利用分布式能量源控制降低配电系统的损耗.pdf

一种配电系统具有多个无功功率资源，多个无功功率资源包括电容器组(104)和连接至该配电系统的分支(102)的分布式能量资源(106)。通过确定该电容器组(104)的离散开关状态以及分布式能量资源(106)的连续设置点降低该配电系统中的功率损耗，使得在该电容器组(104)根据相应离散开关状态进行设置并且该分布式能量资源(106)在相应的连续设置点进行操作时，该无功功率资源所提供的无功功率降低损耗同时可选地校正该配电系统中的电压越限。基于所考虑的每个分布式能量资源(106)的最大和最小无功功率限制对该连续设置点的数值范围进行约束。

权利要求书1.  一种配电系统中的功率损耗降低的方法，所述配电系统具有 多个无功功率资源，所述多个无功功率资源包括电容器组(104)和 连接至所述配电系统的分支(102)的分布式能源(106)，所述方法 包括： 确定(200)所述电容器组(104)的离散开关状态以及所述分布 式能量资源(106)的连续设置点，使得在所述电容器组(104)根 据相应的所述离散开关状态进行设置并且所述分布式能量资源 (106)在相应的所述连续设置点进行操作时，由所述无功功率资源 所提供的所述无功功率降低所述配电系统中的功率损耗；以及 基于考虑的每个分布式能量资源(106)的最大无功功率限制和 最小无功功率限制对所述连续设置点的数值范围进行约束(210)。 2.  根据权利要求1所述的方法，其中所述配电系统中的功率损 耗根据所述电容器组(104)的所述离散开关状态、所述分布式能量 资源(106)的所述连续设置点、分支电阻、实部分支电流和虚部分 支电流而降低，并且其中所述实部分支电流和所述虚部分支电流考 虑到所述无功功率资源所提供的所述无功功率对于所述实部分支电 流和所述虚部分支电流的影响。 3.  根据权利要求1所述的方法，进一步包括基于所述配电系统 中不同节点中的电压幅度约束对电压越限进行校准。 4.  根据权利要求3所述的方法，其中所述电压越限基于电压幅 度约束进行校准，使得之前在所述节点的任意一个处存在的电压幅 度越限不会由于所述功率损耗降低而恶化，并且不会由于功率损耗 降低而在所述节点的任意一个处出现新的电压幅度越限。 5.  根据权利要求3所述的方法，其中所述电压越限基于所述电 压幅度约束进行校准，使得之前在所述节点的任意一个处存在的电 压幅度越限在执行所述功率损耗降低时得以被消除。 6.  根据权利要求3所述的方法，进一步包括对所述电压幅度约 束进行加权。 7.  根据权利要求6所述的方法，其中与较高优先级节点的所述 电压幅度约束相比，较低优先级节点的所述电压幅度约束的权重更 低。 8.  根据权利要求3所述的方法，进一步包括如果所述电容器组 (104)的所述离散开关状态从一个状态变为另一状态并且所述分布 式能量资源(106)的所述连续设置点从当前数值变为所述最小无功 功率或最大无功功率限制，导致节点处的累加电压处于所述节点的 预定最小和最大限制之内，则针对所述节点忽略所述电压幅度约束 中的一个或多个电压幅度约束。 9.  根据权利要求8所述的方法，其中如果所述电容器组(104) 的所述离散开关状态的变化以及所述连续分布式能量资源(106)的 所述连续设置点的变化导致节点处的所述累加电压并未越出所述预 定最大限制，则针对所述节点忽略最大电压幅度约束，并且其中如 果所述电容器组(104)的所述离散开关状态的变化以及所述分布式 能量资源(106)的所述连续设置点的变化导致节点处的所述累加电 压并未越出所述预定最小限制，则针对所述节点忽略最小电压幅度 约束。 10.  根据权利要求1所述的方法，进一步包括： 将所述电容器组(104)的所述离散开关状态从所述配电系统的 中央控制器(108)传输至所述电容器组(104)的本地控制器(120)； 以及 将所述分布式能量资源(106)的所述连续设置点从所述中央控 制器(108)传输至所述分布式能量资源(106)的本地控制器(122)。 11.  