CN110570327A - 一种计及源荷互动响应的主动配电网双层规划方法 - Google Patents

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CN110570327A CN201910726518.6A CN201910726518A CN110570327A CN 110570327 A CN110570327 A CN 110570327A CN 201910726518 A CN201910726518 A CN 201910726518A CN 110570327 A CN110570327 A CN 110570327A
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Abstract

本发明涉及一种计及源荷互动响应的主动配电网双层规划方法，包括以下步骤：S1、建立计及源荷互动响应的主动配电网上层规划模型；S2、建立计及源荷互动响应的主动配电网下层规划模型；S3、求解上层模型获得规划方案并将结果传递至下层；S4、求解下层模型获得运行方案并将结果返回上层；S5、反复迭代最终获得最优结果。本发明的计及源荷互动响应的主动配电网双层规划方法弥补主动配电网配置不合理的不足，增强源侧与用户侧间的协调性，实现源荷两侧协同优化，并在规划阶段考虑互动响应过程，建立了计及源荷互动响应的分布式电源双层规划模型并进行求解分析，为主动配电网的规划建设提供深度指导意见。

Description

一种计及源荷互动响应的主动配电网双层规划方法
技术领域
本发明涉及配电网规划技术领域，具体涉及一种计及源荷互动响应的主动配电网双层规划方法。
背景技术
近年来可再生能源大量接入配网以及需求侧响应资源的日渐丰富，为配电网的调度和运行带来了不同的影响，可控资源的增加同时提高了配电网运行的灵活性和复杂性，以被动控制为主的传统配电网显然不能兼容，因此迫需对传统配电网进行改造或建设新型主动配电网。
在主动配电网日渐发展并慢慢取代传统配电网的过程中，大量发展的分布式电源接入主动配电网以及日趋灵活的需求侧相应资源渐渐使源侧与用户侧间的协同关系变得复杂，对主动配电网的合理规划要求正在迅速提高，但是现有的方案大部分都只是研究了分布式电源相关的优化配置问题，但并未考虑电源与用户的互动模式，而且仅有限考虑了需求响应资源对规划的影响，难以合理地考虑到实际运行状态下用户侧的相应变化。
发明内容
本发明为了克服现有的主动配电网规划方案并未考虑电源与用户的互动模式，而且仅有限考虑了需求响应资源对规划的影响，难以合理地考虑到实际运行状态下用户侧的相应变化对规划的影响的问题，提供了一种计及源荷互动响应的主动配电网双层规划方法，弥补主动配电网配置不合理的不足，增强源侧与用户侧间的协调性，实现源荷两侧协同优化，并在规划阶段考虑互动响应过程，建立了计及源荷互动响应的分布式电源双层规划模型并进行求解分析，为主动配电网的规划建设提供深度指导意见。
为解决上述技术问题，本发明提供以下技术方案：
一种计及源荷互动响应的主动配电网双层规划方法，包括以下步骤：
S1：建立计及源荷互动响应的主动配电网上层规划模型；
S2：建立计及源荷互动响应的主动配电网下层规划模型；
S3：求解上层模型获得规划方案并将结果传递至下层；
S4：求解下层模型获得运行方案并将结果返回上层；
S5：反复迭代最终获得最优结果。
本发明的计及源荷互动响应的主动配电网双层规划方法提出一种计及源荷互动响应的主动配电网双层规划方法，该方法首先建立上层模型，决策分布式电源的选址定容方案，以实施互动响应后的年运行成本最小为目标的下层模型，结合上层模型决策得到的规划方案，决策典型日各时段可控分布式电源出力和负荷需求响应功率，并将运行方案返回上层重新计算目标函数，经反复迭代获取最优规划方案，该方法创造性地以源荷互动相应在规划过程中考虑了实际运行状态下的源荷互动响应，实现源荷两侧的协同优化，可为主动配电网的规划建设提供深度指导意见。
