CN111682585A - 一种配电网智能储能软开关综合规划方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种配电网智能储能软开关综合规划方法和系统，其特征在于，该方法包括如下步骤：1)对待规划配电系统的相关参数进行采集；2)建立智能储能软开关规划模型；3)针对给定的配电网典型运行场景以及配电系统的相关参数，采用二阶锥规划与模拟退火相结合的混合算法求解所述智能储能软开关协调规划模型，得到最优智能储能软开关规划方案。本发明充分考虑智能储能软开关提升有源配电网供电可靠性的作用，可以广泛应用于有源配电网中智能储能软开关综合规划领域。

Description

一种配电网智能储能软开关综合规划方法和系统

技术领域

本发明涉及一种智能储能软开关综合规划方法和系统，特别是一种考虑有源配电网供电可靠性的智能储能软开关综合规划方法和系统。

背景技术

近年来，全球能源供给朝着清洁化、低碳化的方向快速转型，同时电力电子设备在分布式电源并网接入、交直流配电形式转换、有源滤波、无功补偿等环节发挥着关键作用，新型输配电技术呈现出电力电子化的发展趋势。配电网形态也正在经历革命性的改变，传统配电网向有源配电网的转变正逐步加速。有源配电网成为实现多能流互联、能源综合利用的核心与纽带，亦是保障用户经济、安全、可靠用电的电力供应平台。

有源配电网能够借助电力电子设备实现精细潮流控制、配备辅助量测以及通信设备提升系统可观性，从而优化配电网运行状态、改善电压分布、提高供电可靠性。智能储能软开关(SOP integrated with ESS，ESOP)是一种基于电力电子元件的高度集成的能量转换装置。在配电网正常运行时，智能储能软开关既能够实时调节馈线间的传输功率、优化运行状态，又能够借助储能系统对电能进行存储与释放，实现电能在时间上的转移，有效抑制分布式电源出力波动、负荷不确定性等情况给配电网带来的冲击。在配电网发生故障时，由于直流隔离的作用，智能储能软开关能够有效阻止故障电流穿越，并为失电区域提供有效的电压支撑，扩大供电恢复范围，从而提升配电网的供电可靠性。因此，智能储能软开关的应用能够有效优化配电网的运行状态、实现高可靠性供电，从而取得可观的经济效益和良好的社会效益。考虑到智能软开关在故障情况和正常运行情况下对配电网的安全、经济运行均具有显著影响，在规划阶段需要综合考虑其对配电网供电可靠性和经济性的提升收益，以最大化发挥柔性配电装备的性能。

目前已有的智能软开关规划方法多针对结构较为单一的双端智能软开关，对于智能储能软开关的规划研究尚处于起步阶段。智能储能软开关结构较为复杂，换流器、储能电池等元件各有不同，同时在规划阶段需要考虑智能储能软开关的换流器与储能系统的协调运行约束，其安装位置与配置容量也深刻影响调节效果。另一方面，已有的智能储能软开关规划方法均未考虑智能储能软开关提升配电网供电可靠性方面的影响。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种配电网智能储能软开关综合规划方法和系统，以有源配电网的供电可靠性为基础对智能储能软开关的安装位置及配置容量进行规划，进而得到智能储能软开关的最优规划位置与容量配置方案。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：

本发明的第一个方面，是提供一种配电网智能储能软开关综合规划方法，其包括以下步骤：

1)对待规划配电系统的相关参数进行采集；

2)建立智能储能软开关综合规划模型；

3)针对给定的配电网典型运行场景以及待规划配电系统的相关参数，采用二阶锥规划与模拟退火相结合的混合算法求解所述智能储能软开关综合规划模型，得到最优智能储能软开关规划方案。

进一步地，所述步骤1)中，待规划配电系统的相关参数包括：线路参数、负荷水平、网络拓扑连接关系、分布式电源安装位置与容量，系统运行电压水平和支路电流限制，智能储能软开关的待选位置、单位配置容量及投资价格、贴现率、使用年限、运行维护系数、损耗系数，各支路历史年均故障次数、故障修复时长，分段开关动作时间、联络开关动作时间、智能储能软开关供电恢复时间，单位停电损失系数，典型的历史负荷曲线，典型的分布式电源出力曲线，分时电价参数，系统基准电压和基准功率初值。

进一步地，所述步骤2)中，所述智能储能软开关综合规划模型以有源配电网年综合指标最低为目标函数，且所述目标函数的约束条件包括：网络拓扑约束、系统潮流约束、分布式电源运行约束、系统运行约束、智能储能软开关运行约束、智能储能软开关规划约束。

进一步地，所述目标函数为：

min f＝f_L+f_R+f_I+f_O

式中，f_L为有源配电网年损耗指标，f_R为有源配电网年供电可靠性指标，f_I为智能储能软开关年投资指标，f_O为智能储能软开关年运行维护指标；

所述有源配电网年损耗指标f_L表示为：

式中，N_h为场景个数，N_t为单个场景中时间段面数；Ω_b为配电系统所有支路的集合；r_ij为支路ij的电阻值，I_h，t，ij为场景h下支路ij在t时刻的电流幅值；

为场景h下t时刻安装在支路ij上智能储能软开关的总损耗；

为场景h下t时刻的电价；Γ_h为场景h的概率；

所述有源配电网年供电可靠性指标f_R表示为：

式中，c^R为单位停电损失指标；λ_k为支路k的年均故障次数；Ω_n表示系统中所有节点的集合；T_k，i为节点i上的负荷在支路k故障下的停电时间；

为支路k故障下节点i上负荷消耗的有功功率；μ_k，i为支路k故障下采用智能储能软开关进行供电恢复后，节点i上负荷的供电恢复比例系数，μ_k，i∈[0，1]；

为不采用智能储能软开关进行供电恢复节点i上负荷的供电恢复比例系数，

t_l为通过修复故障支路进行供电恢复所需时间；t_sw为采用隔离开关切除故障支路进行供电恢复所需时间；t_op为采用智能储能软开关进行供电恢复所需时间；

所述智能储能软开关年投资指标f_I表示为：

式中，d为贴现率；y为智能储能软开关的使用年限；Ω_b为配电系统所有支路的集合；

为安装在支路ij上智能软开关的单侧换流器容量，

为安装在支路ij上储能系统的DC/DC变换器容量，

为安装在支路ij上储能电池的容量；c^C为智能软开关换流器单位容量投资指标，c^DCDC为DC/DC变换器单位容量投资指标，c^CELL为储能电池单位容量投资指标；

