交直流配电网过载优化方法、装置、电子设备及存储介质与流程

1.本发明涉及交直流配电网线路优化技术领域，尤其涉及一种交直流配电网过载优化方法、装置、电子设备及存储介质。


背景技术：

2.随着节能减排的大力推行，为推进“双碳”目标顺利实现，以光伏、风电为代表的可再生能源广泛接入电网。作为电网中不可或缺组成部分的配电系统，不仅体现了电能供给分配作用，同时也将逐步发挥作为分布式电源并网接口的重要作用。
3.在实际应用中，当电网大量接入分布式能源时，分布式能源的间接性与波动性，给配电网的系统安全稳定运行带来了重大挑战。直流配电网作为区别于交流配电网的组网形式，具有良好的应用范围与发展前景，同时直流配电系统具有线损小、可靠性高、无需进行相位与频率控制、接纳分布式电源能力强等特点，有效减少了直流负荷以及可再生能源并网的变流次数，提高了能量转换效率。此外，在电力电子器件的控制下，柔性直流配电系统具有更高的可控性，能够更加有效地应对新能源波动以及系统故障等问题，因此，通过在传统交流配电系统中建设部分直流配电系统，构成交直流配电系统，既保留了原有交流网络，又能轻松实现直流负荷与分布式电源的友好接入。
4.然而，对于配电网而言，当采用交直流混合组建方式后，传统辐射型配电网络潮流会发生巨大改变，不仅存在根节点至子节点的单方向功率流向，而且存在不同子节点至不同子节点的功率环流。在这种情况下，传统交流线路中很有可能会出现负载过重的问题，从而不得不对线路进行扩容，大大增加了建设成本。为解决该问题，当前主要通过调整各交柔性直流变流站的有功功率以及无功功率指令方式，实现最小线路过载的最优潮流分布，而在目前最优潮流优化算法中，往往更关注于线路损耗等经济指标，从而容易造成交直流配电网线路过载优化效果不理想的问题，无法达到线路过载优化目的。


技术实现要素：

5.本发明提供了一种交直流配电网过载优化方法、装置、电子设备及存储介质，用于解决或部分解决现有相关技术中交直流配电网线路过载优化效果不理想的技术问题。
6.本发明提供的一种交直流配电网过载优化方法，所述方法包括：
7.获取交直流配电网中所有包含柔性直流变流站的子节点，以及与各个所述子节点直接连接的线路集合，所述线路集合包括所述交直流配电网中各个直流变流器所在的交流系统节点；
8.根据所述线路集合建立反映交流线路过载情况的目标函数，并构建所述目标函数对应的约束条件；
9.采用所述约束条件对所述目标函数进行优化，并基于优化后的目标函数进行交直流潮流计算，获得各个所述直流变流器的输出功率；
10.若所述输出功率表征所述直流变流器对应的交流系统节点存在交流线路过载情
况，则对所述交流系统节点进行功率过载优化。
11.可选地，所述根据所述线路集合建立反映交流线路过载情况的目标函数，包括：
12.获取各个所述柔性直流变流站的变流站视在功率，以及与各个所述子节点直接连接的线路所流经的线路视在功率；
13.采用所述线路集合、各个所述柔性直流变流站的变流站视在功率，以及与各个所述子节点直接连接的线路所流经的线路视在功率，通过如下公式建立反映交流线路过载情况的目标函数：
[0014][0015]
其中，a为包含柔性直流变流站的子节点集合，d为交直流配电系统中直流变换器所在的交流系统节点组成的集合，s
dck
表示节点编号为k的柔性直流变流站的视在功率(以交流侧流向直流侧为正)，f(s
dck
)为表示最小线路功率过载的目标函数，s
lij
表示连接节点i与节点j的线路所流经的线路视在功率，为线路视在功率s
lij
的过载阈值，α
ij
为线路视在功率s
lij
的过载权重，函数max表示两者中取最大者。
[0016]
可选地，所述约束条件包括等式约束以及不等式约束，所述构建所述目标函数对应的约束条件，包括：
[0017]
采用如下公式建立所述目标函数对应的等式约束以及不等式约束：
[0018]
p
l
＝hp
node
+hp
dc
[0019]ql
＝hq
node
+hq
dc
[0020]
sum(p
dc
)＝p
dcgen-p
dcload
[0021][0022]
其中，向量p
l
为各条线路有功功率所构成的列向量，向量p
node
为各交流系统节点的有功负荷，向量p
dc
为各柔性直流变流站有功功率所构成的列向量矩阵，向量q
l
为各条线路无功功率所构成的列向量，向量q
node
为各交流系统节点的无功负荷，向量q
dc
为各柔性直流变流站无功功率所构成的列向量矩阵，p
dck
表示节点编号为k的直流变流器的有功功率，q
dck
表示节点编号为k的直流变流器的无功功率，p
dcgen
为直流配电系统中除与交流配网连接的变流器外的其它设备所输入的直流功率，p
dcload
为直流配电系统中除与交流配网连接的变流器外的其它设备所消耗的直流负荷，sum(*)表示矩阵列向量求和，表示节点编号为k的直流变流器的额定容量，矩阵h表征各交流线路与各子节点间的关系，矩阵h行数等于交流输电线路数，列数等于交流系统节点数减1，各传输线的末节点及其所有子节点在矩阵中为1，其它节点为0。
[0023]
可选地，所述采用所述约束条件对所述目标函数进行优化，包括：
[0024]
基于所述等式约束以及所述不等式约束，采用人工智能算法对所述目标函数进行优化求解，获得优化目标函数。
[0025]
