CN108988316B - 一种交直流混合配电系统网架结构优化配置方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种交直流混合配电系统网架结构优化配置方法，包括S1、构建交直流混合系统网架结构双层优化模型；S2、构建交、直流负荷需求、充电桩充电需求、分布式光伏、风机出力的概率模型；S3、生成可行网架结构配置方案；S4、设置电力电子变压器基准运行模式；S5、采用蒙特卡罗法模拟、生成运行场景下的最优潮流子优化问题，直至满足蒙特卡洛法模拟的停止条件；S6、根据当前子优化终止条件，若满足，则进入步骤S7，若不满足，则修改电力电子变压器端口控制模式，并返回步骤S5；S7、计算当前方案的投资建设与运行的总费用以检验主优化目标，若满足目标要求，则输出描述矩阵，若不满足，则更新网架配置方案，并返回步骤S4。
Description
技术领域
本发明属于电力系统规划及投资决策优化的技术领域，具体涉及一种交直流混合配电系统网架结构优化配置方法。
背景技术
近年来，快速增长的可再生能源、储能系统以及电动汽车等新型负荷增加了配电网对智能能源管理的需求：一方面，越来越多的分布式可再生能源(Distributed EnergyResource,DER)开始通过配网或微网的形式接入系统；另一方面，主动响应式负荷以及电动汽车等具有强用户交互性的新元素也不断接入配网，传统的交流配电系统由于拓扑结构以及控制手段的限制，无法对分布式电源出力与负荷的变化进行快速的跟踪响应，也不能对网络潮流分布进行精准连续的调节，很难满足源荷双端强不确定性条件下对配电系统灵活、快速、连续、精准的功率电压调控要求。
引入电力电子变压器构建交直流混合配电系统是接纳大量分布式可再生能源以及新型负荷的重要方案，电力电子变压器(Power Electronic Transformer，PET)能够实现对其各端口传输功率与电压的独立、快速、准确控制，集成控制系统与信息系统后可作为能量路由装置；直流系统不存在功角稳定问题以及无功问题，无需跟踪频率与电压相角变化，更适合电力电子装置发挥其快速的响应以及精准解耦控制等特性以应对分布式电源快速频繁的出力波动。因此，含电力电子变压器的交直流混合配电系统在积极消纳新能源、提高能量管理水平等方面优势明显，但是，电力电子装置的应用以及大量分布式可再生能源的大量接入将改变系统特性，这种新格局下如何架构交直流混合系统结构以提高系统整体性能，是规划层面目前亟需解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术中的上述不足，提供一种交直流混合配电系统网架结构优化配置方法，以解决现有电力电子装置的应用以及大量分布式可再生能源的大量接入将改变系统特性的问题。
为达到上述目的，本发明采取的技术方案是：
一种交直流混合配电系统网架结构优化配置方法，其包括：
S1、构建包含有电力电子变压器稳态模型的交直流混合系统网架结构双层优化模型；
S2、根据配电系统历史数据构建交、直流负荷需求、充电桩充电需求、分布式光伏、风机出力的概率模型；
S3、根据输入系统的参数矩阵生成可行网架结构配置方案；
S4、初始化网架结构配置描述矩阵并设置电力电子变压器基准运行模式；
S5、采用蒙特卡罗法模拟配电系统负荷和分布式电源出力，生成当前方案下的运行场景并求解各个运行场景下的最优潮流子优化问题，直至满足蒙特卡洛法模拟的停止条件；
S6、根据当前配置方案随机风险指数检验子优化终止条件，若满足条件，则进入步骤S7，若不满足条件，则修改电力电子变压器端口控制模式，并返回步骤S5；
