技术领域
[0001] 本发明涉及台区监控技术领域，尤其涉及一种面向低压台区的智能监控系统的构建方法。
相关背景技术
[0002] 近年来，电力系统得到了越来越广泛的应用，配电网处于电力系统的末端，具有地域分布广、电网规模大、设备种类多、网络连接多样、运行方式多变等鲜明特点。配电设备的安全稳定直接关系到配电网的可靠运行，因此智能监控系统营运而生。
[0003] 但是现有配用监控系统存在以下不足：
[0004] 1、传统配用监控系统与用电信息采集系统相互独立；
[0005] 2、传统系统之间数据未能共享复用，给新型电力系统建设带来很大阻碍；
[0006] 综上，如何解决上述问题，打通传统系统之间的数据阻碍，实现互联互通，便成为本领域人员亟待解决的技术问题。
具体实施方式
[0142] 下面详细描述本发明的实施例，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
[0143] 本发明的一种面向低压台区的智能监控系统的构建方法，包括以下步骤：
[0144] (1)构建交直流配电网优化调度模型
[0145] 1)目标函数
[0146] 以多层级负载不均衡度、网损、运营成本的加权和最小为总体目标F，可表示为：
[0147]
[0148] 式中：f1、f2、f3分别为多层级负载不均衡度、网损、运营成本的目标函数值；s1、s2、s3分别为f1、f2、f3的基准值，以未采取控制手段时的f1、f2、f3为基准；α1、α2、α3分别为f1、f2、f3的权重。
[0149] A.多层级负载不均衡度f1
[0150] 负载不均衡会导致配电变压器(以下简称配变)和线路加速老化、电压偏差大、三相不平衡度高等问题。针对此问题，定义多层级负载不均衡度为台区间、馈线间、相间负载不均衡度的加权和：
[0151] f1＝α11f11+α12f12+α13f13 （2）
[0152] 式中：f11、f12、f13分别为台区间、馈线间、相间的负载不均衡度；α11、α12、α13分别为f11、f12、f13的权重。
[0153] a.台区间负载不均衡度f11
[0154] 台区间负载不均衡度f11可用个台区的负载率与所有负载率平均值之差的二次方和来衡量：
[0155]
[0156] 式中：T为时间段数集合；D为台区集合；nd为台区数；Pd,t为台区d的配变容量。
[0157] b.馈线间的负载不均衡度f12
[0158] 此处的馈线指台区配变分支回路，馈线间负载不均衡度f11可用馈线的负载率与所有负载率平均值之差的二次平方和来衡量：
[0159]
[0160] 式中：Ld为台区d内的馈线集合；n1为台区d内的馈线数；Pl,t为t时刻馈线l的有功功率； 为馈线l的最大可传输功率。
[0161] c.相间负载不均衡度f13
[0162] 相间负载不均衡度f13可用各相功率与三相功率平均值之差的二次方和来衡量：
[0163]
[0164] 式中： 为t时刻 相的有功功率
[0165] B.网损f2
[0166] 网损f2由交流线损 直流线损 变压器损耗 及VSC损耗 构成，满足如下关系：
[0167]
[0168] 各部分损耗表达式如下：
[0169]
[0170]
[0171] 式中：L和Ldc分别为交流电网和直流电网的支路集合；LVSC为VSC损耗等效支路集合；z为连接节点i、j的支路编号；Iz,φ,t和 分别为t时刻交流支路和VSC损耗等效支路中单根线流过的电流，其中φ取a、b、c相和中性线，即φ＝a,b,c,n； 为t时刻直流支路流过的电流；Rz,φ和 分别为交流支路和直流支路中单根线的线路电阻； 为VSC损耗等效支路的电阻；αd和bd为台区d的配变损耗系数。
[0172] 交流支路电流矩阵I和直流支路电流矩阵Idc可表示为：
[0173] I＝MU (11)
[0174] Idc＝MdcUdc (12)
[0175] 式中：M和Mdc分别为节点和支路的关联矩阵，可通过交流节点导纳矩阵Y和直流节dc点电导矩阵Y 求出。
[0176]dc
