本發(fā)明涉及配電網(wǎng)分析、運行與控制技術領域，尤其涉及一種主動配電網(wǎng)潮流計算方法。

背景技術：

主動配電網(wǎng)(Active distribution network，ADN)是由微電源、負荷、儲能系統(tǒng)和控制裝置構成的系統(tǒng)。主動配電網(wǎng)可將多種類型的分布式發(fā)電單元組合在一起，有效發(fā)揮單一能源系統(tǒng)的優(yōu)點，實現(xiàn)多種能源互補，提高整個微電網(wǎng)系統(tǒng)的效率、能源利用率和供電可靠性。接入主動配電網(wǎng)中的分布式發(fā)電單元包括清潔可再生能源發(fā)電的分布式風電(distributed wind generation，DWG)、光伏電池(photovoltaic，PV)等間歇性分布式電源(distributed generation，DG)，而間歇式DG的出力受環(huán)境氣候的影響很大，具有明顯的間歇性、隨機性以及波動性，因此當間歇性DG接入主動配電網(wǎng)時會改變配電系統(tǒng)的潮流分布，從而對配電系統(tǒng)的節(jié)點電壓和網(wǎng)絡損耗產(chǎn)生極大的影響，因此，配電網(wǎng)的潮流計算對配電網(wǎng)的網(wǎng)損計算、規(guī)劃、無功優(yōu)化和運行控制都具有重大意義。

現(xiàn)有技術中，針對配電網(wǎng)潮流計算中的動態(tài)無功優(yōu)化方法包括以下幾種：一是采用動態(tài)規(guī)劃方法，確定未來24小時以內(nèi)安裝在饋線上的電容器的投切方案和有載調(diào)壓變壓器的檔位控制方案；二是根據(jù)完整的非線性混合整數(shù)動態(tài)無功優(yōu)化模型，采用非線性原對偶內(nèi)點法內(nèi)嵌罰函數(shù)的方法求解該模型，以解決變量離散化和控制設備動作次數(shù)限制之間的配合問題；三是將控制變量的動作次數(shù)約束還原為經(jīng)濟成本，并與當前時段下的電能損失費用共同構造目標函數(shù)，采用災變遺傳算法求解，以描述負荷動態(tài)變化時的無功優(yōu)化問題；四是引入靜止無功補償器(SVC)作為配電網(wǎng)補償設備，并考慮配電網(wǎng)中可控制無功輸出的柴油發(fā)電機的無功貢獻，以有功能耗費用、SVC安裝費用、柴油發(fā)電機無功生產(chǎn)費用為目標函數(shù)，建立含分布式發(fā)電的配電網(wǎng)無功優(yōu)化模型。

但是，由于分布式電源自身表現(xiàn)出的間歇性和隨機性的特點，使得這些電源僅僅依靠自身的調(diào)節(jié)能力很難滿足負荷的功率平衡，尤其是在負荷突變的情況下，分布式電源出力無法響應這種變化，需要其他的電源或者儲能裝置來配合以提供支持和備用；多數(shù)的分布式電源需要通過電力電子接口并入配電網(wǎng)，容易影響用戶的供電質量，外界的干擾還會導致頻率和電壓的不同步，從而拖垮整個系統(tǒng)?？梢?，現(xiàn)有的潮流計算方法優(yōu)化對象單一，也未考慮間隙性DG輸出功率的時變性，因此，現(xiàn)有的潮流計算方法采用確定性的變量和約束來處理間歇性DG出力，存在明顯不確定性和波動性的問題。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供了一種主動配電網(wǎng)潮流計算方法，以解決現(xiàn)有的潮流計算方法采用確定性的變量和約束來處理間歇性DG出力，存在明顯不確定性和波動性的問題。

本發(fā)明提供了一種主動配電網(wǎng)潮流計算方法，該方法包括：

獲取配電系統(tǒng)的網(wǎng)絡參數(shù)、節(jié)點負荷功率和配電系統(tǒng)概率模型的相關參數(shù)，根據(jù)機會約束規(guī)劃方法，建立含間歇式DG的配電網(wǎng)動態(tài)無功優(yōu)化模型；

根據(jù)基于半不變量法的概率潮流計算方法，計算所述含間歇式DG的配電網(wǎng)動態(tài)無功優(yōu)化模型的概率潮流；

基于所述概率潮流的計算結果，根據(jù)投切到所述配電系統(tǒng)中補償電容器組的配置信息，確定所述補償電容器組的控制變量個數(shù)，采用整數(shù)編碼方式，對所述補償電容器組的控制變量進行編碼；

采用帶精英策略的遺傳算法，對編碼后的所述含間歇式DG的配電網(wǎng)動態(tài)無功優(yōu)化模型進行優(yōu)化求解，得到所述配電系統(tǒng)的各節(jié)點電壓、相角、支路功率和功率損耗。

可選的，所述配電系統(tǒng)概率模型的生成方法包括：

根據(jù)所述配電系統(tǒng)的網(wǎng)絡參數(shù)，在無補償電容器組和無間歇性DG并入配電系統(tǒng)時，計算所述配電系統(tǒng)的概率潮流；

如果存在補償電容器組和間歇性DG并入配電系統(tǒng)時，計算所述配電系統(tǒng)的當前概率潮流；

根據(jù)所述概率潮流和所述當前概率潮流，建立配電系統(tǒng)概率模型；其中，所述配電系統(tǒng)概率模型包括：分布式風電概率模型和光伏電池概率模型。

可選的，所述獲取配電系統(tǒng)的網(wǎng)絡參數(shù)、節(jié)點負荷功率和配電系統(tǒng)概率模型的相關參數(shù)，根據(jù)機會約束規(guī)劃方法，建立含間歇式DG的配電網(wǎng)動態(tài)無功優(yōu)化模型的過程，包括：

將未來一天劃分為若干個時段，獲取各個時段內(nèi)所述配電系統(tǒng)的網(wǎng)絡參數(shù)、節(jié)點負荷功率和配電系統(tǒng)概率模型的相關參數(shù)；

采用機會約束規(guī)劃方法，優(yōu)化在所述各個時段內(nèi)投切到配電網(wǎng)的補償電容器組的容量；

確定所述優(yōu)化容量的目標函數(shù)，根據(jù)約束條件，建立含間歇式DG的配電網(wǎng)動態(tài)無功優(yōu)化模型；其中，

所述配電系統(tǒng)的網(wǎng)絡參數(shù)包括：配電網(wǎng)三相電流、電壓和相位的矢量值；所述相關參數(shù)包括：節(jié)點數(shù)、節(jié)點電壓、節(jié)點電流和節(jié)點功率。