S7、计算当前方案的投资建设与运行的总费用以检验主优化目标，若满足目标要求，则输出对应网架配置的描述矩阵，若不满足目标要求，则更新网架配置方案，并返回步骤S4。
优选地，交直流混合系统网架结构包括三个二进制矩阵(W，U和D)描述：
节点类型向量W(Nbⅹ1)：用于描述混合配网中每个节点的交直流类型，如果节点n是交流节点，W(n)＝0，如果节点n是直流节点，则W(n)＝1；
节点连接关系矩阵U(NbⅹNb)：用于描述混合配网中节点间的连接关系，如果节点n和节点m之间没有连接，U(n，m)＝0，如果节点n和节点m之间有连接，则U(n，m)＝1；
线路类型矩阵D(NbⅹNb)：用于描述混合配网中每条支路的交直流类型，如果节点n和节点m之间的支路是交流支路，D(n，m)＝0，如果节点n和节点m之间的支路是直流支路，则D(n，m)＝1；
其中，Nb为配电网中的节点数，负荷、电源以及电力电子变压器端口以及普通换流器均视为节点。
优选地，电力电子变压器稳态模型为：
其中，
和
分别为电力电子变压器交流端口k处的注入有功和注入无功功率，
为交流端口k的端口侧交流节点电压幅值，
为交流端口k的网络侧交流节点的电压幅值，δk为该交流端口转换器端口侧节点电压滞后网络侧节点电压的相角，
为交流端口功率损耗的等效导纳，
为交流端口并联无功损耗的等效电纳，Ek为该交流端口AC-DC转换器直流侧电压，Ik为AC-DC转换器直流侧电流，
为交流端口与电力电子变压器的交换功率，wk为等效综合电压控制系数，它的具体数值与直流侧的电压利用效率和整流器的调制度有关，
为直流端口二次侧直流电压，
为直流端口所连网络注入直流端口的功率，Idck为直流端口DC-DC转换器二次侧电流，
为直流端口转换器一次侧与电力电子变压器的交换功率，Edck为直流端口转换器一次侧直流电压，
为直流端口转换器一次侧直流电流，t为DC-DC转换器一二次侧直流电压变比，rt为直流端口功率损耗等效电阻，ΔPloss表示电力电子变压器内部静态损耗。
优选地，双层优化模型上层主优化问题以总现值成本最小为目标，其目标函数为：
minfmain＝PCV＝IC+RC
其中，IC为线路和换流设备的安装建设费用，RC为交直流混合系统的运行总费用，RC为：
其中，Tp为规划总年限，COPF,t为第t年在不同运行情景下的最优运营成本，H(COPF,t)为随机变量COPF,t的期望值，β为年度维护成本占IC的百分比，d为折扣率；
主优化约束条件还包括节点的连接约束，其表示为：
Lmin和Lmax分别为节点的最大连接数和最小连接数，其选择取决于系统配置的类型和系统可靠性水平。
优选地，双层优化模型下层子优化问题以直流电源和交流电源发电总成本最小为目标，其网络功率平衡约束条件为：
其中，wnm为节点m和n之间电力电子变压器的综合电压控制系数，ηc-nm-i为节点n和m之间电力电子变压器端口等效换流器c的逆变效率，ηc-nm-r为节点n和m之间电力电子变压器端口等效换流器c的整流效率，Gnm为交流节点m和n之间的交流线路电导，
为直流节点m和n之间的直流线路电导，Bnm为交流节点m和n之间的交流线路电纳，
为节点n处交流电源的输出有功，
为节点n处交流负荷的有功需求量，
为节点n处直流电源的输出有功，
为节点n处直流负荷的有功需求量，
为节点n处交流电源无功输出量，
为节点n处的交流负荷无功需求量，Pnm为从节点n流向节点m的有功功率，Qnm为从节点n流向节点m的无功功率，
为在交流节点n处的直流电源注入该点的无功功率(由直流电源并网换流器补偿)，
