CN107316115A - 分布式电源不同渗透率下网架规划方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种分布式电源不同渗透率下网架规划方法，其主要分为上层规划、下层规划两部分，上层规划为经济规划，下层规划为分布式电源的出力规划，上层经济规划目标包括五部分，分别为网架投资费用、网络损耗费用、运行维护费用、向上级电网购电费用以及可再生能源的补贴费用，下层分布式电源的出力规划分为两部分，一是风能和光伏机组出力规划，二是通过主动管理的方式削弱分布式电源给配电网带来的影响，为了保证电网能够安全、可靠运行，在上层规划和下层规划中分别加入了安全性约束和可靠性约束，且在上层函数中另加入了渗透率约束，通过改变渗透率的值，实现在不同渗透率下的网架规划。由于风能发电和光伏发电对总花费的影响不同，固定总分布式电源的渗透率不变，通过改变不同比例的风能和光伏渗透率，实现对不同渗透率分布式电源二次优化，寻优到合适的风能、光伏比例。
Description
技术领域
本发明涉及一种含分布式电源的配电网网架规划方法，具体的是一种分布式电源不同渗透率下的配电网网架规划，其属于电力系统技术、电力电子技术、计算机技术等多学科交叉结合研究及教育教学的规划方法领域。
背景技术
配电网是电力网络中最接近用户的部分，对其进行科学的优化规划，可以保证电网改造的合理性和电网运行的安全性和经济性，提高配电网供电质量。配电网网架规划是根据规划期间负荷预测的结果和现有网络的基本状况，确定最优的系统建设方案，在满足负荷增长和安全可靠供应电能的前提下，使配电网网架的建设和运行费用最小。
传统的配电网是被动的配电网，其运行、控制和管理模式都是被动的。由大型发电厂生产的电力，流经输电网(高压)，通过配电网送到用户，所以中低压配电网可看为电力系统的“被动”负荷，因此传统配电网可以称之为被动配电网(PDN，passive distributionnetwork)。而随着科技的发展，越来越多的电动汽车和风力发电并入电网，由于其自身的波动性和随机性，传统的配电网网架规划方法已经不适合现在的配电网网络。
主动管理分布式电源的网架规划是一种智能规划方式，能够利用先进的自动化、通信和电力电子等新技术实现对接入配电网的分布式电源和其他设备进行主动管理。通过主动管理的方式，将削弱配电网中接入分布式电源对其的影响，调整结构参数使得配电网在稳定可靠的基础上尽可能多的接入分布式电源。
国内主动配电网规划主要是考虑分布式电源接入电网后的主动管理方式。是将分布式电源的选址和定容与配电网网架线路进行整体的协调，是配电网的全局优化控制。计及分布式电源的配电网规划的目标函数一般为：以有功网损最小为目标、以投资收益最大为目标、以独立发电商利益最大为目标、从环保的角度来说，以安装分布式电源的容量最大为目标、以单位用电量的综合经济最小及间歇性可再生能源年有效发电量最大为目标等。
目前来说国内对网架规划的目标还是从经济性来考虑。从环保的角度来说，对于分布式电源接入配电网的研究主要集中在建立使分布式电源接入容量最大优化的问题上，通过各种优化算法及智能算法来求解其接入配电网的最大接入容量、最佳接入位置。但对于分布式电源以最大接入容量接入配电网，能量渗透率是否会提高，经济性能否保证，均属于未知情况。而且评价配电网对分布式电源的接纳能力方面的研究较少。此外，在规划配电网网架中考虑不同渗透率下的分布式电源对配电网带来的影响的研究比较少，同时在此基础上，考虑风能光伏不同配比下对配电网网架规划的影响的研究更少。
发明内容
为了解决以上诸多问题，本发明提出了一种分布式电源不同渗透率下的配电网网架规划方法，其具有多输入、多变量、多目标、学科交叉性强的特点。
本发明的技术解决方案如下：一种分布式电源不同渗透率下网架规划方法，其特征在于，所述的分布式电源不同渗透率下网架规划方法主要分为上层规划、下层规划两部分，上层规划为经济规划，下层规划为分布式电源的出力规划，上层经济规划目标包括五部分，分别为网架投资费用、网络损耗费用、运行维护费用、向上级电网购电费用以及可再生能源的补贴费用，下层分布式电源的出力规划分为两部分，一是风能和光伏机组出力规划，二是通过主动管理的方式消弱分布式电源给配电网带来的影响，为了保证电网能够安全、可靠运行，在上层规划和下层规划中分别加入了安全性约束和可靠性约束，且在上层函数中另加入了渗透率约束，通过改变渗透率的值，实现在不同渗透率下的网架规划。由于风能发电和光伏发电对总花费的影响不同，固定总分布式电源的渗透率，通过改变不同比例的风能和光能渗透率，实现对不同渗透率分布式电源二次优化。
