CN110350605A

CN110350605A - 一种多阶段交直流混联配电网直流升级改造的规划方法

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Publication number: CN110350605A
Application number: CN201910610836.6A
Authority: CN
Inventors: 何耿生; 卢东昊; 任俊谕; 韩天森; 陈金富; 孙辰军; 赵昭; 罗真; 乔琰
Original assignee: Huazhong University of Science and Technology; State Grid Hebei Electric Power Co Ltd
Current assignee: Huazhong University of Science and Technology; State Grid Hebei Electric Power Co Ltd
Priority date: 2019-07-08
Filing date: 2019-07-08
Publication date: 2019-10-18
Anticipated expiration: 2039-07-08
Also published as: CN110350605B

Abstract

本发明涉及一种多阶段交直流混联配电网直流升级改造的规划方法，包括：基于当前实际源荷运行场景，采用遗传算法，对上一阶段规划得到的交直流混联配电网拓扑结构中的交流线路和交流节点直流改造，得到并基于配电网拓扑结构的多个配电网拓扑子代，以机组出力最小为子目标并以投资费用和运行费用总和最小为主目标进行嵌套优化，筛选最优配电网拓扑子代，得到其对应的交直流混联配电网拓扑结构，并重复上述过程。本发明仅对上一次规划结果中的交流线路和交流节点进行直流改造，并以整个改造过程的总费用最低为主目标，进行多阶段逐级改造，可有效实现配电网直流成分有序引入。另外，引入双层优化思想，改进遗传算法进行最优规划，实现规划问题求解。

Description

一种多阶段交直流混联配电网直流升级改造的规划方法

技术领域

本发明属于电网规划领域，更具体地，涉及一种多阶段交直流混联配电网直流升级改造的规划方法。

背景技术

随着新能源技术的革新与发展，分布式电源大量渗透到配电网已是未来配电网发展大势所趋，同时在电力电子技术的推动作用下，直流型负荷的比重也在不断提高。而传统的交流配电网在许多方面表现出对这新场景的不适应，例如，分布式电源大多是直流型电源(或不稳定的交流电转换为直流)，需经换流器接入交流配电网，大量的直流负荷亦是如此，投资费用高。因此，相比于交流配电网，直流配电技术更能适应未来配电网场景的演化趋势。另外，随着直流控制与保护技术的发展，传统配电网中引入直流部分将带来许多传统交流无法比拟的优势，研究表明，直流线路具有传输容量更大、线路损耗更低、直流系统电能质量更优、可靠性更高、直流配电网潮流可调度性更强等优点。

然而，考虑到当前电网主体成分还是交流形式，纯直流拓扑改造将带来巨大的投资费用，目前来说，纯直流改造并不可行，配电网的拓扑形态应该能够适应配电网内部运行场景的发展。考虑在配电网中引入部分直流成分，并考虑实际的直流负荷与新能源在不同阶段的接入量，实现不同规划阶段之间的最优过渡，是当前一个有待解决的问题。

现今针对直流配电网的规划建设处于研究初期，低压配电网常采用纯直流微电网的形式，中压等级配电网常考虑交直流混联的形式。已有相关文献提出交直流混联规划的方法，但一方面，其采用前推回代法进行潮流计算，由于前推回代法仅适用于辐射状网络，拓扑寻优也仅能考虑辐射状拓扑，而当引入换流器后，由于换流器可以有效限制短路电流，配电网将可以闭环运行，因此已有的规划方法在拓扑规划上有所局限；另一方面，由于改造成本是将交流配电网改造成直流配电网的一个重要的问题，而且由于实际源荷运行场景的不同，交流配电网经由交直流配电网过渡到纯直流配电网是一个长期且多阶段的过程，而已有交直流配电网规划方法多仅考虑一个阶段的规划，未解决多个阶段之间如何进行规划过渡的问题。

发明内容

本发明提供一种多阶段交直流混联配电网直流升级改造的规划方法，用以解决现有交直流配电网规划方法因仅针对单次规划、缺乏阶段间的规划衔接而导致配电网直流成分的引入不能低成本地有序进行的技术问题。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种多阶段交直流混联配电网直流升级改造的规划方法，包括：

S1、基于当前阶段的实际源荷运行场景，采用遗传算法，对上一阶段规划得到的交直流混联配电网拓扑结构中的交流线路和交流节点进行直流改造，得到所述配电网拓扑结构的多个配电网拓扑子代；