为在交流节点n处的直流负荷吸收的无功功率，θn为节点n处的电压相角，θnm为节点n和m之间的相角差，另外：
W为节点类型向量，D为支路类型向量，a1，a2，b1，b2则分别可表示为：
其中sign为符号函数，a1，a2，b1，b2四个参数反映了交直流混合系统的潮流双向特性。
优选地，负荷需求、充电桩充电需求、分布式光伏、风机出力的概率模型构建方法为：
将历史数据按季节或月份划分为多个阶段，根据其时序出力或负荷需求与峰值之间的比例关系建立概率密度函数：
其中，k为形状参数，μ为位置参数，σ为比例参数；
进而对概率密度函数做积分处理得到累积分布函数，当缺少历史数据时，假设交流负荷需求与直流负荷需求满足帕累托分布；
风机出力、光伏出力以及电动汽车充电满足约翰逊SB分布，其概率密度函数为：
其中，δ，γ是形状参数；ζ是位置参数；λ是一个规模尺度参数。
优选地，输入系统参数包括：规划年限、交直流电源单位容量发电成本、基准电压、节点电压幅值相角上下限、节点连接数上下限、节点地理位置分布、线路容量、线路成本、电力电子变压器交直功率转换效率、综合电压控制系数、直流变比调节上下限、普通换流器调制参数转换效率、电力电子变压器及普通换流设备安装建设成本、系统年均运营成本、直流系统类型和蒙特卡洛场景数目。
优选地，电力电子变压器基准运行模式为电力电子变压器各端口对其控制量控制方式的组合，电力电子变压器的可控量包括交流端口输出有功及无功功率、交流端口电压幅值、直流端口输出功率及直流电压。
优选地，蒙特卡洛模拟停止条件为：
其中，σ(COPF)为不同蒙特卡洛模拟运行场景下最优运行成本的标准差，H(COPF)为不同运行场景下最优运行成本的期望值，ε为指定的精度。
优选地，配置方案随机风险指数定义为：
可行最优潮流运行场景的数量占模拟场景总数量的百分比λf，且λf不低于95％。
本发明提供的交直流混合配电系统网架结构优化配置方法，具有以下有益效果：
本发明包括多端口电力电子变压器的稳态模型，加入电力电子变压器端口运行模式组合变化的场景更新过程，解决了可控交直流混合系统中配置规划方案与运行工况强耦合的问题；并通过蒙特卡洛法运行模拟解决配电规划过程中交直流负荷随机变化及分布式可再生能源随机波动问题；通过上述方法有效地解决了现有电力电子装置的应用以及大量分布式可再生能源的大量接入将改变系统特性的问题。
附图说明
图1为交直流混合配电系统网架结构优化配置方法的交直流混合配电结构图。
图2为交直流混合配电系统网架结构优化配置方法的方法流程图。
图3为交直流混合配电系统网架结构优化配置方法的电力电子变压器外部结构连接示意图。
图4为交直流混合配电系统网架结构优化配置方法电力电子变压器稳态等效模型示意图。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。
根据本申请的一个实施例，参考图2，为本发明方法的流程图，其详细步骤如下：
S1、构建包含有电力电子变压器稳态模型的交直流混合系统网架结构双层优化模型；
首先对交直流混合系统网架结构配置进行数学描述进而建立网络结构配置的主优化问题，图1示出了包含不同类型的交流和直流负载及分布式电源的多区域配网。
本发明目标是规划一个能够完美地适应所有系统资源(负载和发电机)的交直流混合系统。网架结构的最优决策主要由三个因素决定：系统节点的类型(交流或直流)、系统联络线类型(交流或直流)、网络线路类型(交流或直流)，因此使用三个二进制矩阵描述上述三个因素：