一种与配电系统进行通信的计算机系统，所述配电系统具有 多个无功功率资源，所述多个无功功率资源包括电容器组(104)和 连接至所述配电系统的分支(102)的分布式能量资源(106)，所述 计算机系统包括处理电路(110)，所述处理电路(110)被操作以： 确定所述电容器组(104)的离散开关状态以及所述分布式能量 资源(106)的连续设置点，使得在所述电容器组(104)根据相应 的所述离散开关状态进行设置并且所述分布式能量资源(106)在相 应的所述连续设置点进行操作时，由所述无功功率资源所提供的所 述无功功率降低所述配电系统中的功率损耗；以及 基于所考虑的每个分布式能量资源(106)的最大无功功率限制 和最小无功功率限制对所述连续设置点的数值范围进行约束。 12.  根据权利要求11所述的计算机系统，其中所述处理电路 (110)进一步操作为基于所述配电系统中不同节点的电压幅度约束 对电压越限进行校准。 13.  根据权利要求12所述的计算机系统，其中所述处理电路 (110)进一步操作为基于所述电压幅度约束对所述电压越限进行校 准，使得之前在所述节点中的任意节点处存在的电压幅度越限不会 由于功率损耗降低而恶化，并且不会由于所述功率损耗降低而在所 述节点中的任意节点处出现新的电压幅度越限。 14.  根据权利要求12所述的计算机系统，其中所述处理电路 (110)进一步操作为基于所述电压幅度约束对所述电压越限进行校 准，使得之前在所述节点中的任意节点处存在的电压幅度越限在执 行功率损耗降低时得以被消除。 15.  根据权利要求12所述的计算机系统，其中所述处理电路 (110)进一步操作为对所述电压幅度约束进行加权，使得与较高优 先级节点的所述电压幅度约束相比，较低优先级节点的所述电压幅 度约束的权重更低。 16.  根据权利要求12所述的计算机系统，其中所述处理电路 (110)进一步操作为：如果所述电容器组(104)的所述离散开关 状态从一个状态变为另一个状态并且所述分布式能量资源(106)的 所述连续设置点从当前数值变为所述最大无功功率限制或所述最小 无功功率限制，导致节点处的累加电压处于预定最小限制和最大限 制之内，针对所述节点忽略所述电压幅度约束中的一个或多个电压 幅度约束。 17.  根据权利要求16所述的计算机系统，其中所述处理电路 (110)进一步操作为：如果所述电容器组(104)的所述离散开关 状态的变化以及所述分布式能量资源(106)的所述连续设置点的变 化导致节点处的所述累加电压并未越出预定最大限制，则针对所述 节点忽略最大电压幅度约束，并且其中所述处理单元(110)可操作 为如果所述电容器组(104)的所述离散开关状态的变化以及所述分 布式能量资源(106)的所述连续设置点的变化导致节点处的所述累 加电压并未违反所述预定最小限制，则针对所述节点忽略所述最小 电压幅度约束。 18.  根据权利要求11所述的计算机系统，其中所述处理电路 (110)进一步操作为将所述电容器组(104)的所述离散开关状态 传输至所述电容器组(104)的本地控制器(120)，并且将所述分布 式能量资源(106)的所述连续设置点传输至所述分布式能量资源 (106)的本地控制器(122)。

说明书利用分布式能量源控制降低配电系统的损耗
技术领域
本申请涉及配电系统，尤其涉及降低这样的系统中的功率损耗。
背景技术
同样被称作分布式发电、分布式能量和分布式电力系统的分布 式能量源(DER)是位于使用能量的地方或其附近的小型、模块化、 分散式、网络连接或脱离网络的能量系统。DER是能够包括发电、 能量存储和输送的有效器件的集成系统。DER包括诸如往复式引擎 (柴油、天然气、双燃料等)、燃气轮机、微型燃气轮机、燃料电池、 光伏系统、集中式太阳能系统、风能系统、小型模块化生物电源系 统、能量存储系统(例如，飞轮)等。
包括环境问题、系统扩展约束和DER的技术改进在内的许多因 素已经使得DER不断进入到配电系统之中。DER能够在客户点提供 能量，并且在配电系统操作的优化方面引入了新的挑战。特别地， 许多DER能够在某个范围内对其无功功率(var)输出进行控制，这 为控制电力配电网络中的无功功率流动提供了新的可能性。
在交变电流配电系统中需要无功功率流以支持网络上有功功率 的传输。由于感性和容性网络元件而以磁场或电场形式临时存储并 且随后返回至源的功率流部分是无功功率。感性设备从网络吸收无 功功率，而容性设备则将无功功率注入到网络之中。DER能够根据 操作条件吸收或注入无功功率。连接至配电网络的感性设备、容性 设备和DER在这里被称作无功功率源。存储在无功功率源中的能量 引起无功功率流动。无功功率流动对于跨网络的电压水平具有很大 影响。电压等级和无功功率流动必须被妥善控制以允许配电系统在 可接受的限制内进行操作。
