计及分布式电源接入的配电网重构

计及分布式电源接入的配电网重构

徐玉韬;谈竹奎;袁旭峰;谢百明;陈玉峰;吴恒

【摘要】分布式电源的接入使得配电网重构需要考虑更多的安全因素.基于配电网支路潮流模型,建立以重构周期内网络有功损最低,以满足分布式电源接入下网络运行安全为约束的配电网重构.为有效求解该重构数学模型,利用凸松弛方法将原问题中二次项进行松弛,使之形成混合整数二阶锥规划形式,从而可利用YALMIP商业软件进行高效求解.最后,通过改进的IEEE 33节点测试系统进行仿真分析,并与现有基于粒子群算法及启发式算法的配电网重构方法进行对比,结果表明基于凸优化技术的重构结果不仅能够有效避免算法陷于局部最优,而且稳定性好、计算效率高.【期刊名称】《电测与仪表》

【年(卷),期】2019(056)007

【总页数】6页(P89-94)

【关键词】分布式电源;配电网重构;支路潮流模型;凸优化;混合整数二阶锥

【作者】徐玉韬;谈竹奎;袁旭峰;谢百明;陈玉峰;吴恒

【作者单位】贵州电网有限责任公司电力科学研究院,贵阳550002;贵州电网有限责任公司电力科学研究院,贵阳550002;贵州电网有限责任公司电力科学研究院,贵阳550002;贵州电网有限责任公司电力科学研究院,贵阳550002;北京四方继保自动化股份有限公司,北京100085;北京四方继保自动化股份有限公司,北京100085【正文语种】中文

【中图分类】TM933

0 引言

配电网作为电力系统的末端环节，承载着直接向用户供电的重要作用。配电网重构作为配电自动化的重要手段，旨在满足配电网安全运行要求的前提下，通过改变网络中开关的开断状态对配电网拓扑结构进行优化调整，达到降低网损、提高供电质量的目的[1]。从优化角度分析，配电网重构是一个含多目标、离散变量、非线性项的大规模组合优化问题。在配电网重构问题的求解策略方面，国内外学者已进行了大量研究工作，可归纳为启发式算法[2-3]、人工智能算法[4-6]和数学规划法[7-8]。

近些年伴随分布式电源(Distributed Generation, DG)在配电网中的广泛应用，传统配电网由无源网络变成含多端供电的有源配电网(Active Distribution Network, ADN)，这也势必导致配电网重构日趋复杂，并且需要考虑更多安全因素。基于此考虑，文献[9]将DG视为可调度的模型，建立以配电网有功网损最小为主要目标函数的重构模型，并将二进制粒子群优化算法和变邻域搜索算法相结合，对网络开关开合状态和分布式电源输出功率同时优化求解。文献[10]将DG看作PQ节点和PV节点两种方式进行处理，并采用改进和声搜索算法求解所提的含DG接入的配电网重构问题。文献[11]对接入DG的配电网进行详细数学建模，在此基础上基于禁忌搜索粒子群算法对考虑DG接入的配电网重构进行优化求解。然而，以上文献所选择的启发式求解算法或人工智能算法均容易陷入局部最优解，难以保证解的全局最优性，同时算法受网络规模影响较大，算法稳定性和计算效率不高。

针对含高渗透率DG接入的配电网重构，首先对光伏、风电等典型DG的出力进行合理建模，并以PQ节点的方式添加到配电网重构数学模型中。基于配电网支路潮流模型，建立以重构周期内网络有功损最低，以满足网络运行安全为约束的配电网重构模型。为加快求解该重构数学模型，同时避免算法陷入局部最优解，采用凸

优化技术对所建立的重构模型进行松弛线性求解。算例仿真分析与结果对比验证了所提配电网重构的可行性和有效性。

1 分布式电源出力建模

1.1 光伏发电系统出力建模

光伏发电系统有功出力主要受当地光照强度影响，而光照强度r在近似服从Beta

分布，其概率密度函数可表述为[12]：

(1)

式中α和β分别为Beta分布的两个形状参数。由此可知光伏发电系统输出有功功率也近似服从Beta分布，也即：

(2)

式中rmax为最大的光照强度。此外，光伏发电系统采用恒功率因素控制，也即QPV=PPVtanφ(φ为功率因素角，一般取φ=0.9)。

1.2 风力发电系统出力建模

风力发电系统有功出力主要受当地风速变化影响，而风速变化可以有Weibull分

布拟合，其概率密度函数表述如下[13]：

(3)

式中v表示风速；k和c分别表示Weibull分布的形状参数和尺度参数。由此易知风力发电系统的有功出力也服从Weibull分布，如下所述：

(4)

式中vi、vr、vo分别表示风力发电系统附件的切入风速、额定风速以及切除风速，

而Pr则表示风力发电系统的额定输出功率。与光伏发电系统类似，风力发电系统采用恒功率因素控制，QPV=PPVtanφ(φ为功率因数角，一般取φ=0.9)。

2 配电网重构数学模型

2.1 配电网支路潮流模型

对于任一含n节点的配电网络，均可以用形如G=(V,E)的连通图表示[14]，其中，V为配电网络中所有节点构成的集合，节点编号为i=1,2,…,n；E为配电网络中所有支路构成的集合，其元素可表示为ik，i为首节点，k为末节点。具体的，图1即为配电网中任一支路ik的π型等值电路图，图中，为节点i的电压相量；Si为节点i的注入功率；为由i节点流向节点k的电流相量；为节点i对地注入的电流相量；Yik为支路ik的支路导纳，且有Yik=gik-jbik；Bik为支路ik的对地电纳。图1 支路的π型等值电路示意图Fig.1 Schematic diagram of one power branch in form of π equivalent circuit

由图1可知，支路ik中由节点i向节点k传递的支路潮流Sik可表示为：

Sik=Pik+jQik=

(5)

式中Ui为节点i的电压幅值；θi为节点i电压的相角。令θik=θi-θk，则从节点i 流出的电流幅值可表示为：

(6)

2.2 基于支路潮流的配电网重构建模

本文以网络的有功损耗最低为目标函数，以DG接入后满足网络安全运行为约束