可选地，所述基于优化后的目标函数进行交直流潮流计算，获得各个所述直流变流器的输出功率，包括：
[0026]
结合所述优化目标函数，采用线性近似算法对各个所述柔性直流变流站的变流站视在功率，以及与各个所述子节点直接连接的线路所流经的线路视在功率进行潮流计算，
获得各个所述直流变流器的有功输出功率以及无功输出功率。
[0027]
可选地，所述若所述输出功率表征所述直流变流器对应的交流系统节点存在交流线路过载情况，则对所述交流系统节点进行功率过载优化，包括：
[0028]
若所述直流变流器的所述有功输出功率，和/或所述无功输出功率为负，则确定所述直流变流器对应的交流系统节点存在交流线路过载情况，此时结合所述有功输出功率以及所述无功输出功率对所述交流系统节点进行功率过载优化，将所述交流系统节点的功率控制在功率限制范围内。
[0029]
可选地，所述获取交直流配电网中所有包含柔性直流变流站的子节点，以及与各个所述子节点直接连接的线路集合，包括：
[0030]
根据交直流配电网网络拓扑，列出所述交直流配电网中所有包含柔性直流变流站的子节点，并确定与各个所述子节点直接相连的节点线路；
[0031]
获取所述交直流配电网中各个直流变流器所在的交流系统节点，并将各个所述交流系统节点以及各个所述节点线路一并作为所述交直流配电网的线路集合。
[0032]
本发明还提供了一种交直流配电网过载优化装置，包括：
[0033]
线路集合获取模块，用于获取交直流配电网中所有包含柔性直流变流站的子节点，以及与各个所述子节点直接连接的线路集合，所述线路集合包括所述交直流配电网中各个直流变流器所在的交流系统节点；
[0034]
目标函数建立模块，用于根据所述线路集合建立反映交流线路过载情况的目标函数，并构建所述目标函数对应的约束条件；
[0035]
交直流潮流计算模块，用于采用所述约束条件对所述目标函数进行优化，并基于优化后的目标函数进行交直流潮流计算，获得各个所述直流变流器的输出功率；
[0036]
功率过载优化模块，用于若所述输出功率表征所述直流变流器对应的交流系统节点存在交流线路过载情况，则对所述交流系统节点进行功率过载优化。
[0037]
本发明还提供了一种电子设备，所述设备包括处理器以及存储器：
[0038]
所述存储器用于存储程序代码，并将所述程序代码传输给所述处理器；
[0039]
所述处理器用于根据所述程序代码中的指令执行如上任一项所述的交直流配电网过载优化方法。
[0040]
本发明还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质用于存储程序代码，所述程序代码用于执行如上任一项所述的交直流配电网过载优化方法。
[0041]
从以上技术方案可以看出，本发明具有以下优点：针对当前交直流配电系统存在的线路过载问题，提出了一种新的适用于交直流配电系统的过载优化方法，首先获取交直流配电网中所有包含柔性直流变流站的子节点，以及与各个子节点直接连接的线路集合，线路集合包括交直流配电网中各个直流变流器所在的交流系统节点，从而可以根据交直流配电网的网络拓扑，列写受直流配电系统影响的交流传输线路；接着根据线路集合建立反映交流线路过载情况的目标函数，并构建目标函数对应的约束条件，从而将传统交直流配电系统中的约束条件转化为目标函数，建立有关流线路功率过载情况的目标函数，同时对应建立简化的线性潮流约束，有效降低优化算法的计算量，提高线路过载优化处理速度；然后采用约束条件对目标函数进行优化，并基于优化后的目标函数进行交直流潮流计算，获得各个直流变流器的输出功率；若输出功率表征直流变流器对应的交流系统节点存在交流
线路过载情况，则对交流系统节点进行功率过载优化，从而通过调整直流配网与交流配网接口-柔性直流变流器的功率，降低原有交流配电系统传输线路功率过载风险，以实现原有交流配电系统传输线路功率的最小过载，为原有线路扩容与线路规划提供指导参考，有利于降低交直流配电系统的建设成本。
附图说明
[0042]
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
[0043]
图1为本发明实施例提供的一种交直流配电网过载优化方法的步骤流程图；
[0044]
图2为本发明实施例提供的一种ieee33节点配电系统的节点连接示意图；
[0045]
图3为本发明实施例提供的一种交直流配电网过载优化装置的结构框图。
具体实施方式
[0046]
本发明实施例提供了一种交直流配电网过载优化方法、装置、电子设备及存储介质，用于解决或部分解决现有相关技术中交直流配电网线路过载优化效果不理想的技术问题。
[0047]
为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
[0048]
作为一种示例，在实际应用中，当电网大量接入分布式能源时，分布式能源的间接性与波动性，给配电网的系统安全稳定运行带来了重大挑战。直流配电网作为区别于交流配电网的组网形式，具有良好的应用范围与发展前景，同时直流配电系统具有线损小、可靠性高、无需进行相位与频率控制、接纳分布式电源能力强等特点，有效减少了直流负荷以及可再生能源并网的变流次数，提高了能量转换效率。此外，在电力电子器件的控制下，柔性直流配电系统具有更高的可控性，能够更加有效地应对新能源波动以及系统故障等问题，因此，通过在传统交流配电系统中建设部分直流配电系统，构成交直流配电系统，既保留了原有交流网络，又能轻松实现直流负荷与分布式电源的友好接入。
