本技术涉及无功功率和电压优化方法的领域，具体涉及一种含分布式电源和电动汽车的配电网无功优化方法。
背景技术：
1、分布式电源改变了传统电力系统的供应方式，主要优点在于就近利用、清洁低碳、多元互动、灵活高效，是现代能源系统不可或缺的重要组成部分。近年来，随着分布式电源及电动汽车(electric vehicle，ev)接入规模不断上升，我国部分地区开始出现分布式电源与电动汽车高渗透率的配电网，此类配电网中，电压越限事件概率增加、网络损耗增大，配电网的安全运行面临严峻挑战。然而，包括有载调压变压器、电容器组等的传统无功功率和电压调节设备存在响应速度相差较大、调压策略单一等局限，单独依靠这些设备无法妥善满足上述配电网的电压实时调节需求。因此，如何最大限度地发挥这些无功功率和电压调节设备的效用，进行多类无功功率和电压调节设备的协同控制，对于配电网的安全经济运行具有重要的意义。
技术实现思路
1、本技术所要解决的技术问题是，提出一种含分布式电源和电动汽车的配电网无功优化方法，可以减小网络损耗以及电压偏差。
2、为解决上述技术问题，本技术所采用的技术方案是：
3、第一方面，本技术提供一种含分布式电源和电动汽车的配电网无功优化方法，具体包括以下步骤：
4、基于配电网中接入的电动汽车、分布式电源和无功功率和电压调节设备模型，建立配电网无功功率和电压优化模型；
5、对所述配电网无功功率和电压优化模型进行求解，获得各类无功功率和电压调节设备的控制指令，从而实现配电网无功功率和电压优化。
6、在一种可能的实现方式中，所述电动汽车模型包括：
7、电动汽车到达充电站的时刻的概率密度函数tarr：
8、
9、式中，tarr(t)为电动汽车在t时刻到达充电站的概率，μs为电动汽车到达充电站的时刻的均值，σs为电动汽车到达充电站的时刻的方差；
10、电动汽车的日行驶里程数概率密度函数fd：
11、
12、式中，fd(d)表示电动汽车的日行驶里程数为d的概率，μd为电动汽车的日行驶里程数(单位：km)的均值，σd电动汽车的日行驶里程数的方差；
13、电动汽车达到充电站时刻的荷电状态soarr：
14、
15、式中，为第n辆电动汽车达到充电站的时刻tn的荷电状态；dn为第n辆电动汽车的日行驶里程数；为第n辆电动汽车荷电状态的最大约束，通常取1；cn为第n辆电动汽车的最大电池容量；qn100是第n辆电动汽车的百公里耗电量；
16、电动汽车的充电时长tlast：
17、
18、式中，tnlast为第n辆电动汽车的充电时长，pev为电动汽车的额定充电功率；η为电动汽车的充电效率；
19、大规模电动车充电的充电功率pev：
20、
21、式中，为接入配电网的n辆电动汽车在t时刻的充电功率；为第n辆电动汽车在t时刻的充电功率，基于电动汽车到达充电站的时刻的概率密度函数预测得到第n辆电动汽车到达充电站的时刻tn和充电时长tnlast，若t在[tn,tn+tnlast]范围内，则为额定充电功率，否则为0。
22、在一种可能的实现方式中，所述分布式电源包括(distributed generation，dg)和储能设备(energy storage，es)；
23、分布式能源模型包括：
24、dg模型：
25、
26、
27、式中，为t时刻母线节点i接入的dg的输送的有功功率；为t时刻母线节点i接入的dg输送的无功功率；为dg的最大功率容量；为功率因数角；ωdg为所有接入dg的母线节点集合；
28、es模型：
29、
30、式中，和分别为t时刻es对母线节点i的充电以及放电功率，δt为t+1时刻与t时刻的时间差；和分别为es对母线节点i的充电和放电功率约束，其取值和es的参数有关，这部分数据由设备厂家提供；和分别为t时刻es对母线节点i的充电以及放电的布尔变量；为t时刻母线节点i的接入的es的储能容量；和为母线节点i接入的es的储能容量的最小值以及最大值；ωes为所有接入es的母线节点集合。
31、在一种可能的实现方式中，所述无功功率和电压调节设备包括有载调压变压器(on-load tap changer，oltc)、电容器组(capacitor bank，cb)和静止无功补偿器(staticvar compensator，svc)；
32、无功功率和电压调节设备模型包括：
33、oltc模型：
34、
35、式中，和为t时刻连接到支路ij的oltc的匝数比以及档位；为t时刻连接到支路ij的oltc的最小匝数比；为t时刻连接到支路ij的oltc每一档的增加量；和是t时刻连接到支路ij的的oltc的最高以及最低档位；vj,t为t时刻接入oltc的高压侧母线节点j的电压，vj，t为t时刻接入oltc的低压侧母线节点i的电压；
36、cb模型：
37、
38、式中，为t时刻母线节点i上接入的cb的无功功率(也可称为无功功率容量)，为t时刻母线节点i上接入的cb的数量，为t-1时刻母线节点i上接入的cb的数量；为母线节点i上接入的每个cb的无功功率；和是母线节点i上接入的cb的最小以及最大个数；δcb为一定时间范围内cb的最大变化量；和为两个辅助变量，没有实际含义，用于对调节变化量的绝对值进行线性化处理；t为调度周期；ωcb为所有接入cb的母线节点集合；
39、svc模型：
40、
41、和为母线节点i上接入的svc的最小以及最大无功功率；表示t时刻母线节点i接入的svc的无功功率，ωsvc为所有接入svc的母线节点集合。
42、在一种可能的实现方式中，所述配电网无功功率和电压优化模型包括目标函数与潮流约束：
43、所述目标函数为：
44、min f＝αploss+βvdev
45、
46、式中，ploss代表网络网损，vdev代表电压偏差，iij,t为支路ij在t时刻的电流；rij为支路ij的电阻；w(i)为与母线节点i相连接的所有母线节点集合；vi,t为母线节点i在t时刻的电压；vi,ref为母线节点i的额定电压；α与β分别为网络损失以及电压偏差的加权系数；m所有接入dg和ev的母线节点集合；
