混合交直流主动配电网接纳裕度双重不确定性优化模型

接入的电能超出配电网接纳裕度时,为使充电接纳裕度最大化,风光出力波动最小化,提出混合交直流主动配电网接纳裕度双重不确定性优化模型。获取双重不确定因素,以电动汽车充电接纳裕度最大化、风光出力波动最小化为目标,以节点电压、风光出力以及接纳裕度等为约束,构建配电网优化模型,并通过混沌二进制粒子群算法求解优化模型,得到迭代后的最佳优化结果,实现配电网接纳裕度双重不确定性优化。经试验验证:通过该方法优化后,配电网的平均接纳容量从1 200 kW达到了2 000 kW左右,且始终保持在接纳裕度的优质区间内;接入不确定性电能类型后,节点的电压越限概率均最高在2.7%,各节点产生的弃能均保持在6 MW·h以下;各节点在峰时接入风、光机组时,风、光出力的最高波动值依然低于3.5 kW·h;当配电网处于恶劣环境下,日常接入不确定性电能时,配电网的有功网损处于0.25~0.40 MW之间。

计及源荷不确定性的混合交直流主动配电网分层-分布式优化调度

混合交直流主动配电网是未来配电网发展的主要形式,针对混合交直流主动配电网集中式优化存在优化时间长、对区域内隐私保护性不强以及源荷出力不确定性的问题,提出计及源荷不确定性的混合交直流主动配电网分层-分布式优化调度策略。该策略在混合交直流主动配电网区域内以预测场景和抽样场景的期望运行成本之和最小为目标,建立两阶段随机规划模型,采用Benders分解算法分解成主、子问题交替迭代求解;在区域间为兼顾各区域数据私密性及实现并行计算,以各自区域内主问题运行成本最优为目标,采用同步型交替方向乘子法进行分布式计算。所提策略通过各区域主问题连接区域间和区域内形成整体优化,从而保证模型达到全局最优。最后,通过算例分析验证了所提的分层-分布式优化调度策略的有效性。

含SOP的交直流混合配电网日前优化调度

为实现交直流混合配电网的高效运行,提出一种含智能软开关的交直流配电网优化调度方法。在对应用于交直流配电网的智能软开关工作原理进行阐述的基础上,建立含智能软开关的交直流配电网优化调度模型。通过线性化和凸松弛技术,将所建立的非线性优化模型转化为二阶锥规划模型,并且采用改进的50节点算例分析验证模型的有效性。算例结果表明,基于所建模型得到的智能软开关运行策略能够降低配电网运行损耗及改善电压越限的情况,显著提高混合配电网的经济性。

考虑光伏随机性的交直流混合配电网鲁棒机会约束安全域模型

为实现高比例光伏接入下交直流混合配电网的安全评估,构建了交直流混合配电网的鲁棒机会约束安全域模型。首先,提出一种基于区间划分的自适应带宽核密度估计方法,以获取光伏预测误差概率分布,构建光伏出力机会约束不确定集合;其次,采用功率与节点电压幅值比值为状态变量,在已有交流线性化潮流模型的基础上推导一种交直流混合配电网线性化潮流模型;然后,提出交直流混合配电网鲁棒机会约束安全域的概念和模型,结合列与约束生成算法和径向迭代搜索算法生成可观测的鲁棒机会约束安全域空间。最后,算例分析验证了所提模型能够在鲁棒机会约束安全域上准确、直观的反映光伏出力的随机性,进而为交直流混合配电网的准确安全评估提供支撑。

基于数据驱动多面体集合的交直流混合配电网鲁棒调度方法

针对现有配电网鲁棒调度方法缺乏对不确定参数相关性问题的考虑,提出了一种基于数据驱动多面体集合的交直流混合配电网鲁棒调度方法。首先,构建分布式光伏出力的传统多面体集合,利用历史数据驱动形成了相关性包络图,通过弯曲多面体集合边界,建立了相关性多面体集合模型。然后,在此基础上,针对相关性多面体集合存在鲁棒性差和保守性大的问题,建立了数据驱动的多面体集合模型。进一步,建立了基于数据驱动多面体集合的交直流混合配电网鲁棒调度模型,并采用列与约束生成(column and constraint generation,CCG)算法对鲁棒调度模型进行求解。最后,改进的IEEE33节点系统仿真结果表明,基于数据驱动多面体集合的交直流混合配电网鲁棒调度方法可以减少优化结果的保守性,提高其鲁棒性,证明了所提出方法的有效性。