节点类型向量W(Nbⅹ1)：该向量用于描述混合配网中每个节点的交/直流类型，如果节点n是交流节点，则W(n)＝0，如果节点n是直流节点，则W(n)＝1；
节点连接关系矩阵U(NbⅹNb)：该矩阵用于描述混合配网中节点间的连接关系，如果节点n和节点m之间没有连接，U(n，m)＝0，如果节点n和节点m之间有连接，则U(n，m)＝1；
支路类型矩阵D(NbⅹNb：该矩阵用于描述混合配网中每条支路的交/直流类型，如果节点n和节点m之间的支路是交流支路，则D(n，m)＝0，如果节点n和节点m之间的支路是直流支路，则D(n，m)＝1；
本发明通过三个二进制矩阵作为决策变量，描述交直流混合系统网架结构配置，在保留交直流混合系统网架配置特点的同时降低了网架结构优化建模的难度。
双层优化模型中的上层主优化的目标函数为总现值成本最小，具体表述为：
minfmain＝PCV＝IC+RC
其中，IC为线路和换流设备的安装建设费用，RC为交直流混合系统的运行总费用，RC可表示为：
其中，Tp为规划总年限，COPF,t表示第t年在不同运行情景下的最优运营成本，H(COPF,t)为随机变量COPF,t的期望值，β为年度维护成本占IC的百分比，d为折扣率。
三个二进制矩阵作为决策变量时需考虑其整数约束：
另外，还需要考虑节点的连接约束，可表示为：
Lmin和Lmax分别为节点的最大连接数与最小连接数，其选择取决于系统配置的类型和系统可靠性水平。为了增加获得径向配网的概率，Lmin和Lmax应分别等于1和2，而如果需要高度网格化的配网，则Lmin应该大于1，该约束条件可避免系统中单个节点被隔离或被过度连接。
双层优化模型中的下层子优化问题需以直流电源和交流电源发电总成本最小为目标，目标函数表示为：
其中
表示第i个交流电源容量，
表示交流电源单位容量发电成本，
表示第j个直流电源容量，
表示直流电源单位容量发电成本。
并在双层优化模型下层子优化问题中加入新的等式约束条件：
其中，qi sch为多层次交直流混合配用电系统中第i个子系统中柔性负荷的预计消耗功率，qi ESS和qi DG分别表示第i个子系统系统中储能和分布式电源的需求响应，qload表示第i个子系统中的负荷需求响应，
表示第i个系统的实时电价。
新约束条件下，在运行模拟中需求侧响应、分布式储能充放电、微网间能源交易等用户侧行为，在配置优化过程中考虑了能源价格等市场因素的影响，使得规划场景更加贴近真实复杂情况。
子优化问题的约束条件包括网络功率平衡约束、电源出力限制、交直流网络安全约束、以及电力电子变压器、换流器约束，列写约束条件之前首先需对电力电子变压器进行稳态建模，理想的多端口电力电子变压器可以集成多个具有不同电压等级的交流或直流端口，交流端口连接交流子网/微网和交流型分布式电源、直流端口则主要连接直流子网/微网、直流型分布式电源及直流负荷，每个端口的功率均可双向流动，其基本架构如图3所示。
电力电子变压器的稳态模型的构建，由于稳态分析中不需要考虑电力电子变压器复杂的内部拓扑约束，仅关注端口的功率-电压控制特性，所以多端口电力电子变压器的稳态模型可以解耦等效为由AC-DC转换器、DC-DC转换器和功率平衡节点构成的简化模型如图4，假定电力电子变压器具有交流端口(以Φ标记)和直流端口(以Ψ标记)共计K个端口，则其模型可由如下方程表述：
其中，
和
表示电力电子变压器交流端口k处的注入有功和注入无功功率，
表示交流端口k的端口侧交流节点电压幅值，
表示交流端口k的网络侧交流节点的电压幅值，δk为该交流端口转换器端口侧节点电压滞后所网络侧节点电压的相角，
为交流端口功率损耗的等效导纳，
