CN111861030B - 城市配电网多阶段规划方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种城市配电网多阶段规划方法及系统，包括：获取待规划区域的输电线路相关数据、变电站相关数据、负荷数据以及分布式电源数据；分别将电量不足指标、用户平均停电次数和用户平均停电时间指标进行线性化处理；以最小化整个规划周期内的投资成本、运行成本以及停电损失为目标函数，建立城市配电网多阶段规划模型；对所述城市配电网多阶段规划模型进行求解，得到城市配电网多阶段规划方案；基于规划方案，在每一规划阶段，对分布式电源的选址定容和网架结构进行优化，并根据不同的负荷场景进行分布式电源的运行优化和配网重构。本发明能够显著降低规划模型的求解难度，提高求解网络结构的可靠性。

Description

城市配电网多阶段规划方法及系统
技术领域
本发明涉及城市配电网规划技术领域，尤其涉及一种城市配电网多阶段规划方法及系统。
背景技术
本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。
城市配电网(urban distributed network,UDN)规划是一种综合考虑分布式电源(distributed generation，DG)和储能装置(energy storage system,ESS)选址定容、网架扩展及配电网动态重构(distribution network reconfiguration,DNR)的协同规划。
随着配网用户对供电质量的要求日益提高，可靠性指标成为配电网扩展规划(distribution network expansion planning,DNEP)过程中一个不可缺少的重要因素。由于可靠性指标主要是根据配电网的网络结构计算得出，而网络结构正是配电网扩展规划的结果，从而使得计及可靠性指标的配电网扩展规划问题成为非线性程度较高的混合整数非线性规划问题(mixed-integer nonlinear programming,MINLP)，难以进行求解。
目前国内外现有的城市配电网规划方法难以很好地满足城市配电网稳的需要，主要表现在：
1)在配网规划问题的建模和求解方面已有较多研究成果，但在这些研究成果中，为了降低配电网规划模型的求解难度，均以规划和投资成本最低为目标函数求解配电网络结构，而忽略了可靠性指标这一重要因素，难以保证求解出来的网络结构的稳定性。
2)微电网的出现为可再生能源的综合利用提供了一种有效手段。通过在配电网规划过程中考虑微电网运行模式，一方面可以实现分布式能源的高效利用和负荷多种能源形式的高可靠供给，另一方面也可以减少配电网线路故障引起的停电损失，提高配电网的可靠性，但是目前的城市配电网规划方法采用的微电网运行模式允许含有可控分布式电源的负荷节点与相邻节点相连接构成配电网，而分布式电源与相邻节点临时组网需要保护配合，实现难度较高，不利于系统的安全稳定。
发明内容
有鉴于此，本发明提出了一种城市配电网多阶段规划方法及系统，考虑配电网重构和微电网运行方式的配电网多阶段规划方案，并将电量不足指标、用户平均停电次数、用户平均停电时间三种可靠性指标引入配电网多阶段规划模型中，提高求解网络结构的可靠性。
为了实现上述目的，在一些实施方式中，采用如下技术方案：
一种城市配电网多阶段规划方法，包括：
获取待规划区域的输电线路相关数据、变电站相关数据、负荷数据以及分布式电源数据；
分别将电量不足指标、用户平均停电次数和用户平均停电时间指标进行线性化处理；
基于线性化处理后的指标对停电损失进行计算；
以最小化整个规划周期内的投资成本、运行成本以及停电损失为目标函数，建立城市配电网多阶段规划模型；
对所述城市配电网多阶段规划模型进行求解，得到城市配电网多阶段规划方案；
基于规划方案，在每一规划阶段，对分布式电源的选址定容和网架结构进行优化，并根据不同的负荷场景进行分布式电源的运行优化和配网重构。