[0049]
然而，对于配电网而言，当采用交直流混合组建方式后，传统辐射型配电网络潮流会发生巨大改变，不仅存在根节点至子节点的单方向功率流向，而且存在不同子节点至不同子节点的功率环流。在这种情况下，传统交流线路中很有可能会出现负载过重的问题，从而不得不对线路进行扩容，大大增加了建设成本。为解决该问题，当前主要通过调整各交柔性直流变流站的有功功率以及无功功率指令方式，实现最小线路过载的最优潮流分布，而在目前最优潮流优化算法中，往往更关注于线路损耗等经济指标，以线路损耗最小等经济指标作为目标函数，而把安全约束作为不等式约束，从而容易造成交直流配电网线路过载优化效果不理想的问题，无法达到线路过载优化目的。
[0050]
因此，本发明实施例的核心发明点之一在于：针对当前交直流配电系统存在的线路过载问题，提出一种新的适用于交直流配电系统的优化目标，根据交直流配电网的网络拓扑，列写受直流配电系统影响的交流传输线路，将传统交直流配电系统中的约束条件转化为目标函数，建立有关流线路功率过载情况的目标函数，同时建立对应的线性潮流约束，目的在于通过调整直流配网与交流配网接口-柔性直流变流器的功率，降低原有交流配电系统传输线路功率过载风险，以实现原有交流配电系统传输线路功率的最小过载，为原有线路扩容与线路规划提供指导参考，有利于降低交直流配电系统的建设成本，同时，针对目标函数，通过建立简化的线性潮流等式与不等式约束，可以有效降低优化算法的计算量，提高线路过载优化处理速度。
[0051]
参照图1，示出了本发明实施例提供的一种交直流配电网过载优化方法的步骤流程图，具体可以包括以下步骤：
[0052]
步骤101，获取交直流配电网中所有包含柔性直流变流站的子节点，以及与各个所述子节点直接连接的线路集合，所述线路集合包括所述交直流配电网中各个直流变流器所在的交流系统节点；
[0053]
交直流配电网中设有多个分布式电源，每个分布式电源可以看作是一个独立的子节点，其中有部分子节点包含了柔性直流变流站，则一个交直流配电网可以看作是由多个子节点通过相应的连接关系所构成的网络拓扑，因此，在构建目标函数时，可以根据交直流配电网的网络拓扑，列写出所有子节点中包含柔性直流变流站的节点，获得与这些节点直接连接的线路集合，并建立可以反映线路集合中交流线路功率过载情况的目标函数，其中，线路集合中包括交直流配电网中各个直流变流器所在的交流系统节点。
[0054]
则在具体的实现中，获取交直流配电网中所有包含柔性直流变流站的子节点，以及与各个子节点直接连接的线路集合，可以包括：首先根据交直流配电网网络拓扑，列出交直流配电网中所有包含柔性直流变流站的子节点，并确定与各个子节点直接相连的节点线路；接着获取交直流配电网中各个直流变流器所在的交流系统节点，并将各个交流系统节点以及各个节点线路一并作为交直流配电网的线路集合。
[0055]
其中，柔性直流变流站可以理解为采用柔性直流输电方式的输电节点，柔性直流输电是指基于电压源换流器(voltage source converter，vsc)的高压直流输电(high voltage direct current，hvdc)。直流变流器是换流器(converter)的一种，换流器指的是由单个或多个换流桥组成的进行交、直流转换的设备。换流器可以分为整流器(rectifer)以及逆变器(inverter)两类，整流器是将交流电转换为直流电，而逆变器是将直流电转换为交流电。
[0056]
步骤102，根据所述线路集合建立反映交流线路过载情况的目标函数，并构建所述目标函数对应的约束条件；
[0057]
假设线路集合包括集合a以及集合d，其中，集合a为交直流配电网络子节点中包含柔性直流变流站的节点(含直流变流器所在节点)所组成的集合，集合d为交直流配电系统中直流变流器所在的交流系统节点所组成的集合，则可以通过集合中子节点相关数据构建集合a中节点所构成线路的目标函数(也可以称为最小线路功率过载函数)。
[0058]
在具体的实现中，根据线路集合建立反映交流线路过载情况的目标函数，可以为：首先获取各个所述柔性直流变流站的变流站视在功率，以及与各个所述子节点直接连接的
线路所流经的线路视在功率；接着采用线路集合、各个柔性直流变流站的变流站视在功率，以及与各个子节点直接连接的线路所流经的线路视在功率，通过如下公式建立反映交流线路过载情况的目标函数：
[0059][0060]
其中，a为包含柔性直流变流站的子节点集合，d为交直流配电系统中直流变换器所在的交流系统节点组成的集合，s
dck
表示节点编号为k的柔性直流变流站的视在功率(以交流侧流向直流侧为正)，f(s
dck
)为表示最小线路功率过载的目标函数，s
lij
表示连接节点i与节点j的线路所流经的线路视在功率，为线路视在功率s
lij
的过载阈值，α
ij
为线路视在功率s
lij
的过载权重，函数max表示两者中取最大者。
[0061]
视在功率(apparent power)等于电压有效值和电流有效值的乘积，表示交流电气设备的总容量，有功功率与无功功率的向量和等于总容量，单位为伏安、千伏安，视在功率乘以功率因数(power factor，pf)等于有功功率。
[0062]
在本发明实施例中，当线路视在功率s