S2、基于所述多个配电网拓扑子代，以机组出力最小为子目标并以投资费用和运行费用的总和最小为主目标，进行嵌套优化迭代，筛选得到最优的配电网拓扑子代；

S3、基于所述最优的配电网拓扑子代，得到新的交直流混联配电网拓扑结构，完成当前阶段的规划，并在出现新的源荷运行场景时重复S1。

本发明的有益效果是：本发明仅对上一阶规划得到的交直流混联配电网拓扑结构中的交流线路和交流节点进行直流改造，进而生成配电网拓扑结构的多个完整的配电网拓扑子代，因此，本发明了结合了上一阶段满足主目标和子目标的配电网规划结果，同时，仅对上一次的规划结果中的交流线路和交流节点进行直流改造，因为实际上如果在上一阶段已将线路进行直流改造了，那么此时换流器的投资已经是投资过的了，那么此时需要考虑的就是运行费用的最小化了，根据现有理论，交流线路的损耗大于直流线路，所以已经进行直流改造的线路无需考虑改造回交流线路。因此，本发明站在整个规划过程的宏观角度，对交流配电网逐阶段的改造直至该交流配电网改造为纯直流配电网，以整个改造过程的总费用最低为主目标，进行多阶段的逐级改造，且每次规划改造虽然都是对交流线路和交流节点引入直流成分进行升级改造，但后续优化步骤均是基于配电网拓扑结构的完整的多个配电网拓扑子代，本发明能够有效的实现配电网直流成分的低成本有序引入。其次，本发明的中的每次改造规划是基于主目标和子目标的双层优化思想，主优化为换流器与线路的投资费用和交直流混联配电网运行费用总和的优化，子优化为考虑交直流混联配电网最优潮流的运行费用优化，该双层优化模型将大规模复杂规划问题转化为相互解耦的主子优化问题，可有效降低模型求解难度，配网投资与配网运行费用存在天然的解耦关系，因此，双层优化模型十分适用。本发明利用上一阶段的改造结果，基于双层优化思想，采用遗传算法，进行交直流混联配电网的最优规划，解决配电网直流成分的全局低成本有序引入的问题。

上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

进一步，所述S2之前，所述方法还包括：

S4、采用Warshell算法，对每个所述配电网拓扑子代进行拓扑联通检验，筛选拓扑联通的配电网拓扑子代；

则所述S2中，所述基于所述多个配电网拓扑子代，具体为：基于所有所述拓扑联通的配电网拓扑子代。

本发明的进一步有益效果是：传统的配电网拓扑优化遗传算法(GA)中，随机生成拓扑网架，导致生成子代出现孤岛，子代个体不可行，而且即使子代可行，通过遗传算子交叉或变异，也会使得子代不可行，GA难以搜索到可行个体，导致子代收敛速度大为下降，本发明引入Warshell算法，将Warshell算法嵌入到GA遗传算子后，对经交叉变异后的子代个体进行拓扑联通检验筛选，确保种群个体可行，提高计算效率。

进一步，所述S1包括：

S1.1、基于上一阶段规划得到的交直流混联配电网拓扑结构，确定所有交流线路和交流节点以及所有直流线路和直流节点；

S1.2、基于当前阶段的实际源荷运行场景，采用遗传算法，生成对所述所有交流线路和交流节点进行直流改造的多个方案所对应的多个分子代；

S1.3、基于所述交直流配电网拓扑结构，在每个所述分子代上添加所述所有直流线路和直流节点对应的信息，形成所述配电网拓扑结构的多个配电网拓扑子代。

本发明的进一步有益效果是：由于直接对整个配电网拓扑结构进行直流引入生成子代容易导致计算复杂、混乱的问题，因此，本发明先确定交流线路和交流节点，单独对交流线路和交流节点进行质量成分引入以进行直流升级改造，使得生成这部分线路和节点的分子代的过程简单、准确，之后再将原配电网的直流部分补入分子代中，生产完整的配电网拓扑子代染色体。

进一步，所述子目标的约束条件包括：基于交直流混联的潮流计算约束，其中，所述潮流分为以下五类：

两端为交流节点的交流线路潮流；两端为直流节点的直流线路潮流；两端为交流节点的直流线路潮流；一端节点为直流节点、另一端节点为交流节点的直流线路潮流；一端节点为交流节点、另一端节点为直流节点的直流线路潮流。