所述智能储能软开关年运行维护指标f_O表示为：

式中，η为智能储能软开关的年运行维护费用系数。

进一步地，所述网络拓扑约束表示为：

α_h，t，ij＝β_h，t，ij+β_h，t，ji，ij∈Ω_b

α_h，t，ij∈{0，1}，ij∈Ω_b

β_h，t，ij∈{0，1}，ij∈Ω_b

式中，Ω₀为系统中源节点的集合；Ω_b为配电系统所有支路的集合；α_h，t，ij为场景h下t时刻支路ij的开关状态，α_h，t，ij＝0表示支路ij处于断开状态，α_h，t，ij＝1表示支路ij处于闭合状态；β_h，t，ij为场景h下t时刻节点i和节点j的关系，β_h，t，ij＝1表示节点i是节点j的父节点，β_h，t，ij＝0表示节点i不是节点j的父节点；β_h，t，j为场景h下t时刻节点j和节点i的关系，β_h，t，ji＝1表示节点j是节点i的父节点，β_h，t，ji＝0表示节点j不是节点i的父节点；

所述系统潮流约束表示为：

式中，r_ij和x_ij分别为支路ij的电阻和电抗,r_ji和x_ji分别为支路ji的电阻和电抗；U_h，t，i为场景h下t时刻节点i的电压幅值，U_h，t，j为场景h下t时刻节点j的电压幅值，I_h，t，ij为场景h下支路ij在t时刻的电流幅值，I_h，t，ji为场景h下支路ji在t时刻的电流幅值；Q_h，t，ij为场景h下t时刻支路上节点i流向节点j的有功功率，P_h，t，ji为场景h下t时刻支路上节点j流向节点i的有功功率，Q_h，t，ij为场景h下t时刻支路上节点i流向节点j的无功功率，Q_h，t，ji为场景h下t时刻支路上节点j流向节点i的无功功率，Q_h，t，ik为场景h下t时刻支路上节点i流向节点k的无功功率；P_h，t，i为场景h下t时刻节点i上注入的有功功率，P_h，t，ik为场景h下t时刻支路上节点i流向节点k的有功功率，

为场景h下t时刻节点i上分布式电源注入的有功功率，

为场景h下t时刻节点i上智能储能软开关换流器注入的有功功率，

为场景h下t时刻节点i上负荷消耗的有功功率；Q_h，t，i为场景h下t时刻节点i上注入的无功功率，

为场景h下t时刻节点i上分布式电源注入的无功功率，

为场景h下t时刻节点i上智能储能软开关换流器注入的无功功率，

为场景h下t时刻节点i上负荷消耗的无功功率；μ_h，t，i为场景h下t时刻节点i上负荷的供电恢复比例系数；

所述分布式电源运行约束表示为：

式中，

为场景h下t时刻节点i上分布式电源注入的有功功率，

为场景h下t时刻节点i上分布式电源注入的无功功率；

为场景h下t时刻节点i上分布式电源出力系数；

为节点i上分布式电源装机容量；

节点i上分布式电源功率因数角；

所述系统运行约束表示为：

式中，U和

分别为系统允许节点电压上下限，

为系统最大允许支路电流值；U_h,t,i为场景h下t时刻节点i的电压幅值，I_h，t，ij为场景h下支路ij在t时刻的电流幅值；

所述智能储能软开关运行约束表示为：

式中，

为场景h下t时刻节点i上智能储能软开关换流器注入的有功功率，

为场景h下t时刻节点j上智能储能软开关换流器注入的有功功率，

为场景h下t时刻节点m上DC/DC变换器注入的有功功率；

为场景h下t时刻节点i上智能储能软开关换流器注入的无功功率，

为场景h下t时刻节点j上智能储能软开关换流器注入的无功功率，

为场景h下t时刻节点m上DC/DC变换器注入的无功功率；

为场景h下t时刻安装在支路ij上智能储能软开关的总损耗，

为场景h下t时刻接在节点i上智能储能软开关换流器的损耗，

为场景h下t时刻接在节点j上智能储能软开关换流器的损耗，

为场景h下t时刻接在节点m上DC/DC变换器的损耗；

为安装在支路ij上智能储能软开关换流器的容量；

为接在节点i上智能储能软开关换流器的损耗系数，

为接在节点j上智能储能软开关换流器的损耗系数，

为节点m处DC/DC变换器损耗系数；

和

分别为安装在m处DC/DC变换器注入的有功功率上下限；

为场景h下t时刻节点m处储能电池的荷电量，

为场景h下t+1时刻节点m处储能电池的荷电量；Δt为时间步长；

和

分别为安装在m处的储能电池荷电系数上下限；N_t为单个场景中时间段面数；

为安装在支路ij上智能软开关储能电池的配置容量；

所述智能储能软开关规划约束表示为：

式中，

和

分别为安装在支路ij上智能软开关换流器、DC/DC变换器和储能电池的配置容量；

和

分别为安装在支路ij上智能软开关换流器、DC/DC变换器和储能电池的单位容量配置数量；s^C，0、s^DCDC，0和s^CELL，0分别为智能软开关换流器、DC/DC变换器和储能电池的单位配置容量。

