CN104866924A - 主动配电网规划及运行联合优化方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种主动配电网规划及运行联合优化方法，包括以下步骤：根据备选规划方案列出决策变量；根据规划目标列出目标函数，含有规划期投资建设成本、运行维护成本、交易电能的成本和供电可靠性指标；列出规划约束项；列出运行约束项；根据目标函数与约束条件生成主动配电网规划及运行联合优化模型；对优化模型进行计算，以得到最优决策。该优化方法通过主动配电网规划及运行联合优化模型对决策变量进行优化，从而确定含储能的配电网的最优建设方案，提高电网中储能系统、线路的资产利用率。

Description

主动配电网规划及运行联合优化方法

技术领域

本发明涉及电网技术领域，特别涉及一种主动配电网规划及运行联合优化方法。

背景技术

配电网扩展规划是电力系统规划的一个重要研究领域。近年来，在2006年由CIGRE提出的ADN(Active Distribution Network，主动配电网)概念成为了众多电力规划领域学者的关注重点。ADN的一个重要特点是集成控制系统对于多种形式的DER(DistributedEnergy Resources，分布式能源)进行控制，例如DG(Distributed Generation，分布式发电)、CL(Controllable Load，可控负荷)和ESS(Energy Storage System，储能系统)。显而易见，DER的集成会对传统配电网扩展规划产生很大的影响。

传统的配电网规划主要可划分为：变电站规划、网架规划、变电站–网架联合规划、多阶段规划模型。其中，部分学者研究了含有DG的配电网规划的问题。

除DG外，ESS的集成也是一个重要的议题。例如相关文献中研究的一个含有分布式风电及日负荷曲线的地区配电网当中的变电站扩容规划问题，由ESS带来的延缓变电站扩容的益处得到了充分的体现，但是变电站扩容规划显然仅是配电网规划问题的一个子集。例如相关文献中一个计及线损和ESS作用的输电网规划问题，但是配电网规划与输电网规划显然有众多不同之处。例如相关文献中提出了一种含DG和ESS的联合选址定容规划方法，但是其中并未考虑ESS的日前经济调度。例如CIGRE技术委员会的成员提出的几种ADN规划问题的方法和相关文献中提出并验证的一种新型中压配电网规划方法和相应的计算软件工具，采用动态规划技术，但是其中并未探讨可变电价的作用。

值得注意的是，在LMP(Location Marginal Price，节点边际电价)市场影响下的ESS经济调度问题在上述文献所提及的规划方法中并未考虑，而ESS的日前经济调度问题实际上从属于电力市场和调度的研究领域，而非配电网规划领域。例如相关文献中探讨的集中式ESS和分布式ESS条件下的日前经济调度问题，其中，分布式ESS假设为负荷节点处自主管理，根据LMP曲线最大化自身利益。然而，上述文献主要研究解决的是电力市场的分层体制及集中式ESS、分布式ESS的应用对比，并不涉及配电网规划的相关问题。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决上述相关技术中的技术问题之一。

为此，本发明的目的在于提出一种主动配电网规划及运行联合优化方法，该优化方法能提高电网中储能系统、线路的资产利用率，并且简单方便。

为达到上述目的，本发明实施例提出了一种主动配电网规划及运行联合优化方法，包括以下步骤：根据备选规划方案列出决策变量；根据规划目标和所述决策变量列出目标函数，所述目标函数含有规划期投资建设成本、运行维护成本、交易电能的成本和供电可靠性指标；分别列出规划约束项和运行约束项，其中，所述规划约束项包括功率平衡与变电站出力约束、节点电压计算及约束、线路传输功率约束、建设逻辑约束和网络拓扑结构约束，所述运行约束项包括：新增网络拓扑结构约束和储能的规划及运行约束；根据所述目标函数、所述决策变量、所述规划约束项和所述运行约束项生成主动配电网规划及运行联合优化模型；对所述优化模型进行计算，以得到最优决策。

