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一種復(fù)雜配電網(wǎng)主配協(xié)同運(yùn)行優(yōu)化方法與流程

文檔序號:40389946發(fā)布日期:2024-12-20 12:12閱讀:5來源:國知局
一種復(fù)雜配電網(wǎng)主配協(xié)同運(yùn)行優(yōu)化方法與流程

本發(fā)明涉及配電網(wǎng)運(yùn)行優(yōu)化領(lǐng)域,具體為一種復(fù)雜配電網(wǎng)主配協(xié)同運(yùn)行優(yōu)化方法。


背景技術(shù):

1、在電力系統(tǒng)的運(yùn)行中,由于變電站內(nèi)的變壓器參數(shù)和技術(shù)特性不一致,變壓器的有功損耗和無功損耗隨負(fù)載呈非線性變化,因此在供應(yīng)相同負(fù)載的條件下,必然存在著不同變壓器運(yùn)行方式之間損耗差異較大的情況,同時變壓器的負(fù)載率過低會引起較大的損耗,變壓器運(yùn)行不經(jīng)濟(jì);負(fù)載率過高會引起變壓器過熱,使用壽命降低,因此需要對變壓器的運(yùn)行方式進(jìn)行優(yōu)化,在滿足負(fù)載需求的前提下,使得變壓器的負(fù)載率均衡的保持在75%-85%之間,保證安全可靠供電的同時,運(yùn)行損耗盡可能小。在變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行中,銘牌參數(shù)和實際運(yùn)行參數(shù)通常存在差異,無法準(zhǔn)確估計變壓器運(yùn)行區(qū)間,同時在實際應(yīng)用中,一個供電分區(qū)內(nèi)通常含有多個變電站同時并聯(lián)運(yùn)行,每個變電站的運(yùn)行方式均有所不同,每一個變電站下屬饋線間均設(shè)有饋線組間聯(lián)絡(luò)開關(guān),在負(fù)荷高峰時,可能出現(xiàn)部分設(shè)備重過載現(xiàn)象,嚴(yán)重威脅配電網(wǎng)的安全運(yùn)行,通過調(diào)節(jié)這些聯(lián)絡(luò)開關(guān)的狀態(tài)和變電站的運(yùn)行方式可以對配電網(wǎng)的不同層面的負(fù)載進(jìn)行均衡,對于負(fù)荷高峰場景下的配電網(wǎng)安全運(yùn)行具有一定意義。


技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的一項或多項不足,提供一種復(fù)雜配電網(wǎng)主配協(xié)同運(yùn)行優(yōu)化方法。

2、本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的:

3、一種復(fù)雜配電網(wǎng)主配協(xié)同運(yùn)行優(yōu)化方法,該方法包括以下步驟:

4、步驟1:根據(jù)雙繞組變壓器和三繞組變壓器的區(qū)別,通過空載電流、空載損耗、短路電壓和短路損耗四個參數(shù),進(jìn)行不同類型變壓器的有功功率損耗和無功功率損耗計算,并進(jìn)一步的進(jìn)行雙繞組變壓器和三繞組變壓器的額定損耗計算,以支撐后續(xù)的計算分析;

5、步驟2:通過銘牌值計算所得額定損耗值對變壓器實際運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行篩選,將篩選后獲得的可用數(shù)據(jù)以損失函數(shù)最小為目標(biāo)采用he-lssvr進(jìn)行擬合,得到變壓器功率損耗曲線;

6、步驟3:確定配電網(wǎng)主變最優(yōu)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行區(qū)間,在實際的變壓器功率損耗曲線基礎(chǔ)上,通過兩臺變壓器損耗曲線的交點(diǎn)確定變壓器最優(yōu)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行區(qū)間,根據(jù)最優(yōu)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行區(qū)間來確定變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方式;

7、步驟4:在變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方式的基礎(chǔ)上,根據(jù)配電網(wǎng)不同層面的負(fù)載均衡度,對復(fù)雜配電網(wǎng)主配協(xié)同運(yùn)行進(jìn)行優(yōu)化。