lij
大于过载阈值时，即认为线路过载，线路视在功率s
lij
的过载权重α
ij
越大，在目标函数中的占比越大，则说明线路对过载的允许度很低。
[0063]
在直流系统与辐射状配电系统中，如果想要实现上述目标函数，还需满足一定的潮流约束条件，进一步地，约束条件可以包括等式约束以及不等式约束，则构建目标函数对应的约束条件，可以为采用如下公式建立目标函数对应的等式约束以及不等式约束：
[0064]
p
l
＝hp
node
+hp
dc
[0065]ql
＝hq
node
+hq
dc
[0066]
sum(p
dc
)＝p
dcgen-p
dcload
[0067][0068]
其中，向量p
l
为各条线路有功功率所构成的列向量，向量p
node
为各交流系统节点的有功负荷，向量p
dc
为各柔性直流变流站有功功率所构成的列向量矩阵，向量q
l
为各条线路无功功率所构成的列向量，向量q
node
为各交流系统节点的无功负荷，向量q
dc
为各柔性直流变流站无功功率所构成的列向量矩阵，p
dck
表示节点编号为k的直流变流器的有功功率，q
dck
表示节点编号为k的直流变流器的无功功率，p
dcgen
为直流配电系统中除与交流配网连接的变流器外的其它设备所输入的直流功率，p
dcload
为直流配电系统中除与交流配网连接的变流器外的其它设备所消耗的直流负荷，sum(*)表示矩阵列向量求和，表示节点编号为k的直流变流器的额定容量，矩阵h表征各交流线路与各子节点间的关系，矩阵h行数等于交流输电线路数，列数等于交流系统节点数减1，各传输线的末节点及其所有子节点在矩阵中为1，其它节点为0。
[0069]
步骤103，采用所述约束条件对所述目标函数进行优化，并基于优化后的目标函数进行交直流潮流计算，获得各个所述直流变流器的输出功率；
[0070]
当列出等式约束以及不等式约束之后，可以基于等式约束以及不等式约束对目标函数进行优化，并基于优化后的目标函数进行交直流潮流计算，获得各个直流变流器的输出功率，其中，对于优化求解算法，可采用反向传播(back propagation，bp)、卷积神经网络
(convolutional neural network，cnn)、贝叶斯网络(bayesian network，bn)、遗传算法(genetic algorithm，ga)等各种人工智能算法进行求解，可以理解的是，本发明不作限制。
[0071]
则在具体的实现中，采用约束条件对目标函数进行优化，可以为：基于等式约束以及不等式约束，采用人工智能算法对目标函数进行优化求解，获得优化目标函数。
[0072]
潮流算法可采用近似的线性算法求解，则进一步地，基于优化后的目标函数进行交直流潮流计算，获得各个直流变流器的输出功率，可以为：结合优化目标函数，采用线性近似算法对各个柔性直流变流站的变流站视在功率，以及与各个子节点直接连接的线路所流经的线路视在功率进行潮流计算，获得各个直流变流器的有功输出功率以及无功输出功率。
[0073]
线性近似法，也称为线性逼近法，是数据处理中一种较为常用的数学方法，可以用来近似受到限制的复杂函数，极大地缩减高维空间中的计算量，同时最大限度地保留函数的性质，从而简化计算中存在的复杂度，通俗地讲，线性近似的主要作用是将一个复杂的非线性函数用一个简单的线性函数进行表示，以最大限度地拟合原始数据，取代函数的线性函数被称为近似函数，因此在计算过程中，可以基于对近似函数的计算，得出误差在允许范围内的估算值，并将估算值作为原始非线性函数的解。
[0074]
步骤104，若所述输出功率表征所述直流变流器对应的交流系统节点存在交流线路过载情况，则对所述交流系统节点进行功率过载优化。
[0075]
当通过基于优化目标函数进行潮流计算并得出潮流计算结果之后，可以对潮流计算结果中各个直流变流器的有功输出功率以及无功输出功率进行直观判断，假设某个直流变流器的有功输出功率或者无功输出功率为负值时，说明此时直流变流器的负载过重，导致输出功率不足，也就说明该直流变流器所在线路存在过载风险，需要及时进行过载优化，将线路以及线路上各个节点的功率控制在限制范围内，以确保配电网的正常运行。
[0076]
从而，若输出功率表征直流变流器对应的交流系统节点存在交流线路过载情况，则对交流系统节点进行功率过载优化，具体可以为：若直流变流器的有功输出功率，和/或无功输出功率为负，则确定直流变流器对应的交流系统节点存在交流线路过载情况，此时结合有功输出功率以及无功输出功率对交流系统节点进行功率过载优化，将交流系统节点的功率控制在功率限制范围内，从而通过计算出的直流变流器输出功率，可以直观地判断各个节点以及线路是否存在交流线路过载情况时，当存在交流线路过载情况时，可以自动对相应节点以及线路及时进行线路过载优化，保证了交直流配电网的正常运行，提高了交直流配电网的过载线路优化能力。
[0077]
在本发明实施例中，针对当前交直流配电系统存在的线路过载问题，提出了一种新的适用于交直流配电系统的过载优化方法，首先获取交直流配电网中所有包含柔性直流变流站的子节点，以及与各个子节点直接连接的线路集合，线路集合包括交直流配电网中各个直流变流器所在的交流系统节点，从而可以根据交直流配电网的网络拓扑，列写受直流配电系统影响的交流传输线路；接着根据线路集合建立反映交流线路过载情况的目标函数，并构建目标函数对应的约束条件，从而将传统交直流配电系统中的约束条件转化为目标函数，建立有关流线路功率过载情况的目标函数，同时对应建立简化的线性潮流约束，有效降低优化算法的计算量，提高线路过载优化处理速度；然后采用约束条件对目标函数进行优化，并基于优化后的目标函数进行交直流潮流计算，获得各个直流变流器的输出功率；
