第 29 卷 第 6 期 农 业 工 程 学 报 Vol.29 No.6 90 203 年 8 月 Trasactios of the Chiese Society of Agricultural Egieerig Aug. 203 农 村 主 动 型 配 电 网 优 化 调 度 线 性 模 型 与 算 法 牛 焕 娜, 杨 明 皓, 井 天 军, 李 汉 成 2, 鲁 籍 元 (. 中 国 农 业 大 学 信 息 与 电 气 工 程 学 院, 北 京 00083; 2. 北 京 市 电 力 公 司, 北 京 0003) 摘 要 : 针 对 电 源 出 力 对 电 网 损 耗 和 电 压 分 布 的 仿 真 研 究 表 明, 沿 减 小 节 点 电 压 偏 移 和 提 高 电 网 电 压 水 平 2 个 方 向 搜 索 可 以 获 得 最 佳 调 度 方 案 为 了 优 化 调 整 分 布 式 电 源 出 力 使 主 动 型 配 电 网 供 电 成 本 尽 可 能 小, 该 文 在 对 分 布 式 电 源 对 配 电 网 电 压 分 布 与 线 损 影 响 仿 真 分 析 的 基 础 上, 提 出 了 一 种 主 动 型 配 电 网 实 时 优 化 调 度 线 性 化 模 型 和 求 解 方 法, 分 别 通 过 在 迭 代 计 算 中 逐 步 缩 小 节 点 电 压 限 值 区 间 和 求 解 在 相 同 电 压 偏 移 前 提 下 全 网 电 压 水 平 最 高 的 优 化 计 算 实 现 最 优 调 度 方 案 的 搜 索 由 简 化 的 配 电 网 回 路 电 压 方 程, 将 节 点 电 压 表 示 为 节 点 注 入 功 率 的 线 性 函 数, 从 而 得 到 优 化 调 度 线 性 模 型, 并 用 IEEE33 节 点 算 例 验 证 了 模 型 和 算 法 的 有 效 性 研 究 结 果 可 为 主 动 配 电 网 优 化 调 度 决 策 方 案 提 供 参 考 关 键 词 : 农 村 地 区, 分 布 式 电 源, 模 型, 主 动 配 电 网, 优 化 调 度, 线 性 优 化 doi:0.3969/j.iss.002-689.203.6.024 中 图 分 类 号 :TM 926 文 献 标 志 码 :A 文 章 编 号 :002-689(203)-6-090-08 牛 焕 娜, 杨 明 皓, 井 天 军, 等. 农 村 主 动 型 配 电 网 优 化 调 度 线 性 模 型 与 算 法 [J]. 农 业 工 程 学 报,203,29(6): 90-97. Niu Huaa, Yag Mighao, Jig Tiaju, et al. Liear optimal operatio model ad algorithm for active distributio etwork i rural areas[j]. Trasactios of the Chiese Society of Agricultural Egieerig (Trasactios of the CSAE), 203, 29(6): 90-97. (i Chiese with Eglish 0 引 言 中 国 广 大 农 村 地 区 配 电 网 普 遍 存 在 传 输 线 路 长 一 次 网 架 结 构 薄 弱 调 度 方 式 落 后 等 问 题, 严 重 制 约 了 农 业 生 产 与 居 民 用 电 水 平 而 近 年 来 兴 起 的 分 布 式 电 源 (distributed geeratio,dg) 与 微 电 网 技 术 为 提 高 农 村 新 能 源 利 用 率 与 用 电 水 平 提 供 了 重 要 途 径 [-3] 随 着 分 布 式 电 源 与 微 电 网 的 快 速 发 展 与 持 续 接 入, 农 村 配 电 网 主 动 型 能 量 流 动 的 特 性 将 会 越 来 越 明 显 [4-7], 主 动 配 电 网 技 术 的 研 究 与 发 展 越 来 越 迫 切 根 据 CIGRE C6. 工 作 组 的 工 作 报 告, 主 动 配 电 网 可 定 义 为 : 可 以 综 合 控 制 分 布 式 能 源 的 配 电 网, 可 以 使 用 灵 活 的 网 络 技 术 实 现 潮 流 的 有 效 管 理, 分 布 式 能 源 在 其 合 理 的 监 管 环 境 和 接 入 准 则 基 础 上 承 担 对 系 统 一 定 的 支 撑 作 用 [8] 因 此, 主 动 配 电 网 的 核 心 价 值 在 于 通 过 源 网 的 协 调 控 制 系 统, 将 DG 作 为 可 控 可 调 度 机 组 参 与 最 优 潮 流 的 运 行 调 收 稿 日 期 :203-04-07 修 订 日 期 :203-07-6 基 金 项 目 : 国 家 高 技 术 研 究 发 展 计 划 (863 计 划 )(202AA05027) 作 者 简 介 : 牛 焕 娜 (976-), 女, 河 北 保 定 人, 博 士, 助 理 研 究 员 主 要 从 事 电 力 系 统 运 行 与 控 制, 微 电 网 技 术, 配 网 自 动 化 方 面 的 研 究 北 京 中 国 农 业 大 学 信 息 与 电 气 工 程 学 院,00083 Email:3245066@qq.com 通 信 作 者 : 井 天 军 (980-), 