在配电系统中，降低功率损耗是用于提高系统操作效率的重要 解决方案。功率损耗的降低涉及到可用无功功率资源的控制以对网 络中的无功功率流动进行优化。传统配电系统中可用的主要无功功 率资源是可切换的分路电容器组。因此，最为常规的功率损耗降低 的解决方案仅关注于电容器组的控制。然而，随着配电系统中引入 DER的增加，能够使用仅有的开关电容器组以外的另外的无功功率 源。与电容器的离散控制相比，DER的连续控制能力能够进一步促 成功率损耗的降低。并未在功率损耗降低分析中考虑到DER的常规 功率损耗降低解决方案是基于非常简单的网络模型并且仅能够针对 小型系统进行验证。难以在实际使用规模的系统上对这样的解决方 案的有效性进行预测。
发明内容
根据这里所描述的实施例，DER无功功率控制被集成到电力配 电系统的集中功率损耗降低架构之中。电力配电网络控制中心或配 电系统变电站因此能够使用DER而促成功率损耗的降低。
根据配电系统中的功率损耗降低的方法的实施例，该配电系统 具有多个无功功率资源，多个无功功率资源包括电容器组和连接至 该配电系统各分支的分布式能量资源，该方法包括：确定该电容器 组的离散开关状态以及分布式能量资源的连续设置点，而使得在该 电容器组依据相应离散开关状态进行设置并且该分布式能量资源在 相应的连续设置点进行操作时，该无功功率资源所提供的无功功率 使得该配电系统中的功率损耗有所降低；并且基于所考虑的每个分 布式能量资源的最大和最小无功功率限制对该连续设置点的数值范 围进行约束。
根据非瞬时计算机可读介质的实施例，该非瞬时计算机可读介 质存储计算机程序，该计算机程序包括程序指令以确定该电容器组 的离散开关状态以及分布式能量资源的连续设置点，而使得在该电 容器组依据相应离散开关状态进行设置并且该分布式能量资源在相 应的连续设置点进行操作时，该无功功率资源所提供的无功功率使 得该配电系统中的功率损耗有所降低。该计算机程序进一步包括程 序指令以基于所考虑的每个分布式能量资源的最大和最小无功功率 限制对该连续设置点的数值范围进行约束。
根据与配电系统进行通信的计算机系统的实施例，该计算机系 统包括处理电路，该处理电路可操作以确定该电容器组的离散开关 状态以及分布式能量资源的连续设置点，而使得在该电容器组依据 相应离散开关状态进行设置并且该分布式能量资源在相应的连续设 置点进行操作时，该无功功率资源所提供的无功功率使得该配电系 统中的功率损耗有所降低。该处理电路进一步可操作以基于所考虑 的每个分布式能量资源的最大和最小无功功率限制对该连续设置点 的数值范围进行约束。
本领域技术人员通过阅读以下详细描述以及参阅附图将会认识 到另外的特征和优势。
附图说明
附图中的组件并非必然依比例绘制，而是强调对本发明的原则 进行图示。此外，图中同样的附图标记指代相对应的部分。其中：
图1图示了配电系统的示意图，其包括用于基于DER无功功率 控制实施功率损耗降低的控制系统。
图2图示了基于DER无功功率控制降低配电系统中的功率损耗 的方法实施例的流程图。
具体实施方式
图1图示了配电系统的非限制示例性实施例。该配电系统具有 一个或多个变电站100以及连接至(多个)变电站100以便通过网 络进行配电的多个分支102。该配电系统还包括多个无功功率资源， 无功功率资源包括连接至该配电系统的分支102的分流电容器组 104和分布式能量资源(DER)106。为了便于图示，图1中仅示出 了第N个电容器组104、第M个DER 106以及单个变电站100。
DER 106是可以包括发电、能量存储和输送的有效装置的集成 系统。DER 106可以包括诸如往复式引擎(柴油、天然气、双燃料 等)、燃气轮机、微型燃气轮机、燃料电池、光伏系统、集中式太阳 能系统、风能系统、小型模块化生物电源系统、能量存储系统(例 如，飞轮)等的系统，但是并不局限于此。在该配电系统所实施的 集中式功率损耗降低架构中采用了具有可控无功功率的DER 106。