若输出功率表征直流变流器对应的交流系统节点存在交流线路过载情况，则对交流系统节点进行功率过载优化，从而通过调整直流配网与交流配网接口-柔性直流变流器的功率，降低原有交流配电系统传输线路功率过载风险，以实现原有交流配电系统传输线路功率的最小过载，为原有线路扩容与线路规划提供指导参考，有利于降低交直流配电系统的建设成本。
[0078]
为了便于理解，以下通过一个具体示例对本发明实施例进行描述。
[0079]
在交直流配电网中，系统潮流相较于传统辐射型交流配电网存在显著差异，直流变流器功率分布的差异将导致个别线路出现功率过载的现象，通过充分调用柔性直流变流器的可控性与灵活性，可以有效改善交直流配电网的潮流分布，减少交流传输电路功率过载情况的出现，从而降低线路扩容成本，节省建设成本。
[0080]
得益于交直流配电网的网络拓扑特性，可通过简单潮流快速实现对各变流器功率的控制，大幅降低传统迭代型潮流优化算法的时间复杂性与空间复杂性。同时，可以在直流变流器中采用电压下垂控制，有效避免因功率扰动造成原电压控制变流站的功率出现较大波动，从而对系统潮流分布造成较大影响的问题。
[0081]
其中，相关技术中，下垂控制模拟了传统电力系统中同步发电机的下垂特性，其工作原理为：逆变电源检测各自输出功率的大小，对有功功率与无功功率进行解耦控制，根据下垂特性得到输出频率以及电压幅值参考值，从而合理分配系统的有功以及无功，即“有功调频、无功调压”。下垂控制(droop控制)可应用于逆变器并联系统中，属于分散控制的一种，相较于集中控制过于依赖并联系统中的某一模块、主从控制限制电源间距离的局限性，下垂控制只需要电源本身的信息、无需互连信号线，无须设置通信设备，可以直接根据微电网状态来调节逆变器的输出功率，控制方式比较简单，通过采集各逆变器的输出，根据给定的控制策略，就可以使得多台逆变器并联运行。下垂控制具有很好的冗余性，且结构简单、成本低、系统可靠。
[0082]
对于逆变电源并网系统，利用下垂特性可以实现逆变器有功功率输出减少，输出频率增大；逆变器有功功率输出增加，输出频率减小；逆变器容性无功功率输出减少，电压升高；逆变器容性无功功率输出增大，电压降低。
[0083]
为更好地进行说明，参照图2，示出了本发明实施例提供的一种ieee33节点配电系统的节点连接示意图，需要说明的是，本示例中仅以ieee33节点配电系统对交直流配电网过载优化方法的整体关键流程以及涉及到的相关算法或计算数据进行简单说明，各个步骤中涉及的细节可以参照前述实施例中相关部分，此处不再赘述，ieee33节点是一种常用的电力系统测试标准，用于评估电力系统的稳定性、鲁棒性以及可靠性，该测试标准包括了33个节点，每个节点都有特定的电压和相角值，这些节点代表了电力系统中的发电机、变压器、负载与输电线路等元素，可以理解的是，本发明对此不作限制。
[0084]
假设交流配电系统的额定电压为10kv(kilo volt，千伏)、直流配电系统的额定电压为
±
10kv，节点7、节点20、节点24以及节点28处的直流变流站的额定功率为600kva(kilo volt-ampere，千伏安)。由图中可以看出，图中一共有33个节点，虚线构成了直流配电系统的网络拓扑，其由节点7、20、24以及28构成，为简化说明，假设额外的直流电源与负荷均为0，交流配电系统采用辐射状网络拓扑，交直流配电系统为线路阻抗较小、功率损耗较低的配电系统，ieee33节点配电系统的具体基本参数如下表所示：
[0085][0086]
表1：ieee33节点配电系统基本参数
[0087]
其中，阻抗单位为ω(欧姆)，有功功率单位为kw(kilowatt，千瓦)，无功功率单位为kvar(kilo volt amps reactive，千乏)。
[0088]
根据上述有关信息，则可以得出交直流配电系统中直流变换器所在的交流系统节点组成的集合d＝{7 20 24 28}，交直流配电网络子节点中包含柔性直流变流站的节点(含直流变流器所在节点)所组成的集合a＝{0 1 2 3 4 5 6 718 19 20 22 23 24 25 26 27 28}。
[0089]
假设所有线路视在功率的过载权重α
ij
＝1，规定各线路的功率限制如下表2的限制栏所述，将有关信息代入前述实施例中所提供的目标函数公式，即可得到具体的目标函数表达式，同时其中，s
l
表示流经线路的视在功率，p
l
为流经线路的有功功率，q
l
为流经线路的无功功率。
[0090]
接着列出前述实施例中目标函数对应的等式约束与不等式约束，根据表1即可得到p
node
各节点有功功率向量，q
node
各节点无功功率向量，根据图2可以得到矩阵h的表达式，其中，矩阵h表征各交流线路与各子节点间的关系，矩阵h的行数等于交流输电线路数，列数等于交流系统节点数减1，以线路12为例，根据定义可以得到矩阵h的第2行h2为：
[0091]