男, 北 京 人, 博 士, 讲 师, 主 要 从 事 新 能 源 发 电 控 制, 智 能 微 电 网 方 面 的 研 究 北 京 中 国 农 业 大 学 信 息 与 电 气 工 程 学 院 00083 Email:jtjy@cau.edu.c 度, 实 现 主 动 配 电 网 的 全 局 优 化 能 量 管 理 [9] 目 前 欧 洲 对 于 主 动 配 电 网 能 量 管 理 优 化 运 行 技 术 的 研 究 比 较 多, 文 献 [0-3] 提 出 了 基 于 最 优 潮 流 算 法 的 主 动 配 电 网 优 化 运 行 模 型, 以 找 到 各 种 控 制 选 项 的 最 优 组 合, 实 现 配 电 网 运 行 过 程 的 总 成 本 最 小, 确 保 满 足 各 种 技 术 约 束 条 件 下 的 经 济 运 行 而 中 国 正 在 开 展 主 动 配 电 网 及 其 相 关 技 术 领 域 的 研 究 [9], 目 前 关 于 主 动 配 电 网 运 行 优 化 调 度 方 面 的 研 究 文 献 较 为 少 见, 仅 针 对 含 DGs 配 电 网 的 规 划 优 [4-9] 化 与 含 DGs 配 电 网 的 的 无 功 优 化 [20-23] ( 即 通 过 控 制 配 电 网 的 可 调 无 功 容 量 使 电 网 损 耗 最 小 ) 进 行 了 大 量 研 究 主 动 配 电 网 运 行 优 化 调 度 实 质 上 是 通 过 优 化 调 整 分 布 式 电 源 出 力 微 网 与 主 网 交 互 功 率 ( 也 可 把 微 网 看 作 出 力 可 正 可 负 的 分 布 式 电 源, 为 叙 述 方 便, 以 下 统 称 为 分 布 式 电 源 ), 在 保 证 配 电 网 各 种 运 行 约 束 的 前 提 下 使 供 电 成 本 尽 可 能 小, 也 就 是 达 到 网 损 尽 可 能 小 节 点 电 压 偏 移 尽 可 能 小 购 电 成 本 ( 对 于 电 力 公 司 下 属 分 布 式 电 源 为 发 电 成 本 ) 尽 可 能 小 的 目 的 [24-25] 因 此, 这 是 一 个 多 目 标 优 化 问 题 这 3 个 目 标 中, 发 电 / 购 电 成 本 可 以 近 似 通 过 常 系 数 与 发 电 / 购 电 功 率 乘 积 求 和 的 方 式 得 到, 其 中 常 系 数 为 各 DG 发 电 消 耗 能 源 的 价 格 系 数 / 购 电 价 格 系 数, 因 此 这 一 目 标 与 发 电 / 购 电 功 率 呈 线 性 关 系, 可 以 通 过 线 性 规 划 方 法 求 解, 寻 优 计 算 简 单 但 是
第 6 期 牛 焕 娜 等 : 农 村 主 动 型 配 电 网 优 化 调 度 线 性 模 型 与 算 法 9 网 损 和 节 点 电 压 偏 移 与 发 电 功 率 呈 非 线 性 关 系, 导 致 优 化 调 度 问 题 成 为 一 个 非 线 性 多 目 标 优 化 问 题, 求 解 方 法 较 为 复 杂, 寻 优 计 算 量 大, 并 且 容 易 陷 于 局 部 最 优, 难 以 满 足 实 时 调 度 工 程 的 要 求 鉴 于 上 述 问 题, 本 文 针 对 节 点 电 压 偏 移 尽 可 能 小 和 网 损 尽 可 能 小 2 个 重 要 目 标, 提 出 一 种 主 动 型 配 电 网 线 性 优 化 调 度 模 型 和 求 解 方 法, 而 其 与 购 电 成 本 形 成 多 目 标 综 合 优 化 模 型 的 技 术 较 为 成 熟 [26-28], 本 文 不 再 论 述 为 此, 首 先 对 分 布 式 电 源 出 力 对 配 电 网 损 耗 和 电 压 分 布 的 影 响 进 行 了 仿 真 分 析, 结 果 表 明 通 过 减 小 电 网 电 压 偏 移 和 提 高 电 压 水 平 2 个 方 向 寻 优 可 以 获 得 最 佳 调 度 控 制 方 案 由 此, 本 文 提 出 能 同 时 满 足 上 述 2 个 目 标 的 线 性 化 优 化 调 度 模 型 和 求 解 方 法, 即 通 过 逐 步 缩 小 节 点 电 压 限 值 区 间 的 寻 优 迭 代 计 算 实 现 沿 减 小 节 点 电 压 偏 移 方 向 的 搜 索, 通 过 求 解 在 相 同 电 压 偏 移 前 提 下 全 网 电 压 水 平 最 高 的 优 化 计 算 实 现 沿 提 高 电 压 水 平 方 向 的 搜 索 ; 并 且, 由 简 化 的 配 电 网 电 压 回 路 方 程 [29], 将 节 点 电 压 表 示 为 节 点 注 入 功 率 的 线 性 函 数, 从 而 得 到 优 化 调 度 线 性 模 型 表 4 种 运 行 场 景 分 布 式 电 源 出 力 比 例 Table DGs output proportio i four scearios 场 景 Sceario DG DG2 DG3 DG4 DG5 00 00 00 00 00 2 0 90 0 0 00 3 90 0 90 90 0 4 0 0 0 0 0 注 :DG~DG5 为 分 布 式 电 源 Note: DG~DG5 are distributed geeratios. 