在另一些实施方式中，采用如下技术方案：
一种城市配电网多阶段规划系统，包括：
用于获取待规划区域的输电线路相关数据、变电站相关数据、负荷数据以及分布式电源数据的装置；
用于分别将电量不足指标、用户平均停电次数和用户平均停电时间指标进行线性化处理的装置；
用于基于线性化处理后的指标对停电损失进行计算的装置；
用于以最小化整个规划周期内的投资成本、运行成本以及停电损失为目标函数，建立城市配电网多阶段规划模型的装置；
用于对所述城市配电网多阶段规划模型进行求解，得到城市配电网多阶段规划方案的装置；
用于基于规划方案，在每一规划阶段，对分布式电源的选址定容和网架结构进行优化，并根据不同的负荷场景进行分布式电源的运行优化和配网重构的装置。
在另一些实施方式中，采用如下技术方案：
一种终端设备，其包括处理器和计算机可读存储介质，处理器用于实现各指令；计算机可读存储介质用于存储多条指令，所述指令适于由处理器加载并执行上述的城市配电网多阶段规划方法。
在另一些实施方式中，采用如下技术方案：
一种计算机可读存储介质，其中存储有多条指令，所述指令适于由终端设备的处理器加载并执行上述的城市配电网多阶段规划方法。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明将电量不足指标、用户平均停电次数、用户平均停电时间三种非线性的可靠性指标线性化，并将其引入配电网多阶段规划模型中，显著降低了规划模型的求解难度，提高了求解网络结构的可靠性。
为提高配电网的可靠性，使得配电网结构更加灵活，本发明提出考虑配电网重构和微电网运行方式的配电网多阶段规划方案，在每一规划阶段，对分布式电源的选址定容和网架结构进行优化，并根据不同的负荷场景进行分布式电源的运行优化和配网重构。
本发明的附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
图1为本发明实施例中城市配电网多阶段规划方案示意图。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本发明使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
实施例一
在一个或多个实施方式中，公开了一种城市配电网多阶段规划方法，参照图1，包括以下步骤：
(1)获取待规划区域的输电线路相关数据、变电站相关数据、负荷数据以及分布式电源数据；
具体地，线路数据包括：线路长度、线路单位长度阻抗、线路单位长度建造成本、线路单位长度容量。
变电站数据包括：变电站容量、变电站投资费用、变电站购电费用。
负荷数据包括：来源于负荷预测的结果。负荷预测是进行配网规划的前提，在配网规划之前由单独的功能模块来完成。
分布式电源数据包括：分布式电源建造成本、分布式电源容量、分布式电源发电成本。
(2)分别将电量不足指标、用户平均停电次数和用户平均停电时间指标进行线性化处理；
由于传统的非线性的配电网可靠性指标的主要变量均与网络拓扑结构有关，导致含可靠性指标的配电网规划问题成为混合整数非线性规划问题，极大的增加了问题求解的难度。为解决该问题，本实施例利用配电网辐射状网络结构的特点，将电量不足指标、用户平均停电次数、用户平均停电时间这三种最常用的配网可靠性指标进行线性化，以减少问题求解的复杂度。
1.1电量不足指标
式中：y表示配电网规划建设的年份；η表示配电网规划建设的阶段；ENS(t)为第t个规划阶段配电系统的电量不足指标值；Ωload为所有的负荷节点的集合；Ωs为所有负荷场景的集合；πs为第s个场景发生的概率；λi为负荷节点i的用户停电率；δi为负荷节点i的平均停运持续时间；Pi.s.y.η为负荷节点i在第s个场景下的功率需求值；Duri.s.y.η为负荷节点i在第s个场景下的负荷持续时间。