表示交流端口并联无功损耗的等效电纳，Ek表示该交流端口AC-DC转换器直流侧电压，Ik为AC-DC转换器直流侧电流，
表示交流端口与电力电子变压器的交换功率，wk为等效综合电压控制系数，它的具体数值与直流侧的电压利用效率和整流器的调制度有关。
表示直流端口二次侧直流电压，
表示直流端口所连网络注入直流端口的功率，Idck表示直流端口DC-DC转换器二次侧电流，
表示直流端口转换器一次侧与电力电子变压器的交换功率，Edck表示直流端口转换器一次侧直流电压，
表示直流端口转换器一次侧直流电流，t为DC-DC转换器一二次侧直流电压变比，rt为直流端口功率损耗等效电阻，ΔPloss表示电力电子变压器内部静态损耗。该模型反映了电力电子变压器的端口外特性和控制特性，同时不受其内部拓扑的约束，可作为一种广义模型用于交直流混合系统的稳态分析，对其它多端口环网控制装置的建模具有借鉴意义。
考虑到电力电子变压器及普通换流器对于交直流混合系统的潮流控制，列写子优化问题约束条件时需考虑交直流混合系统潮流双向可控的特点，因此网络功率平衡约束表示为：
其中wnm为节点m和n之间电力电子变压器的综合电压控制系数，ηc-nm-i表示节点n和m之间电力电子变压器端口等效换流器c的逆变效率，ηc-nm-r表示节点n和m之间电力电子变压器端口等效换流器c的整流效率，Gnm为交流节点m和n之间的交流线路电导，
为直流节点m和n之间的直流线路电导，Bnm为交流节点m和n之间的交流线路电纳，
为节点n处交流电源的输出有功，
为节点n处交流负荷的有功需求量，
为节点n处直流电源的输出有功，
为节点n处直流负荷的有功需求量，
表示节点n处交流电源无功输出量，
表示节点n处的交流负荷无功需求量，Pnm表示从节点n流向节点m的有功功率，Qnm表示从节点n流向节点m的无功功率，
表示在交流节点n处的直流电源注入该点的无功功率(由直流电源并网换流器补偿)，
表示在交流节点n处的直流负荷吸收的无功功率，θn表示节点n处的电压相角，θnm表示节点n和m之间的相角差，另外：
W为节点类型向量，D为支路类型向量，a1，a2，b1，b2则分别可表示为：
其中sign为符号函数，这四个参数反映了交直流混合系统的潮流双向特性。
除此，约束条件还包括电源出力上下限约束、交/直流线路容量约束、交/直流节点电压上下限约束、电力电子变压器端口控制量上下限等不等式约束共同构成下层子优化问题的约束条件。至此，交直流混合配电系统网架结构配置双层优化结构搭建完成。
S2、根据配电系统历史数据构建交、直流负荷需求、充电桩充电需求、分布式光伏、风机出力的概率模型；
将配电系统历史数据按季节或月份划分为多个阶段根据其时序出力或负荷需求与峰值之间的比例关系建立概率密度函数：
其中，k是形状参数，μ是位置参数，并且σ是比例参数。
再对概率密度函数做积分等处理得到累积分布函数，当缺少历史数据时，假设交流负荷需求与直流负荷需求满足帕累托分布。
其中，风机出力、光伏出力以及电动汽车充电需求满足约翰逊SB分布，其概率密度函数如下：
δ，γ是形状参数；ζ是位置参数；λ是一个规模尺度参数。
S3、根据输入系统的参数矩阵生成可行网架结构配置方案；
输入系统的参数包括规划年限、交/直流电源单位容量发电成本、基准电压、节点电压幅值相角上下限、节点连接数上下限、节点地理位置分布、线路容量、线路成本、电力电子变压器交直功率转换效率、综合电压控制系数、直流变比调节上下限、普通换流器调制参数转换效率、电力电子变压器及普通换流设备安装建设成本、系统年均运营成本、直流系统类型、蒙特卡洛场景数目。