[0177] 式中：Mz,i为矩阵M第z行、第i列的值；Yi,j为矩阵Y第i行、第j列的值； 为矩阵Mdc第z行、第i列的值； 为矩阵Y 第i行、第j列的值；i为线路z的首节点；j为线路z的末节点。
[0178] C.运营成本f3
[0179] 运营成本f3由购电成本fbuy、配电网对激励型需求响应的补偿成本fDR和弃光惩罚fp组成：
[0180] f3＝fbuy+fDR+fp (15)
[0181] 购电成本fbuy即交直流混合台区群通过配变向上级10kV配电网购电的成本，其表达式如下：
[0182]
[0183] 式中： 为t时刻的电价。
[0184] 需求响应成本fDR即台区群对激励型需求响应的补偿成本，其表达式如下：
[0185]
[0186] 式中：N为节点集合； 和 分别为可削减需求响应和可转移需求响应的补偿价格； 和 分别为可削减需求响应和可转移需求响应的需求响应量。
[0187] 弃光惩罚的表达式如下：
[0188]
[0189] 式中：cPV为弃光惩罚价格。
[0190] 2)FID运行约束
[0191] (PvSC)2+(QVSC)2≤(SVSC)2 (19)
[0192] 式中：QVSC为VSC输入的交流无功功率；SVSC为VSC的容量。
[0193] 3)交流电网运行约束
[0194] A.节点功率平衡约束
[0195] 节点i在r时刻满足有功、无功功率平衡约束如下：
[0196]
[0197] 式中：Pin,i,t和Qin,i,t分别为t时刻节点i注入电网的有功和无功功率； 和分别为t时刻常规负荷的有功和无功功率； 和 分别为t时刻配变注入节点的有功和无功功率； 和 分别为t时刻VSC的有功和无功功率； 为t时刻光伏的无功功率。
[0198] B.节点电压约束
[0199] 节点i的 相电压幅值 满足：
[0200]
[0201] 式中： 和 分别为 相的上、下限。
[0202] 节点i的中性点电压幅值|Ui,n,t|满足：
[0203]
[0204] 式中： 为中性点电压上限，本方法取值为标称电压的7％。
[0205] C.支路电流约束
[0206] t时刻流经支路z的电流Iz,t满足：
[0207]
[0208] 式中： 为交流支路Z的电流上限。
[0209] D.台区变压器功率约束
[0210]
[0211] 式中：Qd,t为台区d的配变在t时刻的出口无功功率。
[0212] 4)直流电网运行约束
[0213] A.节点功率平衡约束
[0214]
[0215] 式中： 为节点注入电网的功率； 为VSC注入节点的功率。
[0216] B.节点电压约束
[0217]dc
[0218] 式中： 为节点i的直流电压； 和U 分别为直接电压的上、下限。
[0219] C.支路电流约束
[0220]
[0221] 式中： 为直流支路z在t时刻流过的电流； 为直流支路z的电流上限。
[0222] 5)光‑储‑充‑荷元件运行约束
[0223] A.光伏逆变器约束
[0224] 光伏逆变器的有功、无功功率满足：
[0225]
[0226] B.储能约束
[0227] 储能容量约束：日前调度时应令储能保有一定充放电裕度以应对系统的突发情况，并以24h为储能的充放电周期，故可列些容量约束如下：
[0228]
[0229] Ei,1＝Ei,24 (31)
[0230] 式中： 和Ei分别为储能荷电量的上、下限，本方法分别取最大荷电量的90％和10％；Ei,1和Ei,24分别为第1个时刻和最后1个时刻的储能荷电量，本方法取最大电荷量
50％。
[0231] 储能充放电约束可表示为：
[0232]
[0233] 式中： 和 分别为充、放电功率的上限值； 和 分别表示充、放电状态的0‑1变量。
[0234] C.有序充电约束
[0235] 电动汽车有序充电满足能量守恒方程，即：
[0236]
[0237] 式中：tS和tE分别为电动汽车接入和离开充电桩的时间； 和 分别为电动汽车接入和离开充电桩的荷电状态，由电动汽车与电网在日前约定。
[0238] D.需求响应约束
[0239]
[0240] (2)模型求解优化方法
[0241] 本方案模型数学本质是大规模整数非凸非线性规划问题，难以求得最优解。因此将模型由非凸规划转化为凸规划形式。
