一種虛擬電廠拓?fù)鋬?yōu)化方法

周子融

（廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司珠海供電局，廣東 珠海 519000）

城市用電負(fù)荷的不斷升高，配電網(wǎng)負(fù)荷的晝夜峰谷差不斷加大，傳統(tǒng)的發(fā)電側(cè)功率調(diào)節(jié)難以滿足配電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行要求。隨著虛擬電廠概念的應(yīng)用，虛擬電廠內(nèi)部的發(fā)電機(jī)、負(fù)荷、充電樁、儲(chǔ)能等設(shè)備被更多地調(diào)用，以滿足大電網(wǎng)的能量需求、調(diào)頻需求以及備用需求。與此同時(shí)，由于虛擬電廠內(nèi)部潮流頻繁發(fā)生變化，原先的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)不能總是滿足經(jīng)濟(jì)性的需求，需要在不同的發(fā)電負(fù)荷工況下，對(duì)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)溥M(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)整，對(duì)虛擬電廠內(nèi)部降低網(wǎng)損有著重要的意義。

最優(yōu)匹配回路流算法，把網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)問(wèn)題轉(zhuǎn)化為一系列的線性電路問(wèn)題。該方法可以用一種虛擬回路電流來(lái)模擬聯(lián)絡(luò)開關(guān)間的負(fù)荷轉(zhuǎn)移。這種虛擬回路電流，稱為輻射網(wǎng)的最優(yōu)匹配回路流。例如，虛擬電廠結(jié)構(gòu)如圖1所示，虛擬電廠上網(wǎng)點(diǎn)是虛擬電廠和輸電網(wǎng)的界限。在虛擬電廠內(nèi)部，每個(gè)節(jié)點(diǎn)下面可能有負(fù)荷、儲(chǔ)能、充電樁和光伏發(fā)電等設(shè)備。隨著每個(gè)設(shè)備上的發(fā)電和負(fù)荷隨時(shí)間的變化，流經(jīng)開關(guān)的潮流也隨時(shí)間發(fā)生變化。如圖1所示，開關(guān)3處于合位，在同一個(gè)時(shí)刻下，各節(jié)點(diǎn)的負(fù)荷電流固定，打開開關(guān)3等價(jià)于開關(guān)3回路中增加一個(gè)與開關(guān)3中電流反方向且幅值相等的電流源，該電流源提供的電流稱為補(bǔ)償電流，電流源和回路電流的疊加稱為殘留電流。顯然，使殘留電流最小會(huì)使電網(wǎng)的損耗最小，即系統(tǒng)的有功損耗最小。

圖1 虛擬電廠結(jié)構(gòu)圖

本文提供一種虛擬電廠拓?fù)鋬?yōu)化方法，使得在虛擬電廠內(nèi)部潮流變化的情況下，通過(guò)開關(guān)調(diào)整，使虛擬電廠獲得網(wǎng)損最小，從而提高虛擬電廠運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。

1 虛擬電廠拓?fù)鋬?yōu)化方法

（1）合上虛擬電廠中的所有聯(lián)絡(luò)開關(guān)；

（2）計(jì)算所述虛擬電廠中各回路的最優(yōu)匹配回路流；

（3）由所述最優(yōu)匹配回路流計(jì)算各回路上電流最小的支路的殘留電流；

（4）若第k個(gè)回路中出現(xiàn)所述殘留電流小于所述最優(yōu)匹配回路流，則打開第k個(gè)回路上補(bǔ)償電流后殘留電流最小的聯(lián)絡(luò)開關(guān)，直到遍歷完所有回路，從而確定虛擬電廠中所有聯(lián)絡(luò)開關(guān)的閉合狀態(tài)。

可選的，所述計(jì)算虛擬電廠中各回路的最優(yōu)匹配回路流，包括所述最優(yōu)匹配回路流的計(jì)算公式：

式中，m為回路數(shù)，b為支路數(shù)，Rbi為支路i的電阻為支路i初始電流，Bji是回路-支路關(guān)聯(lián)矩陣，ΔfLj為回路電流的擾動(dòng)量。

將所述最優(yōu)匹配回路流的計(jì)算公式改寫成矩陣形式為：

對(duì)ΔfL求偏微分，可得

因此，最優(yōu)匹配回路流如下式：

可選的，由所述最優(yōu)匹配回路流計(jì)算各回路上電流最小支路的殘留電流，包括由所述最優(yōu)匹配回路流計(jì)算出回路中各支路的殘留電流：

回路k上電流最小的支路的殘留電流為：

其中，支路i在回路k中，δLk為回路k的殘留電流。

可選的，所述若第k個(gè)回路中出現(xiàn)所述殘留電流小于所述最優(yōu)匹配回路流，則打開第k個(gè)回路上補(bǔ)償電流后殘留電流最小的聯(lián)絡(luò)開關(guān)，直到遍歷完所有回路，從而確定虛擬電廠中所有聯(lián)絡(luò)開關(guān)的閉合狀態(tài)，包括依次遍歷m個(gè)回路，若第k個(gè)回路中滿足所述殘留電流小于所述最優(yōu)匹配回路流，則打開補(bǔ)償電流后殘留電流最小的開關(guān)。

