一种虚拟电厂拓扑优化方法

周子融

（广东电网有限责任公司珠海供电局，广东 珠海 519000）

城市用电负荷的不断升高，配电网负荷的昼夜峰谷差不断加大，传统的发电侧功率调节难以满足配电网的经济运行要求。随着虚拟电厂概念的应用，虚拟电厂内部的发电机、负荷、充电桩、储能等设备被更多地调用，以满足大电网的能量需求、调频需求以及备用需求。与此同时，由于虚拟电厂内部潮流频繁发生变化，原先的网络结构不能总是满足经济性的需求，需要在不同的发电负荷工况下，对网络拓扑进行实时调整，对虚拟电厂内部降低网损有着重要的意义。

最优匹配回路流算法，把网络重构问题转化为一系列的线性电路问题。该方法可以用一种虚拟回路电流来模拟联络开关间的负荷转移。这种虚拟回路电流，称为辐射网的最优匹配回路流。例如，虚拟电厂结构如图1所示，虚拟电厂上网点是虚拟电厂和输电网的界限。在虚拟电厂内部，每个节点下面可能有负荷、储能、充电桩和光伏发电等设备。随着每个设备上的发电和负荷随时间的变化，流经开关的潮流也随时间发生变化。如图1所示，开关3处于合位，在同一个时刻下，各节点的负荷电流固定，打开开关3等价于开关3回路中增加一个与开关3中电流反方向且幅值相等的电流源，该电流源提供的电流称为补偿电流，电流源和回路电流的叠加称为残留电流。显然，使残留电流最小会使电网的损耗最小，即系统的有功损耗最小。

图1 虚拟电厂结构图

本文提供一种虚拟电厂拓扑优化方法，使得在虚拟电厂内部潮流变化的情况下，通过开关调整，使虚拟电厂获得网损最小，从而提高虚拟电厂运行的经济性。

1 虚拟电厂拓扑优化方法

（1）合上虚拟电厂中的所有联络开关；

（2）计算所述虚拟电厂中各回路的最优匹配回路流；

（3）由所述最优匹配回路流计算各回路上电流最小的支路的残留电流；

（4）若第k个回路中出现所述残留电流小于所述最优匹配回路流，则打开第k个回路上补偿电流后残留电流最小的联络开关，直到遍历完所有回路，从而确定虚拟电厂中所有联络开关的闭合状态。

可选的，所述计算虚拟电厂中各回路的最优匹配回路流，包括所述最优匹配回路流的计算公式：

式中，m为回路数，b为支路数，Rbi为支路i的电阻为支路i初始电流，Bji是回路-支路关联矩阵，ΔfLj为回路电流的扰动量。

将所述最优匹配回路流的计算公式改写成矩阵形式为：

对ΔfL求偏微分，可得

因此，最优匹配回路流如下式：

可选的，由所述最优匹配回路流计算各回路上电流最小支路的残留电流，包括由所述最优匹配回路流计算出回路中各支路的残留电流：

回路k上电流最小的支路的残留电流为：

其中，支路i在回路k中，δLk为回路k的残留电流。

可选的，所述若第k个回路中出现所述残留电流小于所述最优匹配回路流，则打开第k个回路上补偿电流后残留电流最小的联络开关，直到遍历完所有回路，从而确定虚拟电厂中所有联络开关的闭合状态，包括依次遍历m个回路，若第k个回路中满足所述残留电流小于所述最优匹配回路流，则打开补偿电流后残留电流最小的开关。

若不满足所述残留电流小于所述最优匹配回路流，则继续遍历下一个回路，直到遍历完所有回路，从而确定虚拟电厂中所有联络开关的闭合状态。

本申请第二方面提供一种虚拟电厂拓扑优化装置，所述装置包括：

（1）开关控制单元，用于合上虚拟电厂中的所有联络开关。

（2）第一计算单元，用于计算所述虚拟电厂中各回路的最优匹配回路流。

（3）第二计算单元，用于由所述最优匹配回路流计算各回路上电流最小支路的残留电流。

（4）第一遍历单元，用于当第k个回路中出现所述残留电流小于所述最优匹配回路流，则打开第k个回路上补偿电流后残留电流最小的联络开关，直到遍历完所有回路，从而确定虚拟电厂中所有联络开关的闭合状态。

可选的，所述第一计算单元中所述最优匹配回路流的计算公式为：

式中，m为回路数，b为支路数，Rbi为支路i的电阻为支路i初始电流，Bji是回路-支路关联矩阵，ΔfLj为回路电流的扰动量。

将所述最优匹配回路流的计算公式改写成矩阵形式为：

对ΔfL求偏微分，可得：

因此，最优匹配回路流如下式：

可选的，所述第二计算单元具体用于由所述最优匹配回路流计算出回路中各支路的残留电流：

回路k上电流最小的支路的残留电流为：

其中，支路i在回路k中，δLk为回路k的残留电流。

可选的，所述第一遍历单元还包括：

（1）第二遍历单元，用于依次遍历m个回路，若第k个回路中满足所述残留电流小于所述最优匹配回路流，则打开补偿电流后残留电流最小的联络开关；

（2）第三遍历单元，用于当不满足所述残留电流小于所述最优匹配回路流，则继续遍历下一个回路，直到遍历完所有回路，从而确定虚拟电厂中所有联络开关的闭合状态。

2 具体实施例

本文的一个具体实施例以69节点配电系统为基础。该电网的结构示意图如图2所示。其中，虚连线表示该位置存在联络开关，但开关处于分位，连线两点间没有电气连接。实线连接表示2个点存在电气连接。从图2中可以看到，在优化前，节点14和节点90、节点12和节点20、节点38和节点48、节点26和节点54、节点10和节点70间存在联络开关，但是开关为分位。将这些联络开关全部置为合位。

图2 69节点配电系统图

对于该系统，从表1可以看出回路1到回路5的，最优匹配回路流和最小残留电流支路。将最小残留电流支路打开后，电网的节点10和节点70、节点47和节点48、节点11和节点12、节点12和节点13、节点50和节点51被打开。

表1 第一次迭代计算结果列表

接下来进行第二次迭代。

第二次迭代计算的结果见表2，可见第一步迭代后的残留电流比最优匹配回路流都大，达到本发明算法的退出条件，无需进一步计算。

算例2的最终优化结果见表3。

从最终结果可见，系统网损从225.021 3 kW下降至98.999 1 kW。

表2 第二次迭代计算结果列表

表3 算例2结果列表