进一步地，所述步骤3)中，计算得到最优智能储能软开关规划方案的方法，包括以下步骤：

3.1)将对智能储能软开关综合规划模型的求解分为两个阶段，即上层规划主问题和下层运行优化子问题，其中，上层规划主问题用于确定智能储能软开关规划方案，下层运行优化子问题用于根据给定的配电网典型运行场景，结合确定的智能储能软开关规划方案计算得到有源配电网的年综合优化指标；

3.2)设置初始温度、温度下降系数、迭代次数限制值算法参数；

3.3)对智能储能软开关的规划容量进行整数编码，给定初始智能软开关规划方案，所述初始智能储能软开关规划方案包括安装在支路ij上智能软开关换流器单位容量配置数量

DC/DC变换器单位容量配置数量

和储能电池的单位容量配置数量

并将迭代次数置为零；

3.4)改变智能储能软开关换流器、DC/DC变换器和储能电池的单位容量配置数量，得到新的智能储能软开关规划方案并将其传输至下层运行优化子问题；

3.5)下层运行优化子问题针对给定的配电网典型运行场景，结合从上层获得的当前智能储能软开关配置方案，采用二阶锥规划算法进行优化计算得到有源配电网的各指标，并将相应指标返回给上层构成主问题目标函数；

3.6)设置迭代次数加一，判断是否达到当前温度下的最大迭代次数，若达到则跳出迭代过程，选取当前温度下的智能储能软开关规划方案为最终解；反之，则返回步骤3.4)重新生成配置方案，直到输出最优智能储能软开关规划方案。

本发明的第二个方面，是提供一种配电网智能储能软开关综合规划系统，其包括：

参数采集模块，用于对待规划配电系统的相关参数进行采集；

模型构建模块，用于建立智能储能软开关综合规划模型；

模型计算模块，用于针对给定的配电网典型运行场景以及待规划配电系统的相关参数，采用二阶锥规划与模拟退火相结合的混合算法求解所述智能储能软开关综合规划模型，得到最优智能储能软开关规划方案。

进一步地，所述参数采集模块采集的待规划配电系统的相关参数包括：线路参数、负荷水平、网络拓扑连接关系、分布式电源安装位置与容量，系统运行电压水平和支路电流限制，智能储能软开关的待选位置、单位配置容量及投资价格、贴现率、使用年限、运行维护系数、损耗系数，各支路历史年均故障次数、故障修复时长，分段开关动作时间、联络开关动作时间、智能储能软开关供电恢复时间，单位停电损失系数，典型的历史负荷曲线，典型的分布式电源出力曲线，分时电价参数，系统基准电压和基准功率初值。

进一步地，所述智能储能软开关综合规划模型以有源配电网年综合指标最低为目标函数，且所述目标函数的约束条件包括：网络拓扑约束、系统潮流约束、分布式电源运行约束、系统运行约束、智能储能软开关运行约束、智能储能软开关规划约束。

进一步地，所述模型计算模块包括：

问题划分模块，用于将对智能储能软开关综合规划模型的求解分为两个阶段，即上层规划主问题和下层运行优化子问题，其中，上层规划主问题用于确定智能储能软开关规划方案，下层运行优化子问题用于根据给定的配电网典型运行场景，结合确定的智能储能软开关规划方案计算得到有源配电网的年综合优化指标；

参数设置模块，用于设置初始温度、温度下降系数、迭代次数限制值算法参数；

初始配置方案确定模块，用于对智能储能软开关的规划容量进行整数编码，给定初始智能软开关规划方案，所述初始智能软开关规划方案包括安装在支路ij上智能软开关换流器单位容量配置数量

DC/DC变换器单位容量配置数量

和储能电池的单位容量配置数量

并将迭代次数置为零；

配置方案更新模块，用于改变智能储能软开关换流器、DC/DC变换器和储能电池的单位容量配置数量，得到新的智能储能软开关规划方案并将其传输至下层运行优化子问题；

下层运行问题求解模块，用于针对给定的配电网典型运行场景，结合从上层获得的当前智能储能软开关规划方案，采用二阶锥规划算法进行优化计算得到有源配电网的各指标，并将相应指标返回给上层构成主问题目标函数；

配置方案输出模块，用于对算法参数进行更新，并最终输出最优智能储能软开关规划方案。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明建立的配电网智能储能软开关综合规划模型，在智能储能软开关的规划阶段考虑了智能储能软开关的换流器与储能系统的协调运行约束，对其安装位置与配置容量带来的配电网的调节效果、以及其对有源配电网供电可靠性的提升作用，进而得到智能储能软开关的规划位置与容量配置方案，充分保证了有源配电网的供电可靠性，并进一步降低了配置成本。2、本发明对配电网智能储能软开关综合规划模型进行求解时，采用了二阶锥规划与模拟退火相结合的混合算法，求解更加快速，准确性更高。因此，本发明可以广泛应用于有源配电网的智能储能软开关规划领域。

附图说明

图1是本发明配电网智能储能软开关综合规划方法流程图；

图2是改进的IEEE 33节点算例结构图；

图3是典型的历史负荷曲线；

图4是典型的分布式电源出力曲线；

图5是智能储能软开关联合规划结果示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。

如图1所示，本发明提供的一种配电网智能储能软开关综合规划方法，包括如下步骤：

1)对待规划配电系统的相关参数进行采集，用于智能储能软开关的规划方案配置计算。

根据选定的配电系统，获取其相关参数信息，包括：线路参数、负荷水平、网络拓扑连接关系、分布式电源安装位置与容量，系统运行电压水平和支路电流限制，智能储能软开关的待选位置、单位配置容量及投资价格、贴现率、使用年限、运行维护系数、损耗系数，各支路历史年均故障次数、故障修复时长，分段开关动作时间、联络开关动作时间、智能储能软开关供电恢复时间，单位停电损失系数，典型的历史负荷曲线，典型的分布式电源出力曲线，分时电价参数，系统基准电压和基准功率初值；

