[发明专利]一种智能软开关的集中和就地联合控制策略整定方法

权利要求书

1.一种智能软开关的集中和就地联合控制策略整定方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)根据选定的有源配电系统，输入线路参数、负荷水平、网络拓扑连接关系，系统安全运行电压约束和支路电流限制，分布式电源的接入位置和容量，分布式电源及负荷的日运行特性预测曲线，智能软开关的接入位置、容量及参数，系统基准电压和基准功率的初值；

2)依据有源配电系统结构及参数，考虑分布式电源出力和负荷的时序特性，建立有源配电网智能软开关的集中和就地联合控制策略整定模型，包括：选取根节点为平衡节点，设定有源配电系统损耗和电压偏差之和最小为目标函数，分别考虑系统潮流约束、系统安全运行约束、智能软开关运行与容量约束；

3)将步骤2)所述模型中的目标函数和非线性约束进行线性化或二阶锥转换，从而使有源配电网智能软开关的集中和就地联合控制策略整定模型转化为二阶锥模型；

4)采用二阶锥规划算法对二阶锥模型进行计算求解得到：智能软开关的集中和就地联合控制策略的相关参数、系统中的电压分布情况、智能软开关的有功调节情况和无功补偿情况；

5)输出步骤4)的求解结果。

2.根据权利要求1所述的一种智能软开关的集中和就地联合控制策略整定方法，其特征在于，步骤2)中：

(1)所述的有源配电系统损耗和电压偏差之和最小为目标函数表示为

minf＝αf_L+βf_V(1)

式中，α和β分别为系统损耗f_L和系统电压偏差情况f_v的权重系数，其中，系统损耗f_L和系统电压偏差情况f_v的表达式如下：

fL=Σt=1NT(Σij∈ΩbRijIt,ij2+Σi=1NNPt,iSOP,L)---(2)]]>

fV=Σt=1NTΣi=1NN|Vt,i2-1|,Vt,i≥Vthrmax||Vt,i≤Vthrmin---(3)]]>

式中，N_T和N_N分别为时间断面数和系统节点总数；Ω_b为系统支路集合；V_t,i为t时段节点i的电压幅值；R_ij为支路ij的电阻，I_t,ij为t时段节点i流向节点j的电流幅值；为t时段节点i上智能软开关的有功损耗值；为V_t,i的期望电压区间，当V_t,i不在此区间时，目标函数f_V用来减小电压偏差；

(2)所述的系统潮流约束表示为

Σji∈Ωb(Pt,ji-RjiIt,ji2)+Pt,i=Σik∈ΩbPt,ik---(4)]]>

Σji∈Ωb(Qt,ji-XjiIt,ji2)+Qt,i=Σik∈ΩbQt,ik---(5)]]>

Vt,i2-Vt,j2+(Rij2+Xij2)It,ij2=2(RijPt,ij+XijQt,ij)---(6)]]>

It,ij2Vt,i2=Pt,ij2+Qt,ij2---(7)]]>

Pt,i=Pt,iDG+Pt,iSOP-Pt,iLOAD---(8)]]>

Qt,i=Qt,iDG+Qt,iSOP-Qt,iLOAD---(9)]]>

式中，Ω_b为系统中所有支路的集合；P_t,ij为t时段节点i流向节点j的有功功率，Q_t,ij为t时段节点i流向节点j的无功功率；P_t,ik为t时段节点i流向节点k的有功功率，Q_t,ik为t时段节点i流向节点k的无功功率；R_ij为支路ij的电阻，X_ij为支路ij的电抗；I_t,ij为t时段节点i流向节点j的电流幅值；V_t,i为t时段节点i的电压幅值，V_t,j为t时段节点j的电压幅值；P_t,i为t时段节点i上注入的有功功率之和，分别为t时段节点i上分布式电源注入的有功功率、智能软开关注入的有功功率、负荷消耗的有功功率，Q_t,i为t时段节点i上注入的无功功率之和，分别为t时段节点i上分布式电源注入的无功功率、智能软开关注入的无功功率、负荷消耗的无功功率；

(3)所述的智能软开关有功集中控制约束表示为

Pt,iSOP+Pt,jSOP+Pt,iSOP,L+Pt,jSOP,L=0---(10)]]>

Pt,iSOP,L=AiSOP(Pt,iSOP)2+(Qt,iSOP)2---(11)]]>

Pt,jSOP,L=AjSOP(Pt,jSOP)2+(Qt,jSOP)2---(12)]]>

式中，和分别为t时段节点i、j上智能软开关注入的有功功率；和分别为t时段节点i、j上智能软开关的有功损耗值；和分别为t时段节点i、j上智能软开关的有功损耗系数；和分别为t时段节点i、j上智能软开关注入的无功功率；

