CN113555906A - 考虑配网重构的风火耦合发电系统鲁棒容量规划方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种考虑配网重构的风火耦合发电系统鲁棒容量规划方法，包括如下步骤：1.根据实际的高压配电网推导线性有功功率平衡并总结了配电网中的径向结构约束。2.将确定性风火耦合发电系统容量规划模型构建为混合整数线性规划模型。3.基于椭圆形不确定性集合，提出了一种风火耦合发电系统鲁棒容量规划模型，以解决风力和负荷变化的不确定性。4.将该模型重新构造为方便处理的混合整数二阶锥规划模型。

Description

考虑配网重构的风火耦合发电系统鲁棒容量规划方法
技术领域
本发明涉及电力系统领域，具体涉及一种风火耦合发电系统容量规划方法。
背景技术
由于可再生资源的随机性，可再生资源在大型电力系统中的高度渗透对传统的规划和运营构成了严峻的挑战。捆绑式风火发电系统称为风火耦合发电系统(WTCGS)。鉴于风电本身具有不确定性，WTCGS通过风电场和火电厂之间的最佳发电调度为共享的输电线路提供相对稳定的发电。这种灵活的联合发电系统主要针对火力发电厂采用受安全约束的机组承诺(SCUC)，并通过配电网络(DN)进行负荷切换策略。这种协调可以减少共享传输线中间歇性的高风波动。与其他发电方式的协调调度不同，当风电在共享输电线路边界上的百分比略有增加时，采用负荷切换策略可以有效缓解火电的深度调峰压力。从运行的角度来看，负荷需求的波动和风力发电的波动是不确定的因素，因此考虑不确定性因素建立风火耦合发电容量规划模型(CPWTCGS)对WTCGS至关重要。
发明内容
针对上述技术的不足，本发明提供了一种考虑配网重构的风火耦合发电系统鲁棒容量规划方法，解决如何同时考虑配网重构与不确定性因素来为风火耦合系统构建容量规划模型的技术问题。
为解决上述技术问题，本发明提供一种考虑配网重构与鲁棒性的风火耦合发电系统容量规划方法，包括以下步骤：
步骤1：通过配电网DN重构来均衡负荷和通过分布式能源DER供电来平衡风力波动造成的风火耦合发电系统输出功率的波动，即通过改变配电网络拓扑结构(即切换断路器的开关状态)和分布式能源发电来协调风火耦合发电系统以平衡总输出功率的波动；
建立功率协调模型：根据风火耦合发电系统与配网重构的功率协调来建立功率流，并包括以下功率协调约束条件：风电有功功率约束、配网重构条件约束、线性有功功率平衡约束、径向结构约束、变压器容量约束以及所有断路器的相邻时间间隔之间的切换时间限制约束；
步骤2：建立考虑配网重构的确定性风火耦合发电系统容量规划模型：以运行收益最大为目标函数，包括所述功率协调约束条件、火电机组输出功率约束、火电机组爬坡约束以及断路器开关状态取值约束；
步骤3：在考虑配网重构的确定性风火耦合发电系统容量规划模型的基础上，基于椭圆形不确定性理论，考虑风力与负荷变化的不确定性，构建考虑配网重构的风火耦合发电系统鲁棒容量规划模型；
步骤4：将所述构建考虑配网重构的风火耦合发电系统鲁棒容量规划模型重新构造为混合整数二阶锥形式。
进一步的，所述功率流如下：
功率流：
Figure RE-GDA0003125137300000021
其中，
Figure RE-GDA0003125137300000022
表示t时刻的总输出功率，
Figure RE-GDA0003125137300000023
δ％表示传输线上规定的功率范围；Pbase表示输电线上的基准功率；
Figure RE-GDA0003125137300000024
表示t时段母线ih上的火力有功功率；
Figure RE-GDA0003125137300000025
表示t时段母线ih上的风电有功功率；
Figure RE-GDA0003125137300000026
表示分布式能源的输出功率。
进一步的，，所述功率协调约束如下：
风电有功功率约束：
Figure RE-GDA0003125137300000027
其中，v(t)表示t时段内的风速；kv表示风力发电模型中的常数；vci表示切入风速；vr表示额定风速；
Figure RE-GDA0003125137300000028
表示母线ih上的风力发电的额定容量。
需满足下列配网重构条件之一，才能进行配网重构：
(i)令
Figure RE-GDA0003125137300000029
如果
Figure RE-GDA00031251373000000210
并且
Figure RE-GDA00031251373000000211
那么则有：
Figure RE-GDA00031251373000000212
(ii)令
Figure RE-GDA0003125137300000031
如果
Figure RE-GDA0003125137300000032
并且
Figure RE-GDA0003125137300000033
那么则有：
Figure RE-GDA0003125137300000034
其中，
Figure RE-GDA0003125137300000035
表示t时刻母线ih上的有功负载，PGmin,ih表示母线ih上的最小火力发电功率，PGmax,ih表示母线ih上的最大火力发电功率；
根据配电网类型确定相应的线性有功功率平衡等式，用简写形式表示为：
Figure RE-GDA0003125137300000036
当满足配网重构的条件之一时，配网重构的功率平衡约束：