根据本发明实施例提出的主动配电网规划及运行联合优化方法，通过列出目标函数、决策变量、规划约束项和运行约束项，从而生成动配电网规划及运行联合优化模型，以得到最优决策，通过优化模型对决策变量进行优化，充分考虑了主动配电网长期的投资成本和短期的运行经济性，最大程度上提高电网中储能系统、线路的资产利用率。

另外，根据本发明上述实施例的主动配电网规划及运行联合优化方法还可以具有如下附加的技术特征：

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述新增网络拓扑结构约束包括环状供电结构消除约束和变电站相连消除约束。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述目标函数为：

$\begin{array}{cc}\min & \underset{t}{\mathrm{\Σ}}\frac{1}{{(1+t)}^{t-1}}({\mathrm{CINV}}_t+{\mathrm{CM}}_t+{\mathrm{CPT}}_t+\mathrm{VOLL}\×\mathrm{\Σ}{r}_t),\end{array}$

其中，CINV_t为所述规划期投资建设成本、CM_t为所述运行维护成本、CPT_t为所述交易电能的成本、VOLL为所述供电可靠性指标、i为利息贴现率，t为规划期的下标，r为断供负荷量。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述主动配电网规划及运行联合优化模型可以通过自行编程建模进行计算。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述主动配电网规划及运行联合优化模型可以通过数学规划建模工具包进行建模，并利用优化软件进行计算。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为根据本发明实施例的主动配电网规划及运行联合优化方法的流程图；

图2为根据本发明一个实施例的含储能的ADN规划-运行联合优化模型的结构示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

下面参照附图描述根据本发明实施例提出的主动配电网规划及运行联合优化方法。参照图1所示，该优化方法包括以下步骤：

S101，根据备选规划方案列出决策变量。其中，决策变量可以包括规划建设决策变量和运行决策变量。规划建设决策变量可以包括替换改造、新建线路的选型方案对应决策变量，新建ESS的选型及选址方案对应决策变量、变电站扩容改造变压器选型方案对应决策变量等。运行决策变量可以包括规划期内各个典型日中，各线路是否处于闭合状态对应的变量，ESS日前调度充放电策略对应变量等。

具体地，参照图2所示，基于传统的多阶段配电网扩展规划模型，从配电网公司的角度出发，图2为含储能的ADN规划-运行联合优化模型，即主动配电网规划及运行联合优化模型。在该模型中，决策变量被划分为两组：

(1)规划决策变量，包括在配网中替换改造线路新建线路变电站扩容新建

(2)运行策略变量，包括：

a)每个规划期内有一组形成不同典型日下最优网络拓扑结构的线路运行标志位(y_s,t)；

b)在特定典型日负荷场景s、不同时刻h下满足负荷平衡的变电站输出功率和与ESS相关的充电功率放电功率储能水平

其中，在规划决策方面，以图中纵坐标t轴展开，规划决策变量按不同规划阶段进行划分，决定ADN在不同规划期的最优投建策略。在运行策略方面，在每个规划期内，根据预测获得多个典型日负荷场景，以图中横坐标s轴展开，负荷需求在多个典型日场景中发生变化。基于每个典型日场景下的分时负荷数据，网络拓扑结构、变电站输出功率以及ESS的充放电策略同时得到优化。综上所述，ADN的规划决策和运行策略在整个模型中得到联合优化。

S102，根据规划目标和决策变量列出目标函数，目标函数含有规划期投资建设成本、运行维护成本、交易电能的成本和供电可靠性指标。

进一步地，在本发明的一个实施例中，目标函数为：

$\begin{array}{cc}\min & \underset{t}{\mathrm{\Σ}}\frac{1}{{(1+t)}^{t-1}}({\mathrm{CINV}}_t+{\mathrm{CM}}_t+{\mathrm{CPT}}_t+\mathrm{VOLL}\×\mathrm{\Σ}{r}_t),\end{array}$

其中，CINV_t为规划期投资建设成本、CM_t为运行维护成本、CPT_t为交易电能的成本、VOLL为断供负荷成本系数、i为利息贴现率，t为规划期的下标，r为断供负荷量。