8、進(jìn)一步的,在所述步驟1中提出空載電流、空載損耗、短路電壓和短路損耗四個變壓器常用技術(shù)參數(shù)的計算方式:

9、空載電流計算為:

10、

11、其中,為空載電流的百分比;為空載電流;為變壓器一次側(cè)繞組的額定電流;

12、空載損耗計算為:

13、

14、其中,表示鐵耗,表示磁滯損耗,表示渦流損耗,表示附加損耗,其中和共同構(gòu)成基本鐵耗;

15、短路電壓計算為:

16、

17、其中,表示短路電壓、表示短路電壓百分比,表示變壓器一次繞組額定電壓;

18、短路損耗計算為:

19、在進(jìn)行三繞組變壓器損耗分析時,短路損耗換算成額定容量下的短路損耗分別為、、。

20、進(jìn)一步的,根據(jù)繞組容量比不同,三繞組變壓器分為兩種不同類型:

21、當(dāng)三個繞組容量都等于變壓器額定容量時,各側(cè)繞組短路損耗計算如下:

22、

23、當(dāng)變壓器三個繞組容量不同時,將各側(cè)繞組短路損耗進(jìn)行折算計算如下:

24、

25、當(dāng)變壓器為三繞組變壓器時,將二次側(cè)短路,升高一次側(cè)電壓使得二次側(cè)達(dá)到額定電流,記此時一次側(cè)電壓為,一次側(cè)和二次側(cè)間損耗之和為;將三次側(cè)短路,升高一次側(cè)電壓使得三次側(cè)達(dá)到額定電流,記此時一次側(cè)電壓為,一次側(cè)和三次側(cè)間損耗之和為;將二次側(cè)和三次側(cè)之間額定容量小的一側(cè)短路,升高另一側(cè)電壓使該側(cè)達(dá)到額定電流,記此時電壓為,二次側(cè)和三次側(cè)間損耗之和為,分別表示在當(dāng)前各側(cè)額定容量下銘牌給出的各側(cè)短路損耗,、和分別表示銘牌給出各側(cè)繞組的額定容量。

26、進(jìn)一步的,所述步驟1中的額定損耗計算,是在容量相同時進(jìn)行計算,在步驟1中的空載電流、空載電壓、短路電壓和短路損耗四個基礎(chǔ)技術(shù)參數(shù)計算后的前提下,進(jìn)行變壓器有功功率和無功功率計算方式:

27、空載時,變壓器一次側(cè)繞組的視在功率:

28、

29、其中,為一次側(cè)繞組額定電壓,為額定容量,此時,變壓器一次側(cè)無功功率:

30、

31、短路時,變壓器一次側(cè)繞組視在功率:

32、

33、額定負(fù)載狀態(tài)下,變壓器消耗的無功功率:

34、

35、三繞組變壓器,根據(jù)銘牌值,即銘牌上的標(biāo)定數(shù)據(jù),分別計算出、、:

36、當(dāng)短路電壓按一次側(cè)繞組額定容量標(biāo)定時,三個額定負(fù)載漏磁功率計算如下:

37、

38、當(dāng)三側(cè)繞組容量不等,且三個短路電壓值按負(fù)載側(cè)繞組額定容量標(biāo)定時,三個額定負(fù)載漏磁功率計算如下:

39、

40、在對三繞組變壓器無功功率計算式,將三個漏磁功率折算成各自繞組額定狀態(tài)下的、、,計算過程前、、的計算過程相同;

41、根據(jù)步驟1計算所得參數(shù),分別計算變壓器的有功和無功功率損耗:

42、雙繞組變壓器:有功功率損耗計算為:

43、

44、其中,為負(fù)載系數(shù),,為負(fù)載側(cè)有功功率,為負(fù)載側(cè)無功功率;

45、三繞組變壓器:、和分別代表三繞組變壓器中的各側(cè)繞組的負(fù)載系數(shù),則其有功功率損耗計算如下:

46、;

