本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)不確定性優(yōu)化計算領域，具體是一種基于仿射算法的配電網優(yōu)化調度加速求解方法。

背景技術：

1、環(huán)境問題嚴重阻礙了電力系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展，將以清潔能源為依托的風電、光伏等分布式資源整合至配電網成為當前緩解環(huán)境問題的關鍵手段。其次，電動汽車的迅速發(fā)展正逐步實現交通低碳化。然而，鑒于分布式資源所固有的隨機性與間歇性特征，有效應對這些不確定性因素已成為當前確保配電網安全、經濟運行的核心挑戰(zhàn)與關鍵所在。仿射算法是一種有效的不確定性區(qū)間分析方法，已被廣泛用于解決電力系統(tǒng)中的不確定性。仿射算法通過定義仿射一次多項式以及重構優(yōu)化模型建立不確定因素與系統(tǒng)狀態(tài)量和決策量之間的聯系，從而量化分析不確定因素的傳導軌跡和對優(yōu)化調度的影響。但是由于大量分布式資源的接入，使得在仿射形式定義以及模型重構階段不可避免地產生大量變量和約束，導致模型求解效率大大降低。針對此情況，可以采用解析法以系統(tǒng)決策量表征狀態(tài)變量以縮減冗余變量和約束，并進而配電網的仿射優(yōu)化計算，以保證優(yōu)化調度的效率。

2、現有基于仿射算法構建不確定性參數和優(yōu)化變量之間的相關性主要有兩種途徑。其一是采用靈敏度分析方法來獲得與不確定資源波動相關的狀態(tài)變量的噪聲元系數。然而對于每一個不確定因素的波動，都需要求解一個最優(yōu)潮流問題，因此需要求解與不確定因素一樣多的優(yōu)化問題，這無疑大幅增加了計算負擔，該方法已不再適用。另一種途徑是采用仿射相似性運算來重構等式約束，然而必將產生大量新的約束，無法保證優(yōu)化調度結果的生成效率。

技術實現思路

1、本發(fā)明的目的是提供一種基于仿射算法的配電網優(yōu)化調度加速求解方法，包括以下步驟：

2、1)獲取配電網基本信息；

3、2)根據不確定因素邊界信息獲得不確定因素區(qū)間分布，逆推不確定因素仿射中心值及噪聲元系數，構建不確定因素仿射表達式；

4、3)構建決策及狀態(tài)變量仿射形式，以表征不確定因素與優(yōu)化變量之間的相關性；

5、4)建立配電網仿射優(yōu)化模型；

6、5)引入輔助變量替代配電網仿射優(yōu)化模型中的絕對值變量，從而對配電網仿射優(yōu)化模型進行線性化處理；

7、6)推導節(jié)點電壓關于決策變量解析式以及支路功率關于決策變量的解析式；

8、7)基于節(jié)點電壓關于決策變量解析式以及支路功率關于決策變量的解析式，對配電網仿射優(yōu)化模型進行規(guī)?？s減，構建基于仿射算法的配電網優(yōu)化調度模型；

9、8)求解配電網優(yōu)化調度模型，得到配電網調度方案。

10、進一步，所述配電網基本信息包括網絡拓撲結構，分布式電源參數，新能源數據，負荷數據，系統(tǒng)容量數據。

11、進一步，所述不確定因素包括風電、光伏及負荷；

12、不確定因素仿射表達式如下所示

13、

14、

15、式中，與分別為t時段不確定因素出力的邊界信息；為噪聲元系數，用于表征不確定量的波動程度；u為不確定因素類型集合；為不確定因素出力的仿射表達式；p0,t為不確定因素出力的仿射中心值，用于表征該仿射值的確定部分；εu,t＝[-1,1]為與噪聲元系數對應的噪聲元，用于表征波動情況。

16、進一步，決策及狀態(tài)變量仿射形式如下所示：

17、

18、式中，為決策及狀態(tài)變量仿射形式；x0,t為仿射中心值；為噪聲元系數；εu,t＝[-1,1]為與噪聲元系數對應的噪聲元。

19、進一步，配電網仿射優(yōu)化模型的目標函數如下所示：

20、

21、式中，是仿射，連續(xù)和可微函數，由成本仿射中心值f0與不確定性影響下的偏移成本構成；x0和分別為變量的仿射形式、仿射中心值以及噪聲元系數；和分別為向上級電網購、售電價格。和分別為向上級電網購、售電功率的中心值；和分別為對應的噪聲元系數；bm和cm分別常規(guī)分布式發(fā)電機的可變成本和固定成本系數；和分別為常規(guī)分布式發(fā)電機出力的中心值和噪聲元系數；m為常規(guī)分布式發(fā)電機集合。為優(yōu)化時段的集合。δt為是調度周期內每個時段的持續(xù)時間；ω為權重系數；

22、配電網仿射優(yōu)化模型的約束條件包括可調設備仿射運行約束方程、配電網仿射運行約束；

23、可調設備仿射運行約束方程如下所示：

24、

25、

26、式中，和分別是描述第i個不等式和第j個等式約束的連續(xù)可微仿射函數；a表示擴展到仿射域的比較運算符；w和n是不等式和等式約束的集合；

27、其中，不等式約束集合w包括公式(7)-公式(20)、公式(25)-公式(26)，等式約束n包括公式(21)-公式(24)；

28、

29、

30、

31、

32、式中，和分別為常規(guī)分布式電源出力的上下邊界；ru和rd分別為最大向上、向下爬坡率；和分別為t-1時段常規(guī)分布式發(fā)電機出力的中心值和噪聲元系數；

