一种基于供电能力影响的四端软开关选址定容方法

技术领域

本发明涉及四端软开关选址定容规划技术领域，尤其是指一种基于供电能力影响的四端软开关选址定容方法。

背景技术

我国配电网一般采用闭环设计、开环运行的供电方式，供电过程中出现故障时，需要通过调节馈线负荷分布来减小故障带来的影响，但是在闭环设计、开环运行的供电方式下馈线负荷分布调节只能通过改变联络开关和分段开关的0-1开合状态来完成，严重限制了配电网供电能力的提高。

而软开关能够改变现有配电网辐射状运行模式，实现配电网多条馈线的柔性闭环互联和潮流连续调控，更能充分利用电网剩余容量及实现配电网最大供电能力，通过软开关对配电网系统进行的改造完成后可以实现多馈线柔性互联和潮流调控，而合理的选址定容优化可以进一步的提高配电网供电能力并降低运行成本。公开于2020年6月12日公开号为108306298B的中国专利运用了软开关对配电网系统进行改造，并针对软开关的选址定容提出了一种柔性多状态开关接入配电网的设计方法，通过模拟多场景潮流计算分析分布式电源接入后配电网节点电压越限和线路负荷重载等配电网薄弱位置，以此确定开关接入位置，并通过遗传算法对建立的柔性多状态开关接入配电网系统优化模型求解，综合得到开关接入位置的最优设计方案，但该技术方案并未考虑到软开关多端口因素在复杂接线情况下带来的影响。软开关受自身设备的端口容量限制，会使负荷转供通道的传输容量受到影响。过低的容量配置会制约馈线间潮流互济的策略选择和优化程度，过高则会使经济成本过高且导致设备利用率过低，所以如何在考虑到软开关多端口因素的情况下快速准确的计算软开关的接入容量是亟待解决的问题，但是该技术方案中利用到遗传算法求解得到的软开关接入容量不够精确，而且求解过程复杂使得求解时间过长。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中的缺点，解决为了提高配电网供电能力利用软开关对配电网系统进行改造时软开关的最优选址定容方案的准确率不足和求解时间过长的问题，提供一种基于供电能力影响的四端软开关选址定容方法。

本发明的目的是通过下述技术方案予以实现：

一种基于供电能力影响的四端软开关选址定容方法，包括以下步骤：

步骤一：以最小年综合成本为第一目标函数，并以四端软开关接入容量约束为约束条件，建立基于供电能力影响的四端软开关优化配置模型；

步骤二：以最小配电网年损耗为第二目标函数，并以潮流约束、节点电压约束、线路载流量约束和四端软开关运行约束为约束条件，建立配电网年损耗计算模型；

步骤三：以系统中各条馈线所带的最大总负荷为第三目标函数，并以负荷等式约束、负载率约束、四端SOP端口容量约束和N-1准则约束为约束条件，建立含四端软开关有源配电网供电能力评估模型；

步骤四：通过二阶锥规划和科学计算软件对配电网年损耗计算模型进行求解，得到配电网典型日的正常运行损耗以及配电网年损耗；采用粒子群算法对四端软开关有源配电网供电能力评估模型进行求解，得到含四端软开关有源配电网线路承载的最大总负荷；

步骤五：将求解所得配电网年损耗和含四端软开关有源配电网线路承载的最大总负荷代入第一目标函数中，通过粒子群算法对基于供电能力影响的四端软开关优化配置模型进行求解，求解得到的最优解作为四端软开关的选址定容方案。

利用了二阶锥规划和粒子群算法对以最小年综合成本为目标函数，并以四端软开关接入容量约束为约束条件建立的基于供电能力影响的四端软开关优化配置模型进行求解，粒子群算法较常用的遗传算法能以更快速度收敛于最优解，且粒子群算法的原理更加简单，实现也更加容易，很好的解决了使用遗传算法求解带来的方案准确率不足和求解时间过长的问题。

进一步的，步骤二中所述第二目标函数表达式如下：

式中：P

将配电网的年损耗也考虑到四端软开关的选址定容方案中，使得四端软开关对于配电网系统的优化更加全面。

进一步的，步骤二中所述约束条件中潮流约束公式如下：

式中：P

步骤二中所述约束条件中节点电压约束公式如下：

U

式中：U

步骤二中所述约束条件中线路载流量约束公式如下：

I

式中：I

步骤二中所述约束条件中四端SOP运行约束公式如下：

P

式中：P

在确保配电网内节点电压幅值和电流幅值正常的情况下，计算四端软开关运行时造成的电能损耗，并将该损耗考虑至四端软开关的选址定容方案的选择中，进一步优化四端软开关的选址定容方案。