进一步的，在步骤S1中，包括以下步骤：
S1.1：综合考虑分布式电源投资商和配电网运营商利益，定义最优规划方案的目标函数表达式为：
C＝λ1(CDER-Csell)+λ2(CG-Closs-Cenv+CDR)
上式中，C为总成本；λ1、λ2分别为分布式电源投资商经济性指标、配电网运营商经济性指标，CDER为分布式电源投资商投资及运维成本；Csell为分布式电源投资商售电收益；CG为配网运营商向主网购电成本；Closs为降损收益；Cenv为环保性收益；CDR为DR补偿成本；
S1.2：设定分布式电源投资商各经济指标计算公式为：
上式中，CDER为DER等年值投资运维成本；NDER为DER的总数量；r为贴现率；ni为第i类DER的经济适用年限；ps为第s个场景的发生概率；Ns为场景总数；及PDER.i分别为第i类DER单位容量投资费用、运行维护费用及装机容量。为第i类DER在s场景t时刻的发电量；Csell为发电商的售电年收益；NDG为分布式电源总数量；T为分布式电源日工作小时数，取24小时为1周期；为第i类分布式电源的售电电价；为第i类分布式电源在场景s中t时段的发电量；
S1.3：设定配电网运营商各经济指标计算公式为：
上式中，CG为配网运营商向主网购电成本；为场景s中t时段外部电网单位电量价格；ps为第s个场景的发生概率；为场景s中t时段从外网购电电量；式中，Nl为线路总数；closs为网损电价；Is.t.l和Is'.t.l分别为DER接入前后场景s中t时段第l条支路上的电流；Rl为第l条支路的电阻；cenv为环保性成本；αr,G为主网单位发电量的污染气体排放系数；R为排放的污染气体总类；βr为不同污染气体的治理费用；和分别为DER接入前后主网购电量；cDR为DR补偿成本；为场景s中t时段第j个用户响应单位电量的补偿价格；为场景s中t时段第j个用户响应电量，实现了多方面的协调，提高整个方法的可靠性。
进一步的，在步骤S2中，包括以下步骤：
S2.1：定义配电网运行成本为：
minCtotal＝CG+CDG+CDR+CLoss
式中，Ctotal、CG、CDG、CDR和CLoss为主动配电网的总成本、年运行成本、主网购电成本、DG购电成本、DR补偿成本和网损成本；
S2.2：按以下公式计算各经济指标：
上式中，为场景s中t时段第j种DG单位电量价格；为场景s中t时段第j种DG发电量；NDR为配电网中参与DR的用户数量；为场景s中t时段第j个用户响应单位电量的补偿价格；为场景s中t时段第j个用户响应电量；NL为配电网中线路数量；为场景s中t时段的网损电量价格；为场景s中t时段第j条线路的电流，增强源侧与用户侧间的协调性，实现源荷两侧的协同优化。
进一步的，在步骤S3中，包括以下步骤：
S3.1：建立上层模型目标函数：年化规划投资成本
C＝λ1(CDER-Csell)+λ2(CG-Closs-Cenv+CDR)；
S3.2：优化变量：各类DER装机容量；
S3.3：制定约束条件，分别为：
(1)分布式电源渗透率约束
上式中，η为分布式电源渗透率；NIDG和NDG分别为间歇性DG和可控DG的种类数；PIDG.i为第i种间歇性DG的容量；为主动管理模式在t时段第i种间歇性DG切除量；PDG.j为第i种可控DG的容量；PLD为配电网侧所有负荷总容量；
(2)节点功率平衡约束
式中：i为待接入节点；Pi、Qi分别为节点的有功和无功功率；、为节点和的电压；Gij为节点间导纳的实部；Bij为节点间导纳的虚部；为节点与间的相位差；为与负荷节点i直接相连的所有负荷节点集合；为负荷节点集合；
(3)节点电压约束
Umin≤Ui≤Umax
式中：Umin和Umax分别为电压偏移上下限；Ui为节点电压。