2)建立配电网智能储能软开关综合规划模型，该模型以有源配电网年综合优化指标最小为目标函数，以网络拓扑约束、系统潮流约束、分布式电源运行约束、系统运行约束、智能储能软开关运行约束、智能储能软开关规划约束为约束条件；其中，有源配电网年综合优化指标包括有源配电网年损耗指标、有源配电网年供电可靠性指标、智能储能软开关年投资指标和智能储能软开关年运行维护指标；

2.1)目标函数

对于本实施例，有源配电网年综合优化指标f可表示为：

minf＝f_L+f_R+f_I+f_O (1)

式中，f_L为有源配电网年损耗指标，f_R为有源配电网年供电可靠性指标，f_I为智能储能软开关年投资指标，f_O为智能储能软开关年运行维护指标，各指标可分别由下式表示：

2.1.1)有源配电网年损耗指标

有源配电网年损耗指标f_L表示为：

式中，N_h为场景个数，N_t为单个场景中时间段面数；Ω_b为配电系统所有支路的集合；r_ij为支路ij的电阻值，I_h，t，ij为场景h下支路ij在t时刻的电流幅值；

为场景h下t时刻安装在支路ij上智能储能软开关的总损耗；

为场景h下t时刻的电价；Γ_h为场景h的概率；

2.1.2)有源配电网年供电可靠性指标

有源配电网年供电可靠性指标f_R表示为：

式中，c^R为单位停电损失指标；λ_k为支路k的年均故障次数；Ω_n表示系统中所有节点的集合；T_k，i为节点i上的负荷在支路k故障下的停电时间；

为支路k故障下节点i上负荷消耗的有功功率；μ_k，i为支路k故障下采用智能储能软开关进行供电恢复后，节点i上负荷的供电恢复比例系数，μ_k，i∈[0，1]；

为不采用智能储能软开关进行供电恢复节点i上负荷的供电恢复比例系数，

t_l为通过修复故障支路进行供电恢复所需时间；t_sw为采用隔离开关切除故障支路进行供电恢复所需时间；t_op为采用智能储能软开关进行供电恢复所需时间；

2.1.3)智能储能软开关年投资指标

智能储能软开关年投资指标f_I表示为：

式中，d为贴现率；y为智能储能软开关的使用年限；Ω_b为配电系统所有支路的集合；

为安装在支路ij上智能软开关的单侧换流器容量，

为安装在支路ij上储能系统的DC/DC变换器容量，

为安装在支路ij上储能电池的容量；c^C为智能软开关换流器单位容量投资指标，c^DCDC为DC/DC变换器单位容量投资指标，c^CELL为储能电池单位容量投资指标；

2.1.4)智能储能软开关年运行维护指标

智能储能软开关年运行维护指标f_O表示为：

式中，η为智能储能软开关的年运行维护费用系数。

2.2)约束条件

对于本实施例，网络拓扑约束、系统潮流约束、分布式电源运行约束、系统运行约束、智能储能软开关运行约束和规划约束可表示为：

2.2.1)网络拓扑约束

网络拓扑约束可表示为：

α_h，t，ij＝β_h，t，ij+β_h，t，ji，ij∈Ω_b (7)

α_h，t，ij∈{0，1}，ij∈Ω_b (10)

β_h，t，ij∈{0，1}，ij∈Ω_b (11)

式中，Ω₀为系统中源节点的集合；Ω_b为配电系统所有支路的集合；α_h，t，ij为场景h下t时刻支路ij的开关状态，α_h，t，ij＝0表示支路ij处于断开状态，α_h，t，ij＝1表示支路ij处于闭合状态；β_h，t，ij为场景h下t时刻节点i和节点j的关系，β_h，t，ij＝1表示节点i是节点j的父节点，β_h，t，ij＝0表示节点i不是节点j的父节点；β_h，t，ji为场景h下t时刻节点j和节点i的关系，β_h，t，ji＝1表示节点j是节点i的父节点，β_h，t，ij＝0表示节点j不是节点i的父节点；

2.2.2)系统潮流约束

系统潮流约束可表示为：

式中，r_ij和x_ij分别为支路ij的电阻和电抗,r_ji和x_ji分别为支路ji的电阻和电抗；U_h，t，i为场景h下t时刻节点i的电压幅值，U_h，t，j为场景h下t时刻节点j的电压幅值，I_h，t，ij为场景h下支路ij在t时刻的电流幅值，I_h，t，ji为场景h下支路ji在t时刻的电流幅值；P_h，t，ij为场景h下t时刻支路上节点i流向节点j的有功功率，P_h，t，ji为场景h下t时刻支路上节点j流向节点i的有功功率，Q_h，t，ij为场景h下t时刻支路上节点i流向节点j的无功功率，Q_h，t，ji为场景h下t时刻支路上节点j流向节点i的无功功率，Q_h，t，ik为场景h下t时刻支路上节点i流向节点k的无功功率；P_h，t，i为场景h下t时刻节点i上注入的有功功率，P_h，t，ik为场景h下t时刻支路上节点i流向节点k的有功功率，