47、雙繞組變壓器的無功功率損耗計算為:

48、;

49、三繞組變壓器的無功功率消耗計算為:

50、;

51、進(jìn)一步進(jìn)行變壓器額定損耗計算:

52、對于雙繞組類型變壓器,輸入數(shù)據(jù)中的變壓器銘牌參數(shù)篩選輸入半年歷史數(shù)據(jù),計算單個變壓器的額定有功損耗為:

53、

54、為變壓器的空載損耗,為固定值,銘牌中已經(jīng)給出;p為歷史數(shù)據(jù)中的變壓器低壓側(cè)有功值;為變壓器額定容量,也為銘牌參數(shù)值;為變壓器額定損耗,為銘牌參數(shù)值;

55、單個變壓器實際損耗為:

56、

57、變壓器并列計算:

58、

59、對于三繞組類型變壓器,單臺變壓器損耗計算方式在步驟1中所描述,當(dāng)兩臺變壓器并列運(yùn)行時,損耗計算如下:

60、

61、其中,和分別為變壓器1和變壓器2的額定空載損耗,和為第二組變壓器繞組1和變壓器繞組2通過折算后的變壓器負(fù)載損耗,和為第二組變壓器繞組1和變壓器繞組2通過折算后的變壓器負(fù)載損耗,和為第三組變壓器繞組1和變壓器繞組2通過折算后的變壓器負(fù)載損耗,、、分別表示歷史數(shù)據(jù)中實際的各側(cè)繞組所帶負(fù)載,、、、、、分別為第一組、第二組和第三組變壓器繞組1和繞組2通過折算后的容量。

62、進(jìn)一步的,在所述步驟2中的基于he-lssvr的數(shù)據(jù)擬合方法,通過解近似函數(shù),使理論值與觀測值之間的損失函數(shù)達(dá)到最小,該方法步驟為:

63、svr給出數(shù)據(jù)集,得到線性函數(shù),其中參數(shù)為和,通過所給定的數(shù)據(jù)集進(jìn)行訓(xùn)練得到,使得給出數(shù)據(jù)點(diǎn)盡可能落在函數(shù)上;在進(jìn)行訓(xùn)練時,其目標(biāo)是找到一個允許存在誤差的線性回歸函數(shù),通過引入損失函數(shù)值作為懲罰來限制誤差的大小,目標(biāo)函數(shù)表示為:

64、

65、其中,表示訓(xùn)練誤差;表示控制模型復(fù)雜度和訓(xùn)練誤差之間權(quán)重的正則化參數(shù);為損失函數(shù),該目標(biāo)函數(shù)優(yōu)先考慮誤差最小化,保持在之內(nèi),對超過閾值的誤差施加懲罰;

66、在采用的he-lssvr模型中,將hawk?eye損失函數(shù)考慮進(jìn)svr模型,其中損失函數(shù)定義為:

67、

68、其中,是用于在損失函數(shù)內(nèi)建立容許區(qū)域的不敏感參數(shù),表示模型訓(xùn)練誤差;用于消除損失函數(shù)的曲率和陡度的形狀參數(shù);為確定損失不超過指定邊界的邊界參數(shù),得到對異常值具有魯棒性和理想的平滑特性的支持向量回歸器,用表示<mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>[</mi><msup><mi>w</mi><mi>t</mi></msup><mi>,</mi><mi>b</mi><mi>]</mi></mstyle>,用表示<mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>[</mi><msub><mi>x</mi><mi>i</mi></msub><mi>,</mi><mn>1</mn><msup><mi>]</mi><mi>t</mi></msup></mstyle>,he-lssvr模型表示為:

69、

70、其中,為正則化項,為hawk?eye損失函數(shù)對應(yīng)的經(jīng)驗風(fēng)險;表示輸入的回歸誤差,算法為:

71、

72、其中,表示與核函數(shù)相關(guān)的高維特征映射;表示為:

73、

74、其中,為系數(shù)向量,t為線性擬合后函數(shù)的參數(shù),、對應(yīng)集合中的任一一個元素,將帶入到he-lssvr模型中,將原始優(yōu)化轉(zhuǎn)化為無約束優(yōu)化,算法為:

75、

76、其中,是核函數(shù),表示中的某一個系數(shù)。

77、進(jìn)一步的,在所述步驟2中,對非凸的he-lssvr模型進(jìn)行曲線擬合,具體步驟包括:模型初始化、迭代優(yōu)化和收斂判斷;

78、模型初始化:

79、設(shè)立目標(biāo)函數(shù)為,用適當(dāng)?shù)某瑓?shù)值對模型進(jìn)行初始化,其中學(xué)習(xí)率用于更新模型參數(shù)的步長;和用于計算梯度移動平均值和梯度的平方值;初始化第一次估計矩和第二次估計矩的值;

80、迭代優(yōu)化:包括:計算目標(biāo)函數(shù)相對于的梯度優(yōu)化、更新第一次估計矩和第二次估計矩優(yōu)化、修正矩偏差優(yōu)化和更新模型參數(shù)優(yōu)化;

81、計算目標(biāo)函數(shù)相對于的梯度優(yōu)化:算法為:

82、

83、

84、其中,表示核矩陣的第行,表示目標(biāo)函數(shù)的梯度、表示損失函數(shù)對于的偏導(dǎo)、為系數(shù)向量;

85、更新第一次估計矩和第二次估計矩優(yōu)化:算法為:

86、

87、

88、修正矩偏差優(yōu)化:算法為:

89、

90、

91、其中,和都是第t步中用來更新梯度和梯度平方的常數(shù);

92、更新模型參數(shù)優(yōu)化:算法為:

93、

94、其中,為避免分母為零的常數(shù);

95、收斂判斷:

96、對每一步迭代后的模型進(jìn)行收斂性判斷,若達(dá)到最大迭代次數(shù)或滿足收斂性準(zhǔn)則,則停止迭代,輸出此時,可以得到擬合后的函數(shù)為:算法為:

97、

98、擬合后的輸出為。

99、進(jìn)一步的,在所述步驟4中,根據(jù)配電網(wǎng)綜合負(fù)載均衡度對復(fù)雜配電網(wǎng)主配協(xié)同運(yùn)行進(jìn)行優(yōu)化,通過引入負(fù)載均衡度指標(biāo),指標(biāo)包括:變電站負(fù)載均衡度、變壓器負(fù)載均衡度、饋線負(fù)載均衡度;

100、變電站負(fù)載均衡度:公式為:

101、

102、其中:和表示變電站節(jié)點(diǎn)j的有功功率上限和第t時段的負(fù)載率,表示變電站節(jié)點(diǎn)j在t時段的有功功率、表示變電站的負(fù)載均衡度;為第t時段的變電站負(fù)載率平均值;為變電站總數(shù);

103、變壓器負(fù)載均衡度:公式為:

104、

105、其中:和為節(jié)點(diǎn)j處變電站的變壓器集合和變壓器數(shù)目;為隸屬于變電站節(jié)點(diǎn)j的變壓器f的饋線集合;和表示節(jié)點(diǎn)j處變電站的變壓器f在t時段的有功功率和負(fù)載率;為變壓器有功功率上限;、分別為變電站節(jié)點(diǎn)j的站內(nèi)變壓器負(fù)載率均值和變壓器負(fù)載均衡度;表示變電站j下屬饋線k的有功功率表示所有變壓器的負(fù)載均衡度;

106、饋線負(fù)載均衡度:公式為:

107、

108、其中:和表示變壓器二次側(cè)饋線的有功功率和負(fù)載率,表示饋線有功功率上限;為變電站節(jié)點(diǎn)j變壓器f的饋線數(shù)目;為系統(tǒng)變壓器數(shù)目;和分別表示變壓器f在t時段的饋線負(fù)載率均值和饋線負(fù)載均衡度,表示饋線的負(fù)載均衡度。