S3.4：基于改进粒子群算法对模型进行求解，得到优化的规划方案并将结果传递至下层，求解后将规划方案传递至下层进行筛选，提高方法的可靠性。
进一步的，在步骤S4中，包括以下步骤：
S4.1：建立下层模型目标函数：主动配电网运行成本
min Ctotal＝CG+CDG+CDR+CLoss；
S4.2：优化变量：各用户响应电量；
S4.3：制定约束条件，分别为：
(1)反向潮流约束
(2)系统功率平衡约束
上式中，、和分别为负荷、DR和DG的接入节点；为第个场景时刻的第个负荷节点的有功功率；为第个场景时刻第个用户响应电量；为第个场景时刻的发电机功率；为第个场景时刻第个分布式能源的功率；
(3)DG出力约束
上式中，和分别为第种DG的有功出力上下限；和分别为第种DG的无功出力上下限；
(4)DR响应功率约束
上式中，和分别为第j个需求响应用户削减的有功值上下限；和分别为第j个需求响应用户削减的无功值上下限。
S4.4：基于改进粒子群算法对模型进行求解，得到优化的运行方案并将结果返回至上层，提高了方法的可靠性。
进一步的，在步骤S5中，使用基于改进粒子群算法进行反复迭代最终获得最优结果，准确性高。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明的计及源荷互动响应的主动配电网双层规划方法提出一种计及源荷互动响应的主动配电网双层规划方法，该方法首先以分布式电源投资的年综合成本最小为目标建立上层模型，决策分布式电源的选址定容方案，以实施互动响应后的年运行成本最小为目标的下层模型结合上层模型决策得到的规划方案，决策典型日各时段可控分布式电源出力和负荷需求响应功率，并将运行方案返回上层重新计算目标函数，经反复迭代获取最优规划方案，该方法创造性地以源荷互动相应在规划过程中考虑了实际运行状态下的源荷互动响应，实现源荷两侧的协同优化，可为主动配电网的规划建设提供深度指导意见。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据附图获得其他的附图。
图1为本发明一种计及源荷互动响应的主动配电网双层规划方法的流程图。
图2为主动配电网全年风电出力序列、光伏出力序列、负荷序列、净负荷序列曲线图；
图3为实施例二的拓扑图；
图4为实施例二的选取的各分布式电源装置类型及其参数图；
图5为需求响应负荷参数及其余求解参数图；
图6为计及源荷互动响应的主动配电网优化配置方案求解结果图。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例包括：
实施例一：
如图1所示，一种计及源荷互动响应的主动配电网双层规划方法，包括以下步骤：
S1：建立计及源荷互动响应的主动配电网上层规划模型；
S2：建立计及源荷互动响应的主动配电网下层规划模型；
S3：求解上层模型获得规划方案并将结果传递至下层；
S4：求解下层模型获得运行方案并将结果返回上层；
S5：反复迭代最终获得最优结果。
本发明的计及源荷互动响应的主动配电网双层规划方法提出一种计及源荷互动响应的主动配电网双层规划方法，该方法首先建立上层模型，决策分布式电源的选址定容方案，以实施互动响应后的年运行成本最小为目标的下层模型，结合上层模型决策得到的规划方案，决策典型日各时段可控分布式电源出力和负荷需求响应功率，并将运行方案返回上层重新计算目标函数，经反复迭代获取最优规划方案，该方法创造性地以源荷互动相应在规划过程中考虑了实际运行状态下的源荷互动响应，实现源荷两侧的协同优化，可为主动配电网的规划建设提供深度指导意见。
在本实施例中，在步骤S1中，包括以下步骤：
S1.1：综合考虑分布式电源投资商和配电网运营商利益，定义最优规划方案的目标函数表达式为：
C＝λ1(CDER-Csell)+λ2(CG-Closs-Cenv+CDR)