4 种 场 景 下 各 节 点 电 压 分 布 仿 真 计 算 结 果 如 图 2 所 示, 网 损 平 均 节 点 电 压 偏 移 和 平 均 节 点 电 压 水 平 计 算 结 果 列 于 表 2 % 分 布 式 电 源 对 配 电 网 电 压 分 布 及 网 损 的 影 响 分 析 为 了 分 析 分 布 式 电 源 出 力 对 配 电 网 电 压 分 布 的 影 响, 并 验 证 电 压 水 平 电 压 偏 移 与 网 损 的 相 关 性, 本 文 采 用 Matlab 平 台 编 制 潮 流 计 算 程 序, 对 加 [30] 装 5 台 分 布 式 电 源 的 IEEE33 节 点 系 统 设 计 4 种 分 布 式 电 源 出 力 场 景 分 别 进 行 潮 流 仿 真 计 算 系 统 图 如 图 所 示, 分 布 式 电 源 分 别 安 装 在 节 点 2 7 2 24 和 3 处, 各 分 布 式 电 源 的 有 功 发 电 容 量 为 700kW, 无 功 发 电 容 量 为 450 kvar 根 据 仿 真 试 验 目 的, 为 了 对 比 相 同 负 荷 水 平 下 有 无 分 布 式 电 源 ( 场 景 ~3 与 场 景 4 对 比 ) 以 及 分 布 式 电 源 出 力 不 同 ( 场 景 2 3 对 比 ) 时 电 网 电 压 分 布 及 网 损 情 况, 设 计 4 种 分 布 式 电 源 出 力 场 景 如 表 所 示 注 :DG~DG5 为 分 布 式 电 源,0~32 为 节 点 编 号 下 同 Note: DG~DG5 are distributed geeratios,0~32 are ode umber. The same bellow. 图 含 分 布 式 电 源 的 IEEE33 配 电 系 统 图 Fig. IEEE33 system icludig DGs 图 2 4 种 场 景 下 各 节 点 电 压 分 布 对 比 图 Fig.2 Node voltage compariso curve i four scearios 表 2 4 种 场 景 下 网 损 和 平 均 电 压 偏 移 计 算 结 果 表 Table 2 Loss ad average voltage deviatio calculatio results table i four scearios 场 景 Sceario 网 损 Net loss/kw 平 均 电 压 偏 移 Voltage offset/pu 平 均 节 点 电 压 Average ode voltage/pu 53.2 0.037.009 2 82.4 0.034 0.994 3 22 0.055 0.958 4 345.7 0.0632 0.940 根 据 仿 真 试 验 可 以 得 出 : ) 由 图 可 以 看 出, 接 入 配 电 网 的 分 布 式 电 源 出 力 对 配 电 线 路 电 压 分 布 影 响 显 著, 对 各 DG 不 同 控 制 方 案 可 以 得 到 不 同 的 电 压 分 布, 因 此 选 择 恰 当 的 控 制 方 案 可 以 获 得 最 佳 的 电 压 分 布 2) 由 表 可 知, 配 电 网 网 损 由 节 点 电 压 偏 移 与 电 压 水 平 2 个 因 素 共 同 决 定, 即 : 在 电 压 合 格 前 提 下, 配 电 网 电 压 越 平 滑 ( 即 电 压 偏 移 越 小 ) 且 电 压 水 平 越 高, 网 损 就 越 小 这 是 因 为 网 络 中 电 压 分 布 越 平 滑 线 路 2 端 电 压 降 落 就 越 小, 因 而 线 路 电 流 越 小 ( 阻 抗 是 常 数 ), 于 是 网 损 就 越 小 ; 电 力 网 输 送 相 同 功 率 时, 电 压 水 平 越 高 则 电 流 越 小, 因 而 网 损 也 就 越 小
92 农 业 工 程 学 报 203 年 2 主 动 配 电 网 优 化 调 度 模 型 从 电 力 系 统 优 化 调 度 而 言, 无 论 电 源 是 什 么 类 型, 调 度 的 控 制 输 出 都 是 电 源 的 有 功 功 率 和 无 功 功 率 对 于 PV 型 电 源 通 常 是 给 出 优 化 调 度 输 出 的 有 功 出 力 和 最 优 状 态 下 潮 流 计 算 得 到 的 电 压 ; 对 于 PI 型 电 源 是 给 出 优 化 调 度 输 出 的 有 功 出 力 和 无 功 出 力, 由 逆 变 器 按 照 调 度 给 出 的 有 功 和 无 功 指 令 来 控 制 输 出 电 流 因 此, 本 文 优 化 调 度 的 控 制 变 量 为 分 布 式 电 源 的 有 功 和 无 功 输 出 功 率 2. 