具体地，本发明实施例的联合优化模型的主要目标是从配网公司角度出发使配电网在多阶段中的建设和运行综合成本最小。因此，目标函数对应地需要从多个维度衡量ADN的投资和运行成本。

将该目标函数划分为以下四个部分：

(1)规划期投资建设成本CINV_t

包括替换改造线路、新建线路、变电站扩容、新建ESS的成本；

(2)ADN的运行维护成本CM_t

由配电线路、ESS的可用性决定，也就是说，如果配电线路、ESS处于运行状态，则相应的维护成本需计及。

(3)交易电能的成本CPT_t

该部分成本主要由从输电网购电的成本组成，通过预测的典型日负荷场景计算结果折算得出，并且受ADN中ESS充放电调度的影响。若ADN处于节点分时电价的电力市场环境下，则其交易电能成本会因ESS的作用发生变动，并由此使ADN的运行经济性受益。

(4)ADN的供电可靠性指标——VOLL(value of lost load，丢失负荷成本)

即每个负荷节点无法供给的负荷量。需要指出的是，在建模计算时VOLL的单位成本被设为一个很高的数值以避免ADN的运行中切负荷的现象的发生。而一旦出现该项成本，则应调整规划建设方案重新进行规划。

由此生成下列目标函数：

$\begin{array}{cc}\min & \underset{t}{\mathrm{\Σ}}\frac{1}{{(1+t)}^{t-1}}({\mathrm{CINV}}_t+{\mathrm{CM}}_t+{\mathrm{CPT}}_t+\mathrm{VOLL}\×\mathrm{\Σ}{r}_t),\end{array}$

其中，

$\begin{array}{c}{\mathrm{CINV}}_t=\underset{j\∈\mathrm{RL}}{\mathrm{\Σ}}\underset{J\∈{\mathrm{CRL}}_j}{\mathrm{\Σ}}{\mathrm{CR}}_j^J{x}_{j,t}^{R,J}+\underset{k\∈\mathrm{AL}}{\mathrm{\Σ}}\underset{K\∈{\mathrm{CAL}}_k}{\mathrm{\Σ}}{\mathrm{CA}}_k^K{x}_{k,t}^{A,K}\\ +\underset{n\∈\mathrm{SN}}{\mathrm{\Σ}}\underset{N\∈{\mathrm{CSUB}}_n}{\mathrm{\Σ}}{\mathrm{CS}}_n^N{x}_{n,t}^{\mathrm{SUB},N}+\underset{n\∈\mathrm{DEN}}{\mathrm{\Σ}}\underset{M\∈{\mathrm{CES}}_n}{\mathrm{\Σ}}{\mathrm{CE}}_n^M{x}_{n,t}^{\mathrm{ESS},M}\end{array},$

$\begin{array}{c}{\mathrm{CM}}_t=\underset{e\∈\mathrm{EL}}{\mathrm{\Σ}}{\mathrm{OE}}_e{y}_{e,t}^E+\underset{k\∈\mathrm{AL}}{\mathrm{\Σ}}\underset{K\∈{\mathrm{CAL}}_k}{\mathrm{\Σ}}{\mathrm{OA}}_k^K{y}_{k,t}^{A,K}+\underset{j\∈\mathrm{RL}}{\mathrm{\Σ}}({\mathrm{OR}}_j^0{y}_{j,t}^{R,0}+\underset{J\∈{\mathrm{CRL}}_j}{\mathrm{\Σ}}{\mathrm{OR}}_j^J{y}_{j,t}^{R,J})\\ +\underset{n\∈\mathrm{SN}}{\mathrm{\Σ}}\underset{N\∈{\mathrm{CSUB}}_n}{\mathrm{\Σ}}{\mathrm{OSUB}}_n^N{x}_{n,t}^{\mathrm{SUB},N}+\underset{n\∈\mathrm{DEN}}{\mathrm{\Σ}}\underset{M\∈{\mathrm{CES}}_n}{\mathrm{\Σ}}{\mathrm{OESS}}_n^M{y}_{n,t}^{\mathrm{ESS},M}\end{array},$