求解电量不足指标的主要难点在于变量λi和δi是与线路的拓扑结构有关的函数，而配电网的拓扑结构正是规划求解的结果，是未知量，这也就导致了该指标非线性程度较高。由于配电网的网络结构是辐射状，基于上述假设，可以通过线路故障引起的线路中的支路有功功率中断值代替线路故障引起的下游网络的负荷节点供电中断值来判断电量不足指标，因此，式(1)可改写为：
式(2)中的变量约束条件如下：
式中：λl.i.k为第i条线路采用第k种线路型号时的故障率；δl.i.k为第i条线路采用第k种线路型号时的故障修复时间；均为正值，前者表示在第s个场景下，当支路潮流方向与假设方向相同时的支路有功功率，后者表示在第s个场景下，当支路潮流方向与假设方向相反时的支路有功功率；χq.i为节支关联矩阵的一个元素，表示第q个节点与第i条支路之间的关系，当该节点为该条支路的首节点时，该元素值为1，当该节点为该条支路的末节点时，该元素值为-1，当该节点与该条支路不相关时，元素值为0；Pq.s.y.η为第q个节点在第s个场景下的节点注入功率；ΩSUB表示所有的变电站节点集合；/>为辅助变量，用以描述使用第k种线路型号的第i条线路在第s个场景下是否投运，当投运时，其值为1，否则为0；Ωnbr为配电网中所有支路的集合；Ωalt为所有的可使用的线路型号的集合；M为一个给定的充分大的正实数；/>均为辅助变量，用以保证/>这两个变量只能有一个大于0。
1.2用户平均停电次数
式中：AITC(t)为配电网用户年平均停电次数，Ncus.i.s.y.η为第i负荷节点在第s个场景下的用户数量。
与对电量不足指标进行线性化的原理相同，为了消除非线性变量λi对配电网规划所带来的影响，将式(7)改写为：
式(8)中的变量约束条件如下：
式中：均为正值，前者表示当线路潮流方向与假设方向相同时，采用第k种型号的第i条线路断开会受到影响的负荷用户数量，后者表示当线路潮流方向与假设方向相反时，采用第k种型号的第i条线路断开会受到影响的负荷用户数量；Nq.s.y.η表示第q个负荷节点在第s个场景下的负荷用户数量；ngq.s.y.η表示第q个变电站节点在第s个场景下供应的负荷用户数量。
1.3用户平均停电时间
式中：AIHC(t)表示第t个阶段配电网的用户平均停电时间。
与线性化电量不足指标的原理基本相同，为了消除非线性变量λi和δi对配电网规划所带来的影响，将式(12)改写为：
线性化后的用户平均停电时间指标的变量约束条件与线性化后的用户平均停电次数指标基本相同，此处不再赘述。
(3)以最小化整个规划周期内的投资成本、运行成本以及停电损失为目标函数，建立城市配电网多阶段规划模型；
多阶段规划指的是将整个规划周期分为若干个规划阶段，通过优化各个规划阶段内的规划方案来确定整个规划周期内的规划结果。
城市配电网多阶段规划模型以最小化整个规划周期内的投资成本、运行成本以及停电损失费用为目标函数，主要包含下面三个部分：
1)年平均投资成本Cinv.y.η，主要包括：新建线路成本、替换线路成本、新建可控分布式电源成本、以及新建变电站成本。
2)年平均运行成本Cope.s.y.η，主要包括：线路运行成本Cline.s.y.η、分布式电源运行成本CDG.s.h.y.η、以及从主网购电的费用成本CSUB.s.y.η。
3)停电损失费用ICy.η，主要从电量不足指标ENS、用户平均停电次数AITC、和用户平均停电时间AIHC三个方面来对停电损失费用进行评价。
式中：γ为通货膨胀率；CA为新建线路单位长度成本；AL表示所有待建线路的集合；CAL为所有待建线路的型号集合；为0-1变量，表示第i条线路是否已经建造，lA.i表示第i条待建线路的长度；CR为替换线路单位长度成本；RL表示所有可替换线路的集合；CRL为所有可替换线路的型号；/>为0-1变量，表示第i条线路是否已经被替换；lR.i表示第i条替换线路的长度；CSUB表示变电站建设单位容量成本；xA.SUB.i.y.η为0-1变量，表示第i个变电站是否已经建造；QSUB.i表示第i个建造的变电站容量；CA.DG为新建微型燃气轮机成本；ADG表示所有新建的微型燃气轮机的集合；CDG表示所有的微型燃气轮机的型号集合；/>为0-1变量，表示第i台微型燃气轮机是否已经建造；QDG.i表示第i台微型燃气轮机的容量。