可選的，所述目標函數(shù)的表達式包括：

式中，N為劃分的時段數(shù)；T_i為i時段的運行時間；C_loss為系統(tǒng)節(jié)約的網(wǎng)損電價；為i時段系統(tǒng)節(jié)約的網(wǎng)損期望值；C_gas為單位廢氣排放費用；為i時段減少的廢氣排放量期望值；δ為將電壓改善指標轉換成經(jīng)濟效益的衡量因素；為電壓改善指標期望值。

可選的，所述約束條件包括不等式約束條件和機會約束條件；其中，

所述不等式約束條件的約束式包括：

所述機會約束條件的約束式包括：

式中，N_DWG、N_PV分別為配電系統(tǒng)安裝分布式風電和光伏電池的節(jié)點數(shù)；P_jDWG為第j號節(jié)點DWG有功輸出；P_kPV為第k號節(jié)點PV有功輸出；為系統(tǒng)最大負荷功率；分別為第i號節(jié)點的電壓上下限和期望值；P{·}表示{·}中事件成立的概率；分別為支路l的傳輸有功功率期望值及其上限；ρ、λ_i、ω_l分別為穿透功率系數(shù)、節(jié)點i的電壓約束置信水平和支路l的潮流約束置信水平；η_n、分別為第n號節(jié)點C的投切次數(shù)及其最大日允許投切次數(shù)。

可選的，所述根據(jù)基于半不變量法的概率潮流計算方法，計算所述含間歇式DG的配電網(wǎng)動態(tài)無功優(yōu)化模型的概率潮流的過程，包括：

根據(jù)所述配電系統(tǒng)的節(jié)點負荷功率和間歇式DG的出力，采用功率方程矩陣，在基準運行點處利用泰勒級數(shù)展開公式對所述功率方程矩陣進行展開，再根據(jù)半不量法，計算所述含間歇式DG的配電網(wǎng)動態(tài)無功優(yōu)化模型的狀態(tài)變量和支路潮流的概率分布；其中，所述功率方程矩陣的表達式包括：

式中，W為節(jié)點有功和無功注入列向量；Z為支路有功和無功潮流列向量；f為節(jié)點功率平衡方程；g為支路潮流方程。

可選的，所述采用整數(shù)編碼方式，對補償電容器組的控制變量進行編碼的過程，包括：

根據(jù)每個所述補償電容器組的可投切容量離散整數(shù)值，確定每個所述控制變量的基本字符，得到基本字符集；

設定隸屬于不同所述控制變量的基因的可選編碼值與所述基本字符集中的元素一一對應，如果所述基因中存在與所述基本字符值不對應的編碼值，則消除所述編碼值；

其中，所述基本字符集包括：所述控制變量的初始值、所述控制變量在每次投切之后的容量值和所述控制變量每次投切的時段；

所述整數(shù)編碼的格式包括：

式中，X_n為第n號節(jié)點補償電容器組的控制變量；為第n號節(jié)點補償電容器組的控制變量的初始值；為第n號節(jié)點補償電容器組的第k次投切之后的容量值；為第n號節(jié)點補償電容器組的第k次投切的時段，且規(guī)定各投切時段互不相同。

可選的，所述帶精英策略的遺傳算法，對編碼后的所述含間歇式DG的配電網(wǎng)動態(tài)無功優(yōu)化模型進行優(yōu)化求解，得到所述配電系統(tǒng)的各節(jié)點電壓和功率損耗的過程，包括：

根據(jù)所述編碼后的含間歇式DG的配電網(wǎng)動態(tài)無功優(yōu)化模型設定遺傳參數(shù)，生成初始種群；其中，將所述初始種群作為父代種群；

對所述初始種群中的各個個體進行概率潮流計算，根據(jù)所述概率潮流計算的結果，計算所述初始種群中各個個體的適應度；

采用帶精英策略的遺傳算法，對所述父代種群進行遺傳操作，得到子代種群；

對所述子代種群中的各個個體進行概率潮流計算，根據(jù)所述子代種群的概率潮流計算結果，計算所述子代種群中各個個體的適應度；

判斷所述子代種群中各個個體的適應度是否滿足遺傳算法終止條件；

如果滿足，則遺傳終止，輸出優(yōu)化結果；其中，所述優(yōu)化結果包括所述配電系統(tǒng)的各節(jié)點電壓、相角、支路功率和功率損耗；

如果不滿足，則通過迭代法，得到次子代種群，重復遺傳操作。

可選的，所述遺傳算法終止條件包括：

如果所述各個個體中的最優(yōu)個體的適應度達到預設閾值，或，所述最優(yōu)個體的適應度和群體適應度達到穩(wěn)定，或，迭代次數(shù)大于或等于預設代數(shù)時，所述遺傳算法終止。

由以上技術方案可知，本發(fā)明實施例提供了一種主動配電網(wǎng)潮流計算方法，包括以下步驟：獲取配電系統(tǒng)的網(wǎng)絡參數(shù)、節(jié)點負荷功率和配電系統(tǒng)概率模型的相關參數(shù)，根據(jù)機會約束規(guī)劃方法，建立含間歇式DG的配電網(wǎng)動態(tài)無功優(yōu)化模型；根據(jù)基于半不變量法的概率潮流計算方法，計算該模型的概率潮流；根據(jù)投切到所述配電系統(tǒng)中補償電容器組的配置信息，確定補償電容器組的控制變量個數(shù)，采用整數(shù)編碼方式，對控制變量進行編碼；采用帶精英策略的遺傳算法，對編碼后的無功優(yōu)化模型進行優(yōu)化求解，得到所述配電網(wǎng)的各節(jié)點電壓、相角、支路功率和功率損耗。本發(fā)明實施例提供的方法，以補償電容器組作為無功補償設備，通過無功優(yōu)化方法對主動配電網(wǎng)的潮流分布進行優(yōu)化，充分利用間歇性DG的無功出力，從而提升配電系統(tǒng)無功補償?shù)膫溆萌萘?，緩解補償電容器組的無功補償壓力；該方法還考慮節(jié)點負荷功率和間歇性DG出力的時變性，并以配電系統(tǒng)的網(wǎng)損效益、減排效益和電壓質量為優(yōu)化目標，使配電系統(tǒng)的潮流分布趨于穩(wěn)定，解決采用確定性的變量和約束來處理間歇性DG出力存在明顯不確定性和波動性的問題，在提高間歇性DG利用效率和節(jié)能減排的同時，使配電系統(tǒng)的運行效益和電壓質量達到綜合最優(yōu)。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明的技術方案，下面將對實施例中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，對于本領域普通技術人員而言，在不付出創(chuàng)造性勞動性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明實施例提供的主動配電網(wǎng)潮流計算方法的流程圖；