其中节点地理位置分布信息需要通过矩阵形式输入：
矩阵中行数与列数均与节点数对应，其中元素x表示下标两节点之间的距离。
S4、初始化网架结构配置描述矩阵并设置电力电子变压器基准运行模式；
电力电子变压器的可控量包括交流端口输出有功及无功功率、交流端口电压幅值、直流端口输出功率及直流电压。由于端口转换器的电流解耦控制，有功功率和无功功率可以实现独立控制，而且每个端口可以对不同的控制量采取不同的控制策略，电力电子变压器的所有工作模式如下表所示：
交流端口可以控制端口传输有功功率(
恒定)或无功功率(
恒定)为一定值，保持所连交流节点电压幅值不变(
恒定)，并且有功功率控制模式和无功功率控制模式可以任意组合。直流端口可以将端口传输有功(
恒定)和直流电压(
恒定)控制为某个固定值，或者使其根据下垂控制规律(
下垂控制)变化。
S5、采用蒙特卡罗法模拟配电系统负荷和分布式电源出力，生成当前方案下的运行场景并求解各个运行场景下的最优潮流子优化问题，直至满足蒙特卡洛法模拟的停止条件；
蒙特卡洛模拟的停止条件为：
σ(COPF)为不同蒙特卡洛模拟运行场景下最优运行成本的标准差，H(COPF)表示不同运行场景下最优运行成本的期望值，ε为指定的精度。
S6、根据当前配置方案随机风险指数检验子优化终止条件，若满足条件，则进入步骤S7，若不满足条件，则修改电力电子变压器端口控制模式，并返回步骤S5；
配置方案随机风险指数定义为可行最优潮流运行场景的数量占模拟场景总数量的百分比λf，为了保证规划方案的随机风险水平在可接受范围内，需筛选配置方案使λf足够高，λf越高，该配置方案应对分布式电源与负荷随机变化的能力越强，一般要求λf不低于95％。对于当前配置方案，如果其风险指数λf低于95％则该配置方案的运行成本由期望值H(COPF)表示；如不满足，则在此配置方案下修改电力电子变压器端口控制参数重复步骤5，直至所有电力电子变压器控制场景模拟完毕。
S7、计算当前方案的投资建设与运行的总费用以检验主优化目标，若满足目标要求，则输出对应网架配置的描述矩阵，若不满足目标要求，则更新网架配置方案，并返回步骤S4。
参考图1，图中为含电力电子变压器的交直流混合配用电系统，本发明考虑分布式电源出力波动与负荷需求变化的源荷双端不确定性，计及电力电子变压器及普通换流器运行模式的变化，提出一种兼顾网架结构配置搜索与不同源荷容量组合场景运行模拟优化的交直流混合系统网架结构配置方法，为分布式可再生能源高渗透率接入及直流高敏感负荷大量使用的未来新型配用电系统提供一种网络结构的合理规划方法，进而为未来交直流混合系统的安全稳定运行、灵活能量管控及其他智能化系统应用创造条件。对推动微网社区内的商业化自主运行具有重要意义。
本发明包括多端口电力电子变压器的稳态模型，加入电力电子变压器端口运行模式组合变化的场景更新过程，解决了可控交直流混合系统中配置规划方案与运行工况强耦合的问题；并通过蒙特卡洛法运行模拟解决配电规划过程中交直流负荷随机变化及分布式可再生能源随机波动问题；通过上述方法有效地解决了现有电力电子装置的应用以及大量分布式可再生能源的大量接入将改变系统特性的问题。
虽然结合附图对发明的具体实施方式进行了详细地描述，但不应理解为对本专利的保护范围的限定。在权利要求书所描述的范围内，本领域技术人员不经创造性劳动即可做出的各种修改和变形仍属本专利的保护范围。
Claims (10)
1.一种交直流混合配电系统网架结构优化配置方法，其特征在于，包括：
S1、构建包含有电力电子变压器稳态模型的交直流混合系统网架结构双层优化模型；