[0242] 1)目标函数的凸性证明
[0243] f3为线性函数，f2为二次凸函数，对于目标函数f1的子项f11、f12、f13，可将其抽象为：
[0244]
[0245] 式中：M为变量集合；xm为集合M中第m个变量；为变量均值；fm(x)为第m个变量的偏差平方；h(x)为变量的偏差平方和。
[0246] 2)非凸约束条件的凸化
[0247] 为求得全局最优解，需将非凸约束凸化，非凸约束交流电压的下限约束可表示如下：
[0248]
[0249] 式中： 和 分别为节点i的子节点 相电压实部和虚部。
[0250] 针对此非凸约束，可使用三角形约束线性化，式(52)可转化为：
[0251]
[0252] 式中： 为 相电压幅值的下限。
[0253] 3)二次约束的线性化
[0254] A.交流三相电压上限约束：
[0255]
[0256] B.交流中性点电压上限约束
[0257]
[0258] C.交流电流上限约束：
[0259]
[0260] 式中：Ire,z,t和Iim,z,t分别为t时刻流经支路z的电流的实部和虚部。
[0261] D.光伏逆变器约束：式(43)。
[0262] E.台区变压器功率约束：式(39)。
[0263] F.FID功率约束：式(33)。
[0264] 上述可抽象为二次圆约束：
[0265]
[0266] 虽然二次圆约束为凸约束，但其求解效率仍不如线性约束，考虑使用两个旋转正方形约束将二次圆约束线性化如下：
[0267]
[0268] 经过上述变形后，原混合整数非凸规划模型被转化为凸的混合整数二次规划模型，可采用求解器高效求得全局最优解。
[0269] (3)面向低压台区的智能监控系统
[0270] 系统主要由电力电源监控系统、储能单元电池管理子系统以及主监控系统组成，具备完善的远程监控和图形用户界面监测系统功能。
[0271] 1)系统监测
[0272] 具有直流设备运行状态监测、运行数据存储和分析、远方通信、电源/储能/负荷运行状态实时监控、能量优化管理的功能。
[0273] 2)光伏发电监控
[0274] 对太阳能光伏发电的实时运行信息、报警信息进行全面监视，并对光伏发电进行多方面的统计和分析。应能显示光伏系统的当前发电总功率、日总发电量、累计总发电量、以及每天发电功率曲线图。
[0275] 3)储能单元监控
[0276] 对储能单元的实时运行信息、报警信息进行全面监视，并对储能进行多方面的统计和分析。要求对储能的监控至少显示下列信息：
[0277] 可实时显示储能的当前可放电量、可充电量、当前放电功率、当前充电功率、可放电时间、今日总充电量、今日总放电量。
[0278] 能遥信双向变流器的运行状态、告警信息，其中保护信号包括：低电压保护、过电压保护、过电流保护、器件异常保护、电池组异常工况保护、过温保护。
[0279] 能遥测双向变流器的充放电电流、电压、功率，以及储能剩余容量、电池单体电压等。
[0280] 能对储能电池充放电时间、充放电电流、电池保护电压等进行遥调，实现远端对双向变流器相关参数的调节。
[0281] 遥控：能遥控双向变流器充电、放电功率。
[0282] 4)负荷监控
[0283] 对直流系统内部负荷进行监视、控制和统计，为直流配电系统功率平衡分析控制等提供依据。在运行时，可对这些负荷进行分组监控。
[0284] 5)数据采集与监测
[0285] 模拟量采集，包括楼宇直流配电系统各点电压、电流、电量等模拟量的采集。
[0286] 状态量采集，包括开关位置、事故跳闸信号、保护动作信号、异常信号、开关储能状态、终端状态等状态量的采集。
[0287] 其它数据采集，包括对特定的电网电能质量数据的采集以及并网设备电源运行状态数据。
[0288] 最后，本发明的未尽述之处均采用现有技术中的成熟产品及成熟技术手段。
[0289] 在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的实施例或示例中。
[0290] 尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同限定。