圖2為本發(fā)明實施例提供的帶精英策略的遺傳算法的流程圖；

圖3為本發(fā)明實施例提供的IEEE 33節(jié)點配電系統(tǒng)接線圖；

圖4為本發(fā)明實施例提供的配電系統(tǒng)動態(tài)無功優(yōu)化前后各個小時內(nèi)網(wǎng)損變化曲線；

圖5為本發(fā)明實施例提供的三種優(yōu)化方式下配電系統(tǒng)電壓質量最差時段各節(jié)點電壓期望值曲線；

圖6為本發(fā)明實施例提供的三種優(yōu)化方式下配電系統(tǒng)電壓質量最差時段各節(jié)點電壓幅值位于0.9～1.1的概率曲線；

圖7為本發(fā)明實施例提供的動態(tài)無功優(yōu)化期望經(jīng)濟效益與最大日允許投切次數(shù)的關系曲線。

具體實施方式

參見圖1，為本發(fā)明實施例提供的主動配電網(wǎng)潮流計算方法的流程圖。

本發(fā)明實施例提供的一種主動配電網(wǎng)潮流計算方法，以補償電容器組(capacitor，C)作為主動配電網(wǎng)的無功補償設備，基于含間歇性DG的配電網(wǎng)概率潮流計算結果，對每個時段采用機會約束規(guī)劃方法，以所有時段內(nèi)系統(tǒng)優(yōu)化運行節(jié)約的網(wǎng)損效益、減排效益和電壓質量綜合最優(yōu)為規(guī)劃目標，充分考慮節(jié)點負荷功率和間歇性DG出力的時變性，采用含間歇性DG的配電網(wǎng)動態(tài)無功優(yōu)化方法，在提高間歇性DG利用效率和節(jié)能減排的同時，使配電系統(tǒng)的運行效益和電壓的穩(wěn)定概率達到綜合最優(yōu)。該方法包括以下步驟：

S1、獲取配電系統(tǒng)的網(wǎng)絡參數(shù)、節(jié)點負荷功率和配電系統(tǒng)概率模型的相關參數(shù)，根據(jù)機會約束規(guī)劃方法，建立含間歇式DG的配電網(wǎng)動態(tài)無功優(yōu)化模型；

S2、根據(jù)基于半不變量法的概率潮流計算方法，計算所述含間歇式DG的配電網(wǎng)動態(tài)無功優(yōu)化模型的概率潮流；

S3、基于所述概率潮流的計算結果，根據(jù)投切到所述配電系統(tǒng)中補償電容器組的配置信息，確定所述補償電容器組的控制變量個數(shù)，采用整數(shù)編碼方式，對所述補償電容器組的控制變量進行編碼；

S4、采用帶精英策略的遺傳算法，對編碼后的所述含間歇式DG的配電網(wǎng)動態(tài)無功優(yōu)化模型進行優(yōu)化求解，得到所述配電系統(tǒng)的各節(jié)點電壓、相角、支路功率和功率損耗。

在步驟S1中，具體地，本實施例公開的配電系統(tǒng)為主動配電網(wǎng)，主動配電網(wǎng)通過使用靈活的網(wǎng)絡拓撲結構來管理潮流，能夠實現(xiàn)對不同區(qū)域中的分布式電源設備進行主動控制和主動管理。主動配電網(wǎng)的特點包括兩個：一是含有本地發(fā)電裝置，多為容量較小的分布式電源，有效發(fā)揮單一能源系統(tǒng)的優(yōu)點，實現(xiàn)多種能源互補，提高整個微電網(wǎng)系統(tǒng)的效率、能源利用率和供電可靠性，其中分布式電源(Distributed Generation Resource，DGR)通常指主要利用可再生新能源且發(fā)電功率為幾kW至50MW小型模塊式、與環(huán)境兼容的獨立電源，可以滿足電力系統(tǒng)和用戶特定要求。二是主動配電網(wǎng)是可控的，主動配電網(wǎng)的功能是將電源和用戶需求有效連接起來，允許雙方共同決定如何最好地實時運行。主動配電網(wǎng)接入大電網(wǎng)并網(wǎng)運行，不僅可以充分利用主動配電網(wǎng)內(nèi)部的綠色可再生能源，還可以提高整個電網(wǎng)的安全性。

當間歇性分布式電源(distributed generation，DG)接入主動配電網(wǎng)時，由于間歇性分布式電源的出力受環(huán)境氣候的影響很大，具有明顯的間歇性、隨機性以及波動性，因此會改變配電系統(tǒng)的潮流分布，從而對配電系統(tǒng)的節(jié)點電壓和網(wǎng)絡損耗產(chǎn)生極大的影響。

本發(fā)明實施例以配電系統(tǒng)運行的網(wǎng)損效益、減排效益和電壓質量為優(yōu)化目標進行潮流計算，優(yōu)化因間歇性DG接入主動配電網(wǎng)而引起的負面影響。其中，網(wǎng)損效益由各支路的功率損耗表示，減排效益由某一時段廢氣排放量表示，電壓質量由配電網(wǎng)的各節(jié)點電壓值和相角值表示。網(wǎng)損效益和減排效益可統(tǒng)稱為運行效益。

本發(fā)明實施例對發(fā)生潮流變化的配電系統(tǒng)進行優(yōu)化，采用無功優(yōu)化方法，對配電系統(tǒng)的各節(jié)點電壓、相角、支路功率和功率損耗進行優(yōu)化，通過潮流計算方法，以使配電系統(tǒng)的潮流分布恢復正常。