上式中，为总成本；、分别为分布式电源投资商经济性指标、配电网运营商经济性指标，为分布式电源投资商投资及运维成本；为分布式电源投资商售电收益；为配网运营商向主网购电成本；为降损收益；为环保性收益；为DR补偿成本；
S1.2：设定分布式电源投资商各经济指标计算公式为：
上式中，为DER等年值投资运维成本；为DER的总数量；为贴现率；为第i类DER的经济适用年限；为第个场景的发生概率；为场景总数；、及分别为第i类DER单位容量投资费用、运行维护费用及装机容量。为第类DER在场景时刻的发电量；为发电商的售电年收益；为分布式电源总数量；为分布式电源日工作小时数，取24小时为1周期；为第i类分布式电源的售电电价；为第i类分布式电源在场景s中t时段的发电量；
S1.3：设定配电网运营商各经济指标计算公式为：
上式中，为配网运营商向主网购电成本；为场景s中t时段外部电网单位电量价格；为第个场景的发生概率；为场景s中t时段从外网购电电量；式中，为线路总数；为网损电价；和分别为DER接入前后场景s中t时段第l条支路上的电流；为第l条支路的电阻；为环保性成本；为主网单位发电量的污染气体排放系数；为排放的污染气体总类；为不同污染气体的治理费用；和分别为DER接入前后主网购电量；为DR补偿成本；为场景s中t时段第j个用户响应单位电量的补偿价格；为场景s中t时段第j个用户响应电量，实现了多方面的协调，提高整个方法的可靠性。
在本实施例中，在步骤S2中，包括以下步骤：
S2.1：定义配电网运行成本为：
min Ctotal＝CG+CDG+CDR+CLoss
式中，、、、和为主动配电网的总成本、年运行成本、主网购电成本、DG购电成本、DR补偿成本和网损成本；
S2.2：按以下公式计算各经济指标：
上式中，为场景s中t时段第j种DG单位电量价格；为场景s中t时段第j种DG发电量；为配电网中参与DR的用户数量；为场景s中t时段第j个用户响应单位电量的补偿价格；为场景s中t时段第j个用户响应电量；为配电网中线路数量；为场景s中t时段的网损电量价格；为场景s中t时段第j条线路的电流，增强源侧与用户侧间的协调性，实现源荷两侧的协同优化。
在本实施例中，在步骤S3中，包括以下步骤：
S3.1：建立上层模型目标函数：年化规划投资成本
C＝λ1(CDER-Csell)+λ2(CG-Closs-Cenv+CDR)；
S3.2：优化变量：各类DER装机容量；
S3.3：制定约束条件，分别为：
(1)分布式电源渗透率约束
上式中，η为分布式电源渗透率；NIDG和NDG分别为间歇性DG和可控DG的种类数；PIDG.i为第i种间歇性DG的容量；为主动管理模式在t时段第i种间歇性DG切除量；PDG.j为第i种可控DG的容量；PLD为配电网侧所有负荷总容量；
(2)节点功率平衡约束
式中：i为待接入节点；Pi、Qi分别为节点的有功和无功功率；、为节点和的电压；Gij为节点间导纳的实部；Bij为节点间导纳的虚部；为节点与间的相位差；为与负荷节点i直接相连的所有负荷节点集合；为负荷节点集合；
(3)节点电压约束
Umin≤Ui≤Umax
式中：Umin和Umax分别为电压偏移上下限；Ui为节点电压。
S3.4：基于改进粒子群算法对模型进行求解，得到优化的规划方案并将结果传递至下层，求解后将规划方案传递至下层进行筛选，提高方法的可靠性。
在本实施例中，在步骤S4中，包括以下步骤：
S4.1：建立下层模型目标函数：主动配电网运行成本
min Ctotal＝CG+CDG+CDR+CLoss；
S4.2：优化变量：各用户响应电量；
S4.3：制定约束条件，分别为：
(1)反向潮流约束
(2)系统功率平衡约束
上式中，、和分别为负荷、DR和DG的接入节点；为第个场景时刻的第个负荷节点的有功功率；为第个场景时刻第个用户响应电量；为第个场景时刻的发电机功率；为第个场景时刻第个分布式能源的功率；
(3)DG出力约束
上式中，和分别为第种DG的有功出力上下限；和分别为第种DG的无功出力上下限；