(4)所述的智能软开关就地电压无功控制约束表示为

Qt,jSOPQjSOP,max=g(Vt,j)---(14)]]>

式中，和分别为t时段节点i、j上智能软开关注入的无功功率最大值；和g(V_t,j)共同构成智能软开关就地电压无功控制策略的表达式，和g(V_t,j)分别存在调节死区[V_i^q，min，V_i^q，max]和[V_j^q，min,V_j^q，max]，此时智能软开关产生的无功功率为0var；下式分别构成和g(V_t,j)：

g(Vt,j)=1.0Vt,j∈[0.8,0.9)10.9-Vjq,minVt,j+Vjq,minVjq,min-0.9Vt,j∈[0.9,Vjq,min)0Vt,j∈[Vjq,min,Vjq,max)1Vjq,max-1.1Vt,j+Vjq,max1.1-Vjq,maxVt,j∈[Vjq,max,1.1)-1.0Vt,j∈[1.1,1.2]---(16).]]>

3.根据权利要求1所述的一种智能软开关的集中和就地联合控制策略整定方法，其特征在于，步骤3)包括：

(1)采用U_2,t,i和I_2,t,ij替换目标函数、系统潮流约束和系统运行约束中的二次项和将目标函数和系统潮流约束线性化：

Σji∈Ωb(Pt,ji-RjiI2,t,ji)+Pt,i=Σik∈ΩbPt,ik---(17)]]>

Σji∈Ωb(Qt,ji-XjiI2,t,ji)+Qt,i=Σik∈ΩbQt,ik---(18)]]>

U2,t,i-U2,t,j+(Rij2+Xij2)I2,t,ij=2(RijPt,ij+XijQt,ij)---(19)]]>

(V^min)²≤U_2,t,i≤(V^max)²(20)

I_2,t,ij≤(I^max)²(21)

fL=Σt=1NT(Σij∈ΩbRijI2,t,ij+Σi=1NNPt,iSOP,L)---(22)]]>

fV=Σt=1NTΣi=1NN|U2,t,i-1|,U2,t,i≥(Vthrmax)2||U2,t,i≤(Vthrmin)2---(23)]]>

式中，Ω_b为支路的集合；P_t,ij为t时段节点i流向节点j的有功功率，Q_t,ij为t时段节点i流向节点j的无功功率；P_t,ik为t时段节点i流向节点k的有功功率，Q_t,ik为t时段节点i流向节点k的无功功率；R_ij为支路ij的电阻，X_ij为支路ij的电抗；P_t,i为t时段节点i上注入的有功功率之和，Q_t,i为t时段节点i上注入的无功功率之和，分别为t时段节点i上分布式电源注入的无功功率、负荷消耗的无功功率；为t时段节点i上智能软开关的有功损耗值；V^max和V^min为系统最大允许电压值和最小允许电压值；I^max为支路最大允许电流值；N_T和N_N分别为时间断面数和系统节点总数；为V_t,i的期望电压的最小值，为V_t,i的期望电压的最大值；

(2)目标函数f_v中含有绝对值项|U_2,t,i-1|，引入辅助变量A_t,i，并增加约束：

fV=Σt=1NTΣi=1NNAt,i---(24)]]>

At,i≥U2,t,i-(Vthrmax)2---(25)]]>

At,i≥-U2,t,i+(Vthrmin)2---(26)]]>

A_t,i≥0(27)；

(3)智能软开关就地电压无功控制策略的表达式和g(V_t,j)为非线性表达式，采用分段线性化实现对和g(V_t,j)的精确线性化；通过引入辅助变量a_t,i,nn＝1,2,…,6、d_t,i,nn＝1,2,…,5和a_t,j,nn＝1,2,…,6、d_t,j,nn＝1,2,…,5，采用线段来近似和g(V_t,j)所定义的曲线，如下所示：

V_t,i＝0.8a_t,i,1+0.9a_t,i,2+a_t,i,3V_i^q，min+a_t,i,4V_i^q,max+1.1a_t,i,5+1.2a_t,i,6(29)

a_t,i,1≤d_t,i,1,a_t,i,6≤d_t,i,5(30)

a_t,i,n≤d_t,i,n+d_t,i,n-1,n＝2,3,4,5(31)

a_t,i,n≥0,d_t,i,n∈{0,1}(32)

Σn=16at,i,n=1,Σn=15dt,i,n=1---(33)]]>

式中，a_t,i,nn＝1,2,…,6为连续变量，d_t,i,nn＝1,2,…,5为整数变量；V_i^q,min和V_i^q,max分别为曲线调节死区的最小值和最大值；

g(V_t,j)＝a_t,j,1+a_t,j,2-a_t,j,5-a_t,j,6(34)

V_t,j＝0.8a_t,j,1+0.9a_t,j,2+a_t,j,3V_j^q,min+a_t,j,4V_j^q,max+1.1a_t,j,5+1.2a_t,j,6(35)

a_t,j,1≤d_t,j,1,a_t,j,6≤d_t,j,5(36)

a_t,j,n≤d_t,j,n+d_t,j,n-1,n＝2,3,4,5(37)

a_t,j,n≥0,d_t,j,n∈{0,1}(38)