其中，獲取配電系統(tǒng)相關參數(shù)的過程具體包括以下步驟：

S101、將未來一天劃分為若干個時段，獲取各個時段內(nèi)所述配電系統(tǒng)的網(wǎng)絡參數(shù)、節(jié)點負荷功率和配電系統(tǒng)概率模型的相關參數(shù)；

根據(jù)側重點的不同，配電網(wǎng)無功優(yōu)化的目標函數(shù)可分為技術性能指標和經(jīng)濟性能指標兩類，例如：①電網(wǎng)有功損耗最?。虎跓o功補償設備投資費用最??；③節(jié)點電壓與額定電壓的偏差最小；④綜合效益最好。為實現(xiàn)上述優(yōu)化目標，將未來一天劃分為若干個時段，由于各個時段內(nèi)各節(jié)點負荷功率和相關參數(shù)的概率分布恒定，因此將各個時段內(nèi)獲取的相關參數(shù)作為配電網(wǎng)無功優(yōu)化的基礎參數(shù)最為準確。

其中，所述配電系統(tǒng)的網(wǎng)絡參數(shù)包括：配電網(wǎng)三相電流、電壓和相位的矢量值；所述配電系統(tǒng)概率模型包括：分布式風電概率模型和光伏電池概率模型；分布式風電概率模型和光伏發(fā)電概率模型是有數(shù)學概率的，并且?guī)в屑竟?jié)性、波動性和隨機性；所述相關參數(shù)包括：節(jié)點數(shù)、節(jié)點電壓、節(jié)點電流和節(jié)點功率。

可選的，配電系統(tǒng)概率模型由以下步驟得到：

S1011、根據(jù)所述配電系統(tǒng)的網(wǎng)絡參數(shù)，在無補償電容器組和無間歇性DG并入配電系統(tǒng)時，計算所述配電系統(tǒng)的概率潮流；

S1012、如果存在補償電容器組和間歇性DG并入配電系統(tǒng)時，計算所述配電系統(tǒng)的當前概率潮流；

S1013、根據(jù)所述概率潮流和所述當前概率潮流，建立配電系統(tǒng)概率模型。

本實施例以未發(fā)生潮流分布改變時的潮流分布和發(fā)生潮流分布變化時的潮流分布之間的差別，確定配電系統(tǒng)概率模型，并根據(jù)該配電系統(tǒng)概率模型的相關參數(shù)作為后序進行無功優(yōu)化方法的基礎。

由于決定分布式風電出力大小的風速一般服從雙參數(shù)的威布爾(weibull)分布，同理，決定光伏電池出力大小的光照強度一般認為服從Beta分布，由此即可確定含間歇性DG的配電系統(tǒng)概率模型，即分布式風電概率模型和光伏電池概率模型，而節(jié)點負荷功率則可采用正態(tài)分布描述其隨機性。

S102、采用機會約束規(guī)劃方法，優(yōu)化在所述各個時段內(nèi)投切到配電網(wǎng)的補償電容器組的容量；

當間歇性DG接入配電網(wǎng)時會改變配電系統(tǒng)的潮流分布，出現(xiàn)無功損耗，因此本發(fā)明實施例以補償電容器組作為配電系統(tǒng)的無功補償設備，補償當前配電系統(tǒng)的無功損耗，以進行無功優(yōu)化。而將補償電容器組以多大的容量投切到配電系統(tǒng)中補償無功損耗，需要根據(jù)當前被影響后的配電系統(tǒng)的潮流分布進行確定。

因此，首先根據(jù)獲取的配電系統(tǒng)的網(wǎng)絡參數(shù)，計算出配電系統(tǒng)在無補償電容器組和無間歇性DG并網(wǎng)時的概率潮流分布，當間歇性DG并入主動配電網(wǎng)時，當前配電系統(tǒng)的潮流發(fā)生變化，根據(jù)當前的潮流分布與正常時的潮流分布的差別，采用機會約束規(guī)劃方法，來確定可投切到當前配電系統(tǒng)用于補償無功功率損耗的補償電容器組的容量。

本發(fā)明實施例采用適用于不確定性和隨機性環(huán)境的機會約束規(guī)劃方法，確定補償電容器組在各個時段內(nèi)的投切容量，以準確地補償被影響后的配電系統(tǒng)的無功損耗。

當確定好可投切到被影響后的配電系統(tǒng)中的補償電容器組的容量后，為使得含間歇性DG的配電網(wǎng)運行效益和電壓質量達到綜合最優(yōu)，需要利用含間歇性DG的配電網(wǎng)動態(tài)無功優(yōu)化方法，對出現(xiàn)潮流分布變化的配電系統(tǒng)進行優(yōu)化。其中，含間歇性DG的配電網(wǎng)動態(tài)無功優(yōu)化方法的建立過程如下：

S103、確定所述優(yōu)化容量的目標函數(shù)，根據(jù)約束條件，建立含間歇式DG的配電網(wǎng)動態(tài)無功優(yōu)化模型；

根據(jù)機會約束規(guī)劃方法確定好的可投切到被影響后的配電系統(tǒng)中的補償電容器組的容量，確定與其對應的目標函數(shù)，作為優(yōu)化目標。其中，目標函數(shù)的表達式為：

式中，N為劃分的時段數(shù)；T_i為i時段的運行時間；C_loss為配電系統(tǒng)節(jié)約的網(wǎng)損電價；為i時段配電系統(tǒng)節(jié)約的網(wǎng)損期望值；C_gas為單位廢氣排放費用；為i時段減少的廢氣排放量期望值；δ為將電壓改善指標轉換成經(jīng)濟效益的衡量因素；為電壓改善指標期望值。

其中，電壓改善指標期望值的計算公式為：

式中，M為配電系統(tǒng)的節(jié)點數(shù)(平衡節(jié)點除外)；為i時段系統(tǒng)無C投入運行時第j號節(jié)點的電壓期望值；為i時段對系統(tǒng)已安裝的C優(yōu)化投運容量時第j號節(jié)點的電壓期望值；V_jR為系統(tǒng)第j號節(jié)點的電壓額定值。