目 标 函 数 与 不 等 式 约 束 条 件 ) 目 标 函 数 由 上 节 仿 真 分 析 结 果 得 出 的 在 电 压 合 格 前 提 下, 配 电 网 电 压 分 布 越 平 滑 ( 即 电 压 偏 移 越 小 ) 且 电 压 水 平 越 高, 网 损 就 越 小 的 结 论, 说 明 通 过 减 小 电 网 电 压 偏 移 和 提 高 电 网 电 压 水 平 2 个 方 向 寻 优 可 以 获 得 最 佳 调 度 控 制 方 案 为 了 实 现 2 个 方 向 的 寻 优, 制 定 通 过 迭 代 变 化 电 压 偏 移 约 束 条 件 的 区 间 来 达 到 减 小 电 压 偏 移 这 一 方 向 的 寻 优 ; 在 此 前 提 下, 优 化 调 度 的 目 标 函 数 为 网 络 中 所 有 节 点 电 压 尽 可 能 高, 从 而 达 到 提 高 电 压 水 平 这 一 方 向 的 寻 优 即 f ( P, Q ) = U () G G j j= 式 中, 等 于 配 电 网 除 首 端 平 衡 节 点 外 的 所 有 节 点 数 N-;U j 为 节 点 j 的 电 压, 取 标 幺 值 ;P G Q G 分 别 为 分 布 式 电 源 有 功 和 无 功 发 电 功 率 控 制 变 量 列 向 量, 取 标 幺 值 2) 不 等 式 约 束 条 件 优 化 调 度 要 满 足 网 络 中 各 节 点 电 压 合 格 各 分 布 式 电 源 有 功 无 功 出 力 在 上 下 限 范 围 内 的 约 束 因 此 不 等 式 约 束 条 件 为 + Umi ( α ΔU( k ) ) U j U ( α ΔU( k ) ) PGj mi PGj PGj ( j =,, ) (2) QGj mi QGj QGj 式 中, Δ U ( k ) 和 Δ U + ( k ) 分 别 为 第 k- 次 迭 代 的 电 压 偏 移 下 限 和 上 限 ;U mi U 分 别 为 本 次 节 点 电 压 下 限 和 上 限, 分 别 是 收 缩 因 子 α(α<) 与 上 次 迭 代 电 压 偏 移 Δ ( k ) 和 U + Δ ( k ) 的 函 数 ;P Gjmi P Gj U 分 别 为 节 点 j 上 DG 有 功 发 电 功 率 的 下 限 和 上 限 ; Q Gjmi Q Gj 分 别 为 节 点 j 上 DG 无 功 发 电 功 率 的 下 限 和 上 限 ; 以 上 各 变 量 都 取 标 幺 值 ;k 为 迭 代 次 数, 为 网 络 节 点 数 值 得 指 出 的 是, 式 (2) 的 节 点 电 压 上 下 限 约 束 是 给 定 值, 通 过 给 定 不 同 值 对 控 制 变 量 进 行 优 化 计 算, 迫 使 寻 优 搜 索 获 得 尽 可 能 平 滑 的 电 压 分 布 ( 电 压 偏 移 尽 可 能 小 ), 在 不 断 缩 小 电 网 电 压 偏 移 的 同 时 寻 求 使 全 网 电 压 水 平 最 高 的 控 制 方 案, 从 而 实 现 2 个 方 向 搜 索 的 寻 优 计 算 2.2 潮 流 平 衡 等 式 约 束 条 件 及 其 线 性 化 除 不 等 式 约 束 条 件 外, 优 化 调 度 还 要 满 足 潮 流 平 衡 等 式 约 束 条 件 [3] 本 文 采 用 主 动 型 配 电 网 控 制 变 量 P G Q G 与 状 态 变 量 U j 间 简 化 的 关 系 式 作 为 网 络 潮 流 平 衡 等 式 约 束 条 件, 为 了 得 到 这 一 关 系 式, 先 简 单 介 绍 一 种 简 化 回 路 电 压 方 程 式 从 电 路 角 度 来 看, 配 电 网 络 本 身 即 为 系 统 拓 扑 的 树, 而 各 节 点 负 荷 功 率 和 分 布 式 电 源 注 入 功 率 所 形 成 的 对 地 支 路 为 不 同 的 连 支 设 拓 扑 中 树 支 的 参 考 方 向 为 配 电 网 没 有 分 布 式 电 源 接 入 时 各 线 路 的 顺 潮 流 方 向, 连 支 的 参 考 方 向 为 节 点 对 地 方 向 由 此,N 节 点 的 配 电 网 络 可 得 到 N-= 个 独 立 回 路, 如 图 3 所 示 注 :(0)~() 以 及 (i) (j) (h) (k) (m) 为 节 点 编 号 ;~ 以 及 i j h k m 为 支 路 编 号 ; 代 表 潮 流 方 向 Note: (0) ~() ad (i),(j),(h),(k),(m) are ode umber; ~ ad i j h k m are brach umber; represet the power flow directio. 图 3 配 电 网 络 独 立 回 路 Fig.3 Idepedet loop of distributio etwork 由 KVL 定 理 可 得 图 3 配 电 网 络 的 回 路 电 压 方 程 为 U - = 0 U ZI (3) 式 中, U 0 为 由 首 端 节 点 电 压 构 成 的 阶 常 数 列 向 量 T U 0 = [ U 0, U 0,, U 0] ; U 为 节 点 电 压 列 向 量 U = [ U, U 2,, U ] T ; I 为 树 支 支 路 电 流 列 向 量 ( 即 配 电 网 络 中 支 路 电 流 列 向 量 ) I = [ I, I 2,, I ] T ; Z 为 阶 网 络 回 路 - 支 路 阻 抗 阵 下 三 角 阵 ; 以 上 各 变 量 都 取 标 幺 值 第 i 条 支 路 电 流 与 支 路 末 端 功 率 和 电 压 的 关 系 为 Pi jqi I i = (4) U ˆ 式 中, I i 为 支 路 i 电 流, 为 支 路 i 末 端 节 点 电 压 的 U ˆ i 共 轭,P i Q i 分 别 为 支 路 i 的 末 端 有 功 功 率 和 无 功 功 率, 等 于 该 支 路 顺 潮 流 方 向 所 有 下 游 节 点 的 负 荷 i