为此，该配电系统包括中央控制器108，其用于将可控DER无 功功率集成到用于该配电系统的集中功率损耗降低架构之中。该功 率损耗降低架构在多个电容器组104和DER 106之间实现最优协同。 该功率损耗降低架构还能够通过在该解决方案的过程期间施加节点 电压约束而考虑到电压校准。例如，能够引入灵活的节点电压约束 表示形式以满足来自设施的不同要求。此外，提供了近似预筛选方 法以排除任何非关键节点的电压约束以便提高该解决方案的性能。
更为详细地，中央控制器108监视并控制该配电系统的操作， 包括功率损耗降低和电压校正。如图1中所示的虚线连接所指示的， 中央控制器108可以经由有线或无线连接而连接至该配电系统，或 者包括在变电站的100一个变电站中。中央控制器108包括处理电 路110，处理电路110可以包括数字和/或模拟电路，诸如一个或多 个控制器、处理器、ASIC(应用特定集成电路)等，以便执行实施 包括功率损耗降低和电压校正在内的网络控制功能。为此，中央控 制器108包括功率损耗降低单元112，其包括在处理电路110中或者 与之相关联，该处理电路110用于实施功率损耗降低和电压校正过 程以及这里所描述的相对应计算。中央控制器108还具有诸如DRAM (动态随机访问存储器)的存储器114，以及用于存储处理单元110 和功率损耗降低单元112在该程序代码的执行期间所处理并访问的 程序代码和相关数据的HDD(硬盘驱动)。中央控制器108还具有 I/O(输入/输出)电路118，其用于发送和接收信息，包括向电容器 组104的本地控制器120传输电容器组104的离散开关状态。I/O电 路118还将DER 106的连续设置点传输至DER 106的本地控制器 122。该离散电容器开关状态和连续DER设置点分别对电容器组104 和DER 106的无功功率输出进行控制，并且作为随后更为详细描述 的功率损耗降低架构的一部分进行确定。
可控DER 106具有无功功率(var)输出，其能够经由连接至DER 106或者与之集成的相应本地控制器而被控制在某个范围之内。中央 控制器108在配电系统中实施集中的功率损耗降低和电压校准时， 利用DER无功功率的可控性质。电容器组104提供了无功功率的两 种离散状态—全部是或全部否—其能够由相对应的开关124在相应 本地电容器控制器120的控制器被切换到网络之中。图1中以图形 图示了第N个电容器组104的无功功率表现，其中无功功率以kvar (千var)为单位而被绘制为时间的函数。第N个电容器组104的开 关状态在时间t1从OFF变为ON，这导致第N个电容器组104向配 电网络(网格)提供其全部的无功功率容量。第N个电容器组104 的开关状态在时间t2变回其之前的状态，即从ON变为OFF，这从 网络去除第N个电容器组104的全部无功功率容量。
与之相比，可控DER 106具有连续设置点，其产生了相对应的 连续无功功率响应。通过考虑并利用DER 106的连续无功功率响应， 中央控制器108经由处理电路110和功率损耗降低单元112以更为 精确和准确的方式针对配电网络实施功率损耗降低和电压校准。
DER 106控制无功功率输出的能力可能有所不同。例如，使用 异步发电机或者与网络对接的线路通信转换器的DER 106无法对其 无功功率输出进行控制，而使用同步发电机以及与网络对接的自励 式转换器的DER 106则能够以任意给定的功率因数进行操作并且因 此能够被用来支持无功功率。
由于功率损耗降低是配电管理系统中的稳定状态应用，所以最 为感兴趣的仅是DER 106的稳定状态特性。因此采用通用稳定状态 DER模型。也就是说，对于具有可控无功功率的DER 106而言，其 无功功率输出能够在某个范围内发生变化(注入/吸收)。该范围可以 由DER最大容量、预防实际功率输出和功率因数限制所确定。更具 体地，使用以下等式以给定时间间隔针对DER 106计算最大和最小 的无功功率输出。
Q der MAX = min { P der PF lag lim 1 - ( PF laag lim ) 2 , S der 2 - P der 2 } - - - ( 1 ) ]]>
Q der MIN = max { - P der PF lead lim 1 - ( PF lead lim ) 2 , - S der 2 - P der 2 } - - - ( 2 ) ]]>