h2＝[0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1]
[0092]
在等式约束与不等式约束的式子中，p
dc
与q
dc
待确定，基于前面假设的“额外的直流电源与负荷均为0”条件，两者均需要满足以下不等式约束：
[0093]
p
dc4
+p
dc20
+p
dc24
+p
dc28
＝0
[0094][0095]
接着可以通过matlab(一种常用的编程与数值计算平台)遗传算法ga函数，求得各直流变流器的输出功率估计值如下：
[0096]
p
dc
＝[-95.6 92.5 98.1
ꢀ‑
95.0]
[0097]qdc
＝[-0.5 13.8 14.9
ꢀ‑
1.4]
[0098]
其中，向量p
dc
为各柔性直流变流站有功功率所构成的列向量矩阵，向量q
dc
为各柔性直流变流站无功功率所构成的列向量矩阵，也就是说，经过计算之后，直流变流器所在节点7的有功输出功率为-95.6，无功输出功率为-0.5，直流变流器所在节点20的有功输出功率为92.5，无功输出功率为13.8，直流变流器所在节点24的有功输出功率为98.1，无功输出功率为14.9，直流变流器所在节点28的有功输出功率为-95.0，无功输出功率为-1.4，则可以直观地得出，节点7以及节点28的输出功率均为负值，即节点7以及节点28所在节点以及流经节点7以及节点28的线路存在线路过载问题，需要对其进行线路过载优化
[0099]
通过优化计算后，目标函数从2.72e5降至8.41e4，线路功率过载情况也得到有效改善，优化前后集合a中相关线路的功率大小如表2所示：
[0100][0101]
表2：交流配电网各传输线路的视在功率
[0102]
由上表可以看出，除极个别节点外，经过功率过载优化之后，只要流经节点7以及节点28的传输线路的优化后视在功率均比优化前视在功率有所下降，而流经节点20以及节点24的传输线路的优化后视在功率均比优化前视在功率有所提高，从而通过本发明实施例
所提供的交直流配电网过载优化方法，在实现对出现过载问题的节点以及线路进行过载优化的同时，还可以对没有出现过载问题的节点以及线路进行适当的功率补充，使得在过载线路中因过载优化而减掉的功率可以补充至功率较小的节点以及线路，不仅减小了功率损耗，还提升了交直流配电网的整体功率调节效果。
[0103]
参照图3，示出了本发明实施例提供的一种交直流配电网过载优化装置的结构框图，具体可以包括：
[0104]
线路集合获取模块301，用于获取交直流配电网中所有包含柔性直流变流站的子节点，以及与各个所述子节点直接连接的线路集合，所述线路集合包括所述交直流配电网中各个直流变流器所在的交流系统节点；
[0105]
目标函数建立模块302，用于根据所述线路集合建立反映交流线路过载情况的目标函数，并构建所述目标函数对应的约束条件；
[0106]
交直流潮流计算模块303，用于采用所述约束条件对所述目标函数进行优化，并基于优化后的目标函数进行交直流潮流计算，获得各个所述直流变流器的输出功率；
[0107]
功率过载优化模块304，用于若所述输出功率表征所述直流变流器对应的交流系统节点存在交流线路过载情况，则对所述交流系统节点进行功率过载优化。
[0108]
在一种可选实施例中，所述目标函数建立模块302具体用于：
[0109]
采用所述线路集合、各个所述柔性直流变流站的变流站视在功率，以及与各个所述子节点直接连接的线路所流经的线路视在功率，通过如下公式建立反映交流线路过载情况的目标函数：
[0110][0111]
其中，a为包含柔性直流变流站的子节点集合，d为交直流配电系统中直流变换器所在的交流系统节点组成的集合，s
dck
表示节点编号为k的柔性直流变流站的视在功率(以交流侧流向直流侧为正)，f(s
dck
)为表示最小线路功率过载的目标函数，s
lij
表示连接节点i与节点j的线路所流经的线路视在功率，为线路视在功率s
lij
的过载阈值，α
ij
为线路视在功率s
lij
的过载权重，函数max表示两者中取最大者。
[0112]
在一种可选实施例中，所述约束条件包括等式约束以及不等式约束，所述目标函数建立模块302包括：
[0113]
约束条件构建模块，用于采用如下公式建立所述目标函数对应的等式约束以及不等式约束：
[0114]
p
l
＝hp
node
+hp
dc
[0115]ql
＝hq
node
+hq
dc
[0116]
sum(p
dc
)＝p
dcgen-p
dcload
[0117][0118]
其中，向量p
l
为各条线路有功功率所构成的列向量，向量p
node
为各交流系统节点的有功负荷，向量p
dc
为各柔性直流变流站有功功率所构成的列向量矩阵，向量q
l
为各条线路无功功率所构成的列向量，向量q
node
为各交流系统节点的无功负荷，向量q
dc
为各柔性直流变流站无功功率所构成的列向量矩阵，p
dck
表示节点编号为k的直流变流器的有功功率，q
dck
表示节点编号为k的直流变流器的无功功率，p
dcgen
为直流配电系统中除与交流配网连接的变流器外的其它设备所输入的直流功率，p
dcload
为直流配电系统中除与交流配网连接的变流器外的其它设备所消耗的直流负荷，sum(*)表示矩阵列向量求和，表示节点编号为k的直流变流器的额定容量，矩阵h表征各交流线路与各子节点间的关系，矩阵h行数等于交流输电线路数，列数等于交流系统节点数减1，各传输线的末节点及其所有子节点在矩阵中为1，其它节点为0。
