主动配电系统的网络规划与最优调度策略

发布时间：2020-06-08 22:51

【摘要】：随着并网分布式电源和电力电子设备的不断增加,传统的配电系统在向主动供电和智能运行方向发展,主动配电系统的概念应运而生。国际大电网会议(CIGRE)配电与分布式发电专委会(C6)的C6.11项目组对主动配电系统的基本定义是:通过使用灵活的网络拓扑结构来管理潮流,以便对局部的分布式能源进行主动控制和主动管理的配电系统。分布式电源在一定程度上可承担支持系统的责任,这将取决于适当的监管环境和接入协议。基于此,本文针对主动配电系统的规划和运行做了比较系统的研究工作,主要包含以下四个方面的内容:1)考虑智能电网技术的主动配电系统网络规划针对主动配电系统提出了一个多阶段多场景尺的网络规划模型,其目标函数为最小化规划周期内系统投资和运行成本。规划模型种优化对象包括:配电站的升级,电缆线路的升级或新建,电压调节器和静态无功发生器选址定容,以及分布式发电设备最优并网位置。在规划周期内,投资策略在若干个阶段实施,在每个阶段根据不同的场景确定系统的运行策略。为提高模型求解速度,通过线性拟合技术,将原始模型转化为混合整数二次规划模型,从而可以调用商业求解器高效求解。最后采用算例系统验证了所提规划模型的有效性。2)基于合作博弈的能源社区中能量管理策略能源社区是主动配电系统的重要组成部分。以合作博弈模型为基础对能源社区进行能量管理建模,并证明所建模型具有平衡性和超可加性。在此基础上,根据合作博弈模型的核仁概念对联盟收益合理分配,确保收益分配策略的公平性和有效性。需要指出,所构造的模型中有效考虑了可再生能源出力的不确定性,并以瑞利分布为例模拟可再生能源出力,给出了收益函数期望值的解析表达式。最后通过算例验证了合作博弈可以有效的提高能源社区的总收益,并在一定程度上可以改善能源社区的负荷特性。3)基于双层优化的主动配电系统最优负荷响应策略随着配电市场的发展,实时定价技术受到越来越普遍的关注。利用双层优化模型通过计及批发市场的节点电价和负荷侧响应参与程度来设计价格信号,从而达到整体的效益最大化。在上层模型中,电力公司根据批发市场的电价预测值决定购能策略,以及计算价格信号来调控下层终端用户的用电行为。在模型下层,每个终端用户根据价格信号调整负荷以达到自身利益的最大化,其中下层终端用户的行为利用非合作博弈模型进行模拟。通过利用KKT条件表示下层模型的最优性条件,从而将双层模型转换成混合整数二次规划问题。最后通过算例证明所提模型和方法的有效性。4)主动配电系统的分布式电压控制本部分主要研究主动配电系统的较短时间尺度的静态电压管理,即最优化系统有功功率和无功功率以保证系统节点电压处在合理范围。模型以系统网损和电压偏差最小为目标函数。通过二阶锥松弛技术,将所建模型松弛为二阶锥规划模型。然后经过网络解耦,利用交替方向乘子法(alternating directions method of multipliers,ADMM)算法进行分布式计算。最后在33和123节点测试系统验证模型可以有效的控制电压稳定在恒定区间内,并获得优异的计算效率。
【图文】：

电压幅值,馈线,城市配电网

图２．１不同馈线的电压幅值逡逑Ｆｉｇ．邋２．１邋Ｖｏｌｔａｇｅ邋ｍａｇｎｉｔｕｄｅｓ邋ｏｎ邋ｖａｒｉｏｕｓ邋ｆｅｅｄｅｒｓ逡逑主动配电系统中支路末端电网升高是一个亟待解决的难题。如图２．１所示，浙江某县逡逑城１０ｋＶ配电网在２０１６年２月８号（农历新年假期的一天）晚上１０点各母线电压幅值。所逡逑有馈线电压幅值均在１．０４以上，甚至有多条超过１．０５警戒值，这造成了极大地降低了配逡逑电网系统运行的可靠性和经济性。一般来说有两个主要因素导致城市配电网电压升高。其逡逑一是城市配电网中越来越多的分布式能源的接入，其中这也是导致城市配电网增容扩建的逡逑主要原因［８８】。另外一个因素是大量的电缆网络投入使用。电缆线路的对地电容远大于架空逡逑线路，因而产生大量无功进而导致无功倒送、电压升高，尤其在负荷低谷时期倒送情况更逡逑为严重。在以往关于配电网络规划研究中，研究者大多侧重于无功补偿以及电压下降的问逡逑题。随着我国城市化和工业化进程持续进行，城市配电网的电缆化率和分布式电源渗透率逡逑势必进一步增大，其引起的电压升高情况不容忽视。因此，在配电网规划应当更详细的考逡逑虑电压升高以及无功角色等问题。逡逑１６逡逑

模型图,电压调节器,模型

图２．３电压调节器模型逡逑Ｆｉｇ．邋２．３邋Ｍｏｄｅｌ邋ｏｆ邋ｖｏｌｔａｇｅ邋ｒｅｇｕｌａｔｏｒ逡逑电压调节器可以用导线串联理想的变压器来模拟。如图２．３所示，假设该理想变压器逡逑变比为仰，放置于线路末端。同时进一步假设电压调节器具有相同的调节范围和相同的调逡逑节步长。考虑规划模型较长的时间尺度，，因此可以假设电压调节器调节接头位置为连续变逡逑量。基于以上假设，电压调节器模型可由如下约束表示：对于任意ｚｙｅＱ，．，，在任意场景逡逑任意时刻满足如下约束：逡逑（＼－ａＲ）＼ｓｌ＜ＶＪＳＪ＜（＼邋＋邋ａＲ）２ｖｊｓ＿，逦（２－３３）逡逑（２＿３４）逡逑丨邋ｖ，邋－邋％卜邋ｆ逦（２－３５）逡逑ｄ＆＇ＶｊＴｆ邋＾＾ｍａｘ，ｄ邋Ｈ逦（２－３６）逡逑式中：ｖＭ，可通过公式（２－１８）计算。为型号为ｃ／电压调节器容量。Ｍ代表一个足够大
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TM73

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