${\mathrm{CPT}}_t=\underset{s}{\mathrm{\Σ}}{\mathrm{SC}}_s\underset{h}{\mathrm{\Σ}}{\mathrm{PR}}_h^{\mathrm{SUB}}\underset{n\∈\mathrm{SN}}{\mathrm{\Σ}}{g}_{s,h,t}^{\mathrm{SUB},n}.$

S103，分别列出规划约束项和运行约束项，其中，规划约束项包括功率平衡与变电站出力约束、节点电压计算及约束、线路传输功率约束、建设逻辑约束和网络拓扑结构约束，运行约束项包括：新增网络拓扑结构约束和储能的规划及运行约束。

具体地，配电网扩展规划中的常规约束可以概括为以下几个方面：

(1)基于基尔霍夫定律的功率平衡与变电站出力约束：

$S^E{f}_{s,h,t}^E+S^R{f}_{s,h,t}^R+S^A{f}_{s,h,t}^A+r_{s,h,t}+g_{s,h,t}^{\mathrm{SUB}}=d_{s,h,t}+C_{s,h,t}-D_{s,h,t},$

$0\≤g_{n,s,h,t}^{\mathrm{SUB}}\≤g_{n,\max }^{\mathrm{SUB},0}+\underset{N\∈{\mathrm{CSUB}}_n}{\mathrm{\Σ}}{s}_{n,t}^{\mathrm{SUB},N}{g}_{n,\max }^{\mathrm{SUB},N},\∀n\∈\mathrm{SN},$

$0\≤r_{s,h,t}^n\≤d_{s,h,t}^n,\∀n\∈\mathrm{LN},$

在公式中，所有类型的支路的电流(f^E,f^R,f^A)和负荷节点注入电流(负荷电流d，ESS的充放电电流C和D，变电站节点的注入电流(g^SUB)共同形成功率平衡。其中，未供给的负荷量r也被计入。需要注意的是，由公式展示的功率平衡方程在任意规划段t、任意典型日场景s、任意时间点h都是成立的。

(2)基于基尔霍夫定律的节点电压计算及约束：

$\begin{array}{c}|Z_j^{R,0}{f}_{j,s,h,t}^R+{\left[S^R\right]}_{\mathrm{rowj}}^T{V}_{s,h,t}|\≤M(1-y_{j,t}^{R,0})\\ \∀j\∈\mathrm{RL}\end{array},$

$\begin{array}{c}|Z_j^{R,J}{f}_{j,s,h,t}^R+{\left[S^R\right]}_{\mathrm{rowj}}^T{V}_{s,h,t}|\≤M(1-y_{j,t}^{R,J})\\ \∀j\∈\mathrm{RL},J\∈{\mathrm{CRL}}_j\end{array},$

$\begin{array}{c}|Z_k^{A,K}{f}_{k,s,h,t}^A+{\left[S^A\right]}_{\mathrm{rowj}}^T{V}_{s,h,t}|\≤M(1-y_{k,t}^{A,K})\\ \∀k\∈\mathrm{AL},K\∈{\mathrm{CAL}}_k\end{array},$

$|Z_e^E{f}_{e,s,h,t}^E+{\left[S^E\right]}_{\mathrm{rowe}}^T{V}_{s,h,t}|=0,\∀e\∈\mathrm{EL},$

V_min≤V_l,t≤V_max，

式中：Z、f分别为对应类型线路的阻抗值和电流；S为节支关联矩阵；上标T表明转置；下标rowj表明为第j列；V是节点电压列向量。其中，M是一个足够大的正数，使不等式组在y＝0的时候松弛；当y＝1时，意味着这条线路处于运行状态，则约束收紧，计算相应的节点电压。

(3)线路传输功率限制：

$\begin{array}{c}\left|f_{j,s,h,t}^R\right|\≤y_{j,s,t}^{R,0}{f}_{j,\max }^{R,0}+\underset{J\∈{\mathrm{CRL}}_j}{\mathrm{\Σ}}{y}_{j,s,t}^{R,J}{f}_{j,\max }^{R,J}\\ \∀j\∈\mathrm{RL}\end{array},$