为场景h下t时刻节点i上分布式电源注入的有功功率，

为场景h下t时刻节点i上智能储能软开关换流器注入的有功功率，

为场景h下t时刻节点i上负荷消耗的有功功率；Q_h，t，i为场景h下t时刻节点i上注入的无功功率，

为场景h下t时刻节点i上分布式电源注入的无功功率，

为场景h下t时刻节点i上智能储能软开关换流器注入的无功功率，

为场景h下t时刻节点i上负荷消耗的无功功率；μ_h，t，i为场景h下t时刻节点i上负荷的供电恢复比例系数；

2.2.3)分布式电源运行约束

分布式电源运行约束可表示为：

式中，

为场景h下t时刻节点i上分布式电源注入的有功功率，

为场景h下t时刻节点i上分布式电源注入的无功功率；

为场景h下t时刻节点i上分布式电源出力系数；

为节点i上分布式电源装机容量；

节点i上分布式电源功率因数角；

2.2.4)系统运行约束

系统运行约束可表示为：

式中，U和

分别为系统允许节点电压上下限，

为系统最大允许支路电流值；U_h,t,i为场景h下t时刻节点i的电压幅值，I_h，t，ij为场景h下支路ij在t时刻的电流幅值；

2.2.5)智能储能软开关运行约束

智能储能软开关运行约束可表示为：

式中，

为场景h下t时刻节点i上智能储能软开关换流器注入的有功功率，

为场景h下t时刻节点j上智能储能软开关换流器注入的有功功率，

为场景h下t时刻节点m上DC/DC变换器注入的有功功率；

为场景h下t时刻节点i上智能储能软开关换流器注入的无功功率，

为场景h下t时刻节点j上智能储能软开关换流器注入的无功功率，

为场景h下t时刻节点m上DC/DC变换器注入的无功功率；

为场景h下t时刻安装在支路ij上智能储能软开关的总损耗，

为场景h下t时刻接在节点i上智能储能软开关换流器的损耗，

为场景h下t时刻接在节点j上智能储能软开关换流器的损耗，

为场景h下t时刻接在节点m上DC/DC变换器的损耗；

为安装在支路ij上智能储能软开关换流器的容量；

为接在节点i上智能储能软开关换流器的损耗系数，

为接在节点j上智能储能软开关换流器的损耗系数，

为节点m处DC/DC变换器损耗系数；

和

分别为安装在m处DC/DC变换器注入的有功功率上下限；

为场景h下t时刻节点m处储能电池的荷电量，

为场景h下t+1时刻节点m处储能电池的荷电量；Δt为时间步长；

和

分别为安装在m处的储能电池荷电系数上下限；N_t为单个场景中时间段面数；

为安装在支路ij上智能软开关储能电池的配置容量；

2.2.6)智能储能软开关规划约束

智能储能软开关规划约束可表示为：

式中，

和

分别为安装在支路ij上智能软开关换流器、DC/DC变换器和储能电池的配置容量；

和

分别为安装在支路ij上智能软开关换流器、DC/DC变换器和储能电池的单位容量配置数量；s^C，0、s^DCDC，0和s^CELL，0分别为智能软开关换流器、DC/DC变换器和储能电池的单位配置容量。

3)针对给定的配电网典型运行场景，采用二阶锥规划与模拟退火相结合的混合算法求解智能储能软开关综合规划模型，得到求解结果，包括智能储能软开关换流器、DC/DC变换器和储能电池的规划位置和容量配置方案以及有源配电网年损耗指标、有源配电网年供电可靠性指标、智能储能软开关年投资指标和运行维护指标。

对于本实施例，采用二阶锥规划与模拟退火相结合的混合算法求解智能储能软开关协调规划模型时，包括以下步骤：

3.1)将对智能储能软开关综合规划模型的求解分为两个阶段，即上层规划主问题和下层运行优化子问题，其中，上层规划主问题用于确定智能储能软开关的配置方案，下层运行优化子问题用于根据给定的配电网典型运行场景，结合确定的智能储能软开关配置方案计算得到有源配电网的年综合优化指标；

3.2)采用模拟退火算法求解上层规划主问题，并设置初始温度、温度下降系数、迭代次数限制值等算法参数；

3.3)对智能储能软开关的规划容量进行整数编码，给定初始智能软开关配置方案，即安装在支路ij上智能软开关换流器单位容量配置数量

DC/DC变换器单位容量配置数量

和储能电池的单位容量配置数量

并将迭代次数置为零；

3.4)改变智能储能软开关换流器、DC/DC变换器和储能电池的单位容量配置数量，得到新的配置方案并将其传输至下层运行优化子问题；

3.5)下层运行优化子问题针对给定的配电网典型运行场景，结合从上层获得的当前智能储能软开关配置方案，采用二阶锥规划算法进行优化计算得到有源配电网年损耗指标和年供电可靠性指标，并将相应指标返回给上层构成主问题目标函数；

3.6)设置迭代次数加一，判断是否达到当前温度下的最大迭代次数，若达到则跳出迭代过程，选取当前温度下的配置方案为最终解；反之，则返回步骤3.4)重新生成配置方案，直到输出最终的智能储能软开关配置方案。

基于上述配电网智能储能软开关综合规划方法，本发明还提供一种配电网智能储能软开关综合规划系统，其包括：参数采集模块，用于对选定的配电系统的相关参数进行采集；模型构建模块，用于建立智能储能软开关综合规划模型；模型计算模块，用于针对给定的配电网典型运行场景以及配电系统的相关参数，采用二阶锥规划与模拟退火相结合的混合算法求解所述智能储能软开关综合规划模型，得到智能储能软开关的最优规划位置和容量配置方案。

进一步地，参数采集模块采集的配电系统的相关参数包括：线路参数、负荷水平、网络拓扑连接关系、分布式电源安装位置与容量，系统运行电压水平和支路电流限制，智能储能软开关的待选位置、单位配置容量及投资价格、贴现率、使用年限、运行维护系数、损耗系数，各支路历史年均故障次数、故障修复时长，分段开关动作时间、联络开关动作时间、智能储能软开关供电恢复时间，单位停电损失系数，典型的历史负荷曲线，典型的分布式电源出力曲线，分时电价参数，系统基准电压和基准功率初值。

进一步地，智能储能软开关综合规划模型以有源配电网年综合指标最低为目标函数，且所述目标函数的约束条件包括：网络拓扑约束、系统潮流约束、分布式电源运行约束、系统运行约束、智能储能软开关运行约束、智能储能软开关规划约束。

