一種虛擬電廠拓撲優(yōu)化方法

周子融

（廣東電網(wǎng)有限責任公司珠海供電局，廣東 珠海 519000）

城市用電負荷的不斷升高，配電網(wǎng)負荷的晝夜峰谷差不斷加大，傳統(tǒng)的發(fā)電側功率調節(jié)難以滿足配電網(wǎng)的經(jīng)濟運行要求。隨著虛擬電廠概念的應用，虛擬電廠內部的發(fā)電機、負荷、充電樁、儲能等設備被更多地調用，以滿足大電網(wǎng)的能量需求、調頻需求以及備用需求。與此同時，由于虛擬電廠內部潮流頻繁發(fā)生變化，原先的網(wǎng)絡結構不能總是滿足經(jīng)濟性的需求，需要在不同的發(fā)電負荷工況下，對網(wǎng)絡拓撲進行實時調整，對虛擬電廠內部降低網(wǎng)損有著重要的意義。

最優(yōu)匹配回路流算法，把網(wǎng)絡重構問題轉化為一系列的線性電路問題。該方法可以用一種虛擬回路電流來模擬聯(lián)絡開關間的負荷轉移。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，虛擬電廠結構如圖1所示，虛擬電廠上網(wǎng)點是虛擬電廠和輸電網(wǎng)的界限。在虛擬電廠內部，每個節(jié)點下面可能有負荷、儲能、充電樁和光伏發(fā)電等設備。隨著每個設備上的發(fā)電和負荷隨時間的變化，流經(jīng)開關的潮流也隨時間發(fā)生變化。如圖1所示，開關3處于合位，在同一個時刻下，各節(jié)點的負荷電流固定，打開開關3等價于開關3回路中增加一個與開關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 虛擬電廠結構圖

本文提供一種虛擬電廠拓撲優(yōu)化方法，使得在虛擬電廠內部潮流變化的情況下，通過開關調整，使虛擬電廠獲得網(wǎng)損最小，從而提高虛擬電廠運行的經(jīng)濟性。

1 虛擬電廠拓撲優(yōu)化方法

（1）合上虛擬電廠中的所有聯(lián)絡開關；

（2）計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)匹配回路流計算各回路上電流最小的支路的殘留電流；

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

可選的，所述計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-支路關聯(lián)矩陣，ΔfLj為回路電流的擾動量。

將所述最優(yōu)匹配回路流的計算公式改寫成矩陣形式為：

對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個回路上補償電流后殘留電流最小的聯(lián)絡開關，直到遍歷完所有回路，從而確定虛擬電廠中所有聯(lián)絡開關的閉合狀態(tài)，包括依次遍歷m個回路，若第k個回路中滿足所述殘留電流小于所述最優(yōu)匹配回路流，則打開補償電流后殘留電流最小的開關。

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)絡開關的閉合狀態(tài)。

本申請第二方面提供一種虛擬電廠拓撲優(yōu)化裝置，所述裝置包括：

（1）開關控制單元，用于合上虛擬電廠中的所有聯(lián)絡開關。

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

（3）第二計算單元，用于由所述最優(yōu)匹配回路流計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?shù)趉個回路中出現(xiàn)所述殘留電流小于所述最優(yōu)匹配回路流，則打開第k個回路上補償電流后殘留電流最小的聯(lián)絡開關，直到遍歷完所有回路，從而確定虛擬電廠中所有聯(lián)絡開關的閉合狀態(tài)。

可選的，所述第一計算單元中所述最優(yōu)匹配回路流的計算公式為：

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-支路關聯(lián)矩陣，ΔfLj為回路電流的擾動量。

將所述最優(yōu)匹配回路流的計算公式改寫成矩陣形式為：

對ΔfL求偏微分，可得：

因此，最優(yōu)匹配回路流如下式：

可選的，所述第二計算單元具體用于由所述最優(yōu)匹配回路流計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個回路，若第k個回路中滿足所述殘留電流小于所述最優(yōu)匹配回路流，則打開補償電流后殘留電流最小的聯(lián)絡開關；

（2）第三遍歷單元，用于當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)絡開關的閉合狀態(tài)。

2 具體實施例

本文的一個具體實施例以69節(jié)點配電系統(tǒng)為基礎。該電網(wǎng)的結構示意圖如圖2所示。其中，虛連線表示該位置存在聯(lián)絡開關，但開關處于分位，連線兩點間沒有電氣連接。實線連接表示2個點存在電氣連接。從圖2中可以看到，在優(yōu)化前，節(jié)點14和節(jié)點90、節(jié)點12和節(jié)點20、節(jié)點38和節(jié)點48、節(jié)點26和節(jié)點54、節(jié)點10和節(jié)點70間存在聯(lián)絡開關，但是開關為分位。將這些聯(lián)絡開關全部置為合位。

圖2 69節(jié)點配電系統(tǒng)圖

對于該系統(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10和節(jié)點70、節(jié)點47和節(jié)點48、節(jié)點11和節(jié)點12、節(jié)點12和節(jié)點13、節(jié)點50和節(jié)點51被打開。

表1 第一次迭代計算結果列表

接下來進行第二次迭代。

第二次迭代計算的結果見表2，可見第一步迭代后的殘留電流比最優(yōu)匹配回路流都大，達到本發(fā)明算法的退出條件，無需進一步計算。

算例2的最終優(yōu)化結果見表3。

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

表2 第二次迭代計算結果列表

表3 算例2結果列表