本发明的进一步有益效果是：交直流混联配电网潮流计算是进行交直流配电网规划的基础环节，该过程主要通过潮流计算，得出配电网运行费用指标，从而实现对配电网拓扑形态的定量评估。以机组出力最小为子目标，该子目标的约束条件包括潮流计算，为了切实的降低改造成本，避免规划过程中的计算误差导致实际改造成本非最优的问题，本发明创造性地考虑配电网的各种线路类型和节点类型，总结穷举出五种情况，并分别对每种情况下的线路确定潮流计算公式进行潮流计算，保证了实际改造成本最低以及规划可行性。

进一步，每一类所述潮流基于换流器方程计算。

本发明的进一步有益效果是：交直流潮流计算与传统交流潮流计算相比，主要差异是在换流器环节的处理上，本发明基于换流器方程计算，提高规划可行性。

进一步，所述约束条件还包括：线路视在功率与换流器视在功率约束，电压幅值相角约束，以及调制系数约束。

本发明的进一步有益效果是：本发明基于线路视在功率与换流器视在功率约束，电压幅值相角约束，以及调制系数约束，提高规划可行性。

进一步，所述S3包括：

S3.1、基于遗传算法，从所有m个配电网拓扑子代中，筛选出拓扑联通的配电网拓扑子代；

S3.2、在每个所述拓扑联通的配电网拓扑子代下，以配电网的机组出力最小为目标，优化配电网的运行参数，得到最小机组出力；

S3.3、基于每个所述拓扑联通的配电网拓扑子代及其对应的所述最小机组出力，计算得到对应的投资费用和运行费用的总和；

S3.4、基于遗传判据，将最小所述总和对应的配电网拓扑子代确定为最优的配电网拓扑子代，或者，经所述S1的遗传操作再次生成m个配电网拓扑子代，重复S3.1。

进一步，所述S1具体为：

基于预设经济性原则和当前阶段的实际源荷运行场景，采用遗传算法，并基于预设经济性原则，对上一阶段规划得到的交直流混联配电网拓扑结构中的交流线路和交流节点进行直流改造，得到所述配电网拓扑结构的多个配电网拓扑子代。

本发明的进一步有益效果是：由于目前换流器成本比较高，同时直流线路损耗相对交流线路而言较小，所以可以首先确定拓扑的一些生成原则，在实际应用的算法编码上可以节省许多存储量以及计算量。

进一步，所述预设经济性原则包括：

两端节点为直流节点，采用直流连接线；一端为直流节点、另一端为交流节点，采用直流连接线；两端为交流节点，采用交流连接线。

本发明的进一步有益效果是：例如，在直流节点与交流节点之间，由于交流与直流连接线路的换流器投资基本相同，而直流线路损耗较小，所以连接线路采用直流线路明显会优于交流连接方式，因此，前两条原则依据换流器投资成本与直流传输损耗小的基本规律得到，最后一条原则的确定主要由于换流器成本较高。

本发明还提供一种存储介质，所述存储介质中存储有指令，当计算机读取所述指令时，使所述计算机执行如上述任一种多阶段交直流混联配电网直流升级改造的规划方法。

附图说明

图1为本发明一个实施例提供的一种多阶段交直流混联配电网直流升级改造的规划方法的流程框图；

图2为本发明一个实施例提供的一种换流器连接示意图；

图3为本发明一个实施例提供的另一种多阶段交直流混联配电网直流升级改造的规划方法的流程框图；

图4为本发明一个实施例提供的交直流混联配电网中直流负荷占比0～40％的规划结果；

图5为在图4的基础上的交直流混联配电网中直流负荷占比直流负荷占比50％～60％的规划结果；

图6为在图5的基础上的交直流混联配电网中直流负荷占比直流负荷占比70％～80％的规划结果。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

实施例一

一种多阶段交直流混联配电网直流升级改造的规划方法100，如图1所示，包括：

步骤110、基于当前阶段的实际源荷运行场景，采用遗传算法，对上一阶段规划得到的交直流混联配电网拓扑结构中的交流线路和交流节点进行直流改造，得到配电网拓扑结构的多个配电网拓扑子代；

步骤120、基于上述多个配电网拓扑子代，以机组出力最小为子目标并以投资费用和运行费用的总和最小为主目标，进行嵌套优化迭代，筛选最优的配电网拓扑子代；

步骤130、基于上述最优的配电网拓扑子代，得到新的交直流混联配电网拓扑结构，完成当前阶段的规划，并在出现新的源荷运行场景时重复上述步骤110。

现今针对直流配电网的规划建设处于研究初期，低压配电网常采用纯直流微电网的形式，中压等级配电网常考虑交直流混联的形式，因此，本实施例旨在建立中压等级配电网的多阶段交直流混联规划算法。