第 6 期 牛 焕 娜 等 : 农 村 主 动 型 配 电 网 优 化 调 度 线 性 模 型 与 算 法 93 功 率 与 分 布 式 发 电 功 率 之 差 加 上 所 有 下 游 支 路 功 率 损 耗 ; 以 上 各 变 量 都 取 标 幺 值 因 为 配 电 网 各 节 点 电 压 的 相 角 相 差 不 大, 所 以,) 在 式 (3) 忽 略 支 路 电 压 降 的 横 向 分 量 ;2) 在 式 (4) 计 算 中, 认 为 所 有 节 点 电 压 近 似 等 于 首 端 电 压 U 0 认 为 配 电 线 路 损 耗 相 对 传 输 的 功 率 而 言 较 小, 所 以,3) 在 式 (4) 支 路 末 端 功 率 的 计 算 中, 所 有 下 接 支 路 的 功 率 损 耗 可 以 忽 略 将 式 (4) 代 入 式 (3) 可 以 导 出 简 化 回 路 电 压 方 程 作 为 优 化 调 度 模 型 的 等 式 约 束 条 件 U = ( RP + XQ ) = PLj P Gj QLj Q Gj j D j D j D j D (5) ( R PLj P Gj + X QLj Q Gj ) U 0 j D i j D i PL P G QL Q G 式 中,U 0 为 配 电 网 首 节 点 电 压 幅 值 ;U 0 为 由 首 节 点 电 压 幅 值 构 成 的 阶 常 数 列 ;U 为 节 点 电 压 幅 值 列 向 量 ;R 为 回 路 _ 支 路 电 阻 阵, 其 中 元 为 相 应 支 路 的 电 阻 ;X 为 回 路 _ 支 路 电 抗 阵, 其 中 元 为 相 应 支 路 的 电 抗 ;P 为 支 路 末 端 有 功 功 率 列 向 量 ;Q 为 支 路 末 端 无 功 功 率 列 向 量 ;P Lj Q Lj 分 别 为 节 点 j 的 有 功 和 无 功 负 荷 ;P Gj Q Gj 分 别 为 节 点 j 的 有 功 和 无 功 发 电 功 率 ; 以 上 各 变 量 都 取 标 幺 值 ;D i 代 表 支 路 i 的 所 有 下 游 节 点 集 合 3 优 化 模 型 的 线 性 化 形 变 优 化 调 度 模 型 中 等 式 约 束 与 目 标 函 数 有 直 接 关 系, 因 此 可 以 将 等 式 约 束 代 入 目 标 函 数, 即 可 将 目 标 函 数 形 变 为 关 于 控 制 变 量 的 线 性 函 数 将 等 式 约 束 式 (5) 代 入 目 标 函 数 式 (), 并 移 项 得 U = [ R ( PL - PG)+ X( QL -QG )] = (6) ( RPL + XQL) + ( RPG + XQG) 式 中,P L 为 支 路 末 端 负 荷 有 功 功 率 列 向 量 ;P G 为 支 路 末 端 发 电 有 功 功 率 列 向 量 ;Q L 为 支 路 末 端 负 荷 无 功 功 率 列 向 量 ;Q G 为 支 路 末 端 发 电 无 功 功 率 列 向 量 ; 以 上 各 量 都 取 标 幺 值 式 (6) 左 边 为 维 列 向 量 U=[U,U 2,,U ] T, 等 式 右 边 前 两 项 为 常 数 矩 阵, 后 一 项 为 控 制 向 量 P G 和 Q G 的 线 性 函 数 将 式 (6) 的 个 等 式 相 加 得 到 目 标 函 数 的 表 达 式 为 f( P, Q ) = U = C + AP + BQ (7) G G j G G j= 式 中, 等 于 配 电 网 除 首 端 平 衡 节 点 外 的 所 有 节 点 数 N-;U j 为 节 点 j 的 电 压, 取 标 幺 值 ; 常 数 C 为 没 有 DG 情 况 下, 网 络 中 所 有 节 点 电 压 之 和 ;A 和 B 分 别 为 节 点 有 功 和 无 功 发 电 系 数 行 向 量 ;P G 和 Q G 分 别 为 节 点 有 功 发 电 功 率 和 无 功 发 电 功 率 列 向 量, 取 标 幺 值 不 难 推 导 出 式 (7) 中 常 数 C 节 点 有 功 发 电 功 率 系 数 a j A 和 无 功 发 电 功 率 系 数 b j B 的 计 算 公 式 如 下 C = ( Ni Ri PLj) i= ( N X Q ) U i i Lj 0 i= (8) 式 中, 等 于 配 电 网 除 首 端 平 衡 节 点 外 的 所 有 节 点 数 N-;U 0 为 配 电 网 首 节 点 电 压 幅 值, 取 标 幺 值 ;N i 为 支 路 i 的 下 游 节 点 数 ;R i 和 X i 为 支 路 i 的 电 阻 和 电 抗, 取 标 幺 值 ; P 和 Q 分 别 Lj 为 支 路 i 下 游 节 点 总 有 功 负 荷 和 总 无 功 负 荷, 取 标 幺 值 ;D i 代 表 支 路 i 的 所 有 下 游 节 点 集 合 值 得 指 出 的 是, 由 于 式 (5) 的 导 出 忽 略 了 网 络 损 耗, 在 电 气 距 离 远 负 荷 大 的 情 况 下, 线 路 损 耗 将 加 大, 忽 略 网 损 所 带 来 的 误 差 就 加 大 因 此, 可 以 在 式 (5) 中 按 与 负 荷 成 适 当 比 例 增 加 网 损 分 量 来 减 小 误 差 由 此 得 到 的 