进一步地，模型计算模块包括：问题划分模块，用于将对智能储能软开关综合规划模型的求解分为两个阶段，即上层规划主问题和下层运行优化子问题，其中，上层规划主问题用于确定智能储能软开关配置方案，下层运行优化子问题用于根据给定的配电网典型运行场景，结合确定的智能储能软开关配置方案计算得到有源配电网的年综合优化指标；参数设置模块，用于采用模拟退火算法求解上层规划主问题，并设置初始温度、温度下降系数、迭代次数限制值算法参数；初始配置方案确定模块，用于对智能储能软开关的规划容量进行整数编码，给定初始智能软开关配置方案，即安装在支路ij上智能软开关换流器单位容量配置数量

DC/DC变换器单位容量配置数量

和储能电池的单位容量配置数量

并将迭代次数置为零；配置方案更新模块，用于改变智能储能软开关换流器、DC/DC变换器和储能电池的单位容量配置数量，得到新的配置方案并将其传输至下层运行优化子问题；下层运行问题求解模块，用于针对给定的配电网典型运行场景，结合从上层获得的当前智能储能软开关配置方案，采用二阶锥规划算法进行优化计算得到有源配电网的各指标，并将相应指标返回给上层构成主问题目标函数；配置方案输出模块，用于设置迭代次数加一，判断是否达到当前温度下的最大迭代次数，若达到则跳出迭代过程，选取当前温度下的配置方案为最终解；反之，则重新生成配置方案，直到输出最终的智能储能软开关配置方案。

实施例一

如图2所示，对于本实施例，首先输入IEEE 33节点算例中线路元件的阻抗值，负荷元件的有功功率、无功功率，网络拓扑连接关系，其中节点7、10、13、17、23和30接入六组光伏发电系统，容量均为300kVA，装配有五条联络开关，算例结构如图2所示，详细参数见表1和表2；设定智能储能软开关待选位置为五条联络开关处，智能储能软开关换流器单位可优化容量为100kVA，单位容量投资指标为2000元/kVA；DC/DC变换器单位可优化容量为100kVA，单位容量投资指标为500元/kVA；储能电池单位可优化容量为100kVA，单位容量投资指标为500元/kVA；贴现率为0.08，使用年限为20年，换流器损耗系数为0.02，DC/DC变换器损耗系数为0.01，运行维护系数为0.01；系统各支路历史年均故障次数详细见表3，单位停电损失指标设定为20元/kWh，故障修复时长设定为5小时，分段开关动作时间设定为1小时，联络开关动作时间设定为1小时，智能软开关恢复供电时间设定为5分钟；典型的历史负荷曲线详见图3，典型的分布式电源出力曲线详见图4，分时电价参数详见表4；最后设定系统的基准电压为10kV、基准功率为1MVA。

对于本实施例，选取最佳的智能储能软开关规划位置如图5所示，智能储能软开关安装容量见表5，有源配电网年综合指标计算结果见表6。

执行优化计算的计算机硬件环境为Intel(R)Xeon(R)CPU E5-2609，主频为2.50GHz，内存为16GB；软件环境为Windows 10操作系统。

结果可以看出，通过配置智能储能软开关，有源配电网年损耗指标降低了54.55万元(37.67％)，年供电可靠性指标降低了50.84万元(64.09％)，年综合指标减少了90.22万元(37.80％)；配置不含储能电池的智能软开关可以使配电网年损耗指标降低44.45万元(30.76％)，年供电可靠性指标降低46.75万元(48.93％)，年综合优化指标减少73.85万元(30.95％)。与单独规划智能软开关的优化结果相比，智能储能软开关的规划方案需要的投资与运行维护指标更低，但取得了更好的综合指标降低效果，在实际中能够为规划设计人员提供更优的配置方案选择。

表1 IEEE 33节点算例负荷接入位置及功率

表2 IEEE 33节点算例线路参数

表3 IEEE33节点算例支路历史年均故障次数

表4 分时电价参数

时段	电价/元
		1:00-5:00	0.32
6:00-9:00	0.42
		10:00-12:00	0.58
13:00-16:00	0.42
		17:00-20:00	0.58
21:00-24:00	0.42

表5 智能储能软开关配置结果

安装位置	12-22	18-33	8-21	25-29	9-15
						换流器容量/kVA	200	300	0	100	400
DC/DC变换器容量/kVA	200	100	0	300	0
						储能电池容量/kWh	200	400	0	100	0

表6 配电系统年综合指标

上述各实施例仅用于说明本发明，其中各部件的结构、连接方式和制作工艺等都是可以有所变化的，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发明的保护范围之外。

Claims (10)

1.一种配电网智能储能软开关综合规划方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)对待规划配电系统的相关参数进行采集；

2)建立智能储能软开关综合规划模型；

3)针对给定的配电网典型运行场景以及待规划配电系统的相关参数，采用二阶锥规划与模拟退火相结合的混合算法求解所述智能储能软开关综合规划模型，得到最优智能储能软开关规划方案。

2.如权利要求1所述的一种配电网智能储能软开关综合规划方法，其特征在于：所述步骤1)中，待规划配电系统的相关参数包括：线路参数、负荷水平、网络拓扑连接关系、分布式电源安装位置与容量，系统运行电压水平和支路电流限制，智能储能软开关的待选位置、单位配置容量及投资价格、贴现率、使用年限、运行维护系数、损耗系数，各支路历史年均故障次数、故障修复时长，分段开关动作时间、联络开关动作时间、智能储能软开关供电恢复时间，单位停电损失系数，典型的历史负荷曲线，典型的分布式电源出力曲线，分时电价参数，系统基准电压和基准功率初值。

3.如权利要求1所述的一种配电网智能储能软开关综合规划方法，其特征在于：所述步骤2)中，所述智能储能软开关综合规划模型以有源配电网年综合指标最低为目标函数，且所述目标函数的约束条件包括：网络拓扑约束、系统潮流约束、分布式电源运行约束、系统运行约束、智能储能软开关运行约束、智能储能软开关规划约束。