機會約束規(guī)劃方法的目標函數(shù)確定之后，根據(jù)約束條件，建立含間歇式DG的配電網(wǎng)動態(tài)無功優(yōu)化模型。

其中，約束條件包括不等式約束條件和機會約束條件；

不等式約束條件的約束式如下：

機會約束條件的約束式如下：

式中，N_DWG、N_PV分別為配電系統(tǒng)安裝分布式風電(DWG)和光伏電池(PV)的節(jié)點數(shù)；P_jDWG為第j號節(jié)點DWG有功輸出；P_kPV為第k號節(jié)點PV有功輸出；為系統(tǒng)最大負荷功率；分別為第i號節(jié)點的電壓上下限和期望值；P{·}表示{·}中事件成立的概率；分別為支路l的傳輸有功功率期望值及其上限；ρ、λ_i、ω_l分別為穿透功率系數(shù)、節(jié)點i的電壓約束置信水平和支路l的潮流約束置信水平；η_n、分別為第n號節(jié)點C的投切次數(shù)及其最大日允許投切次數(shù)。

機會約束規(guī)劃方法是允許所作決策在一定程度上不滿足約束條件，但該決策應使約束條件成立的概率不小于某一置信水平α的方法，也是在一定的概率意義下達到最優(yōu)的理論。由于約束條件中含有隨機變量，且必須在預測到隨機變量的實現(xiàn)之前作出決策的情況下；而且還要考慮到所作決策在不利情況發(fā)生時可能不滿足約束條件，這時要采用一種原則，即為機會約束規(guī)劃方法。

通過機會約束規(guī)劃方法確定的可投切到配電系統(tǒng)中的補償電容器組的容量的目標函數(shù)，經(jīng)過約束條件處理后，得到的結果即為含間歇式DG的配電網(wǎng)動態(tài)無功優(yōu)化模型。

步驟S2、根據(jù)基于半不變量法的概率潮流計算方法，計算所述含間歇式DG的配電網(wǎng)動態(tài)無功優(yōu)化模型的概率潮流；

本發(fā)明實施例采用概率潮流計算方法計算優(yōu)化目標的目標函數(shù)值，具體為：采用基于半不量法的概率潮流計算方法，計算含間歇式DG的配電網(wǎng)動態(tài)無功優(yōu)化模型的概率潮流。

概率潮流是反應電力系統(tǒng)穩(wěn)定運行情況的宏觀統(tǒng)計方法，它可綜合考慮網(wǎng)絡拓撲結構、元件參數(shù)、節(jié)點負荷功率以及發(fā)電機輸出功率等變量的隨機性。而本發(fā)明實施例提供的基于半不量法的概率潮流計算方法，只需考慮節(jié)點負荷功率以及間歇性DG出力的隨機性，無需考慮網(wǎng)絡拓撲結構變化和間歇性DG停運等隨機影響，因此，可以準確地計算出優(yōu)化目標的潮流概率，即含間歇式DG的配電網(wǎng)動態(tài)無功優(yōu)化模型的概率潮流，而不受其他不確定性因素影響。

可選的，基于半不變量法的概率潮流計算方法的具體過程包括：

根據(jù)所述配電系統(tǒng)的節(jié)點負荷功率和間歇式DG的出力，采用功率方程矩陣，在基準運行點處利用泰勒級數(shù)展開公式對所述功率方程矩陣進行展開，再根據(jù)半不量法，計算所述含間歇式DG的配電網(wǎng)動態(tài)無功優(yōu)化模型的狀態(tài)變量和支路潮流的概率分布。

由于節(jié)點負荷功率和間歇式DG出力的時變性會影響配電網(wǎng)動態(tài)無功優(yōu)化的期望經(jīng)濟效益，本發(fā)明實施例建立的含間歇式DG的配電網(wǎng)動態(tài)無功優(yōu)化模型充分地考慮了節(jié)點負荷功率和間歇式DG出力的影響，可準確地反應間歇性DG的節(jié)能減排效益。間歇性DG的無功出力可提升配電網(wǎng)的無功補償備用容量，緩解補償電容器組的無功補償壓力，從而改善配電網(wǎng)的動態(tài)無功優(yōu)化效果，降低節(jié)點電壓幅值的波動性以及提高節(jié)點電壓幅值位于正常范圍內(nèi)的概率置信水平。

其中，功率方程矩陣的表達式包括：

式中，W為節(jié)點有功和無功注入列向量；Z為支路有功和無功潮流列向量；f為節(jié)點功率平衡方程；g為支路潮流方程。

將上式在基準運行點處利用泰勒級數(shù)展開公式對其展開，并忽略2次以上的高次項，得到：

式中，ΔW分別為W的期望值與隨機擾動量；ΔZ分別為Z的期望值與隨機擾動量；J₀為基準運行狀態(tài)下收斂點處的雅可比矩陣；G₀的元素與J₀的元素有較為簡單的關系。

對泰勒展開式(6)進行整理，得到下式(7)：

由此式(7)可知，含間歇式DG的配電網(wǎng)動態(tài)無功優(yōu)化模型的狀態(tài)變量和支路潮流的隨機擾動量均為節(jié)點注入功率隨機擾動量的線性函數(shù)，且各隨機擾動量之間滿足下式(8)：

ΔW＝ΔW_G+ΔW_L； (8)；

式中，ΔW_G、ΔW_L分別為間歇性DG出力與節(jié)點負荷功率的隨機擾動量。

依據(jù)概率相關論知識，在已知間歇性DG出力和負荷功率概率分布的前提下，可求得間歇性DG出力和負荷功率隨機擾動量的各階原點矩；利用隨機變量的各階半不變量與其各階原點矩之間的關系，可求得ΔW_G、ΔW_L的各階半不變量，進而依據(jù)上述式(8)和(7)，應用半不變量法求得ΔX、ΔZ的各階半不變量，最后采用Gram-Charlier級數(shù)展開得到ΔX、ΔZ的概率密度函數(shù)，從而得到含間歇式DG的配電網(wǎng)動態(tài)無功優(yōu)化模型的狀態(tài)變量X和支路潮流Z的概率分布。

步驟S3、基于所述概率潮流的計算結果，根據(jù)投切到所述配電系統(tǒng)中補償電容器組的配置信息，確定所述補償電容器的控制變量個數(shù)，采用整數(shù)編碼方式，對所述補償電容器組的控制變量進行編碼；

在知曉當前配電系統(tǒng)的概率潮流分布后，對投切到配電系統(tǒng)中的補償電容器組進行編碼，以備后序對含間歇式DG的配電網(wǎng)動態(tài)無功優(yōu)化模型進行優(yōu)化求解。