其中
最大DER无功输出
最小DER无功输出
Pder：给定时间间隔的最大DER有功功率输出
DER功率因数滞后限制
DER功率因数超前限制
Sder：DER最大容量
在等式(1)和(2)中，特定DER 106在给定时间间隔的最大/ 最小无功功率输出并不导致过载或违反功率因数限制。对于诸如太 阳能和风力之类的一些类型的DER 106而言，实际功率输出可能在 给定时间间隔期间有所变化，因此在计算中应当使用最大的估计实 际功率输出。最大DER无功功率输出是由滞后功率因数限制 和DER最大容量所确定的两个数值中的最 小值。最小DER无功功率输出是超前功率因数限制和DER最大容量所确定的两个数值中的最大数值。正值 意味着DER无功功率注入(到网络中)，而负值则意味着(从网络) 吸收DER无功功率。
用于功率损耗降低和电压校准的DER 106的无功功率控制基于 原有的功率损耗降低架构而实现，其是通过对电容器组104进行开 关同时满足分支电流幅度约束而优化系统无功功率的基于集中式、 详细的模型的在线解决方案。为了整合DER无功功率控制，如随后 关于等式(7)至(16)所更为详细描述的，对原有优化公式进行扩 充以包括连续DER无功功率控制变量。
等式(3)至(6)中描述了没有DER无功功率控制的原有功率 损耗公式。所使用的控制变量包括离散电容器开关控制变量(uc)， 以及实部(d)和虚部(q)分支电流分量和的连续变量。该离 散电容器开关控制变量(uc)确定电容器组104的开关状态，例如 uc＝0或1。等式(3)所表示的目标函数是二次功率损耗函数。该 功率损耗基于分支电阻(ri)以及实部和虚部分支电流和进行计 算。该目标函数被等式(4)和(5)所表示的线性约束以及与如等 式(6)所表示的有关分支电流的二次约束所约束。
Min f loss = Σ i = 1 n e { ( I i d ) 2 + ( I i q ) 2 } * r i - - - ( 3 ) ]]>
I i d = I i d ( 0 ) + Σ c = 1 n c S u c I i d * u c , i = 1 , · · · n b - - - ( 4 ) ]]>
I i q = I i q ( 0 ) + Σ c = 1 n c S u c I i q * u c , i = 1 , · · · n b - - - ( 5 ) ]]>
( I i d ) 2 + ( I i q ) 2 ≤ ( I i max ) 2 , i = 1 , · · · n b - - - ( 6 ) ]]>
在这些等式中，nb是配电系统中的电路分支(线路和变压器支 柱)的数量，是分支i的实部电流分量关于电容器组c的开关的 敏感度数值，是分支i的虚部电流分量关于电容器组c的开关的 敏感度数值，nc是可控电容器组的数量，是分支i的电流幅度限 制，而uc是电容器组c的离散电容器开关变量。该敏感度数值能够 通过执行敏感度分析来确定，由此分支电流的敏感度响应于电容器 组104的无功功率控制状态来确定。该敏感度数值能够通过扰动大 小进行归一化，即通过每个电容器组104所提供的无功功率的数量 进行归一化，该电容器组能够由相对应的开关124在相应本地电容 器控制器120的控制之下被切换到网络之中和网络之外。
原有的功率损耗公式被扩充以包括DER无功功率控制作为附加 的连续控制变量。所扩充的公式还包括针对配电系统的不同节点的 电压幅度约束。该电压约束使得公式能够在降低功率损耗的同时考 虑到电压校正。例如，电压约束表示形式能够被引入以满足来自设 施的不同要求。此外，随后更为详细地描述了近似预筛选方法，其 排除了所扩充的优化公式中任何非关键的电压幅度变量和约束以便 提高解决方案的性能。所扩充的具有附加连续DER无功功率控制变 量和电压幅度约束的功率损耗降低公式由以下所给出：
Min f loss = Σ i = 1 n b { ( I i d ) 2 + ( I i q ) 2 } * r i + Σ k = 1 n nd { V k + + V k - } * w k - - - ( 7 ) ]]>