需要说明的是，实际源荷运行场景为实际有多少个直流负荷引入、多少个直流电源引入以及它们的引入位置。基于这些源荷运行场景的信息，通过规划环流器及其位置以对配电网的线路和节点进行改造。

另外，由于遗传算法本身的过程是：子代染色体生成和模型优化是迭代进行的。因此，采用遗传算法，步骤110生成多个配电网拓扑子代，步骤120为模型优化，并根据遗传收敛判据，确定最优配电网拓扑子代或者采用步骤110生成配电网拓扑子代的方式生成新的多个配电网拓扑子代之后再进行模型优化迭代，筛选得到最优的配电网拓扑子代。嵌套是指主目标和子目标的嵌套优化。

由于在交流负荷所占比例较高的阶段，大规模的直流改造不能有效降低规划期内的总投资成本，主要是由于换流器的投资费用过高，由直流改造带来的运行收益不足以弥补投资费用。因此，直流改造必须随着负荷成分的改变分阶段有序进行。因此本发明提出直流成分的有序引入，考虑阶段间的规划衔接。

具体的，本实施例仅对上一阶规划得到的交直流混联配电网拓扑结构中的交流线路和交流节点进行直流改造，进而生成配电网拓扑结构的多个完整的配电网拓扑子代，因此，本实施例了结合了上一阶段满足主目标和子目标的配电网规划结果，同时，仅对上一次的规划结果中的交流线路和交流节点进行直流改造，因为实际上如果在上一阶段已将线路进行直流改造了，那么此时换流器的投资已经是投资过的了，那么此时需要考虑的就是运行费用的最小化了，根据现有理论，交流线路的损耗大于直流线路，所以已经进行直流改造的线路无需再把它改造回交流线路。因此，本实施例站在整个规划过程的宏观角度，对交流配电网逐阶段的改造直至该交流配电网改造为纯直流配电网，以整个改造过程的总费用最低为主目标，进行多阶段的逐级改造，且每次规划改造虽然都是对交流线路和交流节点引入直流成分进行升级改造，但后续优化步骤均是基于配电网拓扑结构的完整的多个配电网拓扑子代，本实施例能够有效的实现配电网直流成分的低成本有序引入。

其次，本实施例的中的每次改造规划是基于主目标和子目标的双层优化思想，主优化为换流器与线路的投资费用和交直流混联配电网运行费用总和的优化，子优化为考虑交直流混联配电网最优潮流的运行费用优化，该双层优化模型将大规模复杂规划问题转化为相互解耦的主子优化问题，可有效降低模型求解难度，配网投资与配网运行费用存在天然的解耦关系，因此，双层优化模型十分适用。

本实施例利用上一阶段的改造结果，基于双层优化思想，采用遗传算法，进行交直流混联配电网的最优规划，解决配电网直流成分的全局低成本有序引入的问题。

优选的，步骤120之前，方法100还包括：

步骤140、采用Warshell算法，对每个配电网拓扑子代进行拓扑联通检验，筛选拓扑联通的配电网拓扑子代；

则步骤120中，基于多个配电网拓扑子代，具体为：基于所有拓扑联通的配电网拓扑子代。

需要说明的是，传统的配电网拓扑优化遗传算法(GA)中，随机生成拓扑网架，导致生成子代出现孤岛，子代个体不可行，而且即使子代可行，通过遗传算子交叉或变异，也会使得子代不可行，GA难以搜索到可行个体，导致子代收敛速度大为下降，本实施例引入Warshell算法，将Warshell算法嵌入到GA遗传算子后，对经交叉变异后的子代个体进行拓扑联通检验筛选，确保种群个体可行，提高计算效率。