[0119]
在一种可选实施例中，所述交直流潮流计算模块303包括：
[0120]
优化目标函数计算模块，用于基于所述等式约束以及所述不等式约束，采用人工智能算法对所述目标函数进行优化求解，获得优化目标函数。
[0121]
在一种可选实施例中，所述交直流潮流计算模块303具体用于：
[0122]
结合所述优化目标函数，采用线性近似算法对各个所述柔性直流变流站的变流站视在功率，以及与各个所述子节点直接连接的线路所流经的线路视在功率进行潮流计算，获得各个所述直流变流器的有功输出功率以及无功输出功率。
[0123]
在一种可选实施例中，所述功率过载优化模块304具体用于：
[0124]
若所述直流变流器的所述有功输出功率，和/或所述无功输出功率为负，则确定所述直流变流器对应的交流系统节点存在交流线路过载情况，此时结合所述有功输出功率以及所述无功输出功率对所述交流系统节点进行功率过载优化，将所述交流系统节点的功率控制在功率限制范围内。
[0125]
在一种可选实施例中，所述线路集合获取模块301包括：
[0126]
柔性直流变流站子节点确定模块，用于根据交直流配电网网络拓扑，列出所述交直流配电网中所有包含柔性直流变流站的子节点，并确定与各个所述子节点直接相连的节点线路；
[0127]
线路集合确定模块，用于获取所述交直流配电网中各个直流变流器所在的交流系统节点，并将各个所述交流系统节点以及各个所述节点线路一并作为所述交直流配电网的线路集合。
[0128]
对于装置实施例而言，由于其与方法实施例基本相似，所以描述得比较简单，相关之处参见前述方法实施例的部分说明即可。
[0129]
本发明实施例还提供了一种电子设备，设备包括处理器以及存储器：
[0130]
存储器用于存储程序代码，并将程序代码传输给处理器；
[0131]
处理器用于根据程序代码中的指令执行本发明任一实施例的交直流配电网过载优化方法。
[0132]
本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质用于存储程序代码，程序代码用于执行本发明任一实施例的交直流配电网过载优化方法。
[0133]
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统，装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
[0134]
在本技术所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统，装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或
讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
[0135]
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
[0136]
另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
[0137]
所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(rom，read-only memory)、随机存取存储器(ram，random access memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
[0138]
以上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

技术特征：
1.一种交直流配电网过载优化方法，其特征在于，包括：获取交直流配电网中所有包含柔性直流变流站的子节点，以及与各个所述子节点直接连接的线路集合，所述线路集合包括所述交直流配电网中各个直流变流器所在的交流系统节点；根据所述线路集合建立反映交流线路过载情况的目标函数，并构建所述目标函数对应的约束条件；采用所述约束条件对所述目标函数进行优化，并基于优化后的目标函数进行交直流潮流计算，获得各个所述直流变流器的输出功率；若所述输出功率表征所述直流变流器对应的交流系统节点存在交流线路过载情况，则对所述交流系统节点进行功率过载优化。2.根据权利要求1所述的交直流配电网过载优化方法，其特征在于，所述根据所述线路集合建立反映交流线路过载情况的目标函数，包括：获取各个所述柔性直流变流站的变流站视在功率，以及与各个所述子节点直接连接的线路所流经的线路视在功率；采用所述线路集合、各个所述柔性直流变流站的变流站视在功率，以及与各个所述子节点直接连接的线路所流经的线路视在功率，通过如下公式建立反映交流线路过载情况的目标函数：其中，a为包含柔性直流变流站的子节点集合，d为交直流配电系统中直流变换器所在的交流系统节点组成的集合，s
dck
表示节点编号为k的柔性直流变流站的视在功率(以交流侧流向直流侧为正)，f(s
dck
)为表示最小线路功率过载的目标函数，s
lij
表示连接节点i与节点j的线路所流经的线路视在功率，为线路视在功率s
lij
的过载阈值，α
ij
为线路视在功率s