S2、根据配电系统历史数据构建交、直流负荷需求、充电桩充电需求、分布式光伏和风机出力的概率模型；
S3、根据输入系统的参数矩阵生成可行网架结构配置方案；
S4、初始化网架结构配置描述矩阵并设置电力电子变压器基准运行模式；
S5、采用蒙特卡罗法模拟配电系统负荷和分布式电源出力，生成当前方案下的运行场景并求解各个所述运行场景下的最优潮流子优化问题，直至满足蒙特卡洛法模拟的停止条件；
S6、根据当前配置方案随机风险指数检验子优化终止条件，若满足条件，则进入步骤S7，若不满足条件，则修改电力电子变压器端口控制模式，并返回步骤S5；
S7、计算当前方案的投资建设与运行的总费用以检验主优化目标，若满足目标要求，则输出对应网架配置的描述矩阵，若不满足目标要求，则更新网架配置方案，并返回步骤S4。
2.根据权利要求1所述的交直流混合配电系统网架结构优化配置方法，其特征在于，所述交直流混合系统网架结构包括三个二进制矩阵W，U和D：
节点类型向量W(Nbⅹ1)：用于描述混合配网中每个节点的交直流类型，如果节点n是交流节点，W(n)＝0，如果节点n是直流节点，则W(n)＝1；
节点连接关系矩阵U(NbⅹNb)：用于描述混合配网中节点间的连接关系，如果节点n和节点m之间没有连接，U(n，m)＝0，如果节点n和节点m之间有连接，则U(n，m)＝1；
线路类型矩阵D(NbⅹNb)：用于描述混合配网中每条支路的交直流类型，如果节点n和节点m之间的支路是交流支路，D(n，m)＝0，如果节点n和节点m之间的支路是直流支路，则D(n，m)＝1；
其中，Nb为配电网中的节点数，负荷、电源以及电力电子变压器端口以及普通换流器均视为节点。
3.根据权利要求1所述的交直流混合配电系统网架结构优化配置方法，其特征在于，所述电力电子变压器稳态模型为：
其中，
和
分别为电力电子变压器交流端口k处的注入有功和注入无功功率，
为交流端口k的端口侧交流节点电压幅值，
为交流端口k的网络侧交流节点的电压幅值，δk为该交流端口转换器端口侧节点电压滞后网络侧节点电压的相角，
为交流端口功率损耗的等效导纳，
为交流端口并联无功损耗的等效电纳，Ek为该交流端口AC-DC转换器直流侧电压，Ik为AC-DC转换器直流侧电流，
为交流端口与电力电子变压器的交换功率，wk为等效综合电压控制系数，它的具体数值与直流侧的电压利用效率和整流器的调制度有关，
为直流端口二次侧直流电压，
为直流端口所连网络注入直流端口的功率，Idck为直流端口DC-DC转换器二次侧电流，
为直流端口转换器一次侧与电力电子变压器的交换功率，Edck为直流端口转换器一次侧直流电压，
为直流端口转换器一次侧直流电流，t为DC-DC转换器一二次侧直流电压变比，rt为直流端口功率损耗等效电阻，ΔPloss表示电力电子变压器内部静态损耗，Φ为交流端口集合，Ψ为直流端口集合，N为连接电力电子变压器端口的节点数量，
为交流端口功率损耗的等效电纳，Ydcj为直流节点导纳，Udcj为直流节点电压。
4.根据权利要求1所述的交直流混合配电系统网架结构优化配置方法，其特征在于，所述双层优化模型上层主优化问题以总现值成本最小为目标，其目标函数为：
min fmain＝PCV＝IC+RC
其中，IC为线路和换流设备的安装建设费用，RC为交直流混合系统的运行总费用，PCV为系统的综合年化成本即运行成本RC与建设投资成本IC的综合，RC为：
其中，Tp为规划总年限，COPF,t为第t年在不同运行情景下的最优运营成本，H(COPF,t)为随机变量COPF,t的期望值，β为年度维护成本占IC的百分比，d为折扣率；