根據(jù)可投切到配電系統(tǒng)中的補償電容器組的配置信息，確定描述補償電容器組的控制變量個數(shù)。

在實際的配電系統(tǒng)中，各節(jié)點已安裝的補償電容器組可投切容量均為有限離散整數(shù)值，因此采用整數(shù)編碼方式，對補償電容器組的所有控制變量進行編碼。

采用一個編碼數(shù)組描述一個控制變量的取值變化狀態(tài)，將編碼數(shù)組分為三個部分：第一部分為控制變量的初始值，第二部分為控制變量每次投切之后的容量值，第三部分為控制變量每次投切的時段。

可選的，采用整數(shù)編碼方式，對補償電容器組的控制變量進行編碼的過程，包括：

S301、根據(jù)每個所述補償電容器組的可投切容量離散整數(shù)值，確定每個所述控制變量的基本字符，得到基本字符集；

S302、設定隸屬于不同所述控制變量的基因的可選編碼值與所述基本字符集中的元素一一對應，如果所述基因中存在與所述基本字符值不對應的編碼值，則消除所述編碼值；

其中，所述基本字符集包括：所述控制變量的初始值、所述控制變量在每次投切之后的容量值和所述控制變量每次投切的時段；消除的編碼值為不可行解，將不對應時的控制變量的可選編碼值消除，該編碼值不能做為控制變量的編碼進行后序的優(yōu)化求解，以免在后序遺傳計算因匹配不完全而出現(xiàn)無法迭代遺傳的情況，造成優(yōu)化結果不準確。

所述整數(shù)編碼的格式包括：

式中，X_n為第n號節(jié)點補償電容器組的控制變量；為第n號節(jié)點補償電容器組的控制變量的初始值；為第n號節(jié)點補償電容器組的第k次投切之后的容量值；為第n號節(jié)點補償電容器組的第k次投切的時段，且規(guī)定各投切時段互不相同。

采用上述整數(shù)編碼方式，一方面有效的降低編碼數(shù)組的編碼長度，其長度只與補償電容器組的個數(shù)及其最大日允許投切次數(shù)有關，不受優(yōu)化時段數(shù)的影響；另一方面避免了種群個體在交叉和變異等遺傳操作時，由于不滿足補償電容器組的最大日允許投切次數(shù)約束而產(chǎn)生的不可行解，從而有效地解決補償電容器組投切的時空耦合問題。

補償電容器組的最大日允許投切次數(shù)在一定的區(qū)間內(nèi)變化時對配電網(wǎng)動態(tài)無功優(yōu)化的期望經(jīng)濟效益有顯著的影響，合理確定補償電容器組最大日允許投切次數(shù)方可反映動態(tài)無功優(yōu)化可獲得的經(jīng)濟效益。本實施例采用的控制變量的編碼方法可將補償電容器組的實際投切次數(shù)嚴格控制在最大日允許投切次數(shù)的限制之內(nèi)，解決考慮動作次數(shù)約束的動態(tài)無功優(yōu)化問題。

步驟S4、采用帶精英策略的遺傳算法，對編碼后的所述含間歇式DG的配電網(wǎng)動態(tài)無功優(yōu)化模型進行優(yōu)化求解，得到所述配電系統(tǒng)的各節(jié)點電壓、相角、支路功率和功率損耗。

如圖2所示，為本發(fā)明實施例提供的帶精英策略的遺傳算法的流程圖。

可選的，采用帶精英策略的遺傳算法的計算過程具體包括：

S401、根據(jù)所述編碼后的含間歇式DG的配電網(wǎng)動態(tài)無功優(yōu)化模型設定遺傳參數(shù)，生成初始種群；

其中，遺傳參數(shù)包括節(jié)點數(shù)以及各節(jié)點的電流、電壓和功率。初始種群為根據(jù)遺傳參數(shù)隨機產(chǎn)生的N個初始串結構數(shù)據(jù)，每個串結構數(shù)據(jù)稱為一個個體，N個個體構成的一個群體。遺傳算法以這N個串結構作為初始點開始迭代。

S402、對所述初始種群中的各個個體進行概率潮流計算，根據(jù)所述概率潮流計算的結果，計算所述初始種群中各個個體的適應度；

適應度是指在某種環(huán)境條件下，某已知基因型的個體將其基因傳遞到其后代基因庫中的相對能力，是衡量個體存活和生殖機會的尺度。

S403、采用帶精英策略的遺傳算法，對父代種群進行遺傳操作，得到子代種群；

精英策略是將當前代中的最優(yōu)個體替換當前代中的最差個體的方法，即當前種群中適應度最高的個體不參與交叉運算和變異運算，而是用它來替換掉本代群體中經(jīng)過交叉、變異等遺傳操作后所產(chǎn)生的適應度最低的個體。

采用帶有精英策略的遺傳算法，可以將當前代中的最優(yōu)個體保留，不會在進化過程中出現(xiàn)丟失的情況，以保證在后代中的遺傳結果能夠更準確，提高優(yōu)化結果的精度。

當進行第一次迭代時，父代種群即為初始種群。

S404、對所述子代種群中的各個個體進行概率潮流計算，根據(jù)所述子代種群的概率潮流計算結果，計算子代種群中各個個體的適應度；

S405、判斷所述子代種群中各個個體的適應度是否滿足遺傳算法終止條件；

其中，本實施例的遺傳算法終止條件包括但不限于下述方法：

如果所述各個個體中的最優(yōu)個體的適應度達到預設閾值，或，所述最優(yōu)個體的適應度和群體適應度達到穩(wěn)定，或，迭代次數(shù)大于或等于預設代數(shù)時，所述遺傳算法終止。本實施例中，預設代數(shù)優(yōu)先設置為500代。

S406、如果滿足，則遺傳終止，輸出優(yōu)化結果；其中，所述優(yōu)化結果包括所述配電網(wǎng)的各節(jié)點電壓、相角、支路功率和功率損耗；

S407、如果不滿足，則通過迭代法，得到次子代種群，重復遺傳操作。

判斷子代種群的各個個體中的最優(yōu)個體的適應度是否滿足遺傳算法終止條件，如果滿足，則遺傳終止并輸出優(yōu)化結果；如果不滿足，則通過迭代法，從步驟S403開始重復，直到當代種群中的最優(yōu)個體的適應度滿足遺傳算法終止條件。