Cope.s.y.η＝Cline.s.y.η+CDG.s.y.η+CSUB.s.y.η+CFL.s.y.η (16)
式中：OE、OA、OR、O0分别为已建线路、待建线路、替换线路及其原线路的投运维护成本；yE.i.s.y.η、y0.k.s.y.η、/>均为0-1变量，用以描述已建线路、待建线路、替换线路及其原线路是否已经投运。
式中：ODG为微型燃气轮机有功出力成本；ODG.fix为微型燃气轮机运行维护成本；PDG.i.s.y.η为微型燃气轮机的有功功率；OWT为风电功率电价；PWT.i.s.y.η为风力发电有功功率；rWT表示风电削减成本；ΔPWT.i.s.y.η为风电发电削减值； 为0-1变量，分别表示已建微型燃气轮机、新建微型燃气轮机的投运状态；EDG、ADG分别表示已建、新建微型燃气轮机集合；EWT、AWT分别表示已建、新建的风力发电机集合。
式中：OSUB为变电站购电费用，PSUB.i.s.y.η为变电站功率，yASUB.i.s.y.η为0-1变量，描述新建变电站是否已经投运；ESUB、ASUB分别为已建、新建变电站集合；
ICy.η＝CENSENSy.η+CAITCAITCy.η+CAIHCAIHCy.η (20)
式中：CENS、CAITC、CAIHC、分别为电量不足指标、用户平均停电次数、用户平均停电时间所造成的停电损失费用成本系数。
确定以下约束条件:
3.1功率平衡约束
SL≤M(1-Ys.y.η) (24)
式中：式中：Sstart为首节点-支路关联矩阵，当节点m是支路n的首节点时，矩阵元素Sm.n为1，否则为0；Send表示末节点-支路关联矩阵，当节点m是支路n的末节点时，矩阵元素Sm.n为1，否则为0；Rl表示支路电阻矩阵；Xl表示支路电抗矩阵；Pl.s.y.η为在场景s下的支路有功功率矩阵；Ps.y.η为在场景s下的节点注入有功功率矩阵；Ql.s.y.η为在场景s下的支路无功功率矩阵；Qs.y.η为在场景s下的节点注入无功功率矩阵；Us.y.η表示在场景s下的电压幅值矩阵；SL为松弛变量矩阵；Ys.y.η表示在场景s下的线路投运状态矩阵。
城市配电网中的节点注入功率平衡约束条件如下：
Ps.y.η＝PWT.s.y.η+PDG.s.y.η+PSUB.s.y.η-Pload.s.y.η (25)
Qs.y.η＝QWT.s.y.η+QDG.s.y.η+QSUB.s.y.η-Qload.s.y.η (26)
式中，PDG.s.y.η、QDG.s.y.η分别表示微型燃气轮机发出的有功、无功功率矩阵；PWT.s.y.η、QWT.s.y.η分别表示风力发电机发出的有功无功功率矩阵；PSUB.s.y.η、QSUB.s.y.η分别表示由主网注入的有功功率、无功功率矩阵；Pload.s.y.η、Qload.s.y.η分别表示节点有功、无功负荷需求矩阵。
3.2运行安全约束
城市配电网中的运行安全约束条件如下：
Vmin≤Vi.s.y.η≤Vmax (27)
0≤PDG.s.y.η≤YDG.s.y.ηPDG.max (28)
0≤Pl.s.y.η≤Ys.y.ηPl.max (29)
式中：Vmin为电压幅值最小值；Vmax为电压幅值最大值；PDG.max表示微型燃气轮机的最大有功输出功率；Pl.max为最大线路传输功率。
3.3风力发电约束
根据假设，风力发电机组由第三方建造，为保证系统的安全运行，配网运行人员需要在运行阶段通过调整功率因数和削减风电出力来平衡配电网中的潮流分布。在实际中，对风力发电的状态进行控制，需要相关智能电子元器件的配合[26]，为便于研究，现假设进行调整功率因数和削减风电出力的操作时，相关的智能电子元器件迅速动作，并且在运行阶段保持稳定状态。
城市配电网中的相关风力发电约束条件如下：
tan(arccosθmin)PWT.i.s.y.η≤QWT.i.s.y.η≤tan(arccosθmax)PWT.i.s.y.η (30)