含能量路由器的交直流混合配电网潮流计算

能量路由器(energy router,ER)作为新兴电力电子设备,可以实现电能在电力系统中的灵活分配。分析ER对系统的影响,研究以ER为配电枢纽的交直流混合配电网潮流计算方法,对实现配电网的优化运行具有重要意义。文中首先基于改进交替迭代法建立ER的稳态潮流模型,并对ER直流端口采用下垂控制策略,结合传统解耦法,提出一种适用于含ER的配电网交直流解耦迭代潮流计算方法。以含有多个ER的IEEE 14节点和IEEE 69节点配电系统为算例进行仿真计算,验证所提方法的正确性与收敛性。为分析ER对系统运行的影响,对不同场景下IEEE 69节点测试系统进行仿真计算,证明ER在系统中可以支撑节点电压,减小系统运行损耗。

基于半正定规划的交直流主动配电网三相有功无功联合优化

交直流主动配电网作为未来配电网的主要发展形态,实现其有功无功资源的协同优化控制具有重要的研究意义。然而配电网负荷单相接入和分布式发电三相功率不一致,将导致配电网三相不平衡现象越发严重。为了应对交直流主动配电网的三相不平衡问题,提出考虑相间耦合与三相不平衡度限制的三相有功无功联合优化方法。首先,建立考虑相间耦合的原始三相潮流模型并对其进行升维映射;其次,采用半正定松弛方法,推导了交直流主动配电网各子系统的完整三相潮流模型以及序分量形式下的三相电压不平衡度约束;再次,提出以总运行成本最小化为目标函数的交直流主动配电网三相有功无功联合优化模型;最后,采用改进IEEE 33节点、69节点、141节点和1056节点交直流配电网算例分析,验证了该文所提方法的有效性。

基于混合粒子群优化的交直流混联配电网扩展规划算法

在交直流混联配电网建设过程中,主要采用传统的粒子群算法求解配电网扩展规划方案,容易陷入局部最优,使得最终生成方案的规划成本较高。因此,提出基于混合粒子群优化的交直流混联配电网扩展规划算法。针对配电公司和分布式电源运营商两个配电网运营主体,设计配电公司为主、运营商为辅的博弈关系图,并构建以系统经济性最优、DG利用率最大为目标的双层配电网扩展规划模型。考虑交直流混联配电网运营要求,设置设备投资约束、网络连通性约束和元件运行特性约束条件。结合粒子群算法和模拟退火算法组成混合粒子群优化算法,应用对双层规划模型进行迭代求解,输出最优交直流混联配电网扩展规划方案。实验结果表明:所提算法应用后得出的配电网扩展方案年规划成本仅为135.07万元,满足了配电网扩展经济性要求。

考虑需求响应的交直流混合配电网分布式光伏承载能力鲁棒评估方法

鲁棒优化通常采用多面体模型来描述分布式光伏出力的不确定性,却忽略了分布式光伏出力的时空相关性,为此,该文建立了分布式光伏的时空相关性多面体模型,提出了考虑需求侧响应的交直流混合配电网分布式光伏承载能力鲁棒评估方法。首先,建立分布式光伏出力不确定性的时空相关性多面体模型和电价激励型需求侧响应模型,以最大化分布式光伏并网容量为目标,考虑交直流混合配电网中多种运行约束和调节策略,建立交直流混合配电网分布式光伏承载能力两阶段鲁棒评估模型,并采用列与约束生成算法进行迭代求解。在70节点系统上验证了算法的有效性,仿真结果表明:不同的管理策略有助于提升交直流混合配电网的分布式光伏承载能力。

计及信息不确定性的多端交直流混合配电网分布式二级协同控制

分布式一致性控制(distributed consensus control,DCC)因其灵活协同能力成为交直流混合配电网二次控制的新途径.然而,传统DCC并未考虑实际通信环境中存在的随机时变时延和数据丢包问题,这致使其在非理想通信环境下难以稳定跟踪一致性期望目标.为此,本文提出一种计及信息不确定性的分布式二级协同控制策略.利用变量累加补偿机制,对时变时延和数据丢包进行统一等效.进而基于附加一致性算法(surplus consensus algorithm,SCA)构建具有零稳态误差特性的估计器,并对其收敛性进行推导证明.在此基础上,设计稳态收敛性能不受通信约束干扰的SCA-DCC控制器,实现非理想通信环境下的精准平均电压偏差调节和有功功率成比例分配.随后,以时延容忍度为指标优化SCA-DCC控制器参数,满足系统在不同通信条件下的稳定需求,进一步增强控制器的通信鲁棒性.仿真结果表明,在不同功率扰动和故障工况下,与现有控制策略相比,所提控制策略能够克服时变时延和数据丢包产生的负面影响,在维持较优动态响应性能的同时使稳态电压偏差降低73.08%~85.25%,具有控制精度高和抗扰动能力强的特点.