47、所述潮流约束采用distflow模型：
48、
49、vi,min≤vi,t≤vi,max
50、iij,min≤iij,t≤iij,max
51、式中，pi,t和qi,t分别为母线节点i在t时刻的有功以及无功功率；和分别为母线节点i在t时刻的负载的有功以及无功功率；w(j)为与母线节点j相连接的所有下游母线；pij,t和qij,t分别为支路ij在t时刻的有功以及无功功率；rij和xij分别为支路ij的电阻以及电抗；iij,t、iij,min和iij,max分别为支路ij在t时刻的电流、最小以及最大电流；vi,min和vi,max分别为母线节点i的最小以及最大电压；vj,t为母线节点j在t时刻的电压。
52、在一种可能的实现方式中，对配电网无功功率和电压优化模型(目标函数和潮流约束)中的非线性和非凸项进行变量替换和二阶锥松弛处理，并对oltc模型中由变量替换引起的高阶离散变量进行线性化处理；用求解器求解处理后的配电网无功功率和电压优化模型，得到各类无功功率和电压调节设备的控制指令。
53、在一种可能的实现方式中，所述对配电网无功功率和电压优化模型中的非线性和非凸项进行变量替换，包括：
54、添加中间变量：
55、
56、将上述中间变量的方程式分别代入目标函数和潮流约束中，且用配电网的额定电压vi,n作为母线i的额定电压vi,ref，得到：
57、
58、所述二阶锥松弛处理包括：
59、将iij,t经过二阶锥松弛方法继优化为：
60、
61、或iij,t采用标准二阶锥形式：
62、
63、对oltc模型中由变量替换引起的高阶离散变量进行线性化处理，包括：
64、经过变量替换后，oltc模型中的电压转换关系为：
65、
66、添加辅助变量：
67、
68、式中，vi,t和为双线性项，难以直接求解；为t时刻连接到支路ij的oltc的匝数比，是一个离散的常数；为t时刻连接到支路ij的oltc的匝数比取值集合，其中m为oltc的匝数比种类数量；fj,t,k是辅助变量，用于线性化oltc的电压转换比；
69、将上式通过大m法线性化：
70、
71、式中，m为一个充分大的常数；fj,t,1,fj,t,2,…,fj,t,m为用于线性化otlc电压转换比例的辅助参数。为抽头标志位，即虚拟二进制0-1变量。
72、第二方面，本技术提供一种电子设备，包括：存储器和处理器；
73、所述存储器，用于存储计算机程序；
74、所述处理器，用于调用所述计算机程序，以执行如上所述的方法。
75、第三方面，本技术提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质中存储有计算机程序，所述计算机程序在电子设备上运行时，使得所述电子设备实现如上所述的方法。
76、第四方面，本技术提供一种计算机程序产品，包括计算机程序，所述计算机程序在电子设备上运行时，使得所述电子设备实现如上所述的方法。
77、本技术上述第二到第四方面的具体实现方式可以参考上述第一方面的实现方式，在此不进行赘述。
78、有益效果：
79、1、针对目前电力系统中分布式电源密集以及电动汽车渗透率高的场景，本技术所建立的配电网无功功率和电压优化模型实现了分布式电源、电动汽车负荷和无功功率和电压调节设备之间的协同控制，可以合理实现无功功率和电压调节设备的运行来降低大规模分布式电源及电动汽车高渗透率配电网的网络损耗和电压偏差。可促进电动汽车在配电网电压和无功控制方面的控制潜力的发掘，提升电动汽车和分布式电源的综合利用水平。可以应对大规模的分布式电源以及电动汽车并网所带来的冲击。
80、2、本技术在建模过程中通过二阶锥松弛等方法实现了有载调压变压器的线性化建模，将复杂的非线性问题转化为线性问题，从而减小了传统求解过程所需要的运算量，降低计算成本，并且保证了模型的可行性和稳定性。
81、3、本技术实现了无功功率和电压的实时优化，可支撑分布式电源及电动汽车等新型源荷在配电网中的接入，有效地提升了配电网的安全性。
1.一种含分布式电源和电动汽车的配电网无功优化方法，具体包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述电动汽车模型包括：
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述分布式电源包括分布式发电设备dg和储能设备es；
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述无功功率和电压调节设备包括有载调压变压器oltc、电容器组cb和静止无功补偿器svc；
5.根据权利要求1～4中任一项所述的方法，其特征在于，所述配电网无功功率和电压优化模型包括目标函数与潮流约束：
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，对配电网无功功率和电压优化模型中的非线性和非凸项进行变量替换和二阶锥松弛处理，并对oltc模型中由变量替换引起的高阶离散变量进行线性化处理；用求解器求解处理后的配电网无功功率和电压优化模型，得到各类无功功率和电压调节设备的控制指令。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，
8.一种电子设备，其特征在于，包括：存储器和处理器；
9.一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中存储有计算机程序，所述计算机程序在电子设备上运行时，使得所述电子设备实现如权利要求1至7中任一项所述的方法。
10.一种计算机程序产品，包括计算机程序，其特征在于，所述计算机程序在电子设备上运行时，使得所述电子设备实现如权利要求1至7中任一项所述的方法。
