[发明专利]考虑多场景模型及需求侧响应策略的配网重构方法

权利要求书

1.一种考虑多场景模型及需求侧响应策略的配网重构方法，其特征是：

根据地区的电能需求弹性系数来确定采用分时电价后的负荷需求变化量；电能需求弹性系数表示为在一定时期内电价变化引起的用户用电需求量变化的百分比，考虑需求侧响应的负荷约束可以用式(3-77)-(3-79)表示，其中式(3-77)-(3-78)是负荷电力弹性系数约束；式(3-79)是总负荷容量约束，其表示需求侧响应前和需求侧响应后负荷的总容量不变；

式中，ξ为用户的电力价格弹性系数；Δρ_t为时刻t需求侧响应前后电价的变化，单位为元/(kW·h)；ΔP_t为时刻t需求侧响应前后用电需求量的变化量，单位为kW·h；ρ_t和ρ_t^cur分别为时刻t需求侧响应前后的电价；P_t和P_t^cur分别表示需求侧响应前后时刻t的负荷量；ρ^peak和ρ^valley分别为负荷的峰、谷电价；Tpeak和Tvalley分别为峰、谷电价所属的时间区间；

DR和SOP的多时段主动配网重构模型，以社会利益最大化或最小化网损、弃风、弃光和开关费用之和为目标函数，即：

式中，C是配网重构模型的总费用；T是划分的总时段；ΔT为各个时段的长度；ψ_b表示配电系统中含联络线的所有支路集合；I_ij,t是t时段流经支路ij的电流；r_ij是支路ij的等效电阻；ψ_wind是配电系统中接入风机的节点集合；ψ_pv是配电系统中接入光伏的节点集合；和分别是节点i时刻t风机和光伏发出的功率；和分别是节点i时刻t风机和光伏接入电网的实际功率；α_ij,0和α_ij为0-1变量，分别表示网络初始状态下和配网重构后支路ij的开断状况，其值等于1表示支路ij闭合，其值等于0表示支路ij开断；C_loss、C_switch、C_wind和C_pv分别表示网损费用、开关费用、弃风费用和弃光费用的单价；

所建模型的约束条件为：

a)Distflow潮流约束

Distflow潮流模型是一种从支路功率出发建立的潮流方程，相比于传统的基于节点功率的潮流计算法，Distflow潮流模型更适用于辐射状配电系统的潮流计算；由于在配网重构中网络拓扑的不断变化，考虑配网重构特性，假定配电系统中所有的开关均闭合，配网重构问题相当于选择其中部分开关断开的问题，对传统Distflow潮流模型进行改进，通过引入线路开断变量α_ij对潮流方程进行松弛，得到如下适用于配网重构的Distflow潮流方程：

式中，P_ij,t和Q_ij,t分别为时刻t支路ij上流过的有功功率和无功功率；x_ij为支路ij的电抗；P_j,t和Q_j,t分别为时刻t节点j注入的有功功率和无功功率；和分别为节点j时刻t注入的负荷有功功率和无功功率；为节点j时刻t注入的风电无功功率；为节点j时刻t注入的光伏无功功率；和分别为节点j的ESS在时刻t的充电功率和放电功率；和分别为节点j的SOP在时刻t传输的有功功率和注入的无功功率；U_i,t和U_j,t分别为节点i和节点j的电压幅值；和分别表示配电系统中节点j的父节点和子节点的集合，父节点和子节点分别为配电系统支路中潮流传输的上游节点和下游节点；

改进的Distflow潮流模型(3-81)-(3-86)是非凸模型，且约束(3-85)-(3-86)仅适用于闭合支路(即α_ij＝1)，依然无法使用优化求解器进行直接求解；因此，引入变量和进行等价变换，并通过引入不等式约束(3-89)-(3-91)对上述约束进行松弛，使得断开支路的有功功率、无功功率和线路电流为0，且对闭合支路无约束，将式(3-85)-(3-86)的适用范围扩大到整个配电系统支路集合ψ_b，而不仅仅是闭合支路；

