一种基于可靠性评估的有源配电网四端软开关规划方法

技术领域

本发明涉及四端软开关选址定容规划技术领域，尤其是指一种基于可靠性评估的有源配电网四端软开关规划方法。

背景技术

我国配电网一般采用的都是“环网设计、开环运行”的供电方式，在供电过程中出现故障时，重要用户的持续供电问题不能得到有效及时的解决，极大的降低了配电网系统的可靠性。配电网实际运行过程中，很多因素都会导致短时供电中断现象的出现，对供电可靠性产生影响，主要因素有配电设备和配电线路故障、设备的自动化水平较低、事故处理自动化程度低、花费时间长和供电恢复慢等。而软开关能够改变现有配电网辐射状运行模式，实现配电网柔性闭环运行，有希望解决短时供电中断突出、可靠性提升受限等问题。

公开于2019年4月30日公开号为109698500A的中国专利提出了一种基于智能软开关的配电网供电可靠性提升方法，通过分析计算含智能软开关配电网各负荷节点的可靠性参数进而得出整个配电系统的可靠性指标，但是该方法只对软开关的配电网系统可靠性提升作用做出验证，并未考虑到软开关接入配电网系统的位置和容量对提升配电网可靠性的作用，可靠性的提升有限。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中的缺点，提供一种基于可靠性评估的有源配电网四端软开关规划方法，解决配电网可靠性的提升有限的问题。

本发明的目的是通过下述技术方案予以实现：

一种基于可靠性评估的有源配电网四端软开关规划方法，包括以下步骤：

步骤一：以最小配电网年综合费用为第一目标函数，以接入容量约束为约束条件建立有源配电网四端软开关选址定容规划模型；

步骤二：以最小配电网正常运行总损耗为第二目标函数，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有源配电网四端软开关选址定容正常运行优化模型；

步骤三：通过可靠性评估算法对含四端软开关有源配电网可靠性进行评估，得到每个场景各负荷点的年平均停电时间和四端软开关年平均转供功率；

步骤四：通过对有源配电网四端软开关选址定容正常优化模型进行求解得到配电网正常运行损耗；

步骤五：将所述每个场景个负荷点的年平均停电时间、四端软开关年平均转供功率和配电网正常运行损耗代入第一目标函数中，并采用粒子群算法求解有源配电网四端软开关定容选址规划模型，将求解得到的最优解作为四端软开关的安装位置和容量。

通过可靠性评估算法得出有源配电网的可靠性指标数据，并通过得到的可靠性指标数据计算得到四端软开关的安装位置和容量以使有源配电网系统的可靠性提升最大化。

进一步的，步骤三中所述可靠性评估算法为准序贯蒙特卡洛模拟法。

进一步的，所述准序贯蒙特卡洛模拟法对含四端软开关有源配电网的可靠性评估包括以下步骤：

3.1：设定各场景分布式电源出力和负荷情况；

3.2：设定模拟年数、模拟初始时刻所有元件均工作于正常状态；

3.3：设定有源配电网中共有X

3.4：找出最小的无故障运行时间T

3.5：确定网络中各分区负荷点故障中的停电时间，若分区由四端软开关转供负荷，根据负荷削减条件计算孤岛期间各负荷点的停电时间和四端软开关的转供功率；其他情况下，则结合馈线分区方法确定网络中各分区负荷点的停电时间，所述的负荷削减条件表达式如下：

式中：P

3.6：对故障元件设定新的运行时间T

3.7：判断是否达到设定的模拟年数，若达到设定的模拟年数，则统计各个模拟年数的负荷点停电时间和四端软开关的转供功率，进而计算每个场景各负荷点的年平均停电时间和四端软开关年平均转供功率；若未达到则返回执行步骤3.3；

3.8：判断是否完成对所有场景的可靠性评估，若未完成可靠性评估则返回执行步骤3.2；否则，模拟过程结束。

通过蒙特卡洛模拟法对对系统可靠性进行评估，并得到需要的年平均停电时间和四端软开关年平均转供功率，作为可靠性指标运用至四端软开关的选址定容方案的求解过程中去。且蒙特卡洛模拟法对于这种具有统计性质的问题可以直接进行解决，对于连续性的问题不必进行离散化处理，简化了计算过程，提高了计算效率。

进一步的，步骤二中所述第二目标函数表达式如下：

式中：P

进一步的，步骤二所述约束条件中潮流约束表达式如下：

式中：P

步骤二中所述约束条件中节点电压约束表达式如下：

U

式中：U

步骤二中所述约束条件中线路载流约束条件表达式如下：

I

式中：I

步骤二中所述约束条件中四端软开关运行约束表达式如下：

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，步骤四中所述有源配电网四端软开关选址定容正常优化模型的解通过二阶锥规划算法得到。

进一步的，所述二阶锥规划算法对有源配电网四端软开关选址定容正常优化模型的求解步骤如下：

4.1：通过变量替换将非线性潮流约束转化为线性潮流约束，替换表达式如下：

式中：X

变量替换后转换得到的线性潮流约束表达式如下：

式中：P

4.2：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表达式如下：

式中，X

4.3：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表达式如下：

式中：P

4.4：采用优化软件对转化后的有源配电网四端软开关选址定容正常运行优化模型进行求解。

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，步骤五所述的粒子群算法通过实数编码方式进行编码求解，所述四端软开关的安装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安装容量；s为配电网中安装四端软开关的个数。