lij
的过载权重，函数max表示两者中取最大者。3.根据权利要求2所述的交直流配电网过载优化方法，其特征在于，所述约束条件包括等式约束以及不等式约束，所述构建所述目标函数对应的约束条件，包括：采用如下公式建立所述目标函数对应的等式约束以及不等式约束：p
l
＝hp
node
+hp
dc
q
l
＝hq
node
+hq
dc
sum(p
dc
)＝p
dcgen-p
dcload
其中，向量p
l
为各条线路有功功率所构成的列向量，向量p
node
为各交流系统节点的有功负荷，向量p
dc
为各柔性直流变流站有功功率所构成的列向量矩阵，向量q
l
为各条线路无功功率所构成的列向量，向量q
node
为各交流系统节点的无功负荷，向量q
dc
为各柔性直流变流站无功功率所构成的列向量矩阵，p
dck
表示节点编号为k的直流变流器的有功功率，q
dck
表示节点编号为k的直流变流器的无功功率，p
dcgen
为直流配电系统中除与交流配网连接的变流器外的其它设备所输入的直流功率，p
dcload
为直流配电系统中除与交流配网连接的变流器外的其它设备所消耗的直流负荷，sum(*)表示矩阵列向量求和，表示节点编号为k的直
流变流器的额定容量，矩阵h表征各交流线路与各子节点间的关系，矩阵h行数等于交流输电线路数，列数等于交流系统节点数减1，各传输线的末节点及其所有子节点在矩阵中为1，其它节点为0。4.根据权利要求3所述的交直流配电网过载优化方法，其特征在于，所述采用所述约束条件对所述目标函数进行优化，包括：基于所述等式约束以及所述不等式约束，采用人工智能算法对所述目标函数进行优化求解，获得优化目标函数。5.根据权利要求4所述的交直流配电网过载优化方法，其特征在于，所述基于优化后的目标函数进行交直流潮流计算，获得各个所述直流变流器的输出功率，包括：结合所述优化目标函数，采用线性近似算法对各个所述柔性直流变流站的变流站视在功率，以及与各个所述子节点直接连接的线路所流经的线路视在功率进行潮流计算，获得各个所述直流变流器的有功输出功率以及无功输出功率。6.根据权利要求5所述的交直流配电网过载优化方法，其特征在于，所述若所述输出功率表征所述直流变流器对应的交流系统节点存在交流线路过载情况，则对所述交流系统节点进行功率过载优化，包括：若所述直流变流器的所述有功输出功率，和/或所述无功输出功率为负，则确定所述直流变流器对应的交流系统节点存在交流线路过载情况，此时结合所述有功输出功率以及所述无功输出功率对所述交流系统节点进行功率过载优化，将所述交流系统节点的功率控制在功率限制范围内。7.根据权利要求1所述的交直流配电网过载优化方法，其特征在于，所述获取交直流配电网中所有包含柔性直流变流站的子节点，以及与各个所述子节点直接连接的线路集合，包括：根据交直流配电网网络拓扑，列出所述交直流配电网中所有包含柔性直流变流站的子节点，并确定与各个所述子节点直接相连的节点线路；获取所述交直流配电网中各个直流变流器所在的交流系统节点，并将各个所述交流系统节点以及各个所述节点线路一并作为所述交直流配电网的线路集合。8.一种交直流配电网过载优化装置，其特征在于，包括：线路集合获取模块，用于获取交直流配电网中所有包含柔性直流变流站的子节点，以及与各个所述子节点直接连接的线路集合，所述线路集合包括所述交直流配电网中各个直流变流器所在的交流系统节点；目标函数建立模块，用于根据所述线路集合建立反映交流线路过载情况的目标函数，并构建所述目标函数对应的约束条件；交直流潮流计算模块，用于采用所述约束条件对所述目标函数进行优化，并基于优化后的目标函数进行交直流潮流计算，获得各个所述直流变流器的输出功率；功率过载优化模块，用于若所述输出功率表征所述直流变流器对应的交流系统节点存在交流线路过载情况，则对所述交流系统节点进行功率过载优化。9.一种电子设备，其特征在于，所述设备包括处理器以及存储器：所述存储器用于存储程序代码，并将所述程序代码传输给所述处理器；所述处理器用于根据所述程序代码中的指令执行权利要求1-7任一项所述的交直流配
电网过载优化方法。10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质用于存储程序代码，所述程序代码用于执行权利要求1-7任一项所述的交直流配电网过载优化方法。

技术总结
本发明公开了一种交直流配电网过载优化方法、装置、电子设备及存储介质，用于解决现有的交直流配电网线路过载优化效果不理想的技术问题。所述方法包括：首先获取交直流配电网中所有包含柔性直流变流站的子节点，以及与各个子节点直接连接的线路集合，线路集合包括交直流配电网中各个直流变流器所在的交流系统节点；接着根据线路集合建立反映交流线路过载情况的目标函数，并构建目标函数对应的约束条件；然后采用约束条件对目标函数进行优化，并基于优化后的目标函数进行交直流潮流计算，获得各个直流变流器的输出功率；若输出功率表征直流变流器对应的交流系统节点存在交流线路过载情况，则对交流系统节点进行功率过载优化。化。化。


技术研发人员：陈勇 杨锐雄 陈建福 廖雁群 顾延勋 裴星宇 程旭 吴宏远 曹健 李建标 郭华君 钟惠锋 许育炼 喻松涛 韦甜柳 龚文明
受保护的技术使用者：广东电网有限责任公司珠海供电局
技术研发日：2023.06.19
技术公布日：2023/9/20