优先地，所述的分布式电源不同渗透率下网架规划方法，其特征在于，所述分布式电源不同渗透率下网架规划方法包括如下计算流程：
步骤一，用matlab导入实际节点坐标；
步骤二，构建风能，光伏出力模型；
步骤三，利用最小生成树生成初始网架；
步骤四，将初始网架转换为领接矩阵传递给下层；
步骤五，下层由领接矩阵算出各个节点结构参数；
步骤六，通过光伏和风能模型对风能和光伏出力进行随机抽样。
步骤七，由各个节点结构参数和风能、和抽样值算出各分布式电源的有功切除量最小值从而得到实际有功出力；
步骤八，根据分布式电源的出力来计算风能、光伏的渗透率；
步骤九，将下层算出的出力值带到上层算出总费用；
步骤十，将风能、光伏渗透率超过百分之二十的目标函数添加惩罚系数；
步骤十一，改变网架结构，转至步骤四，直至满足迭代次数；
步骤十二，比较得出最好的目标函数值，并画出对应的网架结构图。
步骤十三，将风电和光伏的渗透率百分之二十修改为百分之三十、百分之四十并重复步骤一到步骤十二；
步骤十四，比较渗透率百分之二十到百分之四十目标函数的值，得到最好的目标函数值对应的渗透率和网架结构；
步骤十五，由步骤十四得到的渗透率，改变风能和光伏出力渗透率比例，再次带入上层求取目标函数值，
步骤十六，通过比较步骤十四的目标函数值，找到最好渗透率下对应的风能和光伏的最佳占比，输出目标函数值和网架。
优先地，所述的分布式电源不同渗透率下网架规划方法，其特征在于，所述上层规划约束主要包括四个部分，分别是为了保证配电网的连通性，加入了连通性约束；为了保证系统可靠性，在出现故障后，使得系统内停电的负荷最小，加入了可靠性约束；为了假设线路方便且降低成本采用辐射网运行，所以加入了辐射网络运行约束；四是为了研究不同渗透率的影响所以加入了渗透率约束。
优先地，所述的分布式电源不同渗透率下网架规划方法，其特征在于，所述下层规划约束主要包括两个方面。一是安全性方面，主要有为了避免电压越限，线路功率越限，分别加入了电压约束和线路功率约束；二是器件本身的约束，主要包括变压器分接头约束，无功补偿器组的容量约束，分布式电源的出力约束；
优先地，所述的分布式电源不同渗透率下网架规划方法，其特征在于，对于上层规划采用了单亲遗传算法进行网架的重构，并在网架的重构中加入了闭环约束和孤岛约束，保证了重构后的网架的可用性，以总花费作为遗传算法的适应度函数，通过迭代寻优找到最好的一个目标函数值。
优先地，所述的分布式电源不同渗透率下网架规划方法，其特征在于，对于下层规划采用了内点法对分布式电源的出力进行优化，，使得出力切除量最小，尽可能多的提高分布式电源的利用率。
优先地，所述的分布式电源不同渗透率下网架规划方法，其特征在于，风力发电模型采用了Weibull分布，光伏发电模型采用了Beta分布。
优先地，所述的分布式电源不同渗透率下网架规划方法，其特征在于，通过调节变压器分接头，无功补偿值以及分布式电源的出力值来削弱分布式电源接入对配电网的电压影响。
本发明与一般的配电网网架规划方法相比，具有如下显著的特点：同时考虑到经济性和分布式电源出力两个方面。在总花费最小的前提下，保证了分布式电源的切除力最小。且考虑到分布式电源不同渗透率下带来的影响，找到适应当前配电网网架的分布式电源接入容量，考虑到风能和光伏发电费用的不同，我们通过改变风能和光伏的渗透率比例，寻优到最合适的风能和光伏发电机组容量。
附图说明
图1是上下层信息传递及约束图示意图。
图2是考虑不同渗透率下的含分布式电源的配电网网架规划的方法流程图。
图3是不考虑风能和光伏按最短距离生成的网架图。
图4按最优经济生成的33节点网架规划图。
具体实施方式
本发明的优选实施例，但不作为本发明的限制，优选实施例结合附图详述如下：