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，步骤一所述第一目标函数表达式为：

式中：F为配电网年综合费用；C

进一步的，步骤一中所述接入容量约束条件表达式如下：

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，提高四端软开关选址定容方案的经济性。

本发明的有益效果是：

本发明提供了一种基于可靠性评估的有源配电网四端软开关规划方法，选用四端软开关进行系统改造，相较于普通智能软开关四端软开关适用于改造包括双环网和4-1主备接线等多种复杂接线，拓展性更高，可满足更复杂接线下的供电需求，实现多馈线柔性互联和潮流调控，对配电网可靠性的提升更为显著。为了进一步提高系统的可靠性，对四端软开关的选址定容方案进行进一步的筛选选出最优方案以进行系统改造。本发明利用了序贯蒙特卡洛模拟法对系统可靠性进行评估，并将得到的每个场景各负荷点的年平均停电时间和四端软开关年平均转供功率作为可靠性指标数据代入以最小配电网年综合费用为第一目标函数，以接入容量约束为约束条件的有源配电网四端软开关选址定容规划模型中，通过粒子群算法求解得到最优解，而得到的最优解便是四端软开关选址定容的最优方案。本发明筛选出四端软开关的最优选址定容方案以保证系统运行经济安全的同时提升系统的可靠性。

附图说明

图1是本发明的一种基于可靠性的有源配电网四端软开关规划方法的流程图；

图2是本发明实施例所述利用准序贯蒙特卡洛模拟法对含四端软开关有源配电网的可靠性评估的流程图。

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1所示，本发明提供了一种基于可靠性的有源配电网四端软开关规划方法，包括以下步骤：

步骤一：以最小配电网年综合费用为第一目标函数，以接入容量约束为约束条件建立有源配电网四端软开关选址定容规划模型。

第一目标函数表达式为：

式中：F为配电网年综合费用；C

接入容量约束条件表达式如下：

S

S

式中：S

步骤二：以最小配电网正常运行总损耗为第二目标函数，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有源配电网四端软开关选址定容正常运行优化模型。

第二目标函数表达式如下：

式中：P

潮流约束表达式如下：

式中：P

节点电压约束表达式如下：

U

式中：U

线路载流约束条件表达式如下：

I

式中：I

四端软开关运行约束表达式如下：

P

式中：P

步骤三：通过可靠性评估算法对含四端软开关有源配电网可靠性进行评估，得到每个场景各负荷点的年平均停电时间和四端软开关年平均转供功率。

如图2所示，可靠性评估算法采用准序贯蒙特卡洛模拟法，其对含四端软开关有源配电网可靠性评估包括以下步骤：

3.1：设定各场景分布式电源出力和负荷情况；

3.2：设定模拟年数、模拟初始时刻所有元件均工作于正常状态；

3.3：设定有源配电网中共有X

3.4：找出最小的无故障运行时间T

3.5：确定网络中各分区负荷点故障中的停电时间，若分区由四端软开关转供负荷，根据负荷削减条件计算孤岛期间各负荷点的停电时间和四端软开关的转供功率；其他情况下，则结合馈线分区方法确定网络中各分区负荷点的停电时间，所述的负荷削减条件表达式如下：

式中：P

3.6：对故障元件设定新的运行时间T

3.7：判断是否达到设定的模拟年数，若达到设定的模拟年数，则统计各个模拟年数的负荷点停电时间和四端软开关的转供功率，进而计算每个场景各负荷点的年平均停电时间和四端软开关年平均转供功率；若未达到则返回执行步骤3.3；

3.8：判断是否完成对所有场景的可靠性评估，若未完成可靠性评估则返回执行步骤3.2；否则，模拟过程结束。

步骤四：通过对有源配电网四端软开关选址定容正常优化模型进行求解得到配电网正常运行损耗。

步骤四中所述有源配电网四端软开关选址定容正常优化模型的解通过二阶锥规划算法得到。

所述二阶锥规划算法对有源配电网四端软开关选址定容正常优化模型的求解步骤如下：

4.1：通过变量替换将非线性潮流约束转化为线性潮流约束，替换表达式如下：

式中：X

变量替换后转换得到的线性潮流约束表达式如下：

式中：P

4.2：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表达式如下：

式中，X

4.3：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表达式如下：

式中：P

4.4：采用优化软件CPLEX对转化后的有源配电网四端软开关选址定容正常运行优化模型进行求解。

步骤五：将所述每个场景个负荷点的年平均停电时间、四端软开关年平均转供功率和配电网正常运行损耗代入第一目标函数中，并采用粒子群算法通过实数编码方式对有源配电网四端软开关定容选址规划模型进行编码求解，得到的四端软开关的安装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安装容量；s为配电网中安装四端软开关的个数。

将利用粒子群算法求解得到的最优解作为四端软开关的选址定容方案。

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。