式 (8) 也 就 成 为 增 加 适 当 比 例 网 损 分 量 后 的 计 算 式 C = [ Ni Ri ( PLj + PLossDi )] i= [ Ni Xi ( QLj + QLossDi )] i= 0 轻 负 载 (9) 其 中, PLossDi = γ PLj 重 负 载 0 轻 负 载 QLossDi = γ QLj 重 负 载 式 中,P LossDi Q LossDi 为 支 路 i 的 所 有 下 游 支 路 集 合 有 功 损 耗 与 无 功 损 耗, 取 标 幺 值 ;γ 为 线 损 率 (%), 由 该 配 电 网 所 在 地 区 线 损 管 理 指 标 确 定 因 此 (9) 式 仍 然 可 以 认 为 是 一 个 常 数 C, 优 化 模 型 式 (7) 基 本 形 式 不 变 节 点 有 功 无 功 发 电 功 率 系 数 为 Lj
94 农 业 工 程 学 报 203 年 aj = ( Ni Ri) i loop j (0) bj = ( Ni Xi) i loop j 式 中,loop j 为 节 点 j 所 对 应 的 独 立 回 路 ( 见 图 3) 中 树 支 支 路 的 集 合 ;N i 为 支 路 i 的 下 游 节 点 数 ;R i 和 X i 分 别 为 支 路 i 的 电 阻 和 电 抗, 取 标 幺 值 至 此, 优 化 调 度 模 型 形 变 为 关 于 控 制 变 量 的 线 性 化 优 化 模 型, 目 标 函 数 为 f( P, Q ) = U = C + AP + BQ () 约 束 条 件 为 G G j G G j= Umi U j U PGj mi PGj PGj ( j =,, ) (2) QGj mi QGj QGj 功 P G 单 位 为 kw 无 功 Q G 单 位 为 kvar) P G =[700 700 342 700 700] T Q G =[450 228 0 450 450] T 4 计 算 步 骤 对 于 实 时 调 度 问 题, 配 电 网 的 拓 扑 通 常 是 不 改 变 的, 由 拓 扑 形 成 的 各 支 路 下 接 节 点 集 D i 各 支 路 下 游 节 点 数 N i 各 节 点 独 立 回 路 的 树 支 集 loop j 以 及 目 标 函 数 中 的 系 数 向 量 A 和 B, 只 需 在 系 统 初 始 化 时 计 算 次 每 个 调 度 周 期 首 先 由 给 定 的 预 测 负 荷 按 式 (8) 计 算 目 标 函 数 中 的 常 数 C 然 后 进 入 求 解 优 化 模 型 的 迭 代 计 算 : ) 由 给 定 的 节 点 电 压 偏 移 计 算 模 型 (2) 中 节 点 电 压 上 下 限 约 束 Umi = UN α ΔU( k ) (3) + U = UN + α ΔU( k ) 式 中,U N 为 额 定 电 压, 取 标 幺 值 ;k 为 迭 代 次 数 2) 求 解 式 () 式 (2) 组 成 的 线 性 规 划 模 型 : 常 用 的 方 法 有 图 解 法 单 纯 形 法 等, 本 文 采 用 单 纯 形 法 中 的 大 M 法 求 解 [3] 3) 迭 代 终 止 条 件 :2 次 计 算 得 到 相 同 的 解 或 优 化 问 题 无 解, 则 最 后 组 解 为 所 求 优 化 调 度 决 策 控 制 方 案 总 体 计 算 流 程 如 图 4 所 示 图 4 总 体 计 算 流 程 Fig.4 Overall calculatio process 将 按 优 化 控 制 出 力 与 按 场 景 2 出 力 所 得 的 系 统 各 节 点 电 压 ( 标 幺 值 ) 分 布 情 况 绘 制 成 对 比 曲 线 如 图 5 所 示, 网 损 和 平 均 电 压 偏 移 计 算 结 果 对 比 如 表 3 所 示 ) 由 图 5 可 以 看 出, 场 景 分 布 式 电 源 出 力 ( 所 有 机 组 00% 出 力 ) 过 大 会 出 现 线 路 末 端 电 压 大 幅 度 增 大 的 现 象 ; 场 景 2 将 # 机 组 出 力 降 低 到 0% 2 # 机 组 出 力 降 低 到 90%, 电 压 分 布 较 为 平 滑, 全 网 电 压 水 平 略 低 在 相 同 负 荷 水 平 条 件 下, 按 本 文 优 化 调 度 模 型 得 到 的 最 佳 控 制 方 案 控 制 机 组 出 力 时, 全 网 各 电 压 分 布 曲 线 更 为 平 滑, 节 点 电 压 更 接 近 额 定 值 5 算 例 按 本 文 提 出 的 主 动 配 电 网 优 化 调 度 模 型 和 方 法, 对 图 所 示 配 电 系 统 进 行 了 优 化 计 算 电 力 系 统 的 允 许 电 压 偏 移 通 常 为 额 定 值 的 ±5%, 本 文 设 定 初 始 ΔU + 和 ΔU 分 别 为 0.04 和 0.06, 经 过 迭 代 当 ΔU + 和 ΔU 为 0.02 和 0.03 时 得 到 与 前 次 相 同 的 决 策 向 量, 最 后 计 算 出 的 5 台 分 布 式 电 源 最 优 输 出 为 ( 有 图 5 3 种 实 验 方 案 下 各 节 点 电 压 分 布 对 比 图 Fig.5 Node voltage compariso curve i three experimetal schemes