“规模化分布式源荷接入下交直流混合配电网优化运行与稳定控制技术”专题特约主编寄语

在“双碳”目标与“构建新型电力系统”战略的双重驱动下,配电网“高比例新能源”与“高比例电力电子装备”接入的双高特性逐步凸显,新能源发电的强不确定性与电力电子装备的低惯性给交直流混合配电网的运行控制与稳定性带来巨大挑战。

基于改进粒子群算法的交直流混合配电网规划研究

随着电网电源和负荷快速增加,电网中的交直流混合将成为电网的一种新形式。因此,配电网规划更为复杂,故提出基于改进粒子群算法的交直流混合配电网规划研究。以成本最小化为目标和上层规划目标函数和下层规划目标函数。基于改进粒子群算法,以势阱处的能量为核心,确定粒子在势阱中运动最佳位置;保证上、下层参数传递收敛性,获取全局最优解,实现双层关联统一。利用不可行度约束下的支配函数,实现配电网规划解集多样性;计算相邻粒子拥挤距离,搜索配电网规划可行解,获取配电网规划结果。实验结果表明,研究的规划方法光伏数据比实际数据最大值高950 kW、风电数据比实际数据最大值低310 kW、负荷数据比实际数据最大值低95 kW,与理想规划效果一致。

含EV充换储一体站的交直流混合配电网优化运行

为了促进电动汽车产业的进一步发展,构建了计及充换储一体站(CSSIS)的交直流混合配电网多时间尺度优化调度模型。首先,基于快充用户行为和城市交通特征分别构建了充电站模型和换电站模型,再结合储能电站模型完成了CSSIS建模。然后,在计及CSSIS、微型燃气轮机和可再生新能源等接入的交直流混合配电网中,构建了优化调度模型。为降低预测精度误差的影响,采用了多时间尺度协调优化策略处理。该模型属于非线性非凸混合整数规划问题,采用线性化和二阶锥松弛方法将其转化为可用商业求解器处理的混合整数二阶锥凸优化模型。最后,以改进的IEEE 50节点系统为例进行了仿真分析,仿真结果验证了交直流混合配电网形式具有更强的适应性,以及CSSIS具有高效参与电网优化运行的能力。

基于混合强化学习的主动配电网故障恢复方法

针对高比例新能源接入的配电网故障恢复问题,提出一种基于混合强化学习的主动配电网故障恢复方法。首先,以故障损失最小为恢复目标、配电网安全运行要求为约束条件,构造主动配电网的故障恢复模型;其次,建立用于故障恢复的强化学习环境,根据状态空间和动作空间特点,提出一种混合强化学习方法,该方法使用竞争架构双深度Q网络算法处理离散动作空间,进行开关动作;然后,使用深度确定性策略梯度算法处理连续动作空间,调节电源出力;最后,通过IEEE33节点系统仿真实验验证所提方法的可行性和优越性。

计及SOP损耗的交直流配电网三相区间状态估计

随着分布式电源及智能软开关(SOP)等新型设备投入配电网运行,需要对交直流配电网进行精确的状态估计。首先构建了交直流配电网的区间状态估计模型,考虑三相不对称性与交直流之间的耦合;其次,为计及SOP的损耗,增设SOP两侧支路电流作为状态变量,完善了区间状态估计中的雅克比矩阵;最后采用基于迭代运算的线性规划方法进行区间状态估计。在修改IEEE33节点算例上进行仿真,结果表明所提方法能保证计及SOP损耗的状态估计结果的准确性。

含光储充一体化电站的城市交直流混合配电网韧性提升策略

近年来,频发的极端事件给配电网带来了巨大损失,因此配电网韧性提升极为重要。随着分布式光伏、储能及电动汽车等直流源荷的大量增加,城市配电网的形态正在从交流向交直流混合配电网转变。直流线路具有互联灵活的优势,能够打破交流配电网辐射状运行瓶颈实现灾后灵活组网,可有效提升配电网韧性。针对含光储充一体化电站的城市交直流混合配电网,提出一种能够充分考虑柔性直流互联特性与调控能力的供电恢复策略。首先,考虑灾后关键负荷与就地资源分布,提出了以直流线路为核心的应急供电恢复拓扑生成方法;其次,基于交直流恢复拓扑,建立了一种配电网两阶段韧性提升优化模型,第1阶段以最大程度保障重要负荷供电为目标优化负荷恢复次序,第2阶段以网络损耗最小为目标优化光储充一体化电站应急电源功率。算例结果表明,所提策略能够充分利用直流灵活互联能力及光储充一体化电站功率支撑能力恢复关键负荷,两阶段故障恢复方法具有良好的可行性与适应性。