主优化约束条件还包括节点的连接约束，其表示为：
Lmin和Lmax分别为节点的最大连接数和最小连接数，其选择取决于系统配置的类型和系统可靠性水平。
5.根据权利要求1所述的交直流混合配电系统网架结构优化配置方法，其特征在于，所述双层优化模型下层子优化问题以直流电源和交流电源发电总成本最小为目标，其网络功率平衡约束条件为：
其中，wnm为节点m和n之间电力电子变压器的综合电压控制系数，ηc-nm-i为节点n和m之间电力电子变压器端口等效换流器c的逆变效率，ηc-nm-r为节点n和m之间电力电子变压器端口等效换流器c的整流效率，Gnm为交流节点m和n之间的交流线路电导，
为直流节点m和n之间的直流线路电导，Bnm为交流节点m和n之间的交流线路电纳，
为节点n处交流电源的输出有功，
为节点n处交流负荷的有功需求量，
为节点n处直流电源的输出有功，
为节点n处直流负荷的有功需求量，
为节点n处交流电源无功输出量，
为节点n处的交流负荷无功需求量，Pnm为从节点n流向节点m的有功功率，Qnm为从节点n流向节点m的无功功率，
为在交流节点n处的直流电源注入该点的无功功率，
为在交流节点n处的直流负荷吸收的无功功率，θn为节点n处的电压相角，θnm为节点n和m之间的相角差，另外：
W为节点类型向量，D为支路类型向量，a1，a2，b1，b2则分别可表示为：
其中sign为符号函数，a1，a2，b1，b2四个参数反映了交直流混合系统的潮流双向特性。
6.根据权利要求1所述的交直流混合配电系统网架结构优化配置方法，其特征在于，所述负荷需求、充电桩充电需求、分布式光伏、风机出力的概率模型构建方法为：
将历史数据按季节或月份划分为多个阶段，根据其时序出力或负荷需求与峰值之间的比例关系建立概率密度函数：
其中，k为形状参数，μ为位置参数，σ为比例参数；
进而对概率密度函数做积分处理得到累积分布函数，当缺少历史数据时，假设交流负荷需求与直流负荷需求满足帕累托分布；
风机出力、光伏出力以及电动汽车充电满足约翰逊SB分布，其概率密度函数为：
其中，δ，γ是形状参数；ζ是位置参数；λ是一个规模尺度参数。
7.根据权利要求1所述的交直流混合配电系统网架结构优化配置方法，其特征在于，所述输入系统参数包括：规划年限、交直流电源单位容量发电成本、基准电压、节点电压幅值相角上下限、节点连接数上下限、节点地理位置分布、线路容量、线路成本、电力电子变压器交直功率转换效率、综合电压控制系数、直流变比调节上下限、普通换流器调制参数转换效率、电力电子变压器及普通换流设备安装建设成本、系统年均运营成本、直流系统类型和蒙特卡洛场景数目。
8.根据权利要求1所述的交直流混合配电系统网架结构优化配置方法，其特征在于：所述电力电子变压器基准运行模式为电力电子变压器各端口对其控制量控制方式的组合，电力电子变压器的可控量包括交流端口输出有功及无功功率、交流端口电压幅值、直流端口输出功率及直流电压。
9.根据权利要求1所述的交直流混合配电系统网架结构优化配置方法，其特征在于，所述蒙特卡洛模拟停止条件为：
其中，σ(COPF)为不同蒙特卡洛模拟运行场景下最优运行成本的标准差，H(COPF)为不同运行场景下最优运行成本的期望值，ε为指定的精度。
10.根据权利要求1所述的交直流混合配电系统网架结构优化配置方法，其特征在于，所述配置方案随机风险指数定义为：
可行最优潮流运行场景的数量占模拟场景总数量的百分比λf，且λf不低于95％。
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