其中和分别是实部和虚部分支电流，nb是网络中电路分支 (线路和变压器支柱)的数量，ri是分支电阻，nnd是所考虑的网络 节点的数量，和是与节点k处的电压幅度相关联的松弛变量， 而wk是节点k处的电压的权重系数。
所扩充的功率损耗降低公式的第一部分使得功 率损耗最小化，而第二部分则确保了某个电压幅度约束 在网络中的不同节点处得到满足。通过在该解决方案的过程期间施 加电压约束，所扩充的功率损耗降低功率在多个电容器组104和DER 106之间实现了最优的无功功率协调，同时还实施了电压校准。
等式(7)所表示的功率损耗降低目标函数能够服从以下线性分 支电流约束：
I i d = I i d ( 0 ) + Σ u = 1 n u S u I i d * u , i = 1 , · · · n b - - - ( 8 ) ]]>
I i q = I i q ( 0 ) + Σ u = 1 n u S u I i q * u , i = 1 , · · · n b - - - ( 9 ) ]]>
服从以下线性DER无功功率控制约束：
Q der MIN ≤ Q der ( 0 ) + u der ≤ Q der MAX , der = 1 , · · · n de - - - ( 10 ) ]]>
服从以下线性节点电压约束：
V k = V k ( 0 ) - V k + + V k - + Σ u = 1 n u S u V k * u , k = 1 , · · · n nd - - - ( 11 ) ]]>
V MIN ≤ V k ≤ V MAX , ∀ V MIN ≤ V k ( 0 ) ≤ V MA - - - ( 12 ) ]]>
V MIN ≤ V k ≤ V k ( 0 ) , ∀ V k ( 0 ) > V MA - - - ( 13 ) ]]>
V k ( 0 ) ≤ V k ≤ V MAX , ∀ V MIN > V k ( 0 ) - - - ( 14 ) ]]>
0 ≤ V k + , 0 ≤ V k - - - - ( 15 ) ]]>
并且服从以下二次约束：
( I i d ) 2 + ( I i q ) 2 ≤ ( I i max ) 2 , i = 1 , · · · n b - - - ( 16 ) ]]>
在等式(8)至(16)中，是被计算为电容器组104的离散开 关状态变化(uc)和DER 106的连续设置点变化(uder)的函数的分 支i的实部电流分量的敏感度数值，是被计算为电容器组104 的离散开关状态变化(uc)和DER 106的连续设置点变化(uder)的 函数的分支i的虚部电流分量的敏感度数值，u表示电容器组104 的离散开关状态变化(uc)和DER 106的连续设置点变化(uder)的 控制变量，nu是全体可控变量(具有可控无功功率的电容器组104 和DER 106)的数量，并且nder是可控DER 106的数量。同时，Qder(0) 是DER 106处于基本情况下的无功功率输出，是如等式(1)所 给出的DER 106所输出的无功功率的上限，是如等式(2)所给 出的DER 106所输出的无功功率的下限，Vk是节点k的电压幅度， Vk(0)是基本情况下节点k出当前的电压幅度，VMAX是电压幅度上相， 而VMIN是电压幅度下限。
与等式(3)所给出的原有公式相比，等式(7)所给出的具有 目标函数的扩充公式被修改以包括依据等式(7)的第一部分 的电压校正项，并且被DER连续设置点所表示的 DER无功功率变量所约束，该DER连续设置点具有如等式(10)所 给出的每个考虑DER 106的最大和最小无功功率限制所限 制。以这种方式，能够通过确定DER 106的适当连续设置点而进行 更为精确的无功功率调节，其与离散电容器开关状态相结合，更为 优化地降低了配电系统内的功率损耗。根据等式(8)和(9)所表 示的分支电流约束以及等式(10)所表示的DER无功功率约束，如 等式(4)和(5)所给出的原有分支电流的计算被扩展以考虑到DER 无功功率输出变换对于实部和虚部分支电流的影响。