Figure RE-GDA0003125137300000037
其中，
Figure RE-GDA0003125137300000038
表示相对于母线ih的系数矩阵，
Figure RE-GDA0003125137300000039
表示相对于母线ih的常数矢量，St表示断路器的开关状态矩阵；
根据配电网类型确定径向结构约束：
DSC型：Si+Sj＝1；
SSC型：Si+Sj+Sk＝2；
TOSSC-3和TOSSC-2型：
Figure RE-GDA00031251373000000310
TDSSC-3型：
Figure RE-GDA00031251373000000311
TDSSC-2型：Si＝1；
其中，Si、Sj、Sk、Sm、Sn表示各个断路器的开关状态，取值为0或1，1表示开，0 表示关；
变压器器容量约束：
Figure RE-GDA00031251373000000312
所有断路器的相邻时间间隔之间的切换时间限制：
Figure RE-GDA00031251373000000313
其中，T表示总时间段数，TCi,max表示变电站i的额定容量，Ω(i)表示断路器相对于变电站i的二进制变量集；
Figure RE-GDA0003125137300000041
表示t时刻线路k的断路器的状态(用二进制量表示)；
Figure RE-GDA0003125137300000042
表示线路k的断路器到t时刻为止进行配网重构的总时间，通过
Figure RE-GDA0003125137300000043
对
Figure RE-GDA0003125137300000044
进行拓展，得到
Figure RE-GDA0003125137300000045
进一步的，根据不同配电网类型下的线性有功功率平衡等式确定相应的矩阵表达式，分别如下所示：
DSC型：
Figure RE-GDA0003125137300000046
SSC型：
Figure RE-GDA0003125137300000047
TOSSC-3型：
Figure RE-GDA0003125137300000048
TOSSC-2型：
Figure RE-GDA0003125137300000049
TDSSC-3型：
Figure RE-GDA00031251373000000410
TDSSC-2型：
Figure RE-GDA00031251373000000411
其中，PS,A1、PS,A2、PS,A3分别表示来自站A1、A2、A3的实际输出功率；Pc、Pd、 Pe分别表示变电站C、D、E上的实际负载；Si、Sj、Sk、Sm、Sn表示各个断路器的开关状态。
进一步的，所述目标函数如下：
Figure RE-GDA0003125137300000051
其中，
Figure RE-GDA0003125137300000052
是指风火耦合发电系统在t时段的售电收益：
Figure RE-GDA0003125137300000053
λS表示风火耦合发电系统出售的电价；
Figure RE-GDA0003125137300000054
是指风火耦合发电系统在t时段的运营成本，由火电出力和配网重构成本组成：
Figure RE-GDA0003125137300000055
PB表示从配网购电的电价，PH表示配网提供的配网重构服务的价格；H(St)表示到t时刻为止进行配网重构的总时间，
Figure RE-GDA0003125137300000056
Figure RE-GDA0003125137300000057
表示断路器的初始开关状态向量。
fC指风火耦合发电系统的总建造成本：
Figure RE-GDA0003125137300000058
ηW表示风电装机的总投资成本，ηG表示火电总装机的总投资成本。
进一步的，所述火电机组输出功率约束、火电机组爬坡约束以及断路器开关状态取值约束分别如下：
Figure RE-GDA0003125137300000059
其中，γ表示火电机组最小输出功率占额定容量的百分比，Δr表示火电机组的爬坡率，Ny表示规划使用风火发电的年份数；这里的St表示断路器在t时刻的开关状态向量。
进一步的，步骤3按如下方式进行：
步骤3.1：将所述考虑配网重构的确定性风火耦合发电系统容量规划模型改写为紧凑形式：
max(αTx-βTS)
s·t.ωTx-ρ≤L·S-D,ATx≤b,S∈K
其中，决策变量的向量
Figure RE-GDA00031251373000000510
Figure RE-GDA00031251373000000511
优化变量 (x,S),S＝{St}；
K表示由所述线性有功功率平衡等式、径向结构约束、变压器容量约束、所有断路器的相邻时间间隔之间的切换时间限制约束以及断路器开关状态取值约束组成的集合；
Figure RE-GDA0003125137300000061
并且ω、L、D是从所述火电机组输出功率约束、火电机组爬坡约束以及断路器开关状态取值约束中获得的常数系数矢量，并包含不确定的风速和负荷需求；当满足配网重构条件(i)时，ρ＝(1+δ％)Pbase；当满足配网重构条件 (ii)时，ρ＝-(1-δ％)Pbase；
Figure RE-GDA0003125137300000062
Figure RE-GDA0003125137300000063
ATx≤b表示火电机组功率约束和火电机组爬坡约束；