(PWT.i.s.y.η)2+(QWT.i.s.y.η)2≤(SWT.i.s.y.η)2 (31)
0≤ΔPWT.i.s.y.η≤μcurtPWT.i.s.y.η (32)
式中：cosθmin和cosθmax分别为风力发电机运行最小和最大功率因数；SWT.i.s.y.η为第i台风力发电机的容量；μcurt表示风电削减率；为削减之后的输出功率。
式(30)-式(31)为风力发电机功率因数调整约束，式(32)-式(33)为风力发电机功率削减约束，通过该约束设定了风力发电机功率削减的上限和下限。
3.4逻辑约束
城市配电网中的建造逻辑约束条件如下：
式(34-36)表明了无论是新建线路、替换线路还是新建的微型燃气轮机，只能选择一种备选型号来进行建造。式(37-40)表明了线路和微型燃气轮机只有在建设完成以后才能进行投运。
3.5考虑微电网运行方式的拓扑结构约束
通过在规划方案中考虑微电网运行方式，不仅可以有效地减少由于配电网线路故障所带来的影响，还可以实现分布式电源的高效利用和对负荷多种能源形式的高可靠供给。对规划模型中的配电网拓扑结构有如下要求：
1)任何没有接入微型燃气轮机的负荷节点有且只有一个父节点，且必须连通变电站。
2)配电网的网络结构为辐射状，所有线路不允许构成回路。
3)含有微型燃气轮机的负荷节点允许不连通变电站，独立运行。由于现阶段含有分布式电源的节点与相邻节点临时组网需要保护配合，目前实现具有一定的难度，所以为了提高配电网运行的安全性和可靠性，负荷节点独立运行时将其视为一个自治的源节点，不与其它任何节点相连接。
上述对拓扑结构的要求可以减少规划模型中的最优解搜索区域，提高求解的速度并且消除不合理的规划求解方案。
3.5.1辐射状拓扑结构约束
通过拓扑结构约束条件，可以保证配电网以辐射状的方式运行，并且每一个不含微型燃气轮机的负荷节点都能连通变电站，具体约束条件如下所示：
式中：均为辅助变量，用以描述第i条新建线路在第s个场景下的投运方向，当线路投运方向与假设方向一致时，前者为1，当线路投运方向与假设方向相反时，后者为1；/>均为辅助变量，用以描述第i条已建线路在第s个场景下的投运方向，当线路投运方向与假设方向一致时，前者为1，当线路投运方向与假设方向相反时，后者为1；/>均为辅助变量，用以描述第i条替换线路在第s个场景下的投运方向，当线路投运方向与假设方向一致时，前者为1，当线路投运方向与假设方向相反时，后者为1；Ωload表示所有不含微型燃气轮机的负荷节点集合；ΩSUB表示所有的变电站节点集合。
3.5.2联络节点约束
在本实施例中，将在某一阶段没有负荷需求的节点称之为联络节点，这类节点的主要作用是与变电站节点和负荷节点进行连接，为负荷节点提供供电途径。联络节点约束如下所示：
式中：Ωtransfer表示所有联络节点的集合；γq为0-1变量，用以描述联络节点q是否已经被连接；Ωl表示所有的线路集合。
3.5.3微电网运行约束
通过该约束条件可以保证当含有微型燃气轮机的负荷节点选择以微电网方式运行时，必须是一个独立运行的节点，具体约束条件如下所示：
式中：，ΩDG表示含微型燃气轮机的负荷节点集合；Ωnode表示所有节点的集合，包括不含微型燃气轮机的负荷节点、联络节点、含有微型燃气轮机的负荷节点和变电站节点；ξq.s.y.η为0-1辅助变量，用以描述节点q是否以微电网方式运行。
式(54)-式(56)表明，当含有微型燃气轮机的负荷节点以微电网方式运行时，公式右边为0，该节点不会连接任何一个父节点，当含有微型燃气轮机的负荷节点不选择以微电网方式运行时，公式右边为1，该节点有且只有一个父节点；式(57)-式(59)表明，当含有微型燃气轮机的负荷节点以微电网方式运行时，公式右边为0，该节点不会连接任何的子节点，当含有微型燃气轮机的负荷节点不以微电网方式运行时，公式右边值趋于无穷大，约束失效，这时该节点可以有任意多个子节点；式(60)表明当微型燃气轮机未投运时，节点不能选择以微电网方式运行。