(4)DR响应功率约束
上式中，和分别为第j个需求响应用户削减的有功值上下限；和分别为第j个需求响应用户削减的无功值上下限。
S4.4：基于改进粒子群算法对模型进行求解，得到优化的运行方案并将结果返回至上层，提高了方法的可靠性。
在本实施例中，在步骤S5中，使用基于改进粒子群算法进行反复迭代最终获得最优结果，准确性高。
实施例二：
在实施例一的基础上，采用实施例一中的计及源荷互动响应的主动配电网双层规划方法进行举例，具体步骤如下：
步骤1：获取配电网全年风电出力序列曲线、全年光伏出力序列曲线、全年负荷序列曲线以及全年净负荷曲线序列曲线，数据如图2所示；获取拓扑节点数据，数据如图3所示；获取选取的各分布式电源装置类型及其参数，数据如图4所示；获取需求响应负荷参数及其余求解参数如图5所示；
步骤2：根据下列公式建立计及源荷互动响应的主动配电网上层规划模型，定义最优规划方案的目标函数：
C＝λ1(CDER-Csell)+λ2(CG-Closs-Cenv+CDR)
步骤3：跟据下列公式计算分布式电源投资商的经济指标，即投资运维成本和售电成本：
步骤4：跟据下列公式计算配电网运营商的经济指标，即主网购电成本、降损收益、污染物减排环保收益以及源荷互动响应的需求响应补偿成本；
步骤5：建立计及源荷互动响应的主动配电网下层规划模型，定义运行成本为目标函数；
min Ctotal＝CG+CDG+CDR+CLoss
步骤6：跟据下列公式计算年运行成本、主网购电成本、DG购电成本、DR补偿成本和网损成本；
步骤7：按照以下约束求解上层规划模型，并将规划结果传递至下层规划模型中；
Umin≤Ui≤Umax
步骤8：按照以下约束求解下层规划模型，并将运行结果返回至上层规划模型中；
步骤9：经过反复迭代，最终得出计及源荷互动响应的主动配电网优化配置方案，求解结果如图6所示。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (6)

1.一种计及源荷互动响应的主动配电网双层规划方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：建立计及源荷互动响应的主动配电网上层规划模型；
S2：建立计及源荷互动响应的主动配电网下层规划模型；
S3：求解上层模型获得规划方案并将结果传递至下层；
S4：求解下层模型获得运行方案并将结果返回上层；
S5：反复迭代最终获得最优结果。
2.根据权利要求1所述的计及源荷互动响应的主动配电网双层规划方法，其特征在于，在步骤S1中，包括以下步骤：
S1.1：综合考虑分布式电源投资商和配电网运营商利益，定义最优规划方案的目标函数表达式为：
C＝λ1(CDER-Csell)+λ2(CG-Closs-Cenv+CDR)
上式中，C为总成本；λ1、λ2分别为分布式电源投资商经济性指标、配电网运营商经济性指标，CDER为分布式电源投资商投资及运维成本；Csell为分布式电源投资商售电收益；CG为配网运营商向主网购电成本；Closs为降损收益；Cenv为环保性收益；CDR为DR补偿成本；
S1.2：设定分布式电源投资商各经济指标计算公式为：
上式中，CDER为DER等年值投资运维成本；NDER为DER的总数量；r为贴现率；ni为第i类DER的经济适用年限；ps为第s个场景的发生概率；Ns为场景总数；及PDER.i分别为第i类DER单位容量投资费用、运行维护费用及装机容量。为第i类DER在s场景t时刻的发电量；Csell为发电商的售电年收益；NDG为分布式电源总数量；T为分布式电源日工作小时数，取24小时为1周期；为第i类分布式电源的售电电价；为第i类分布式电源在场景s中t时段的发电量；
S1.3：设定配电网运营商各经济指标计算公式为：