$\left|f_{k,s,h,t}^A\right|\≤\underset{K\∈{\mathrm{CAL}}_k}{\mathrm{\Σ}}{y}_{k,s,t}^{A,K}{f}_{k,\max }^{A,K},\∀k\∈\mathrm{AL},$

$\left|f_{e,s,h,t}^E\right|\≤y_{e,s,t}^E{f}_{e,\max }^E,\∀e\∈\mathrm{EL},$

显见，在任意规划段t、任意典型日场景s、任意时间点h，当线路运行(y＝1)时，各类线路电流f应当小于相应线路传输电流上限f_max；线路不运行(y＝0)时，线路电流f应等于0。

(4)建设逻辑约束：

建设逻辑约束包括以下几个方面：

1)所有规划期内不允许重复建设，即一条线路上只能进行一次线路替换或新建改造，一个负荷节点只能进行一种ESS规划方案的建设，故决策变量之和小于等于1：

$\underset{J\∈{\mathrm{CRL}}_j}{\mathrm{\Σ}}{x}_{j,t}^{R,J}\≤1,\∀j\∈\mathrm{RL},$

$\underset{K\∈{\mathrm{CAL}}_k}{\mathrm{\Σ}}{x}_{k,t}^{A,K}\≤1,\∀k\∈\mathrm{AL},$

$\underset{N\∈{\mathrm{CES}}_n}{\mathrm{\Σ}}{x}_{n,t}^{\mathrm{ESS},N}\≤1,\∀n\∈\mathrm{DEN};$

2)支路或ESS只有在建设之后才可用：

$y_{j,s,t}^{R,J}\≤x_{j,t}^{R,J},\∀j\∈\mathrm{RL},J\∈{\mathrm{CRL}}_j,$

$y_{j,s,t}^{R,0}\≤1-\underset{J\∈{\mathrm{CRL}}_j}{\mathrm{\Σ}}{x}_{j,t}^{R,J},\∀j\∈\mathrm{RL},$

$y_{k,s,t}^{A,K}\≤x_{k,t}^{A,K},\∀k\∈\mathrm{AL},K\∈{\mathrm{CAL}}_k,$

$y_{n,t}^{\mathrm{ESS},N}\≤x_{n,t}^{\mathrm{ESS},N},\∀n\∈\mathrm{DEN},N\∈{\mathrm{CESS}}_n.$

(5)网络拓扑结构约束：

网络拓扑结构约束一方面可以使ADN规划模型生成的网络结构遵循配电网开环运行等基本原则，另一方面可削减解空间，加快求解速度。该类约束包括新路径(New-path)约束、围栏(Fencing)约束等。

其中，在本发明的一个实施例中，新增网络拓扑结构约束包括环状供电结构消除约束和变电站相连消除约束。

具体地，新增网络拓扑结构约束：

在中压配电网中，配电线路一般采取“合环建设、开环运行”的原则，因此，规划得出的方案中应有相应约束避免出现环状供电结构和变电站节点通过馈线直接相连的情况。由此，形成下列两个约束集：

(1)环状供电结构消除约束。

规划结果中可能出现环状供电结构。当规划结果中出现相应结构时，将环状供电结构中所含支路集LL记录，在模型中添加下列约束：

$\underset{e\∈\mathrm{LL}}{\mathrm{\Σ}}{y}_{e,s,t}^E+\underset{k\∈\mathrm{LL}}{\mathrm{\Σ}}\underset{K\∈{\mathrm{CAL}}_k}{\mathrm{\Σ}}{y}_{k,s,t}^{A,K}+\underset{j\∈\mathrm{LL}}{\mathrm{\Σ}}(y_{j,s,t}^{R,0}+\underset{J\∈{\mathrm{CRL}}_j}{\mathrm{\Σ}}{y}_{j,s,t}^{R,J})\≤N_{\mathrm{LL}}-1,\∀\mathrm{LL},$