图2图示了由中央控制器108借助于来自功率损耗降低单元112 的支持而实施扩充的功率损耗降低公式的方法的实施例。依据所扩 充的功率损耗降低公式的第一部分确定电容器组 104的离散开关状态和DER 106的连续设置点，而使得无功功率资 源(电容器组104和DER 106)所提供的无功功率在电容器组104 依据相应离散开关状态(0或1)进行设置并且DER 106在相应连续 设置点进行操作时降低配电系统中的功率损耗(框200)。
可供选择的连续设置点的范围能够被等式(10)所限制。也就 是说，DER连续设置点的数值范围能够被约束以针对每个所考虑的 DER 106在最大和最小限制内产生无功功率Qder(0)+uder。此 外，实部和虚部分支电流和考虑到无功功率资源(电容器组104 和DER 106)所提供的无功功率对于如等式(8)和(9)所给出的 实部和虚部分支电流的影响。
依据所扩充的功率损耗降低公式的第二部分功率 损耗降低能够进一步基于配电网络中不同节点的电压幅度约束进行 限制以校正电压越限(框210)。权重系数wk可以根据节点电压的重 要性而有所变化。在一个实施例中，与较高优先级节点的电压幅度 约束相比，较低优先级节点的电压幅度约束的权重更低。配 电系统中的任何所期望节点都可以具有这样的电压约束。节点的优 先级可以按照期望进行确定，例如通过在网络中的位置等所确定。
功率损耗降低优化能由于电压幅度约束而受到限制，而使得之 前在任意节点处存在的电压幅度越限由于功率损耗降低处理都不会 恶化，并且由于功率损耗降低处理而不会在任何节点处出现新的电 压幅度越限。以这种方式，设施无论在运行损耗降低应用之前的越 限如何都能够接受网络电压条件，并且仅要求该功率损耗降低处理 不会使得电压分布出现恶化。根据该实施例，其目标为降低功率损 耗同时不会使得现有电压分布恶化。例如，如果在功率损耗降低处 理之前节点处已经存在电压越限，则该处理不应当使得该电压越限 恶化。如果在节点处没有出现电压越限，则该功率损耗降低处理应 当不会在该节点或任意其它节点引入新的电压越限。以下的表1图 示了执行功率损耗降低处理之前和之后的三种情形，其中是节 点k在执行功率损耗降低处理之前的电压，而是节点k在执行 该处理之后的电压。用于实现该目标的电压约束VMIN、VMAX在等式 (12)至(14)中示出：
表1

其中k＝1,…nnd.
在另一个实施例中，该功率损耗降低公式能够由于电压幅度约 束而受到限制，而使得之前在任意节点处存在的电压幅度越限在执 行功率损耗降低的同时得以被消除。以这种方式，设施能够在执行 功率损耗降低处理的同时对现有电压越限进行校准，并且电压分布 在该损耗降低处理之后能够有所改善。这样，第一优先级是消除电 压越限。功率损耗降低仅在电压校准和功率损耗降低的控制动作不 会彼此冲突的情况下才被实现。该实施例的电压约束由以下的等式 (17)所表示，其将在该特定实施例中替代等式(12)至(14)所 给出的电压约束：
VMIN≤Vk≤VMAX k＝1,…nnd     (17)
引入电压幅度变量和相关约束提高了优化问题的维度和复杂 度，这会影响到解决方案的性能。解决方案的性能能够通过忽略来 自等式(7)的优化函数的非关键电压幅度变量和约束而进一步得到 优化。
非关键电压幅度变量和约束能够基于三个因素进行识别。第一 因素是电压幅度(Vk)关于电容器开关的敏感度数值以及关 于DER无功功率输出变换的敏感度数值第二个因素是电压 幅度的现有数值(Vk(0))。第三个因素是可用的控制动作(uc和uder)。
关于针对可控电容器组104的可用控制动作，如果现有电容器 组的状态为开启，则该组104仅能够被关闭，即可用控制操作(uc) 为关闭(例如，uc＝-1)。否则，如果现有电容器组的状态为关闭， 则该组104仅能够被开启，即该电容器组104的可用控制动作(uc) 为开启(例如，uc＝1)。
关于针对DER 106的无功功率输出的可用控制动作，当前的 DER无功功率输出能够被假设为Qder(0)，并且其最大和最小无功功 率数值限制分别为如等式(1)和(2)所给出的和DER 106 的可用控制操作(uder)包括增大或减小其无功功率输出。电压幅度 关于DER无功功率输出变换的敏感度数值为正(即，如果DER无 功功率输出增大，则电压幅度增大，并且如果DER无功功率输出减 小，则电压幅度减小)。因此，当考虑是否将DER无功功率输出增 大/减小至其最大/最小无功功率输出限制时，能够基 于这些敏感度数值来计算所估计的最大/最小节点电压幅度。如果所 产生的估计最大/最小电压幅度并未超过电压上/下限(VMAX/VMIN)， 则该电压幅度及其相关约束能够被识别为是非关键的，并且因此在 期望的情况下从目标函数中被排除。