109、進(jìn)一步的,在所述步驟4中建立復(fù)雜配電網(wǎng)主配協(xié)同運(yùn)行優(yōu)化模型,還包括以變壓器運(yùn)行方式和饋線組間開關(guān)狀態(tài)作為決策變量,目標(biāo)函數(shù)為配電網(wǎng)全局負(fù)載均衡度最高,算法為:

110、

111、其中:、和分別表示各項均衡度的權(quán)重,可根據(jù)實際情況進(jìn)行設(shè)置,并滿足;約束條件包括:潮流約束、輻射狀拓?fù)浼s束、安全運(yùn)行約束、變壓器功率約束、變電站功率約束、開關(guān)動作次數(shù)約束;

112、潮流約束:公式為:

113、

114、

115、其中,表示配電網(wǎng)中所有支路集合;和分別為t時段節(jié)點(diǎn)i注入的有功功率和無功功率;和分別t時段節(jié)點(diǎn)i和節(jié)點(diǎn)j的電壓幅值;和分別為支路ij的電導(dǎo)和電納;為節(jié)點(diǎn)i、j之間的相角差;

116、輻射狀拓?fù)浼s束:公式為:

117、

118、其中,表示系統(tǒng)中節(jié)點(diǎn)的總數(shù);表示系統(tǒng)中常閉開關(guān)數(shù)量;表示重構(gòu)過程中涉及到的變電站數(shù)目,表示支路ij上開關(guān)的通斷狀態(tài),為0-1變量,當(dāng)開關(guān)閉合時值為1,反之為0;為了避免當(dāng)分布式電源接入后配電網(wǎng)孤島運(yùn)行,在非變電站節(jié)點(diǎn)注入功率,通過以下式保證連通性;

119、

120、其中,表示t時段與支路ij上輔助潮流功率,當(dāng)功率流入節(jié)點(diǎn)i時為正值,流出時為負(fù)值;表示與節(jié)點(diǎn)i相連的支路集合;和分別表示t時段支路ij的輔助潮流的功率和其最大容量;表示節(jié)點(diǎn)i的輔助潮流功率;

121、安全運(yùn)行約束:公式為:

122、

123、

124、其中,為支路ij在t時段內(nèi)的電流,表示支路ij在t時段內(nèi)允許流過的最大電流;為節(jié)點(diǎn)i在t時段的電壓;和分別為節(jié)點(diǎn)i在t時段允許電壓的最大最小值;

125、變壓器功率約束:公式為:

126、

127、其中,表示變壓器f所帶饋線總數(shù);表示t時段變壓器f下屬第k條饋線的負(fù)荷;表示t時段變電站j內(nèi)變壓器f所帶負(fù)荷;和分別表示該變壓器出力?的上下限約束;

128、變電站功率約束:公式為:

129、

130、其中,表示變電站j所帶負(fù)荷總量;表示每臺變壓器的最大容量;表示變電站j的饋線數(shù)量,表示變電站j的變壓器數(shù)量;

131、開關(guān)動作次數(shù)約束:一個變電站在一個季度內(nèi),母聯(lián)開關(guān)操作次數(shù)控制在5次以內(nèi);公式為:

132、

133、

134、其中,和分別為配電網(wǎng)聯(lián)絡(luò)開關(guān)最大動作次數(shù)和變電站母聯(lián)開關(guān)最大動作次數(shù),表示t時刻支路ij上的開關(guān)狀態(tài)、表示饋線支路開關(guān)集合、表示變電站母聯(lián)開關(guān)集合、t表示總的優(yōu)化時長。

135、本發(fā)明的有益效果是:

136、(1)提出了基于he-lssvr的曲線擬合方法,可以更加準(zhǔn)確地估計變壓器的損耗曲線,進(jìn)而確定變壓器的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行區(qū)間;

137、(2)有助于在滿足在高峰時的負(fù)荷可靠供電的前提下,在從變壓器層面減少電能損失的同時,配電網(wǎng)內(nèi)變電站、變壓器和饋線盡可能均衡運(yùn)行,提高電力系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性和穩(wěn)定性。

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