第 6 期 牛 焕 娜 等 : 农 村 主 动 型 配 电 网 优 化 调 度 线 性 模 型 与 算 法 95 表 3 网 损 和 平 均 电 压 偏 移 计 算 结 果 表 Table 3 Loss ad average voltage deviatio calculatio results table 优 化 Optimizatio 场 景 Sceario 场 景 2 Sceario 2 网 损 Net loss /kw 平 均 电 压 偏 移 Voltage offset /pu 平 均 节 点 电 压 Average ode voltage/pu 47.3 0.07.00 53.2 0.037.009 82.4 0.034 0.994 2) 由 表 3 网 损 和 平 均 节 点 电 压 偏 移 计 算 结 果 对 比 可 以 看 出, 优 化 得 到 的 最 佳 控 制 方 案 使 得 节 点 电 压 偏 移 为 0.07, 网 损 为 47.3 kw, 比 场 景 和 场 景 2 的 相 应 量 都 小, 可 见 按 本 文 模 型 得 到 的 优 化 控 制 方 案 实 施 调 度 可 以 使 得 电 网 节 点 电 压 偏 移 尽 可 能 小 网 损 尽 可 能 小, 本 文 提 出 的 主 动 配 电 网 优 化 调 度 方 法 可 以 同 时 达 到 2 个 目 标 6 结 论 本 文 针 对 农 村 主 动 型 配 电 网 优 化 调 度 问 题 进 行 研 究, 提 出 了 一 种 能 同 时 达 到 电 压 偏 移 和 网 损 尽 可 能 小 2 个 目 标 的 优 化 调 度 线 性 模 型 和 求 解 方 法 该 优 化 模 型 在 满 足 迭 代 缩 小 的 电 压 偏 移 限 值 区 间 分 布 式 电 源 有 功 无 功 出 力 限 值 区 间 以 及 潮 流 平 衡 等 式 约 束 的 前 提 下 以 全 网 节 点 电 压 最 大 为 目 标 的, 并 通 过 合 理 简 化 配 电 网 回 路 电 压 方 程, 将 节 点 电 压 表 示 为 发 电 功 率 的 线 性 函 数, 从 而 把 优 化 模 型 转 变 成 线 性 规 划 模 型 仿 真 算 例 表 明, 优 化 得 到 的 控 制 方 案 使 得 节 点 电 压 偏 移 比 典 型 场 景 更 小, 网 损 比 典 型 场 景 更 低, 说 明 采 用 本 文 模 型 和 方 法 得 到 的 优 化 调 度 方 案 可 以 同 时 达 到 电 压 偏 移 和 网 损 尽 可 能 小 2 个 目 标 研 究 结 果 可 为 农 村 主 动 型 配 电 网 优 化 调 度 方 案 的 快 速 形 成 提 供 参 考 [ 参 考 文 献 ] [] 井 天 军, 杨 明 皓. 农 村 户 用 风 / 光 / 水 互 补 发 电 与 供 电 系 统 的 可 行 性 ( 简 报 )[J]. 农 业 工 程 学 报,2008,24(8): 78-8. Jig Tiaju, Yag Mighao. Hybrid household geeratio ad supply system with wid-solar-hydro power for rural areas[j]. Trasactios of the Chiese Society of Agricultural Egieerig (Trasactios of the CSAE), 2008, 24(8): 77-8. (i Chiese with Eglish [2] 王 成 山, 李 鹏. 分 布 式 发 电 微 网 与 智 能 配 电 网 的 发 展 与 挑 战 [J]. 电 力 系 统 自 动 化,200,34(2):0-4. Wag Chegsha, Li Peg. Developmet ad challeges of distributed geeratio, the micro-grid ad smart distributio system[j]. Automatio of Electric Power Systems, 200, 34(2): 0-4. (i Chiese with Eglish [3] 彭 军, 李 丹, 王 清 成, 等. 户 用 型 可 再 生 能 源 发 电 系 统 在 苏 尼 特 右 旗 应 用 的 调 查 分 析 [J]. 农 业 工 程 学 报, 2008,24(9):93-98. Peg Ju, Li Da, Wag Qigcheg, et al. Ivestigatio ad aalysis of the applicatio of household reewable eergy geeratig systems i Soid right baer[j]. Trasactios of the Chiese Society of Agricultural Egieerig (Trasactios of the CSAE), 2008, 24(9): 93-98. (i Chiese with Eglish [4] 李 蓓, 李 兴 源. 分 布 式 发 电 及 其 对 配 电 网 的 影 响 [J]. 