采用Warshell算法，对每个所述配电网拓扑子代进行拓扑联通检验，具体可为：

假设拓扑的连接矩阵为n阶方阵A，对A执行以下Warshell算法：

(1)初始化，令k＝1；

(2)对所有i，如果A(i,j)＝1，则对所有j执行A(i,j)＝A(i,j)∨A(k,j)；

(3)k＝k+1；

(4)如果k≤n，返回步骤(2)，否则停止。

经过Warshell算法后，如果A矩阵所有元素均为1，则网络拓扑联通。

将上述操作嵌入到GA遗传算子后，对经交叉变异后的子代个体进行筛选，确保种群个体可行。

优选的，步骤110包括：

步骤111、基于上一阶段规划得到的交直流混联配电网拓扑结构，确定所有交流线路和交流节点以及所有直流线路和直流节点；

步骤112、基于当前阶段的实际源荷运行场景，采用遗传算法，生成对所有交流线路和交流节点进行直流改造的多个方案所对应的多个分子代；

步骤113、基于所述交直流配电网拓扑结构，在每个所述分子代上添加所述所有直流线路和直流节点对应的信息，形成所述配电网拓扑结构的多个配电网拓扑子代。

由于直接对整个配电网拓扑结构进行直流引入生成子代容易导致计算复杂、混乱的问题，因此，本实施例先确定交流线路和交流节点，单独对交流线路和交流节点进行质量成分引入以进行直流升级改造，使得生成这部分线路和节点的分子代的过程简单、准确，之后再将原配电网的直流部分补入分子代中，生产完整的配电网拓扑子代染色体。

优选的，上述子目标的约束条件包括：基于交直流混联的潮流计算约束，其中，潮流分为以下五类：

具体的，假设M_nm为n、m节点之间的换流器调制系数，V_n、θ_nm分别为n号节点电压以及n号节点m号节点的电压相角差，G_nm、B_nm分别为n节点与m节点之间线路的电导与电纳，对五种可能的线路潮流方程逐一列写：

A)两端为交流节点的交流线路潮流：

B)两端为直流节点的直流线路潮流：

C)两端为交流节点的直流线路：

D)n号节点为直流节点，m号节点为交流节点的直流线路：

E)n号节点为交流节点，m号节点为直流节点的直流线路：

由此，可得到统一交直流混联配电网系统潮流计算公式：

其中，和分别表示外部发电机与负荷注入节点n的有功和无功功率,Q_VSC为交流节点端换流器的无功补偿量。

将上述潮流方程嵌入传统最优潮流中，得到交直流最优潮流计算模型(即为子目标)如下：目标函数为传统机组出力最小，约束条件包括交直流潮流功率平衡方程(即为上述统一交直流混联配电网系统潮流计算公式)。

交直流混联配电网潮流计算是进行交直流配电网规划的基础环节，该过程主要通过潮流计算，得出配电网运行费用指标，从而实现对配电网拓扑形态的定量评估。以机组出力最小为子目标，该子目标的约束条件包括潮流计算，为了切实的降低改造成本，避免规划过程中的计算误差导致实际改造成本非最优的问题，本发明创造性地考虑配电网的各种线路类型和节点类型，总结穷举出五种情况，并分别对每种情况下的线路确定潮流计算公式进行潮流计算，保证了实际改造成本最低以及规划可行性。

优选的，每一类潮流基于换流器方程计算。

交直流潮流计算与传统交流潮流计算相比，主要差异是在换流器环节的处理上，本实施例基于换流器方程计算，提高规划可行性。

具体的，换流器连接方式，如图2所示，P^ic和Q^ic分别表示流出节点i的有功与无功功率，P^k表示流出换流器直流侧的有功功率。由于换流器

(VSC)可以实现有功与无功解耦控制，本实施例采用PQ控制的方式对换流器进行建模，换流器方程可以表述为：

其中，V_i ^ac为交流节点i的线电压有效值，V_k ^dc和V_j ^dc为直流节点k和j的直流电压，P_k和P_ic分别为换流器输出与输入端的有功功率，K为常数，与调制方式有关，M为换流器调制系数。η取值与潮流流向相关，潮流从i流向j时，为换流器效率的倒数，从j流向i时为换流器效率。