(4)对所述城市配电网多阶段规划模型进行求解，得到城市配电网多阶段规划方案；
采用商业软件CPLEX对该模型进行求解；求解得到各个规划阶段的线路建设投运状态、分布式电源建设投运状态、分布式电源功率、变电站建设投运状态以及变电站功率。
(5)基于规划方案，在每一规划阶段，对分布式电源的选址定容和网架结构进行优化，并根据不同的负荷场景进行分布式电源的运行优化和配网重构。
对分布式电源的选址定容和网架结构的优化主要通过最小化模型目标函数中的投资成本来实现，投资成本的主要决策变量为分布式电源的接入节点、分布式电源的容量以及线路的建设状态，通过构建该模型并进行求解就相当于寻求最合适的分布式电源接入节点、分布式电源容量以及需要建设的线路让投资成本最小，也就达到了对分布式电源的选址定容和网架结构进行优化的目的。
根据不同的负荷场景进行分布式电源的运行优化和配网重构主要通过最小化模型目标函数中的运行成本来实现，运行成本的主要决策变量为分布式电源的投运状态、分布式电源的出力值以及线路的投运状态，其中，通过更改线路的投运状态，断开某些线路容量较小的线路，并新投运某些容量较大的线路，实现配电网的重构。通过构建该模型并进行求解就相当于根据负荷需求值确定分布式电源的投运状态、分布式电源的出力值以及线路的投运状态让运行成本最小，也就达到了根据不同的负荷场景进行分布式电源的运行优化和配网重构的目的。
实施例二
在一个或多个实施方式中，公开了一种城市配电网多阶段规划系统，包括：
用于获取待规划区域的输电线路相关数据、变电站相关数据、负荷数据以及分布式电源数据的装置；
用于分别将电量不足指标、用户平均停电次数和用户平均停电时间指标进行线性化处理的装置；
用于基于线性化处理后的指标对停电损失进行计算的装置；
用于以最小化整个规划周期内的投资成本、运行成本以及停电损失为目标函数，建立城市配电网多阶段规划模型的装置；
用于对所述城市配电网多阶段规划模型进行求解，得到城市配电网多阶段规划方案的装置；
用于基于规划方案，在每一规划阶段，对分布式电源的选址定容和网架结构进行优化，并根据不同的负荷场景进行分布式电源的运行优化和配网重构的装置。
上述装置的具体实现过程采用实施例一中给出的方法步骤实现，不再赘述。
实施例三
在一个或多个实施方式中，公开了一种终端设备，包括服务器，所述服务器包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现实施例一中的城市配电网多阶段规划方法。为了简洁，在此不再赘述。
应理解，本实施例中，处理器可以是中央处理单元CPU，处理器还可以是其他通用处理器、数字信号处理器DSP、专用集成电路ASIC，现成可编程门阵列FPGA或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。
存储器可以包括只读存储器和随机存取存储器，并向处理器提供指令和数据、存储器的一部分还可以包括非易失性随机存储器。例如，存储器还可以存储设备类型的信息。
在实现过程中，上述方法的各步骤可以通过处理器中的硬件的集成逻辑电路或者软件形式的指令完成。
实施例一中的城市配电网多阶段规划方法可以直接体现为硬件处理器执行完成，或者用处理器中的硬件及软件模块组合执行完成。软件模块可以位于随机存储器、闪存、只读存储器、可编程只读存储器或者电可擦写可编程存储器、寄存器等本领域成熟的存储介质中。该存储介质位于存储器，处理器读取存储器中的信息，结合其硬件完成上述方法的步骤。为避免重复，这里不再详细描述。
本领域普通技术人员可以意识到，结合本实施例描述的各示例的单元即算法步骤，能够以电子硬件或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本申请的范围。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (7)

1.一种城市配电网多阶段规划方法，其特征在于，包括：