进一步的，步骤三中所述第三目标函数表达式如下：

式中：TSC为含四端软开关有源配电网线路承载的最大总负荷，N

四端软开关在进行馈线负荷转供时，需要考虑有源配电网线路可承载的最大总负荷以保证配电网的运行安全。

进一步的，步骤三中所述约束条件中负荷等式约束公式如下：

L

式中：T

步骤三中所述约束条件中负载率约束公式如下：

0≤L

0≤T

式中：T

步骤三中所述约束条件中四端软开关端口容量约束公式如下：

L

式中：S

步骤三中所述约束条件中N-1准则约束公式如下：

式中：L

将负荷等式约束、负载率约束、四端SOP端口容量约束和N-1准则约束引入建立的含四端软开关有源配电网供电能力评估模型中，使最后求解得到的含四端软开关有源配电网的供电能力更加真实可信。

进一步的，步骤四中所述二阶锥规划具体包括二阶锥规划模型转化子步骤，所述二阶锥规划模型转化子步骤包括以下步骤：

(1)通过变量替换将非线性潮流约束转化为线性潮流约束，替换公式如下：

式中：X

变量替换后转换得到线性潮流约束，所述线性潮流约束公式如下：

式中：P

(2)转换过程中引入旋转锥约束条件，使得配电网年损耗计算模型在尖凸锥的约束范围内的同时不会对配电网年损耗计算模型的求解结果造成影响，所述旋转锥约束条件公式如下：

式中，X

(3)将配电网年损耗计算模型中的四端软开关非线性运行约束转换为二阶锥约束条件，所述二阶锥约束条件公式如下：

式中：P

二阶锥规划是一种非常特殊的非线性优化，是非常高效的求解算法，进一步提高了求解的速率，减少了求解的时间。

进一步的，步骤四中利用粒子群算法对四端软开关有源配电网供电能力评估模型进行求解得到的含四端软开关有源配电网供电能力为配电网每条馈线在全网尖峰负荷时刻接入的最大负荷，所述粒子群算法求解过程具体为设置每条馈线的初始实际负荷分别为l

Y＝[r

式中：Y为一行numf列的矩阵，numf为配电网中馈线的总条数，矩阵元素表示配电网中每条馈线与初始实际负荷的负荷接入倍数。

采用实数编码时，问题解的变量数直接作为粒子的维数，提高了求解的效率。

进一步的，步骤五中采用粒子群算法对基于供电能力影响的四端软开关优化配置模型进行求解，求解得到四端软开关的接入位置和容量，所述四端软开关的接入位置和容量的编码如下：

X＝[c

式中：X为一行s列的矩阵，表示四端软开关选址定容方案，矩阵的列数代表四端软开关安装位置的序号，矩阵元素表示四端软开关接入容量，s为配电网中安装四端软开关位置的个数。

粒子群算法没有交叉和变异运算，在迭代过程中只有最优的粒子把信息传递给其他粒子，搜索速度很快且需要调整的参数较少，结构也较简单，易于工程实现。

进一步的，步骤一中所述第一目标函数表达式如下：

式中：F为年综合成本；C

其中配电网线路接入四端软开关后延缓改造的年限N的计算公式如下：

式中：TSC

进一步的，步骤一所述四端软开关接入容量约束公式如下：

S

S

式中：S

在进行四端软开关选址定容方案选择时，除了考虑四端软开关接入位置和容量大小外，还应该结合运行过程中产生的经济成本进行综合考量。

本发明的有益效果是：

本发明提供了一种基于供电能力影响的四端软开关选址定容方法，由于四端软开关能够实现对四条馈线潮流的调节，促进馈线负载均衡，其中任何一条馈线都有其他三条馈线通过四端软开关提供连续负荷的转供支撑，所以四端软开关的选址定容关系到了配电网的整体供电能力。本发明提出的四端软开关选址定容方法结果准确度高，且求解运算时间短，能够进一步的提高四端软开关对配电网系统改造时最优方案选择的效率，有利于提高配电网设备的利用效率。

附图说明

图1是本发明提出的一种基于供电能力影响的四端软开关选址定容方法的流程示意图；

图2是本发明实施例所述四端软开关接入的配电网接线模式的示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步描述。