优选的，上述约束条件还包括：线路视在功率与换流器视在功率约束，电压幅值相角约束，以及调制系数约束。

具体的，线路视在功率S_nm与换流器视在功率S_VSC约束：

电压幅值相角约束为：

调制系数约束为：

本实施例基于线路视在功率与换流器视在功率约束，电压幅值相角约束，以及调制系数约束，提高规划可行性。

优选的，基于如图3所示，步骤130包括：

步骤131、基于遗传算法，从所有m个配电网拓扑子代中，筛选出拓扑联通的配电网拓扑子代；

步骤132、在每个所述拓扑联通的配电网拓扑子代下，以配电网的机组出力最小为目标，优化配电网的运行参数，得到最小机组出力；

步骤133、基于每个所述拓扑联通的配电网拓扑子代及其对应的所述最小机组出力，计算得到对应的投资费用和运行费用的总和；

步骤134、基于遗传判据，将最小所述总和对应的配电网拓扑子代确定为最优的配电网拓扑子代，或者，经步骤110的遗传操作再次生成m个配电网拓扑子代，重复步骤131。

具体的，本实施例的双层优化模型的数学形式为以下方程组：

其中，y_t为t阶段交直流混联配电网拓扑结构，y_t ^*为给定的一种交直流混联配电网拓扑结构，x为控制变量与状态变量，如电压、相角、无功出力等，G函数为t-1阶段与t阶段之间的拓扑结构约束函数(基于上一阶段规划得到的交直流混联配电网拓扑结构y_t-1中的交流线路和交流节点进行直流改造，得到配电网拓扑结构的多个配电网拓扑子代y_t)，I_tol为总投资费用，K为运行费用，C为主优化目标函数(即为前述的主目标)，K为子优化目标函数(即为前述的子目标)。

1)主优化

将配电网在一个规划周期内的投资与运行费用之和最小作为主目标，交直流配电网投资费用主要包括换流器和线路的投资，运行费用主要是网络损耗，考虑新能源的最大利用，运行费用为传统机组出力最小，也即最优潮流模型的目标函数。具体数学模型表述如下：

Min：C＝I_tol+K

其中，I_tol为总投资费用，I_tol＝I_line+I_VSC；I_VSC为VSC换流器投资费用，I_VSC＝E·S，E为换流器的单位容量投资；S为换流器容量之和；K为运行费用，z为单位电价，d为贴现率，y为年份，Ny为一个规划年限时间，L_op为机组出力，也即子优化的目标函数值。

2)子优化

采用运行费用最小作为子优化问题，具体为前述提出的机组出力对应的最优潮流模型。对于主优化给定的网络拓扑结构，子优化过程通过优化该拓扑下的交直流配电网运行参数，如无功、电压、相角等变量，得出在该拓扑结构下的最优运行指标，将运行指标传递到主优化问题中，实现主子问题的交替迭代。

具体的，采用改进遗传算法求解上述双层优化模型，通过对配电网拓扑形态进行合理编码，形成子代染色体，通过子优化确定每一个染色体的最小运行费用，再通过主优化得出最小运行费用与投资费用总和，最后利用适应度函数筛选最优个体。

优选的，步骤131具体为：

基于预设经济性原则和当前阶段的实际源荷运行场景，采用遗传算法，对上一阶段规划得到的交直流混联配电网拓扑结构中的交流线路和交流节点进行直流改造，得到所述配电网拓扑结构的多个配电网拓扑子代。

由于目前换流器成本比较高，同时直流线路损耗相对交流线路而言较小，所以可以首先确定网架的一些生成原则，在实际应用的算法编码上可以节省许多存储量以及计算量。

优选的，预设经济性原则包括：

具体的，主优化中的遗传编码，确定一个交直流拓扑网架，需要的信息有节点类型、节点间的连接矩阵以及节点间连接线路类型，分别设为W、U和D，实际上，由于目前换流器成本比较高，同时直流线路损耗相对交流线路而言较小，所以可以首先确定配电网拓扑结果的一些生成原则。例如，在直流节点与交流节点之间，由于交流与直流连接线路的换流器投资基本相同，而直流线路损耗较小，所以连接线路采用直流线路明显会优于交流连接方式。由此，提出以下规划原则：(1)两端节点为直流节点，采用直流连接线；(2)一端直流节点，另一端为交流节点，采用直流连接线；(3)两端为交流节点，采用交流连接线。其中，(1)、(2)两条原则依据换流器投资成本与直流传输损耗小的基本规律即可推得，原则(3)的确定主要由于换流器成本较高造成。经由以上三条原则进行网架拓扑的生成，可以发现拓扑网架可以完全由W和U确定，于是在编码上可以节省许多存储量以及计算量。

为更好的说明本发明，现举示例如下：

为展示配电网在不同规划阶段的方案演变过程，实例设计了在直流型负荷所占比重逐渐上升的场景下，展示配电网最优拓扑结构的连续演变过程(实线表示交流，虚线表示直流)，初始场景如表1所示(直流负荷渗透率0％)，假设每个规划周期15年，每个规划周期直流负荷渗透率增长10％，算例结果显示，直流负荷渗透率为0％、10％、20％、30％和40％时，得出的最优拓扑网架均为图4，当渗透率为50％、60％时，得出的最优拓扑网架如图5所示，渗透率达到70％、80％时，得出的最优拓扑网架如图6所示。