获取待规划区域的输电线路相关数据、变电站相关数据、负荷数据以及分布式电源数据；
分别将电量不足指标、用户平均停电次数和用户平均停电时间指标进行线性化处理；基于线性化处理后的指标对停电损失进行计算；
对电量不足指标进行线性化处理，包括：通过线路故障引起的线路中的支路有功功率中断值，代替线路故障引起的下游网络的负荷节点供电中断值，来判断电量不足指标：
其中，为电量不足指标；/>表示配电网规划建设的年份；/>表示配电网规划建设的阶段；/>为第s个场景发生的概率；/>为配电网中所有支路的集合；/>为所有的可使用的线路型号的集合；/>为所有负荷场景的集合；/>为第i条线路采用第k种线路型号时的故障率；/>为第i条线路采用第k种线路型号时的故障修复时间；/>、/>均为正值，前者表示在第s个场景下，当支路潮流方向与假设方向相同时的支路有功功率，后者表示在第s个场景下，当支路潮流方向与假设方向相反时的支路有功功率；/>为负荷节点i在第s个场景下的负荷持续时间；
对用户平均停电次数进行线性化处理，包括：
其中，为配电网用户年平均停电次数，/>为第i负荷节点在第s个场景下的用户数量；/> 、/>均为正值，前者表示当线路潮流方向与假设方向相同时，采用第k种型号的第i条线路断开会受到影响的负荷用户数量，后者表示当线路潮流方向与假设方向相反时，采用第k种型号的第i条线路断开会受到影响的负荷用户数量；
对用户平均停电时间进行线性化处理，包括：
其中，为配电网用户年平均停电时间；/>为第s个场景发生的概率；/>为配电网中所有支路的集合；/>为所有的可使用的线路型号的集合；/>为所有负荷场景的集合；为第i负荷节点在第s个场景下的用户数量；/> 、/>均为正值，前者表示当线路潮流方向与假设方向相同时，采用第k种型号的第i条线路断开会受到影响的负荷用户数量，后者表示当线路潮流方向与假设方向相反时，采用第k种型号的第i条线路断开会受到影响的负荷用户数量；/>为第i条线路采用第k种线路型号时的故障率；/>为第i条线路采用第k种线路型号时的故障修复时间；
以最小化整个规划周期内的投资成本、运行成本以及停电损失为目标函数，建立城市配电网多阶段规划模型；
所述建立城市配电网多阶段规划模型考虑的约束包括：功率平衡约束、运行安全约束、风力发电约束、逻辑约束以及微电网运行方式的拓扑结构约束；
所述考虑的微电网运行方式的拓扑结构约束具体为：辐射状拓扑结构约束、联络节点约束、微电网运行约束；
对规划模型中的配电网拓扑结构有如下要求：
1） 任何没有接入微型燃气轮机的负荷节点有且只有一个父节点，且必须连通变电站；
2）配电网的网络结构为辐射状，所有线路不允许构成回路；
3）含有微型燃气轮机的负荷节点不连通变电站，独立运行；由于现阶段含有分布式电源的节点与相邻节点临时组网需要保护配合，目前实现具有一定的难度，所以为了提高配电网运行的安全性和可靠性，负荷节点独立运行时将其视为一个自治的源节点，不与其它任何节点相连接；
对所述城市配电网多阶段规划模型进行求解，得到城市配电网多阶段规划方案；
基于规划方案，在每一规划阶段，对分布式电源的选址定容和网架结构进行优化，并根据不同的负荷场景进行分布式电源的运行优化和配网重构。
2.如权利要求1所述的一种城市配电网多阶段规划方法，其特征在于，基于线性化处理后的指标对停电损失进行计算，具体为：
其中，、/>、/>分别为电量不足指标、用户平均停电次数、用户平均停电时间所造成的停电损失费用成本系数；/>、/>、/>分别表示电量不足指标、用户平均停电次数、用户平均停电时间。
3.如权利要求1所述的一种城市配电网多阶段规划方法，其特征在于，建立城市配电网多阶段规划模型，具体为：
；
其中，为通货膨胀率；/>为年平均投资成本，/>为年平均运行成本，/>为停电损失费用。
4.如权利要求1所述的一种城市配电网多阶段规划方法，其特征在于，对所述城市配电网多阶段规划模型进行求解，得到城市配电网多阶段规划方案，具体包括：各个规划阶段的线路建设投运状态、分布式电源建设投运状态、分布式电源功率、变电站建设投运状态以及变电站功率。