重新进行规划计算，直到规划结果中不再出现环状供电结构。式中，N_LL为支路集LL中所含支路总数。

(2)变电站相连消除约束。

通过图论中的深度优先搜索算法，可以形成到可将变电站两两之间相连的支路集SCL的集合，然后形成下列约束：

$\underset{e\∈\mathrm{SCL}}{\mathrm{\Σ}}{y}_{e,s,t}^E+\underset{k\∈\mathrm{SL}}{\mathrm{\Σ}}\underset{K\∈{\mathrm{CAL}}_k}{\mathrm{\Σ}}{y}_{k,s,t}^{A,K}+\underset{j\∈\mathrm{SCL}}{\mathrm{\Σ}}(y_{j,s,t}^{R,0}+\underset{J\∈{\mathrm{CRL}}_j}{\mathrm{\Σ}}{y}_{j,s,t}^{R,J})\≤N_{\mathrm{SCL}}-1,\∀\mathrm{SCL}.$

进一步地，储能的规划及运行约束：

考虑到ESS在日前调度中的充电和放电规律，列出以下约束：

$E_{n,h+1,s,t}=E_{n,h,s,t}+({\mathrm{\η}}_n^C{C}_{n,h,s,t}-\frac{1}{{\mathrm{\η}}_n^D}{D}_{n,h,s,t}),$

$\underset{M\∈{\mathrm{CESS}}_n}{\mathrm{\Σ}}{y}_{n,t}^{\mathrm{ESS},M}{E}_{n,\min }^M\≤E_{n,h,s,t}\≤\underset{M\∈{\mathrm{CESS}}_n}{\mathrm{\Σ}}{y}_{n,t}^{\mathrm{ESS},M}{E}_{n,\max }^M,$

E_n,h,s,t＝E_n,0  h＝1,24，

$D_{n,h,s,t}\≤\underset{M\∈{\mathrm{CESS}}_n}{\mathrm{\Σ}}{y}_{n,t}^{\mathrm{ESS},M}{D}_{n,\max }^M,$

$C_{n,h,s,t}\≤\underset{M\∈{\mathrm{CESS}}_n}{\mathrm{\Σ}}{y}_{n,t}^{\mathrm{ESS},M}{C}_{n,\max }^M,$

其中，第一个公式为ESS的充放电功率平衡方程，由充电电流、放电电流和储存的电能计算得出；第二个公式代表存储电能上限约束；第三个公式为ESS日调度的初值要求；第四和第五公式代表ESS的充放电功率限制。

S104，根据目标函数、决策变量、规划约束项和运行约束项生成主动配电网规划及运行联合优化模型。

S105，对优化模型进行计算，以得到最优决策。

在本发明的一个实施例中，主动配电网规划及运行联合优化模型可以通过自行编程建模进行计算。

进一步地，在本发明的领一个实施例中，主动配电网规划及运行联合优化模型可以通过数学规划建模工具包如yalmip进行建模，并利用优化软件如GUROBI、cplex等进行计算。

需要说明的是，在本发明的实施例中，变量定义如下：

上下标：t表示规划期的下标；s表示典型日场景的下标；h表示典型日场景内时刻的下标；e表示已有的确定不变的线路；j表示待扩容改造的线路；J表示待扩容改造线路的选型；k表示待新建的线路；K表示待新建的线路的选型；n表示网络中的节点；N表示扩容变电站的选型；M表示建设ESS的选型；sub表示变电站节点。

集合：EL/RL/AL表示已有的确定不变的线路/待扩容改造的线路/待新建的线路的集合；DEN表示考虑新建ESS的节点的集合；SN/LN表示变电站/负荷节点的集合；CRL表示待扩容改造的线路的备选方案集合；CAL表示待新建线路的备选方案集合；CSUB/CES表示扩容变电站/新建ESS的备选方案的集合；LL/SCL表示形成环状供电结构/变电站相连的线路集合。

