運率，推導(dǎo) 出風(fēng)機(jī)輸出功率的概率密度函數(shù)，建立風(fēng)機(jī)出力的多狀態(tài)離散概率模型；
[0008] 步驟2)根據(jù)配電網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?、線路參數(shù)、節(jié)點負(fù)荷水平、注入的風(fēng)電機(jī)組容量、 基準(zhǔn)電壓、基準(zhǔn)功率，建立配電網(wǎng)支路潮流方程，并對潮流方程進(jìn)行二階錐松弛處理；
[0009] 步驟3)以安裝電容器所帶來的經(jīng)濟(jì)效益為無功優(yōu)化的目標(biāo)函數(shù)，考慮潮流二階 錐松弛方程約束、電壓約束和電容器容量約束，建立含間歇性能源的配電網(wǎng)無功優(yōu)化模型。 [0010] 步驟1)中所述對風(fēng)機(jī)出力進(jìn)行建模包含四個方面：風(fēng)速的概率密度函數(shù)，風(fēng)機(jī)的 運行參數(shù)和隨機(jī)停運率，風(fēng)機(jī)輸出功率的概率密度函數(shù)和風(fēng)電多狀態(tài)離散概率模型。
[0011] 1-1風(fēng)速V是隨機(jī)變量，可近似地看作滿足威布爾分布特性，其概率密度函數(shù)為：

【權(quán)利要求】
1. 基于混合整數(shù)錐優(yōu)化的含分布式電源配電網(wǎng)無功優(yōu)化方法，包括如下步驟： 步驟一：根據(jù)風(fēng)速的概率密度函數(shù)，結(jié)合風(fēng)機(jī)的輸出功率特性和隨機(jī)停運率，推導(dǎo)出風(fēng) 機(jī)輸出功率的概率密度函數(shù)，建立風(fēng)機(jī)出力的多狀態(tài)離散概率模型； 步驟二：根據(jù)配電網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?、線路參數(shù)、節(jié)點負(fù)荷水平、注入的風(fēng)電機(jī)組容量、基準(zhǔn) 電壓、基準(zhǔn)功率，建立配電網(wǎng)支路潮流方程，并對潮流方程進(jìn)行二階錐松弛處理； 步驟三：以安裝電容器所帶來的經(jīng)濟(jì)效益為無功優(yōu)化的目標(biāo)函數(shù)，考慮潮流二階錐松 弛方程約束、電壓約束和電容器容量約束，建立含風(fēng)電分布式電源的配電網(wǎng)無功優(yōu)化模型。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于混合整數(shù)錐優(yōu)化的含分布式電源配電網(wǎng)無功優(yōu)化方法， 其特征在于：建立風(fēng)機(jī)出力的多狀態(tài)離散概率模型包含風(fēng)速的概率密度函數(shù)、風(fēng)機(jī)的運行 參數(shù)和隨機(jī)停運率、風(fēng)機(jī)輸出功率的概率密度函數(shù)和風(fēng)電多狀態(tài)離散概率模型，建立配電 網(wǎng)支路潮流方程具體包括以下步驟： 步驟1-1 :風(fēng)速V是隨機(jī)變量，可近似地看作滿足威布爾分布特性，其概率密度函數(shù) 為：
其中，c和k分別為韋布爾分布的尺度參數(shù)和形狀參數(shù)； 步驟1-2 :給定風(fēng)機(jī)的運行參數(shù)包括額定輸出功率Pk，切入風(fēng)速Vin，額定風(fēng)速Vratral，切 出風(fēng)速V()Ut，用二次模型來近似描述風(fēng)機(jī)的功率輸出特性P，采用分段函數(shù)來表示：
風(fēng)機(jī)的隨機(jī)停運率為：
式中，tMTBF為風(fēng)機(jī)的平均故障間隔時間；tMTTK為風(fēng)機(jī)的平均故障修復(fù)時間； 步驟1-3 :根據(jù)步驟1-1所述的風(fēng)速概率密度函數(shù)，結(jié)合步驟1-2所述的風(fēng)機(jī)輸出功率 特性及隨機(jī)停運率，可以推導(dǎo)出該風(fēng)機(jī)輸出功率的概率密度函數(shù)：
式中，vin、vrated、Vmt分別是風(fēng)機(jī)的切入風(fēng)速、額定風(fēng)速和切出風(fēng)速；P k是風(fēng)機(jī)的額定功 率；δ是Dirac函數(shù)，便于描述功率值在O和Pk點處的概率，P是風(fēng)機(jī)的輸出功率，c和k分 別是步驟1-1中風(fēng)速的韋布爾分布的尺度參數(shù)和形狀參數(shù)；參數(shù)C'、k'和Y可由下列式子 計算得出： k'=k/2, c'=PR-C2l(v；ated -V1Jn), Y = Pr-V；n/(v；aled - V；) 如果分布式電源是由n(n > 2)臺風(fēng)機(jī)組成的風(fēng)電系統(tǒng)，假設(shè)不同的風(fēng)電機(jī)組所處位 置的風(fēng)速相同，且忽略風(fēng)電機(jī)組尾流效應(yīng)和電氣耗損的前提下，認(rèn)為風(fēng)電系統(tǒng)所產(chǎn)生的總 風(fēng)能為多臺風(fēng)機(jī)輸出功率的總和，即Pw = Pwl+Pw2+···+Pwn ;假設(shè)各臺風(fēng)機(jī)輸出功率是相互 獨立的隨機(jī)變量，則風(fēng)電系統(tǒng)總風(fēng)能的概率密度函數(shù)為各個風(fēng)機(jī)風(fēng)電概率的卷積，即fw = fwl*fw2*. . . *fwn ;其中Pwi和fwi分別為系統(tǒng)中第i臺風(fēng)機(jī)的輸出功率和風(fēng)電概率密度函數(shù)； 