若不滿足所述殘留電流小于所述最優(yōu)匹配回路流，則繼續(xù)遍歷下一個(gè)回路，直到遍歷完所有回路，從而確定虛擬電廠中所有聯(lián)絡(luò)開關(guān)的閉合狀態(tài)。

本申請(qǐng)第二方面提供一種虛擬電廠拓?fù)鋬?yōu)化裝置，所述裝置包括：

（1）開關(guān)控制單元，用于合上虛擬電廠中的所有聯(lián)絡(luò)開關(guān)。

（2）第一計(jì)算單元，用于計(jì)算所述虛擬電廠中各回路的最優(yōu)匹配回路流。

（3）第二計(jì)算單元，用于由所述最優(yōu)匹配回路流計(jì)算各回路上電流最小支路的殘留電流。

（4）第一遍歷單元，用于當(dāng)?shù)趉個(gè)回路中出現(xiàn)所述殘留電流小于所述最優(yōu)匹配回路流，則打開第k個(gè)回路上補(bǔ)償電流后殘留電流最小的聯(lián)絡(luò)開關(guān)，直到遍歷完所有回路，從而確定虛擬電廠中所有聯(lián)絡(luò)開關(guān)的閉合狀態(tài)。

可選的，所述第一計(jì)算單元中所述最優(yōu)匹配回路流的計(jì)算公式為：

式中，m為回路數(shù)，b為支路數(shù)，Rbi為支路i的電阻為支路i初始電流，Bji是回路-支路關(guān)聯(lián)矩陣，ΔfLj為回路電流的擾動(dòng)量。

將所述最優(yōu)匹配回路流的計(jì)算公式改寫成矩陣形式為：

對(duì)ΔfL求偏微分，可得：

因此，最優(yōu)匹配回路流如下式：

可選的，所述第二計(jì)算單元具體用于由所述最優(yōu)匹配回路流計(jì)算出回路中各支路的殘留電流：

回路k上電流最小的支路的殘留電流為：

其中，支路i在回路k中，δLk為回路k的殘留電流。

可選的，所述第一遍歷單元還包括：

（1）第二遍歷單元，用于依次遍歷m個(gè)回路，若第k個(gè)回路中滿足所述殘留電流小于所述最優(yōu)匹配回路流，則打開補(bǔ)償電流后殘留電流最小的聯(lián)絡(luò)開關(guān)；

（2）第三遍歷單元，用于當(dāng)不滿足所述殘留電流小于所述最優(yōu)匹配回路流，則繼續(xù)遍歷下一個(gè)回路，直到遍歷完所有回路，從而確定虛擬電廠中所有聯(lián)絡(luò)開關(guān)的閉合狀態(tài)。

2 具體實(shí)施例

本文的一個(gè)具體實(shí)施例以69節(jié)點(diǎn)配電系統(tǒng)為基礎(chǔ)。該電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示。其中，虛連線表示該位置存在聯(lián)絡(luò)開關(guān)，但開關(guān)處于分位，連線兩點(diǎn)間沒(méi)有電氣連接。實(shí)線連接表示2個(gè)點(diǎn)存在電氣連接。從圖2中可以看到，在優(yōu)化前，節(jié)點(diǎn)14和節(jié)點(diǎn)90、節(jié)點(diǎn)12和節(jié)點(diǎn)20、節(jié)點(diǎn)38和節(jié)點(diǎn)48、節(jié)點(diǎn)26和節(jié)點(diǎn)54、節(jié)點(diǎn)10和節(jié)點(diǎn)70間存在聯(lián)絡(luò)開關(guān)，但是開關(guān)為分位。將這些聯(lián)絡(luò)開關(guān)全部置為合位。

圖2 69節(jié)點(diǎn)配電系統(tǒng)圖

對(duì)于該系統(tǒng)，從表1可以看出回路1到回路5的，最優(yōu)匹配回路流和最小殘留電流支路。將最小殘留電流支路打開后，電網(wǎng)的節(jié)點(diǎn)10和節(jié)點(diǎn)70、節(jié)點(diǎn)47和節(jié)點(diǎn)48、節(jié)點(diǎn)11和節(jié)點(diǎn)12、節(jié)點(diǎn)12和節(jié)點(diǎn)13、節(jié)點(diǎn)50和節(jié)點(diǎn)51被打開。

表1 第一次迭代計(jì)算結(jié)果列表

接下來(lái)進(jìn)行第二次迭代。

第二次迭代計(jì)算的結(jié)果見(jiàn)表2，可見(jiàn)第一步迭代后的殘留電流比最優(yōu)匹配回路流都大，達(dá)到本發(fā)明算法的退出條件，無(wú)需進(jìn)一步計(jì)算。

算例2的最終優(yōu)化結(jié)果見(jiàn)表3。

從最終結(jié)果可見(jiàn)，系統(tǒng)網(wǎng)損從225.021 3 kW下降至98.999 1 kW。

表2 第二次迭代計(jì)算結(jié)果列表

表3 算例2結(jié)果列表