5.一种城市配电网多阶段规划系统，其特征在于，包括：
用于获取待规划区域的输电线路相关数据、变电站相关数据、负荷数据以及分布式电源数据的装置；
用于分别将电量不足指标、用户平均停电次数和用户平均停电时间指标进行线性化处理的装置；
对电量不足指标进行线性化处理，包括：通过线路故障引起的线路中的支路有功功率中断值，代替线路故障引起的下游网络的负荷节点供电中断值，来判断电量不足指标：
其中，为电量不足指标；/>表示配电网规划建设的年份；/>表示配电网规划建设的阶段；/>为第s个场景发生的概率；/>为配电网中所有支路的集合；/>为所有的可使用的线路型号的集合；/>为所有负荷场景的集合；/>为第i条线路采用第k种线路型号时的故障率；/>为第i条线路采用第k种线路型号时的故障修复时间；/>、/>均为正值，前者表示在第s个场景下，当支路潮流方向与假设方向相同时的支路有功功率，后者表示在第s个场景下，当支路潮流方向与假设方向相反时的支路有功功率；/>为负荷节点i在第s个场景下的负荷持续时间；
对用户平均停电次数进行线性化处理，包括：
其中，为配电网用户年平均停电次数，/>为第i负荷节点在第s个场景下的用户数量；/> 、/>均为正值，前者表示当线路潮流方向与假设方向相同时，采用第k种型号的第i条线路断开会受到影响的负荷用户数量，后者表示当线路潮流方向与假设方向相反时，采用第k种型号的第i条线路断开会受到影响的负荷用户数量；
对用户平均停电时间进行线性化处理，包括：
其中，为配电网用户年平均停电时间；/>为第s个场景发生的概率；/>为配电网中所有支路的集合；/>为所有的可使用的线路型号的集合；/>为所有负荷场景的集合；为第i负荷节点在第s个场景下的用户数量；/> 、/>均为正值，前者表示当线路潮流方向与假设方向相同时，采用第k种型号的第i条线路断开会受到影响的负荷用户数量，后者表示当线路潮流方向与假设方向相反时，采用第k种型号的第i条线路断开会受到影响的负荷用户数量；/>为第i条线路采用第k种线路型号时的故障率；/>为第i条线路采用第k种线路型号时的故障修复时间；
用于基于线性化处理后的指标对停电损失进行计算的装置；
用于以最小化整个规划周期内的投资成本、运行成本以及停电损失为目标函数，建立城市配电网多阶段规划模型的装置；
所述建立城市配电网多阶段规划模型考虑的约束包括：功率平衡约束、运行安全约束、风力发电约束、逻辑约束以及微电网运行方式的拓扑结构约束；
所述考虑的微电网运行方式的拓扑结构约束具体为：辐射状拓扑结构约束、联络节点约束、微电网运行约束；
对规划模型中的配电网拓扑结构有如下要求：
1） 任何没有接入微型燃气轮机的负荷节点有且只有一个父节点，且必须连通变电站；
2）配电网的网络结构为辐射状，所有线路不允许构成回路；
3）含有微型燃气轮机的负荷节点不连通变电站，独立运行；由于现阶段含有分布式电源的节点与相邻节点临时组网需要保护配合，目前实现具有一定的难度，所以为了提高配电网运行的安全性和可靠性，负荷节点独立运行时将其视为一个自治的源节点，不与其它任何节点相连接；
用于对所述城市配电网多阶段规划模型进行求解，得到城市配电网多阶段规划方案的装置；
用于基于规划方案，在每一规划阶段，对分布式电源的选址定容和网架结构进行优化，并根据不同的负荷场景进行分布式电源的运行优化和配网重构的装置。
6.一种终端设备，其包括处理器和计算机可读存储介质，处理器用于实现各指令；计算机可读存储介质用于存储多条指令，其特征在于，所述指令适于由处理器加载并执行权利要求1-4任一项所述的城市配电网多阶段规划方法。
7.一种计算机可读存储介质，其中存储有多条指令，其特征在于，所述指令适于由终端设备的处理器加载并执行权利要求1-4任一项所述的城市配电网多阶段规划方法。
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