由上述多阶段规划结果可见，随着直流负荷渗透率的提高，配电网最优形态中直流成分也在不断提升。直流型负荷渗透率在40％以下时，维持原有的网络拓扑可以使得规划年限内的运行与投资成本最低；当渗透率达到50％以上时，拓扑形态需进行一定调整，包括原有线路或母线的直流改造以及新建馈线，由图5可知，含大容量交流发电机组的母线以及与大容量交流发电机组母线有电气连接的母线更倾向于采用交流模式；当渗透率达到70％以上时，此时除了上级电网并网点1母线以及与之有电气连接的2、3母线之外，配电网其余部分完全升级为直流模式，原因在于并网点换流器容量过大带来的成本过高问题。综上，在交流负荷所占比例较高的阶段，大规模的直流改造不能有效降低规划期内的总投资成本，主要是由于换流器的投资费用过高，由直流改造带来的运行收益不足以弥补投资费用。因此，直流改造必须随着负荷成分的改变分阶段有序进行。

各阶段的规划方案如表2所示。

表1初始场景相关参数设置

表2交直流混联配电网规划方案

实施例二

一种存储介质，所述存储介质中存储有指令，当计算机读取所述指令时，使所述计算机执行如上实施例一所述的任一种多阶段交直流混联配电网直流升级改造的规划方法。

相关技术方案同实施例一，在此不再赘述。

本发明研究新能源接入与电力电子化背景下配电网的规划问题，提出了一种多阶段交直流混联配电网直流升级改造的规划方法，同时利用改进遗传算法对模型进行求解，实现交直流混联配电网拓扑的最优规划。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种多阶段交直流混联配电网直流升级改造的规划方法，其特征在于，包括：

S3、基于所述最优的配电网拓扑子代，得到新的交直流混联配电网拓扑结构，完成当前阶段的规划，并在出现新的实际源荷运行场景时重复S1。

2.根据权利要求1所述的一种多阶段交直流混联配电网直流升级改造的规划方法，其特征在于，所述S2之前，所述方法还包括：

3.根据权利要求1所述的一种多阶段交直流混联配电网直流升级改造的规划方法，其特征在于，所述S1包括：

4.根据权利要求1所述的一种多阶段交直流混联配电网直流升级改造的规划方法，其特征在于，所述子目标的约束条件包括：基于交直流混联的潮流计算约束，其中，所述潮流分为以下五类：

5.根据权利要求4所述的一种多阶段交直流混联配电网直流升级改造的规划方法，其特征在于，每一类所述潮流基于换流器方程计算。

6.根据权利要求4所述的一种多阶段交直流混联配电网直流升级改造的规划方法，其特征在于，所述约束条件还包括：线路视在功率与换流器视在功率约束，电压幅值相角约束，以及调制系数约束。

7.根据权利要求1至6任一项所述的一种多阶段交直流混联配电网直流升级改造的规划方法，其特征在于，所述S2包括：

S2.1、基于遗传算法，从所有m个配电网拓扑子代中，筛选出拓扑联通的配电网拓扑子代；

S2.2、在每个所述拓扑联通的配电网拓扑子代下，以配电网的机组出力最小为目标，优化配电网的运行参数，得到最小机组出力；

S2.3、基于每个所述拓扑联通的配电网拓扑子代及其对应的所述最小机组出力，计算得到对应的投资费用和运行费用的总和；

S2.4、基于遗传判据，将最小所述总和对应的配电网拓扑子代确定为最优的配电网拓扑子代，或者，经所述S1的遗传操作再次生成m个配电网拓扑子代，重复S2.1。

8.根据权利要求1至6任一项所述的一种多阶段交直流混联配电网直流升级改造的规划方法，其特征在于，所述S1具体为：

9.根据权利要求8所述的一种多阶段交直流混联配电网直流升级改造的规划方法，其特征在于，所述预设经济性原则包括：

10.一种存储介质，其特征在于，所述存储介质中存储有指令，当计算机读取所述指令时，使所述计算机执行上述如权利要求1至9任一项所述的一种多阶段交直流混联配电网直流升级改造的规划方法。