4.如权利要求3所述的一种配电网智能储能软开关综合规划方法，其特征在于：所述目标函数为：

minf＝f_L+f_R+f_I+f_O

式中，f_L为有源配电网年损耗指标，f_R为有源配电网年供电可靠性指标，f_I为智能储能软开关年投资指标，f_O为智能储能软开关年运行维护指标；

所述有源配电网年损耗指标f_L表示为：

式中，N_h为场景个数，N_t为单个场景中时间段面数；Ω_b为配电系统所有支路的集合；r_ij为支路ij的电阻值，I_h，t，ij为场景h下支路ij在t时刻的电流幅值；

为场景h下t时刻安装在支路ij上智能储能软开关的总损耗；

为场景h下t时刻的电价；Γ_h为场景h的概率；

所述有源配电网年供电可靠性指标f_R表示为：

式中，c^R为单位停电损失指标；λ_k为支路k的年均故障次数；Ω_n表示系统中所有节点的集合；T_k，i为节点i上的负荷在支路k故障下的停电时间；

为支路k故障下节点i上负荷消耗的有功功率；μ_k，i为支路k故障下采用智能储能软开关进行供电恢复后，节点i上负荷的供电恢复比例系数，μ_k，i∈[0，1]；

为不采用智能储能软开关进行供电恢复节点i上负荷的供电恢复比例系数，

t₁为通过修复故障支路进行供电恢复所需时间；t_sw为采用隔离开关切除故障支路进行供电恢复所需时间；t_op为采用智能储能软开关进行供电恢复所需时间；

所述智能储能软开关年投资指标f_I表示为：

式中，d为贴现率；y为智能储能软开关的使用年限；Ω_b为配电系统所有支路的集合；

为安装在支路ij上智能软开关的单侧换流器容量，

为安装在支路ij上储能系统的DC/DC变换器容量，

为安装在支路ij上储能电池的容量；c^C为智能软开关换流器单位容量投资指标，c^DCDC为DC/DC变换器单位容量投资指标，c^CELL为储能电池单位容量投资指标；

所述智能储能软开关年运行维护指标f_O表示为：

式中，η为智能储能软开关的年运行维护费用系数。

5.如权利要求3所述的一种配电网智能储能软开关综合规划方法，其特征在于：所述网络拓扑约束表示为：

α_h，t，ij＝β_h，t，ij+β_h，t，ji，ij∈Ω_b

α_h，t，ij∈{0，1}，ij∈Ω_b

β_h，t，ij∈{0，1}，ij∈Ω_b

式中，Ω₀为系统中源节点的集合；Ω_b为配电系统所有支路的集合；α_h，t，ij为场景h下t时刻支路ij的开关状态，α_h，t，ij＝0表示支路ij处于断开状态，α_h，t，ij＝1表示支路ij处于闭合状态；β_h，t，ij为场景h下t时刻节点i和节点j的关系，β_h，t，ij＝1表示节点i是节点j的父节点，β_h，t，ij＝0表示节点i不是节点j的父节点；β_h，t，ji为场景h下t时刻节点j和节点i的关系，β_h，t，ji＝1表示节点j是节点i的父节点，β_h，t，ji＝0表示节点j不是节点i的父节点；

所述系统潮流约束表示为：

式中，r_ij和x_ij分别为支路ij的电阻和电抗，r_ji和x_ji分别为支路ji的电阻和电抗；U_h，t，i为场景h下t时刻节点i的电压幅值，U_h，t，j为场景h下t时刻节点j的电压幅值，I_h，t，ij为场景h下支路ij在t时刻的电流幅值，I_h，t，ji为场景h下支路ji在t时刻的电流幅值；P_h，t，ij为场景h下t时刻支路上节点i流向节点j的有功功率，P_h，t，ji为场景h下t时刻支路上节点j流向节点i的有功功率，Q_h，t，ij为场景h下t时刻支路上节点i流向节点j的无功功率，Q_h，t，ji为场景h下t时刻支路上节点j流向节点i的无功功率，Q_h，t，ik为场景h下t时刻支路上节点i流向节点k的无功功率；P_h，t，i为场景h下t时刻节点i上注入的有功功率，P_h，t，ik为场景h下t时刻支路上节点i流向节点k的有功功率，