Σn=16at,j,n=1,Σn=15dt,j,n=1---(39)]]>

式中，a_t,j,nn＝1,2,…,6为连续变量，d_t,j,nn＝1,2,…,5为整数变量；V_j^q,min和V_j^q,max分别为g(V_t,j)曲线调节死区的最小值和最大值；

引入辅助整数变量c_i,1、c_i,2和c_j,1、c_j,2分别将非线性乘积项a_t,i,3V_i^q,min、a_t,i,4V_i^q,max和a_t,j,3V_j^q,min、a_t,j,4V_j^q,max线性化，则a_t,i,3V_i^q,min、a_t,i,4V_i^q,max和a_t,j,3V_j^q,min、a_t,j,4V_j^q,max分别表示为：

a_t,i,3V_i^q,min＝0.90a_t,i,3+0.01a_t,i,3c_i,1,0≤c_i,1≤20(40)

a_t,i,4V_i^q,max＝0.90a_t,i,4+0.01a_t,i,4c_i,2,0≤c_i,2≤20(41)

c_i,1≤c_i,2(42)

a_t,j,3V_j^q，min＝0.90a_t,j,3+0.01a_t,j,3c_j,1,0≤c_j,1≤20(43)

a_t,j,4V_j^q,max＝0.90a_t,j,4+0.01a_t,j,4c_j,2,0≤c_j,2≤20(44)

c_j,1≤c_j,2(45)

a_t,i,3c_i,1、a_t,i,4c_i,2和a_t,j,3c_j,1、a_t,j,4c_j,2依旧是非线性乘积项，因此引入二进制变量l_i,1,m、l_i,2,m和l_j,1,m、l_j,2,mm＝0,1,…,4表示a_t,i,3c_i,1、a_t,i,4c_i,2和a_t,j,3c_j,1、a_t,j,4c_j,2；

at,i,3ci,1=Σm=042mat,i,3li,1,m---(46)]]>

at,i,4ci,2=Σm=042mat,i,4li,2,m---(47)]]>

at,j,3cj,1=Σm=042mat,j,3lj,1,m---(48)]]>

at,j,4cj,2=Σm=042mat,j,4lj,2,m---(49)]]>

引入辅助变量w_t,i,1,m＝a_t,i,3l_i,1,m、w_t,i,2,m＝a_t,i,4l_i,2,m和w_t,j,1,m＝a_t,j,3l_j,1,m、w_t,j,2,m＝a_t,j,4l_j,2,m，并取M为1000，并增加以下约束：

a_t,i,3-(1-l_i,1,m)M≤w_t,i,1,m≤a_t,i,3(50)

0≤w_t,i,1,m≤l_i,1,mM(51)

a_t,i,4-(1-l_i,2,m)M≤w_t,i,2,m≤a_t,i,4(52)

0≤w_t,i,2,m≤l_i,2,mM(53)

a_t,j,3-(1-l_j,1,m)M≤w_t,j,1,m≤a_t,j,3(54)

0≤w_t,j,1,m≤l_j,1,mM(55)

a_t,j,4-(1-l_j,2,m)M≤w_t,j,2,m≤a_t,j,4(56)

0≤w_t,j,2,m≤l_j,2,mM(57)

(4)将智能软开关的损耗约束条件进行凸松弛，进而得到旋转锥约束式：

(Pt,iSOP)2+(Qt,iSOP)2≤2Pt,iSOP,L2AiSOPPt,iSOP,L2AiSOP---(58)]]>

(Pt,jSOP)2+(Qt,jSOP)2≤2Pt,jSOP,L2AjSOPPt,jSOP,L2AjSOP---(59)]]>

(Pt,iSOP)2+(Qt,iSOP)2≤2SiSOP2SiSOP2---(60)]]>

(Pt,jSOP)2+(Qt,jSOP)2≤2SjSOP2SjSOP2---(61)]]>

(5)将约束条件式进行线性化，采用U_2,t,i和I_2,t,ij替换二次项和

I2,t,ijU2,t,i=Pt,ij2+Qt,ij2---(62)]]>

再进一步进行凸松弛，得到二阶锥约束式：

||2Pt,ij2Qt,ijI2,t,ij-U2,t,i||2≤I2,t,ij+U2,t,i---(63)]]>

式中，和分别为t时段节点i、j上智能软开关注入的有功功率；和分别为t时段节点i、j上智能软开关的有功损耗值；和分别为t时段节点i、j上智能软开关的有功损耗系数；和分别为t时段节点i、j上智能软开关注入的无功功率，和分别为t时段接在节点i和节点j之间的智能软开关两端换流器的接入容量。