33、

34、

35、

36、

37、

38、

39、

40、

41、式中，和分別為儲能設備k充、放電功率的仿射中心值。和分別為表示儲能充、放電狀態(tài)的二元變量。和分別為儲能設備充、放電功率的噪聲元系數。和分別為儲能設備最大、最小充電功率。和分別為儲能設備最大、最小放電功率。soc0,k,t為儲能荷電狀態(tài)仿射中心值。為儲能設備荷電狀態(tài)的噪聲元系數。和分別為充、放電效率。和分別為荷電狀態(tài)上、下限。k為儲能設備集合。

42、

43、

44、式中，和分別為交互功率邊界值。和分別表示配電網向上級電網購、售電狀態(tài)的二元變量。

45、

46、

47、

48、

49、

50、

51、式中p0,j,t與v0,j,t分別為t時段節(jié)點j的注入功率中心值和電壓幅值平方。和分別為節(jié)點i和節(jié)點j之間的支路的有功和無功功率中心值。和為對應的噪聲元系數。代表節(jié)點j的下游支路集合。rij和xij分別為電阻和電抗值。為網絡節(jié)點集合。

52、進一步，對配電網仿射優(yōu)化模型進行線性化處理時，添加以下約束：

53、

54、式中，代表噪聲元系數為正、負值時的絕對值。

55、進一步，推導節(jié)點電壓關于決策變量解析式的步驟包括：

56、a1)構建節(jié)點i電壓幅值vi關于根節(jié)點電壓vroot的關系式，即：

57、

58、式中，和分別為節(jié)點i上游支路的有功、無功功率；rm和xm分別為電阻和電抗值；

59、a2)當任意節(jié)點n的注入有功和無功功率分別產生不確定波動量δpn和δqn時，計算上游支路的有功、無功功率偏移量，即：

60、

61、a3)結合公式(28)-(29)，計算由交互功率平抑波動量時的節(jié)點電壓偏移量即：

62、

63、式中，向量δp＝[δp1,δp2,…,δpn]和δq＝[δq1,δq2,…,δqn]分別為節(jié)點不確定有功、無功注入功率向量；

64、向量中任一元素為該節(jié)點i與各節(jié)點共有上游支路的電阻之和，向量中任一元素為該節(jié)點i與各節(jié)點共有上游支路的電抗之和，表示如下：

65、

66、a4)計算由可調資源平抑波動量時的電壓偏移量即：

67、

68、式中表示波動對節(jié)點電壓幅值平方的影響程度向量；當時，影響程度當或者時，影響程度當或者時，影響程度為波動節(jié)點n與可調資源所接節(jié)點k之間的支路集合；為節(jié)點n所在分支路的根節(jié)點。為主支路徑上的節(jié)點集合。代表所有分支路上的節(jié)點集合，為節(jié)點n所處分支路徑上所有節(jié)點的集合，但不包括該分支路的根節(jié)點。為節(jié)點n和節(jié)點k之間的支路集合。ψup(n)為節(jié)點n的上游節(jié)點。

69、a5)構建總電壓偏移量δvi表達式，即：

70、

71、式中，k為儲能設備集合；和分別為與交互功率和可調設備j相關的分配系數向量。對于某一注入功率波動量，成立；

72、a6)增設噪聲元，并將各不確定因素從注入功率波動量中拆分出來，構建節(jié)點電壓關于決策變量解析式，即：

73、

74、式中，εt為噪聲元；為節(jié)點電壓；

75、其中，矩陣矩陣如下所示：

76、

77、

78、式中，uk為不確定因素k的索引。中第k列第n個元素表示與節(jié)點n上不確定因素k相關的交互功率/可調設備出力的噪聲元系數。rmg和為影響因子矩陣，表示決策變量與電壓變量之間的映射關系。

79、進一步，推導支路功率關于決策變量的解析式的步驟包括：

80、b1)構建支路功率在不確定波動量影響下的偏移量表達式，即：

81、

82、式中，和分別為僅考慮交互功率或可調設備平抑不確定波動量時支路功率的偏移量；和分別表示支路m與各節(jié)點相關性的矩陣；當且僅當支路關聯系數否則當時，關聯系數當或者時，關聯系數當或者時，關聯系數是主支路徑上所有支路的集合。代表分支路徑上的所有支路的集合，并且表示節(jié)點n所在分支路徑上所有支路的集合；

83、b2)構建支路功率關于決策變量的解析式，即：

84、

85、式中為t時段支路m上有功功率大小。為支路功率的噪聲元系數向量。為支路功率。

86、進一步，對配電網仿射優(yōu)化模型進行規(guī)?？s減時，不確定部分的支路功率和節(jié)點電壓約束更新如下：

87、

88、

89、式中f為節(jié)點與其父支路的節(jié)支關聯矩陣。l為節(jié)點與其子支路的節(jié)支關聯矩陣。pu,t和vu,t分別為支路功率和節(jié)點電壓的噪聲元系數向量。

90、進一步，基于仿射算法的配電網優(yōu)化調度模型通過公式(4)、(7)-(21)、(23)、(25)-(27)、(37)-(38)構建得到；

91、配電網優(yōu)化調度模型通過cplex求解器求解。

92、本發(fā)明的技術效果是毋庸置疑的，本發(fā)明通過解析的方法構建系統(tǒng)狀態(tài)量與決策量之間的嚴格映射關系，避免定義大量狀態(tài)變量的同時還將與狀態(tài)變量噪聲元系數相關的約束進行替換從而縮減其數量，在保證計算精度不損失的情況下大幅提升仿射優(yōu)化計算效率。