步驟1-4 :風(fēng)機(jī)出力的多狀態(tài)離散概率模型可以通過對步驟1-3所述的，風(fēng)力輸出功率 的概率密度函數(shù)，進(jìn)行離散化處理，用T行2列矩陣C來描述： C = [C(t，l)，C(t，2)]，t = 1，2, "·，Τ 式中，將風(fēng)機(jī)輸出功率用T個尚散狀態(tài)功率值來近似描述，風(fēng)機(jī)出力的多狀態(tài)尚散概 率模型用矩陣C來描述，矩陣的第t行第一列元素 C (t，I) = ps (t)表示第t個狀態(tài)對應(yīng)的 風(fēng)電功率離散值，若節(jié)點接入風(fēng)機(jī)的額定總功率為= PK(t-lV(T-l);矩陣C第 t行第二列元素 C (t，2) = Pr {P = ps (t)}表示風(fēng)電功率為第t個離散狀態(tài)值的概率，根據(jù) 步驟1-3中所述的輸出功率概率分布函數(shù)，可得：
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于混合整數(shù)錐優(yōu)化的含分布式電源配電網(wǎng)無功優(yōu)化方法， 其特征在于：所述的配電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淇捎脠DG(N，E)來描述，N為網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點集，E為網(wǎng)絡(luò)的 支路集；線路參數(shù)包括配電網(wǎng)支路集合中每條支路的電阻和電抗、節(jié)點負(fù)荷水平包括每個 節(jié)點負(fù)荷的有功和無功功率、注入的風(fēng)電機(jī)組容量包括有功和無功功率、基準(zhǔn)電壓V tl ; 所述建立配電網(wǎng)支路潮流方程：
式中，（i，j)表示配電網(wǎng)中的連接節(jié)點i和節(jié)點j的支路；（j，m)表示配電網(wǎng)中的連接 節(jié)點j和節(jié)點m的支路；Ru和Xu分別表示支路（i，j)的電阻和電抗；片和 < 分別表示節(jié) 點j處負(fù)荷的有功和無功功率； < 和 < 分別表示節(jié)點j處注入風(fēng)電機(jī)組的有功和無功功 率；Pij和Qij是支路（i，j)上流過的有功功率和無功功率；Pjm和Q jm是支路（j，m)上流過的 有功功率和無功功率；Vj = IvjI2, Vj表示節(jié)點j的電壓；Iij = I IijI2, Iij表示支路（i，j)上 流過的電流； 所述支路潮流方程除二次等式（Ρυ)2+((^_)2 = Ii^i外，其余均為線性等式約束；若將 該等式約束松弛為不等式約束，即（PiPi(Qu)2彡Ii^i，再進(jìn)一步整理可得下式：
則該不等式構(gòu)成了一個標(biāo)準(zhǔn)的二階錐空間。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于混合整數(shù)錐優(yōu)化的含分布式電源配電網(wǎng)無功優(yōu)化方法， 其特征在于：建立含間歇性能源的配電網(wǎng)無功優(yōu)化模型具體包括以下步驟： 所建立的含風(fēng)電分布式電源的配電網(wǎng)無功優(yōu)化模型，計及配電網(wǎng)中風(fēng)機(jī)出力的隨機(jī)波 動特性，以安裝電容器所帶來的經(jīng)濟(jì)效益最大為無功優(yōu)化的目標(biāo)函數(shù)；采用凈現(xiàn)值準(zhǔn)則來 評價配電網(wǎng)安裝補(bǔ)償電容所帶來的經(jīng)濟(jì)效益，目標(biāo)函數(shù)為：
其中，假設(shè)每年的小時數(shù)為8760小時；〇 E是電能價格（元/kWh) 表示含風(fēng)電機(jī) 組配電網(wǎng)進(jìn)行無功優(yōu)化前的每小時平均網(wǎng)損功率期望值（kW) ;C(t，2)表示配電網(wǎng)中風(fēng)電 機(jī)組出力等于第t個離散狀態(tài)值的概率；AiVw表示接入補(bǔ)償電容后，當(dāng)系統(tǒng)中風(fēng)電機(jī) (zj)eE 組出力等于第t個離散狀態(tài)值時的配電網(wǎng)有功損耗；整數(shù)變量Cj表示節(jié)點j處安置電容的 個數(shù)；Cp為系統(tǒng)中接入電容器的單價；d是折現(xiàn)率；L是工程周期； 含風(fēng)電分布式電源的配電網(wǎng)無功優(yōu)化模型的約束條件包括： ① 步驟2)所述的支路潮流二階錐松弛方程約束：
式中，qg表示所選用電容器的單個額定容量值，W表示節(jié)點j處接入的風(fēng)電機(jī)組額定 有功功率，不等式約束~構(gòu)成了典型了二階錐空間； ② 電壓越限約束： VyeN,/ = 1,".,Γ ③ 配電網(wǎng)中接入電容容量限制： Q<qg -Cj^qjtssix, V/eN 所述的含風(fēng)電分布式電源的配電網(wǎng)無功優(yōu)化模型，決策變量為 (Pij，t, Qij，t, Vj，t, Cj)，E，是混合整數(shù)二階錐優(yōu)化問題，屬于一類凸優(yōu)化問題。
【文檔編號】G06Q50/06GK104376378SQ201410649275
【公開日】2015年2月25日 申請日期:2014年11月14日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月14日
【發(fā)明者】李靜 申請人:浙江工商大學(xué)