实施例：

如图2所示，所述四端软开关应用于的4-1主备接线和双环网的配电网接线模式中，所述四端软开关的候选点分布于两种接线模式的联络开关位置。

如图1所示的一种基于供电能力影响的四端软开关选址定容方法，包括以下步骤：

步骤一：以最小年综合成本为第一目标函数，并以四端软开关接入容量约束为约束条件，建立基于供电能力影响的四端软开关优化配置模型；

步骤二：以最小配电网年损耗为第二目标函数，并以潮流约束、节点电压约束、线路载流量约束和四端软开关运行约束为约束条件，建立配电网年损耗计算模型；

步骤三：以系统中各条馈线所带的最大总负荷为第三目标函数，并以负荷等式约束、负载率约束、四端SOP端口容量约束和N-1准则约束为约束条件，建立含四端软开关有源配电网供电能力评估模型；

步骤四：通过二阶锥规划和科学计算软件CPLEX对配电网年损耗计算模型进行求解，得到配电网典型日的正常运行损耗以及配电网年损耗；采用粒子群算法对四端软开关有源配电网供电能力评估模型进行求解，得到含四端软开关有源配电网线路承载的最大总负荷；

步骤五：将求解所得配电网年损耗和含四端软开关有源配电网线路承载的最大总负荷代入第一目标函数中，通过粒子群算法对基于供电能力影响的四端软开关优化配置模型进行求解，求解得到的最优解作为四端软开关的选址定容方案。

各步骤详细说明如下：

步骤一中所述第一目标函数表达式如下：

式中：F为年综合成本；C

其中配电网线路接入四端软开关后延缓改造的年限N的计算公式如下：

式中：TSC

步骤一所述四端软开关接入容量约束公式如下：

S

S

式中：S

步骤二中所述第二目标函数表达式如下：

式中：P

步骤二中所述约束条件中潮流约束公式如下：

式中：P

步骤二中所述约束条件中节点电压约束公式如下：

U

式中：U

步骤二中所述约束条件中线路载流量约束公式如下：

I

式中：I

步骤二中所述约束条件中四端SOP运行约束公式如下：

P

式中：P

步骤三中所述第三目标函数表达式如下：

式中：TSC为含四端软开关有源配电网线路承载的最大总负荷，N

步骤三中所述约束条件中负荷等式约束公式如下：

L

式中：T

步骤三中所述约束条件中负载率约束公式如下：

0≤L

0≤T

式中：T

步骤三中所述约束条件中四端软开关端口容量约束公式如下：

L

式中：S

步骤三中所述约束条件中N-1准则约束公式如下：

式中：L

步骤四中所述二阶锥规划具体包括二阶锥规划模型转化子步骤，所述二阶锥规划模型转化子步骤包括以下步骤：

(1)通过变量替换将非线性潮流约束转化为线性潮流约束，替换公式如下：

式中：X

变量替换后转换得到线性潮流约束，所述线性潮流约束公式如下：

式中：P

(2)转换过程中引入旋转锥约束条件，使得配电网年损耗计算模型在尖凸锥的约束范围内的同时不会对配电网年损耗计算模型的求解结果造成影响，所述旋转锥约束条件公式如下：

式中，X

(3)将配电网年损耗计算模型中的四端软开关非线性运行约束转换为二阶锥约束条件，所述二阶锥约束条件公式如下：

式中：P

步骤四中利用粒子群算法对四端软开关有源配电网供电能力评估模型进行求解得到的含四端软开关有源配电网供电能力为配电网每条馈线在全网尖峰负荷时刻接入的最大负荷，所述粒子群算法求解过程具体为设置每条馈线的初始实际负荷分别为l

Y＝[r

式中：Y为一行numf列的矩阵，numf为配电网中馈线的总条数，矩阵元素表示配电网中每条馈线与初始实际负荷的负荷接入倍数。

步骤五中采用粒子群算法对基于供电能力影响的四端软开关优化配置模型进行求解，求解得到四端软开关的接入位置和容量，所述四端软开关的接入位置和容量的编码如下：

X＝[c

式中：X为一行s列的矩阵，表示四端软开关选址定容方案，矩阵的列数代表四端软开关安装位置的序号，矩阵元素表示四端软开关接入容量，s为配电网中安装四端软开关位置的个数。

以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，并非对本发明作任何形式上的限制，在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。