参数：CR/CA表示进行线路扩容改造/新建线路的成本；CE/CS表示扩容变电站/新建ESS的成本；OE/OR/OA表示已有确定不变线路/改造后线路/新建线路的运维成本；OSUB/OESS表示变电站/ESS的运维成本；PR表示从输电网购电价格；SC表示典型日-规划期购电成本换算系数；VOLL表示未供负荷的成本系数；i表示利息贴现率；S^E/S^A/S^R表示已有确定不变线路/改造后线路/新建线路的节支关联矩阵；d表示负荷需求；f_max表示线路载流量上限；g_max表示变电站功率上限；Node表示节点集的节点总数；η表示ESS充/放电效率；E_min/E_max/E₀表示ESS存储电量上限/下限/初值；C_max/D_max表示ESS充/放电功率上限。

变量：CINV/CM/CPT表示配网公司投资建设/运行维护/购电成本；x表示投资决策变量(0-1变量)；y表示线路运行标志位(0-1变量)；f表示支路电流；V表示节点电压；r表示断供负荷量；g表示变电站功率(电流量)；C/D/E表示ESS充电/放电功率/存储电量。

根据本发明实施例提出的主动配电网规划及运行联合优化方法，通过列出目标函数、决策变量、规划约束项和运行约束项，从而生成动配电网规划及运行联合优化模型，以得到最优决策，通过优化模型对决策变量进行优化，充分考虑了主动配电网长期的投资成本和短期的运行经济性，最大程度上提高电网中储能系统、线路的资产利用率。

流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本发明的实施例所属技术领域的技术人员所理解。

在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行系统、装置或设备(如基于计算机的系统、包括处理器的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统)使用，或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。就本说明书而言，"计算机可读介质"可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用的装置。计算机可读介质的更具体的示例(非穷尽性列表)包括以下：具有一个或多个布线的电连接部(电子装置)，便携式计算机盘盒(磁装置)，随机存取存储器(RAM)，只读存储器(ROM)，可擦除可编辑只读存储器(EPROM或闪速存储器)，光纤装置，以及便携式光盘只读存储器(CDROM)。另外，计算机可读介质甚至可以是可在其上打印所述程序的纸或其他合适的介质，因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得所述程序，然后将其存储在计算机存储器中。

应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。

本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。

此外，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模块中，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模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。

上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (5)

1.一种主动配电网规划及运行联合优化方法，其特征在于，包括以下步骤：

根据备选规划方案列出决策变量；

根据规划目标和所述决策变量列出目标函数，所述目标函数含有规划期投资建设成本、运行维护成本、交易电能的成本和供电可靠性指标；

分别列出规划约束项和运行约束项，其中，所述规划约束项包括功率平衡与变电站出力约束、节点电压计算及约束、线路传输功率约束、建设逻辑约束和网络拓扑结构约束，所述运行约束项包括：新增网络拓扑结构约束和储能的规划及运行约束；

根据所述目标函数、所述决策变量、所述规划约束项和所述运行约束项生成主动配电网规划及运行联合优化模型；以及

对所述优化模型进行计算，以得到最优决策。

2.根据权利要求1所述的主动配电网规划及运行联合优化方法，其特征在于，所述新增网络拓扑结构约束包括环状供电结构消除约束和变电站相连消除约束。

3.根据权利要求1所述的主动配电网规划及运行联合优化方法，其特征在于，所述目标函数为：

$\begin{array}{cc}\min & \underset{t}{\mathrm{\Σ}}\frac{1}{{(1+i)}^{t-1}}({\mathrm{CINV}}_t+{\mathrm{CM}}_t+{\mathrm{CPT}}_t+\mathrm{VOLL}\×\mathrm{\Σ}{r}_t),\end{array}$

其中，CINV_t为所述规划期投资建设成本、CM_t为所述运行维护成本、CPT_t为所述交易电能的成本、VOLL为所述供电可靠性指标、i为利息贴现率，t为规划期的下标，r为断供负荷量。

4.根据权利要求3所述的主动配电网规划及运行联合优化方法，其特征在于，所述主动配电网规划及运行联合优化模型通过自行编程建模进行计算。

5.根据权利要求3所述的主动配电网规划及运行联合优化方法，其特征在于，所述主动配电网规划及运行联合优化模型通过数学规划建模工具包进行建模，并利用优化软件进行计算。