如图1所示，本发明考虑不同渗透率下含分布式电源的配电网网架规划上下层信息传递及约束如下：
所述的分布式电源不同渗透率下网架规划方法主要分为上层规划、下层规划两部分，上层规划为经济规划，下层规划为分布式电源的出力规划，上层经济规划目标包括五部分，分别为网架投资费用、网络损耗费用、运行维护费用、向上级电网购电费用以及可再生能源的补贴费用，下层分布式电源的出力规划分为两部分，一是风能和光伏机组出力规划，二是通过主动管理的方式削弱分布式电源给配电网带来的影响，为了保证电网能够安全、可靠运行，在上层中加入了连通性约束、辐射状网络约束、系统可靠性约束、为了实现不同渗透率下的网架规划，在上层中加入了渗透率约束。下层函数中加入节点功率平衡约束，支路功率约束、节点电压约束、分布式电源的出力约束、无功补偿器组约束以及便利器调节范围约束。上层将网架方案传递给下层，下层算出分布式电源的出力值返回给上层算出总花费。
如图2所示，本发明考虑不同渗透率下含分布式电源的配电网网架规划包括如下步骤的计算流程：
步骤一，用matlab导入实际节点坐标；
步骤二，构建风能，光伏出力模型；
步骤三，利用最小生成树生成初始网架；
步骤四，将初始网架转换为领接矩阵传递给下层；
步骤五，下层由领接矩阵算出各个节点结构参数；
步骤六，通过光伏和风能模型对风能和光伏出力进行随机抽样。
步骤七，由各个节点结构参数和风能、和抽样值算出各分布式电源的有功切除量最小值从而得到实际有功出力；
步骤八，根据分布式电源的出力来计算风能、光伏的渗透率；
步骤九，将下层算出的出力值带到上层算出总费用；
步骤十，将风能、光伏渗透率超过百分之二十的目标函数添加惩罚系数；
步骤十一，改变网架结构，转至步骤四，直至满足迭代次数；
步骤十二，比较得出最好的目标函数值，并画出对应的网架结构图。
步骤十三，将风电和光伏的渗透率百分之二十修改为百分之三十、百分之四十并重复步骤一到步骤十二；
步骤十四，比较渗透率百分之二十到百分之四十目标函数的值，得到最好的目标函数值对应的渗透率和网架结构；
步骤十五，由步骤十四得到的渗透率，改变风能和光伏出力渗透率比例，再次带入上层求取目标函数值，
步骤十六，通过比较步骤十四的目标函数值，找到最好渗透率下对应的风能和光伏的最佳占比，输出目标函数值和网架。
所述分布式电源不同渗透率下网架规划方法，其特征在于，所述上层规划约束主要包括四个部分，分别是为了保证配电网的连通性，加入了连通性约束；为了保证系统可靠性，在出现故障后，使得系统内停电的负荷最小，加入了可靠性约束；为了假设线路方便且降低成本采用辐射网运行，所以加入了辐射网络运行约束；四是为了研究不同渗透率的影响所以加入了渗透率约束。
所述分布式电源不同渗透率下网架规划方法，其特征在于，所述下层规划约束主要包括两个方面。一是安全性方面，主要有为了避免电压越限，线路功率越限，分别加入了电压约束和线路功率约束；二是器件本身的约束，主要包括变压器分接头约束，无功补偿器组的容量约束，分布式电源的出力约束；
所述分布式电源不同渗透率下网架规划方法，其特征在于，对于上层规划采用了单亲遗传算法进行网架的重构，并在网架的重构中加入了闭环约束和孤岛约束，保证了重构后的网架的可用性，以总花费作为遗传算法的适应度函数，通过迭代寻优找到最好的一个目标函数值。
所述分布式电源不同渗透率下网架规划方法，其特征在于，对于下层规划采用了内点法对分布式电源的出力进行优化，，使得出力切除量最小，尽可能多的提高分布式电源的利用率。
所述分布式电源不同渗透率下网架规划方法，其特征在于，风力发电模型采用了Weibull分布，光伏发电模型采用了Beta分布。
所述分布式电源不同渗透率下网架规划方法，其特征在于，通过调节变压器分接头，无功补偿值以及分布式电源的出力值来削弱分布式电源接入对配电网的电压影响。
如图3所示，不考虑风能和光伏的情况下的网架图，在此情况下网架的规划主要有区域的网架总路径的长短决定，图中所示为33节点配电网的以最短路径规划的网架。
如图4所示，考虑风能和光伏波动的情况下的33节点网架规划图，在此情况下网架规划主要有网架的总花费决定，包括分布式电源维修费用、网损费用等。