国 际 电 力,2005,9(3):45-49. Li Pei, Li Xigyua. Distributed geeratio sources ad their effects o distributio etworks[j]. Iteratioal Electric Power for Chia, 2005, 9(3): 45-49. (i Chiese with Eglish [5] Kashem M A, Gerard Ledwich. Distributed geeratio as voltage support for sigle wire earth retur systems[j]. IEEE Trasactios o Power Delivery, 2004, 9(3): 002-0. [6] Fabrice Demailly, Olivier Niet, Adre Eve. Numerical tools ad models for mote carlo studies of the ifluece o embedded geeratio o voltage limits i LV grids[j]. IEEE Trasactios o Power Delivery, 2005, 20(3): 2343-2350. [7] Quezada V M. Assessmet of eergy distributio losses for icreasig peetratio of distributed geeratio[j]. IEEE Trasactios o Power Systems, 2006, 2(2): 533-540. [8] D Adamo C, Jupes, Abbey C. Global survey o plaig ad operatio of active distributio etworks-update of CIGRE C6. workig group activeities[c]// Proceedigs of the 20th Iteratioal Coferece ad Exhibito o Electricity Distributio: Part, Jue 8-, 2009, Prague, Czech: -4. [9] 尤 毅, 刘 东, 于 文 鹏, 等. 主 动 配 电 网 技 术 及 其 进 展 [J]. 电 力 系 统 自 动 化,202,36(8):0-6. You Yi, Liu Dog, Yu Wepeg, et al. Techology ad its treds of active distributio etwork[j]. Automatio of Electric Power Systems, 202, 36(8): 0-6. (i Chiese with Eglish [0] Pilo F, Pisao G, Soma G G. Advaced DMS to maage active distributio etwork[c]// Proceedigs of the 2009 IEEE Bucharest PowerTech Coferece, Jue 28-July 2, 2009, Bucharest Romaia: -8. [] Pilo F, Pisao G, Soma G G. Digital model of a distributio maagemet system for the optimal operatio of active distributio systems[c]// Proceedigs of the CIRED Semiar 2008: Smart Grids for Distributio, Jue 23-24, 2008, Frakfurt, Germay: -5. [2] Peik Herfeah M, Seifi H, Sheikh-el-eslami M K. Active maagemet of distributio etworks i presece of distributio geeratios[c]// Proceedigs of the 20 Iteratioal Coferece o Clea Electrical Power (ICCEP ), Jue 4-6,20,Ischia,Italy:725-729. [3] Nguye P H, Klig W L, Georgiadis G, et al. Distributed routig algorithms to maage power flow i aget-based active distributio etwork[c]// Proceedigs of the 200 IEEE PES Iovative Smart Grid Techologies Coferece Europe, October -3, 200, Gotheburg, Swede:-7. [4] 张 帆, 蔡 壮, 杨 明 皓. 基 于 随 机 机 会 约 束 规 划 的 农 村 风 / 水 / 光 发 电 容 量 配 置 [J]. 农 业 工 程 学 报,200,26(3):
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