通過帶精英策略的遺傳算法對含間歇式DG的配電網(wǎng)動態(tài)無功優(yōu)化模型進行優(yōu)化求解，其優(yōu)化結果即為潮流分布受到影響后的配電系統(tǒng)的節(jié)點電壓、相角、支路功率和功率損耗，使當前配電系統(tǒng)的運行效益和電壓的穩(wěn)定概率達到綜合最優(yōu)。其中，運行效益包括網(wǎng)損效益和減排效益。

下面結合具體實例來說明本發(fā)明實施例提供的主動配電網(wǎng)潮流計算方法的有益效果。

本發(fā)明實施例以IEEE 33節(jié)點配電系統(tǒng)為例，其配電系統(tǒng)接線如圖3所示。配電系統(tǒng)基準功率和基準電壓分別為10MW和12.66kV；選0號節(jié)點作為配電系統(tǒng)的平衡節(jié)點，并假定其電壓恒為1.0p.u以及注入平衡節(jié)點功率的65％為火電廠提供，其單位發(fā)電量產(chǎn)生的廢氣排放量如表1所示；

表1單位發(fā)電廢氣排放量及其費用

表2間歇性DG和補償電容器組的配置容量及其位置

間歇性DG采用美國NASA研制的Mod-0型風機和PILKINGTON SFM144Hx250wp型PV組件，配電系統(tǒng)間歇性DG和補償電容器組的配置容量及其位置見表2，單組補償電容器的額定容量均為10kvar；補償電容器組的最大日允許投切次數(shù)均為5次；DG穿透功率極限為60％；系統(tǒng)網(wǎng)損電價為0.4元/kW.h；廢氣排放費用為0.14元/kg。

采用本發(fā)明實施例提出的含間歇性DG的配電網(wǎng)動態(tài)無功優(yōu)化模型及其求解算法，對IEEE 33節(jié)點配電系統(tǒng)進行動態(tài)無功優(yōu)化仿真計算。計算中，將未來一天劃分為24個時段，假定算例配電系統(tǒng)各節(jié)點的負荷功率因數(shù)恒定，節(jié)點電壓約束置信水平λ_i和支路潮流約束置信水平ω_l均取0.95；式(1)的δ取值取決于配電系統(tǒng)對電壓質量的要求，當要求較高的電壓質量時，可取較大的δ值，反之則取較小的δ值，本實施例中取δ＝40。此外，為了便于對比分析，針對間歇性DG無功出力為零以及間歇性DG有功和無功出力均為零的兩種系統(tǒng)配置情況，分別做了動態(tài)無功優(yōu)化的仿真計算。三種優(yōu)化方式的優(yōu)化結果如表3所示。

表3三種優(yōu)化方式的動態(tài)無功優(yōu)化結果

從表3的數(shù)據(jù)對比可知，間歇性DG出力不為零時，配電系統(tǒng)動態(tài)無功優(yōu)化的綜合期望效益最佳，其系統(tǒng)降損期望效益、減排期望效益和電壓改善指標期望值三方面均優(yōu)于其它兩種優(yōu)化方式；間歇性DG無功出力為零的優(yōu)化方式亦全面優(yōu)于間歇性DG出力均為零的優(yōu)化方式。

對此，可從兩個層面加以解釋，其一是利用清潔可再生能源發(fā)電的DWG和PV，其廢氣排放量幾近于零，在配電網(wǎng)中DWG和PV的接入可大量地減少配電系統(tǒng)對外網(wǎng)的有功需求，從而使配電系統(tǒng)減排帶來的經(jīng)濟效益得到明顯的提升，如表3中，間歇性DG出力不為零的優(yōu)化方式的系統(tǒng)減排期望效益為1705.98元，而間歇性DG出力均為零的優(yōu)化方式僅為239.36元；其二是DWG和PV均以恒功率因數(shù)控制方式接入主動配電網(wǎng)，其輸出功率除了有功功率之外，還有可用于平衡配電系統(tǒng)無功需求的無功功率，且由于功率因數(shù)恒定，無功功率的變化趨勢與有功功率一致，間歇性DG的輸出功率可就地平衡部分節(jié)點的負荷，從而減少在配電系統(tǒng)中流動的有功和無功，改善系統(tǒng)潮流，提高系統(tǒng)降損效益，如表3中，間歇性DG出力均不為零的優(yōu)化方式的系統(tǒng)降損期望效益為1750.17元，而間歇性DG出力均為零的優(yōu)化方式只有1002.03元。

參見圖4，為配電系統(tǒng)動態(tài)無功優(yōu)化前后各個小時內(nèi)網(wǎng)損變化曲線。

由圖4可知，相比于單純優(yōu)化配電系統(tǒng)中補償電容器組投切容量的方式，間歇性DG的出力可明顯降低配電系統(tǒng)運行的網(wǎng)絡損耗，而且，對于同一種優(yōu)化方式的不同時刻，其網(wǎng)損期望值以一定的趨勢波動變化，表明負荷功率以及間歇性DG出力期望值的時變性會影響系統(tǒng)動態(tài)無功優(yōu)化所減少的網(wǎng)損期望值。

此外，對比間歇性DG無功出力是否為零的兩種優(yōu)化方式可知，間歇性DG的無功出力參與系統(tǒng)的無功電壓調(diào)節(jié)，不僅可以降低系統(tǒng)運行的網(wǎng)損以及廢氣排放量，還可以有效地改善系統(tǒng)各節(jié)點的電壓質量，提高節(jié)點電壓改善指標期望值，如表3所示，間歇性DG無功出力不為零時，其電壓改善指標期望值為3.4258，高于間歇性DG無功出力為零時的3.1781。表4給出了兩種優(yōu)化方式下補償電容器組的最優(yōu)投切結果。