-α_ijM₁≤P_ij,t≤α_ijM₁ (3-89)

-α_ijM₂≤Q_ij,t≤α_ijM₂ (3-90)

-α_ijM₃≤I_ij,t≤α_ijM₃ (3-91)

式中，M₁、M₂和M₃为足够大的正数；

结合约束(3-84)-(3-91)，则潮流约束可以转化为：

引入不等式约束(3-89)-(3-91)后，仍未解决上述潮流约束中式(3-94)仅适用于闭合支路的问题，因此，采用以下大M法对式(3-94)进行进一步松弛，将其转化为：

式中，M₄为足够大的正数；

b)节点电压与支路电流约束

配网重构要求重构后各节点的电压和支路的电流要限制在允许范围内，结合公式(3-87)-(3-88)，节点电压约束和支路电流约束可以表示为

式中，和分别表示t时刻节点i允许的电压最小值和最大值；Ω_n为平衡节点集合；表示时刻t线路ij允许通过的最大电流；

c)新能源出力约束

配电系统中接入的风机和光伏发电量要满足一定的范围约束，即实际接入配电系统的风电和光伏发电量不能超过其允许出力的上下限；因此，风机和光伏出力约束可以表示为

式中，和分别为风机出力的下限值和上限值；和分别为光伏出力的下限值和上限值；

d)储能约束

ESS运行约束包含充放电状态约束、储电容量约束、充放电功率约束和日允许充放电次数约束，其分别为：

式中，和为0-1变量，分别表示节点i时刻t储能的充、放电状态；为充放电功率最大值；表示节点i的ESS在时刻t的储电容量；表示ESS可存储的最大电量；η^ch和η^dis分别表示ESS的充、放电效率；表示日内ESS充放电最大次数；

e)开关次数约束

配电系统中的开关都有使用寿命，频繁的开断往往会减少开关的寿命；因此，为了提高电力系统运行的经济性，对配网重构中开关的开断次数进行限制，其约束表示为

式中，为配电系统中所有开关在全时段允许开断的最大次数；α_ij,0为网络的初始开关状态；

f)配电系统连通性和辐射性约束

配网重构需要保证重构后的配电系统的连通性，且不存在孤岛和环网， 因此，配电系统连通性和辐射性约束表示为

β_ij+β_ji＝α_ij (3-109)

β_1j＝0 (3-111)

式中，n为配电系统的支路数；β_ij为0-1变量，节点i为节点j的父节点时取1，否则取0；

g)SOP约束

正常运行下的SOP的两端以PQ控制方式运行，其控制变量为SOP两端传输的有功功率和注入节点的无功功率，其传输有功功率约束和容量约束表示为

式中，和分别为SOP接在节点i、j两端换流器在时刻t的损耗；

h)DR约束

通过在配电系统中采用DR策略，可以实现负荷的削峰填谷，考虑需求侧响应的负荷约束用式(3-117)-(119)表示，其中式(117)-(118)是负荷电力弹性系数约束；式(119)是总负荷容量约束

式中，Δρ_i,t为节点i时刻t需求侧响应前后电价的变化，单位为元/(kW·h)；ΔP_i,t为节点i时刻t需求侧响应前后用电需求量的变化量，单位为kW·h；ρ_i,t和分别为节点i时刻t需求侧响应前后的电价；P_i,t和分别表示需求侧响应前后节点i时刻t的负荷量；N_i为系统中节点的个数；

通过采用二阶锥模型对这些约束进行转化，使得该非凸模型转化为一个MISOCP问题，进而适用商用求解器进行求解；二阶锥优化方法基于线性变换和对偶理论计算迭代方向和求解步长，可以实现二阶锥优化问题的快速收敛，并且可以保证解的最优性；

a)潮流约束转化

对式(3-95)进行二阶锥松弛，即

b)SOP约束转化

将SOP约束中的式(57)-(63)转化为二阶锥形式，即：

因此，高比例可再生能源接入下考虑DR和SOP的配网重构模型表示为

min C

s.t.：