考虑电动汽车集群时空能量可调控特性的交直流混合配电网紧急优化调度

针对交直流混合配电网存在强随机性分布式电源接入、电力电子变流器的过载能力受限的特点,提出了考虑电动汽车(EV)集群时空能量可调控特性的交直流混合配电网紧急优化调度方法。基于负荷在紧急状态下的响应特性差异建立紧急响应负荷模型,基于紧急优化调度的实际需要和EV集群中各单元的荷电状态、并离网状态差异性特点建立EV聚合商紧急调控模型;综合考虑调度单元的经济性与系统可靠性,建立紧急优化调度模型;基于改进的IEEE 33节点交直流混合配电网构建2种故障场景,基于最差净负荷功率曲线进行优化求解,并将EV集群与容量相当的传统储能的紧急优化调度结果进行对比,结果验证了所提方法的灵活性、有效性及经济优越性。

基于二阶锥规划和NNC法的交直流混合配电网双层规划模型及其求解方法

随着直流配电技术的快速发展,未来交直流混合的拓扑结构将成为智能电网的重要形态,如何实现交直流混合配电网的规划及求解成为一个亟需解决的问题。为此,该文提出一种交直流混合配电网双层规划模型,同时综合考虑源-网-荷-储的协同优化运行。上层规划层,以投资成本和运行成本的综合成本最小为目标,考虑线路、分布式电源(distributed generation, DG)和储能系统(energy storage system,ESS)的投资规划;下层运行层,以运行成本和电压偏移量最小为目标,考虑有载调压变压器(on-load tap changer,OLTC)、分组投切电容器(capacitor banks,CB)、开关、可削减负荷、电压源型换流器(voltage source converter,VSC)、DG及ESS这些主动调控对象的控制。同时,为了有效地求解此双层模型,对模型上、下层进行关联建模,将其转换为单层模型,并采用二阶锥松弛、Big-M法和McCormick线性化方法等将此单层模型转化为混合整数二阶锥规划(mixed integer second-order cone programming,MISOCP)模型。由于最终的MISOCP单层模型为多目标优化问题,采用归一化法向约束法(normalized normal constraint,NNC)进行求解,以获取均匀的帕累托前沿。最后,对改进的交直流混合配电系统进行仿真分析,验证模型的有效性。

基于支路模型的交直流混合配电网统一潮流计算

交直流混合配电网潮流计算是交直流混合配电网规划和运行调控策略设计的重要基础。为实现对高比例电力电子设备集成的复杂混合配电网的精确潮流计算,提高潮流模型的统一性和普适性,提出基于支路模型的交直流混合配电网统一潮流计算方法。首先,对混合网络中包含的电压源型变流器(voltage source converter,VSC)和DC/DC变换器的稳态模型进行了详细分析。然后,建立不同场景下任意节点间可能接线方案的支路潮流模型。在此基础上,通过拓展定义网络矩阵,建立混合配电网统一功率平衡方程。进而,根据雅克比矩阵修正,基于牛顿–拉夫逊算法对变流器不同控制方式下的交直流混合配电网潮流进行求解。最后,通过算例分析,并将潮流计算结果与电磁仿真结果进行对比,验证了所提潮流计算模型的正确性和灵活性,并通过改变配电线路R/X比和负荷功率验证了该潮流算法的鲁棒性。

考虑电池储能老化和需求侧响应的交直流混合配电网动态重构方法

现有的电池储能模型一方面认为电池的充放电功率和效率为固定不变的,另一方面有关电池储能的充放电过程对循环老化的影响缺少考虑,这与电池单元本体的非线性等效电路模型相违背。因此,考虑电池储能的循环老化成本、需求侧响应,提出了交直流混合配电网动态重构方法。通过对实际电池储能的充放电功率的运行区域进行采样,在凸包络的采样点集合中将非理想状态下的电池储能模型重构为线性模型。在此基础上,分别建立了基于累积吞吐电量和放电深度的循环老化成本模型,构建了综合成本最小化的交直流混合配电网动态重构模型。并采用混合整数二阶锥规划方法求解。在改进的33节点算例上仿真验证了所提基于放电深度的循环老化成本模型的经济性,分析了交直流混合配电网重构方法经济性的影响因素。