为场景h下t时刻节点i上分布式电源注入的有功功率，

为场景h下t时刻节点i上智能储能软开关换流器注入的有功功率，

为场景h下t时刻节点i上负荷消耗的有功功率；Q_h，t，i为场景h下t时刻节点i上注入的无功功率，

为场景h下t时刻节点i上分布式电源注入的无功功率，

为场景h下t时刻节点i上智能储能软开关换流器注入的无功功率，

为场景h下t时刻节点i上负荷消耗的无功功率；μ_h，t，i为场景h下t时刻节点i上负荷的供电恢复比例系数；

所述分布式电源运行约束表示为：

式中，

为场景h下t时刻节点i上分布式电源注入的有功功率，

为场景h下t时刻节点i上分布式电源注入的无功功率；

为场景h下t时刻节点i上分布式电源出力系数；

为节点i上分布式电源装机容量；

节点i上分布式电源功率因数角；

所述系统运行约束表示为：

式中，U和

分别为系统允许节点电压上下限，

为系统最大允许支路电流值；U_h，t，i为场景h下t时刻节点i的电压幅值，I_h，t，ij为场景h下支路ij在t时刻的电流幅值；

所述智能储能软开关运行约束表示为：

式中，

为场景h下t时刻节点i上智能储能软开关换流器注入的有功功率，

为场景h下t时刻节点j上智能储能软开关换流器注入的有功功率，

为场景h下t时刻节点m上DC/DC变换器注入的有功功率；

为场景h下t时刻节点i上智能储能软开关换流器注入的无功功率，

为场景h下t时刻节点j上智能储能软开关换流器注入的无功功率，

为场景h下t时刻节点m上DC/DC变换器注入的无功功率；

为场景h下t时刻安装在支路ij上智能储能软开关的总损耗，

为场景h下t时刻接在节点i上智能储能软开关换流器的损耗，

为场景h下t时刻接在节点j上智能储能软开关换流器的损耗，

为场景h下t时刻接在节点m上DC/DC变换器的损耗；

为安装在支路ij上智能储能软开关换流器的容量；

为接在节点i上智能储能软开关换流器的损耗系数，

为接在节点j上智能储能软开关换流器的损耗系数，

为节点m处DC/DC变换器损耗系数；

和

分别为安装在m处DC/DC变换器注入的有功功率上下限；

为场景h下t时刻节点m处储能电池的荷电量，

为场景h下t+1时刻节点m处储能电池的荷电量；Δt为时间步长；

和

分别为安装在m处的储能电池荷电系数上下限；N_t为单个场景中时间段面数；

为安装在支路ij上智能软开关储能电池的配置容量；

所述智能储能软开关规划约束表示为：

式中，

和

分别为安装在支路ij上智能软开关换流器、DC/DC变换器和储能电池的配置容量；

和

分别为安装在支路ij上智能软开关换流器、DC/DC变换器和储能电池的单位容量配置数量；s^C，0、s^DCDC，0和s^CELL，0分别为智能软开关换流器、DC/DC变换器和储能电池的单位配置容量。

6.如权利要求1所述的一种配电网智能储能软开关综合规划方法，其特征在于：所述步骤3)中，计算得到最优智能储能软开关规划方案的方法，包括以下步骤：

3.1)将对智能储能软开关综合规划模型的求解分为两个阶段，即上层规划主问题和下层运行优化子问题，其中，上层规划主问题用于确定智能储能软开关规划配置方案，下层运行优化子问题用于根据给定的配电网典型运行场景，结合确定的智能储能软开关规划配置方案计算得到有源配电网的年综合优化指标；

3.2)设置初始温度、温度下降系数、迭代次数限制值算法参数；

3.3)对智能储能软开关的规划容量进行整数编码，给定初始智能软开关规划方案，即安装在支路ij上智能软开关换流器单位容量配置数量

DC/DC变换器单位容量配置数量

和储能电池的单位容量配置数量

并将迭代次数置为零；

3.4)改变智能储能软开关换流器、DC/DC变换器和储能电池的单位容量配置数量，得到新的智能储能软开关规划方案并将其传输至下层运行优化子问题；

3.5)针对给定的配电网典型运行场景，结合从上层获得的当前智能储能软开关规划方案，采用二阶锥规划算法进行优化计算得到有源配电网的各指标，并将相应指标返回给上层构成主问题目标函数；

3.6)设置迭代次数加一，判断是否达到当前温度下的最大迭代次数，若达到则跳出迭代过程，选取当前温度下的配置方案为最终解；反之，则返回步骤3.4)重新生成配置方案，直到输出最优智能储能软开关规划方案。

7.一种用于如权利要求1～6任一项方法的配电网智能储能软开关综合规划系统，其特征在于包括：

参数采集模块，用于对待规划配电系统的相关参数进行采集；

模型构建模块，用于建立智能储能软开关综合规划模型；

模型计算模块，用于针对给定的配电网典型运行场景以及待规划配电系统的相关参数，采用二阶锥规划与模拟退火相结合的混合算法求解所述智能储能软开关综合规划模型，得到最优智能储能软开关规划方案。

8.如权利要求7所述的一种配电网智能储能软开关综合规划系统，其特征在于：所述参数采集模块采集的待规划配电系统的相关参数包括：线路参数、负荷水平、网络拓扑连接关系、分布式电源安装位置与容量，系统运行电压水平和支路电流限制，智能储能软开关的待选位置、单位配置容量及投资价格、贴现率、使用年限、运行维护系数、损耗系数，各支路历史年均故障次数、故障修复时长，分段开关动作时间、联络开关动作时间、智能储能软开关供电恢复时间，单位停电损失系数，典型的历史负荷曲线，典型的分布式电源出力曲线，分时电价参数，系统基准电压和基准功率初值。

9.如权利要求7所述的一种配电网智能储能软开关综合规划系统，其特征在于：所述智能储能软开关综合规划模型以有源配电网年综合指标最低为目标函数，且所述目标函数的约束条件包括：网络拓扑约束、系统潮流约束、分布式电源运行约束、系统运行约束、智能储能软开关运行约束、智能储能软开关规划约束。

10.如权利要求7所述的一种配电网智能储能软开关综合规划系统，其特征在于：所述模型计算模块包括：

问题划分模块，用于将对智能储能软开关综合规划模型的求解分为两个阶段，即上层规划主问题和下层运行优化子问题，其中，上层规划主问题用于确定智能储能软开关规划方案，下层运行优化子问题用于根据给定的配电网典型运行场景，结合确定的智能储能软开关规划方案计算得到有源配电网的年综合优化指标；

参数设置模块，用于设置初始温度、温度下降系数、迭代次数限制值算法参数；

初始配置方案确定模块，用于对智能储能软开关的规划容量进行整数编码，给定初始智能软开关规划方案，，所述初始智能软开关规划方案包括安装在支路ij上智能软开关换流器单位容量配置数量

DC/DC变换器单位容量配置数量

和储能电池的单位容量配置数量

并将迭代次数置为零；

配置方案更新模块，用于改变智能储能软开关换流器、DC/DC变换器和储能电池的单位容量配置数量，得到新的智能储能软开关规划方案并将其传输至下层运行优化子问题；

下层运行问题求解模块，用于针对给定的配电网典型运行场景，结合从上层获得的当前智能储能软开关规划方案，采用二阶锥规划算法进行优化计算得到有源配电网的各指标，并将相应指标返回给上层构成主问题目标函数；

配置方案输出模块，用于对算法参数进行更新，并最终输出最优智能储能软开关规划方案。

Images