随后对用于忽略来自所扩充的功率损耗降低公式中的非关键电 压幅度变量和约束的处理的实施例进行描述。
如下通过针对电容器组104和DER 106的所有可用控制动作(uc和uder)进行循环：
针对每个控制动作，通过所有节点电压进行循环：
如果 ( S u c V k * u c > 0 ) ]]>或 ( S u der V k * ( Q der MAX - Q der ( 0 ) ) > 0 ) ]]>
则 Δ V k + = S u c V k * u c ]]>或 Δ V k + = S u der V k * ( Q der MAX - Q der ( 0 ) ) ]]>
累加电压增大量
如果 ( S u c V k * u c < 0 ) ]]>或 ( S u der V k * ( Q der MIN - Q der ( 0 ) ) < 0 ) ]]>
则 Δ V k - = S u c V k * u c ]]>或 Δ V k * = S u der V k * ( Q der MIN - Q der ( 0 ) ) ]]>
累加电压减小量
结束循环
结束循环
随后如下通过所有节点电压进行循环：
如果 ( V k ( 0 ) + ΣΔ V k + ) < V MAX ]]>且 ( V k ( 0 ) - ΣΔ V k - ) > V MIN ]]>
则Vk被识别为非关键控制变量
VMIN≤Vk≤VMAX被识别为非关键约束
如果 ( V k ( 0 ) + ΣΔ V k + ) < V MAX ) ]]>且 ( V k ( 0 ) - ΣΔ V k - ) > V MIN ) ]]>
则Vk≤VMAX被识别为非关键约束
如果 ( V k ( 0 ) + ΣΔ V k + ) < V MAX ) ]]>且 ( ( V k ( 0 ) - ΣΔ V k - ) > V MIN ) ]]>
则VMIN≤Vk被识别为非关键约束
结束循环
该预先筛选过程估计了最差情形的电容器和EDR控制组合的情 况下的电压幅度，即每个电容器组被开启或关闭，并且每个DER处 于其相应功率输出所允许的最大值或最小值
根据一个实施例，如果离散电容器开关状态(uc)从一个状态(0 或1)变为其它状态(1或0)并且连续DER设置点(uder)从当前 数值Qder(0)变为最小或最大限制(或)导致该节点处的累加 电压处于该节点的预定最小和/或最 大限制(VMAX/VMIN)之内，则电压幅度约束中的一个或多个针对该 特定节点被忽略。例如，如果离散电容器的开关状态变化以及连续 DER设置点的变化导致节点k处的累加电压并未违反预定最大限制 VMAX，则针对节点k忽略最大电压幅度约束Vk≤VMAX。以类似的方式， 如果离散电容器的开关状态变化以及连续DER设置点的变化导致节 点k处的累加电压并未违反预定最小限制VMIN，则针对节点k忽略 最小电压幅度约束VMIN≤Vk。
这里所描述的功率损耗降低实施例将DER无功功率控制整合到 传统的基于电容器控制的基于集中式网络模型的在线损耗降低解决 方案之中以进一步促成系统损耗的降低，并且能够应用于设施规模 的配电系统。在多个电容器和DER无功功率控制之间实施了最优的 协调。电容器和DER无功功率控制对于系统节点/总线电压的影响能 够被考虑，并且能够在该解决方案中包括电压约束。灵活的电压约 束表示形式允许设施根据要求降低损耗和/或校正电压越限。该解决 方案的效率能够通过忽略非关键约束而有所改善。
诸如“第一”、“第二”等的术语被用来描述各种要素、区域、 分段等，而并非意在作为限制。类似的术语贯穿该描述指代类似的 要素。
如这里所使用的，术语“具有”、“含有”、“包括”、“包含”等 的术语是开放端点术语，这表示存在所提到的要素或特征但是并不 排除另外的要素或特征。除非上下文明确另外有所指示，否则冠词 “一种”、“一个”和“该”意在包括复数以及单数。
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