表4兩種優(yōu)化方式的補償電容器組最優(yōu)投切結果

表4中，累積投切容量表示已安裝補償電容器組的節(jié)點處在各個小時內(nèi)的補償電容器組投切容量之和。對比表4兩種優(yōu)化方式的補償電容器組優(yōu)化結果可知，間歇性DG無功出力不為零的優(yōu)化方式在部分節(jié)點處的累積投運容量要大于歇性DG無功出力為零的優(yōu)化方式，如節(jié)點7、10和31，但是對于大部分節(jié)點，前者的累積投運容量明顯小于后者，因此，從整體上而言，間歇性DG的無功出力可有效降低補償電容器組在各個小時內(nèi)的投運容量以及節(jié)約補償電容器組的優(yōu)化運行成本，表明本發(fā)明實施例構建的含間歇性DG的配電網(wǎng)動態(tài)無功優(yōu)化模型可充分利用間歇性DG的無功出力，從而提升配電系統(tǒng)無功補償?shù)膫溆萌萘?，緩解補償電容器組的無功補償壓力。此外，兩種優(yōu)化方式各節(jié)點處的補償電容器組實際投切次數(shù)并非完全一致，而是具有一定的差異性，但是各個補償電容器組的實際投切次數(shù)均能控制在最大日允許投切次數(shù)的限制之內(nèi)，說明本發(fā)明實施例采用的控制變量編碼方式可較好地解決考慮無功補償裝置動作次數(shù)約束的動態(tài)無功優(yōu)化問題。

參見圖5，為三種優(yōu)化方式下配電系統(tǒng)電壓質量最差時段各節(jié)點電壓期望值曲線；參見圖6，為三種優(yōu)化方式下配電系統(tǒng)電壓質量最差時段各節(jié)點電壓幅值位于0.9～1.1的概率曲線。

由圖5可知，對于間歇性DG出力不為零的優(yōu)化方式，其系統(tǒng)各節(jié)點電壓期望值大體上與間歇性DG無功出力為零的優(yōu)化方式相持平，但明顯高于間歇性DG出力均為零的優(yōu)化方式。由于17節(jié)點位于配電網(wǎng)的末端，電壓損耗最大，故節(jié)點電壓期望值最低，然而，三種優(yōu)化方式下，節(jié)點電壓期望值最低點出現(xiàn)的時段并不一樣，間歇性DG出力不為零的優(yōu)化方式的節(jié)點電壓期望值最低點出現(xiàn)在22時段，為0.9334；間歇性DG無功出力為零的優(yōu)化方式出現(xiàn)在12時段，為0.9298；而間歇性DG出力均為零的優(yōu)化方式則出現(xiàn)在11時段，為0.9212；相應的節(jié)點電壓幅值處于0.9至1.1的概率如圖6所示，分別為0.9672、0.9396和0.9015，即僅有間歇性DG出力不為零的優(yōu)化結果可滿足節(jié)點電壓置信水平的約束。因此，圖示結果表明，間歇性DG出力不為零的優(yōu)化方式對系統(tǒng)各節(jié)點電壓質量的改善效果明顯優(yōu)于其它兩種方式，其節(jié)點電壓幅值的波動更小，穩(wěn)定性更高。

參見圖7，為動態(tài)無功優(yōu)化期望經(jīng)濟效益與最大日允許投切次數(shù)的關系曲線。

為了說明補償電容器組的最大日允許投切次數(shù)對含間歇性DG的配電網(wǎng)動態(tài)無功優(yōu)化期望經(jīng)濟效益的影響，假設補償電容器組的最大日允許投切次數(shù)從1～10逐步遞增。由圖7可知，補償電容器組的最大日允許投切次數(shù)較小時，動態(tài)無功優(yōu)化期望經(jīng)濟效益大體上與其成單調(diào)遞增的關系，然而，當最大日允許投切次數(shù)達到8次時，動態(tài)無功優(yōu)化期望經(jīng)濟效益遞增緩慢，基本趨于穩(wěn)定。由此可見，補償電容器組的最大日允許投切次數(shù)在一定的區(qū)間內(nèi)變化時對動態(tài)無功優(yōu)化期望經(jīng)濟效益有較為顯著的影響，因此，對采用補償電容器組作為無功補償設備的配電網(wǎng)進行動態(tài)無功優(yōu)化時，應根據(jù)實際情況確定補償電容器組的最大日允許投切次數(shù)，以便客觀地反映動態(tài)無功優(yōu)化可獲得的經(jīng)濟效益。

由以上技術方案可知，本發(fā)明實施例提供了一種主動配電網(wǎng)潮流計算方法，包括以下步驟：獲取配電系統(tǒng)的網(wǎng)絡參數(shù)、節(jié)點負荷功率和配電系統(tǒng)概率模型的相關參數(shù)，根據(jù)機會約束規(guī)劃方法，建立含間歇式DG的配電網(wǎng)動態(tài)無功優(yōu)化模型；根據(jù)基于半不變量法的概率潮流計算方法，計算該模型的概率潮流；根據(jù)投切到所述配電系統(tǒng)中補償電容器組的配置信息，確定補償電容器組的控制變量個數(shù)，采用整數(shù)編碼方式，對控制變量進行編碼；采用帶精英策略的遺傳算法，對編碼后的無功優(yōu)化模型進行優(yōu)化求解，得到所述配電網(wǎng)的各節(jié)點電壓、相角、支路功率和功率損耗。本發(fā)明實施例提供的方法，以補償電容器組作為無功補償設備，通過無功優(yōu)化方法對主動配電網(wǎng)的潮流分布進行優(yōu)化，充分利用間歇性DG的無功出力，從而提升配電系統(tǒng)無功補償?shù)膫溆萌萘?，緩解補償電容器組的無功補償壓力；該方法還考慮節(jié)點負荷功率和間歇性DG出力的時變性，以配電系統(tǒng)的網(wǎng)損效益、減排效益和電壓質量為優(yōu)化目標，使配電系統(tǒng)的潮流分布趨于穩(wěn)定，解決采用確定性的變量和約束來處理間歇性DG出力存在明顯不確定性和波動性的問題，在提高間歇性DG利用效率和節(jié)能減排的同時，使配電系統(tǒng)的運行效益和電壓質量達到綜合最優(yōu)。

本領域技術人員在考慮說明書及實踐這里公開的發(fā)明后，將容易想到本發(fā)明的其它實施方案。本申請旨在涵蓋本發(fā)明的任何變型、用途或者適應性變化，這些變型、用途或者適應性變化遵循本發(fā)明的一般性原理并包括本發(fā)明未公開的本技術領域中的公知常識或慣用技術手段。說明書和實施例僅被視為示例性的，本發(fā)明的真正范圍和精神由所附的權利要求指出。

應當理解的是，本發(fā)明并不局限于上面已經(jīng)描述并在附圖中示出的精確結構，并且可以在不脫離其范圍進行各種修改和改變。本發(fā)明的范圍僅由所附的權利要求來限制。