本发明最终完成一种分布式电源不同渗透率下网架规划的程序，包括经济优化和分布式电源的出力优化，在保证电能质量的基础上，实现了分布式电源的最大接入，同时对风能和光伏发电实现了经济的最优分配。
Claims (8)
1.分布式电源不同渗透率下网架规划方法，其特征在于，所述的分布式电源不同渗透率下网架规划方法主要分为上层规划、下层规划两部分，上层规划为经济规划，下层规划为分布式电源的出力规划，上层经济规划目标包括五部分，分别为网架投资费用、网络损耗费用、运行维护费用、向上级电网购电费用以及可再生能源的补贴费用，下层分布式电源的出力规划分为两部分，一是风能和光伏机组出力规划，二是通过主动管理的方式消弱分布式电源给配电网带来的影响，为了保证电网能够安全、可靠运行，在上层规划和下层规划中分别加入了安全性约束和可靠性约束，且在上层函数中另加入了渗透率约束，通过改变渗透率的值，实现在不同渗透率下的网架规划。由于风能发电和光伏发电对总花费的影响不同，固定总分布式电源的渗透率不变，通过改变不同比例的风能和光能渗透率，实现对不同渗透率分布式电源二次优化。
2.根据权利要求1所述的分布式电源不同渗透率下网架规划方法，其特征在于，所述考虑分布式电源不同渗透率下网架规划方法包括如下计算流程：
步骤一，用matlab导入实际节点坐标；
步骤二，构建风能，光伏出力模型；
步骤三，利用最小生成树生成初始网架；
步骤四，将初始网架转换为领接矩阵传递给下层；
步骤五，下层由领接矩阵算出各个节点结构参数；
步骤六，通过光伏和风能模型对风能和光伏出力进行随机抽样。
步骤七，由各个节点结构参数和风能、和抽样值算出各分布式电源的有功切除量最小值从而得到实际有功出力；
步骤八，根据分布式电源的出力来计算风能、光伏的渗透率；
步骤九，将下层算出的出力值带到上层算出总费用；
步骤十，将风能、光伏渗透率超过百分之二十的目标函数添加惩罚系数；
步骤十一，改变网架结构，转至步骤四，直至满足迭代次数；
步骤十二，比较得出最好的目标函数值，并画出对应的网架结构图。
步骤十三，将风电和光伏的渗透率百分之二十修改为百分之三十、百分之四十并重复步骤一到步骤十二；
步骤十四，比较渗透率百分之二十到百分之四十目标函数的值，得到最好的目标函数值对应的渗透率和网架结构；
步骤十五，由步骤十四得到的渗透率，改变风能和光伏渗透率比例，再次带入上层求取目标函数值，
步骤十六，通过比较步骤十四的目标函数值，找到最好渗透率下对应的风能和光伏的最佳比例，输出目标函数值和网架。
3.根据权利要求1所述的分布式电源不同渗透率下网架规划方法，其特征在于，所述上层规划约束主要包括四个部分，分别是为了保证配电网的连通性，加入了连通性约束；为了保证系统可靠性，在出现故障后，使得系统内停电的负荷最小，加入了可靠性约束；为了假设线路方便且降低成本采用辐射网运行，所以加入了辐射网络运行约束；四是为了研究不同渗透率的影响所以加入了渗透率约束。
4.根据权利要求1所述的分布式电源不同渗透率下网架规划方法，其特征在于，所述下层规划约束主要包括两个方面。一是安全性方面，主要有为了避免电压越限，线路功率越限，分别加入了电压约束和线路功率约束；二是器件本身的约束，主要包括变压器分接头约束，无功补偿器组的容量约束，分布式电源的出力约束。
5.根据权利要求1所述的分布式电源不同渗透率下网架规划方法，其特征在于，对于上层规划采用了单亲遗传算法进行网架的重构，并在网架的重构中加入了闭环约束和孤岛约束，保证了重构后的网架的可用性，以总花费作为遗传算法的适应度函数，通过迭代寻优找到最好的一个目标函数值。
6.根据权利要求1所述的分布式电源不同渗透率下网架规划方法，其特征在于，对于下层规划采用了内点法对分布式电源的出力进行优化，使得出力切除量最小，尽可能多的提高分布式电源的利用率。
7.根据权利要求1所述的分布式电源不同渗透率下网架规划方法，其特征在于，风力发电模型采用了Weibull分布，光伏发电模型采用了Beta分布。
8.根据权利要求1所述的分布式电源不同渗透率下网架规划方法，其特征在于，通过调节变压器分接头，无功补偿值以及分布式电源的出力值来消弱分布式电源接入对配电网的电压影响。
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