上式中，CG为配网运营商向主网购电成本；为场景s中t时段外部电网单位电量价格；ps为第s个场景的发生概率；为场景s中t时段从外网购电电量；式中，Nl为线路总数；closs为网损电价；Is.t.l和I’s.t.l分别为DER接入前后场景s中t时段第l条支路上的电流；Rl为第l条支路的电阻；cenv为环保性成本；αr,G为主网单位发电量的污染气体排放系数；R为排放的污染气体总类；βr为不同污染气体的治理费用；和分别为DER接入前后主网购电量；cDR为DR补偿成本；为场景s中t时段第j个用户响应单位电量的补偿价格；为场景s中t时段第j个用户响应电量。
3.根据权利要求2所述的计及源荷互动响应的主动配电网双层规划方法，其特征在于，在步骤S2中，包括以下步骤：
S2.1：定义配电网运行成本为：
min Ctotal＝CG+CDG+CDR+CLoss
式中，Ctotal、CG、CDG、CDR和CLoss为主动配电网的总成本、年运行成本、主网购电成本、DG购电成本、DR补偿成本和网损成本；
S2.2：按以下公式计算各经济指标：
上式中，为场景s中t时段第j种DG单位电量价格；为场景s中t时段第j种DG发电量；NDR为配电网中参与DR的用户数量；为场景s中t时段第j个用户响应单位电量的补偿价格；为场景s中t时段第j个用户响应电量；NL为配电网中线路数量；为场景s中t时段的网损电量价格；为场景s中t时段第j条线路的电流。
4.根据权利要求3所述的计及源荷互动响应的主动配电网双层规划方法，其特征在于，在步骤S3中，包括以下步骤：
S3.1：建立上层模型目标函数：年化规划投资成本
C＝λ1(CDER-Csell)+λ2(CG-Closs-Cenv+CDR)；
S3.2：优化变量：各类DER装机容量PDER.i；
S3.3：制定约束条件，分别为：
(1)分布式电源渗透率约束
上式中，η为分布式电源渗透率；NIDG和NDG分别为间歇性DG和可控DG的种类数；PIDG.i为第i种间歇性DG的容量；为主动管理模式在t时段第i种间歇性DG切除量；PDG.j为第i种可控DG的容量；PLD为配电网侧所有负荷总容量；
(2)节点功率平衡约束
式中：i为待接入节点；Pi、Qi分别为节点的有功和无功功率；Ui、Uj为节点i和j的电压；Gij为节点间导纳的实部；Bij为节点间导纳的虚部；θij为节点i与j间的相位差；Ωn为与负荷节点i直接相连的所有负荷节点集合；Ωl为负荷节点集合；
(3)节点电压约束
Umin≤Ui≤Umax
式中：Umin和Umax分别为电压偏移上下限；Ui为节点电压。
S3.4：基于改进粒子群算法对模型进行求解，得到优化的规划方案并将结果传递至下层。
5.根据权利要求4所述的计及源荷互动响应的主动配电网双层规划方法，其特征在于，在步骤S4中，包括以下步骤：
S4.1：建立下层模型目标函数：主动配电网运行成本
min Ctotal＝CG+CDG+CDR+CLoss；
S4.2：优化变量：各用户响应电量；
S4.3：制定约束条件，分别为：
(1)反向潮流约束
(2)系统功率平衡约束
上式中，ZLD、ZDR和ZDG分别为负荷、DR和DG的接入节点；为第s个场景t时刻的第i个负荷节点的有功功率；为第s个场景t时刻第i个用户响应电量；为第s个场景t时刻的发电机功率；为第s个场景t时刻第i个分布式能源的功率；
(3)DG出力约束
上式中，和分别为第j种DG的有功出力上下限；和分别为第j种DG的无功出力上下限；
(4)DR响应功率约束
上式中，和分别为第j个需求响应用户削减的有功值上下限；和分别为第j个需求响应用户削减的无功值上下限。
S4.4：基于改进粒子群算法对模型进行求解，得到优化的运行方案并将结果返回至上层。
6.根据权利要求1所述的计及源荷互动响应的主动配电网双层规划方法，其特征在于，在步骤S5中，使用基于改进粒子群算法进行反复迭代最终获得最优结果。
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