步骤3.2：定义椭圆面，并将所述考虑配网重构的确定性风火耦合发电系统容量规划模型的紧凑形式转化为所述考虑配网重构的风火耦合发电系统鲁棒容量规划模型；
椭圆面：θ·y＝ωTx-LT·S≤ρ-D；
其中，y＝(x,S)，θ＝[ωT-L]，系数向量θ受随机扰动ω、L和D的影响；
考虑配网重构的风火耦合发电系统鲁棒容量规划模型：
Figure RE-GDA0003125137300000064
Figure RE-GDA0003125137300000065
其中，αn、βn、ωn、Ln、Dn是名义数据，dα、dβ、dω、dL、dD是零均值的随机扰动。
进一步的，步骤4按如下方式进行：
为所述考虑配网重构的风火耦合发电系统鲁棒容量规划模型中的 dα、dβ、dω、dL、dD设置安全边界，并将其替换为相应的安全边界Vα、Vβ、Vω、VL、VD，得到如下模型：
Figure RE-GDA0003125137300000066
Figure RE-GDA0003125137300000067
Figure RE-GDA0003125137300000068
ATx≤b,S∈K
其中，Vα、Vβ、Vω、VL的通式为
Figure RE-GDA0003125137300000071
Figure RE-GDA0003125137300000072
表示矩阵i的协方差；ε表示允许范围内设置的合理偏差值；
令
Figure RE-GDA0003125137300000073
对模型进行改写：
Figure RE-GDA0003125137300000074
s.t.((αn)Tx+ε·zα)-((βn)T)S+ε·zβ≥μ
Figure RE-GDA0003125137300000075
ATx≤b,S∈K
Figure RE-GDA0003125137300000076
Figure RE-GDA0003125137300000077
将
Figure RE-GDA0003125137300000078
i＝α,β,ω,L重新公式化为四个SOC约束，得到||τi||2≤zi,i＝α,β,ω,L，从而将考虑配网重构的风火耦合发电系统鲁棒容量规划模型构造为混合整数二阶锥形式。τi是由zi定义的，zi和vi是由Vi定义的。
与现有技术相比，本发明具有的有益效果包括：
1)本发明基于实际的高压配电网(HVDN)和DN中的径向结构约束推论出线性有功功率平衡等式。因此，形成了确定性的风火耦合发电系统容量规划模型(CPWTCGS)，即考虑配网重构的确定性风火耦合发电系统容量规划模型。
2)本发明构建了鲁棒性CPWTCGS，即考虑配网重构的风火耦合发电系统鲁棒容量规划模型，并将该模型重新构造为混合整数二阶锥(MISOCP)形式。此外，它可以处理SOC 松弛问题，最终可以通过例如MOSEK和BARON的商业软件解决。
附图说明
图1是风火耦合发电系统与配电网协调输出功率的网络结构图；
图2是DSC型配电网的结构示意图；
图3是SSC型配电网的结构示意图；
图4是TOSSC-3型配电网的结构示意图；
图5是TOSSC-2型配电网的结构示意图；
图6是TDSSC-3型配电网的结构示意图；
图7是TDSSC-2型配电网的结构示意图。
具体实施方式
建立功率协调模型
首先描绘了WTCGS的功率流。风电可以与火电捆绑在一起，其总输出功率可以与可重新配置的DN和DER同时进行协调，参考图1所示，通过配电网DN重构来均衡负荷和通过分布式能源DER供电来平衡风力波动造成的风火耦合发电系统输出功率的波动，即通过改变配电网络拓扑结构(即切换断路器的开关状态)和分布式能源发电来协调风火耦合发电系统以平衡总输出功率的波动；因此，它们聚集在一个位置，在这些位置可以通过传输线在指定范围内提供相对稳定的功率波动。
建立功率协调模型：根据风火耦合发电系统与配网重构的功率协调来建立功率流，并包括以下功率协调约束条件：风电有功功率约束、配网重构条件约束、线性有功功率平衡约束、径向结构约束、变压器容量约束以及所有断路器的相邻时间间隔之间的切换时间限制约束；
Figure RE-GDA0003125137300000081
Figure RE-GDA0003125137300000082
其中，
Figure RE-GDA0003125137300000083
以及具有给定v(t)的风力涡轮发电机的功率输出。可分派负载(或DER提供的有功功率支持)是实现均等性的必要条件。WTCGS的网络重新配置条件如下：
Figure RE-GDA0003125137300000084
Figure RE-GDA0003125137300000085
Figure RE-GDA0003125137300000091
有功功率平衡和径向结构约束
鉴于WTCGS已广泛应用于电力传输系统，因此WTCGS的负载切换操作被强加于HVDN(本发明中的配电网即为高压配电网HVDN)，例如中国的110kV HVDN[30]。 HVDN与低压配电网(LVDN)不同，低压配电网通常具有不深且较宽的结构。图2～图7 显示了六个典型的110kV HVDN类型网络。它们分别标记为直接电源连接(DSC)，串行电源连接(SSC)，带有三个站点的一个串行电源连接的T型(TOSSC-3)，带有两个站点的一个串行电源连接的T型(TOSSC)-2)，带三个站点的双串行电源连接的T型 (TDSSC-3)和带两个站点的双串行电源连接的T型(TDSSC-2)。等式(3)-(8)中的符号分别在图2-7中标记。
为简单起见，我们为每个典型的110kV HVDN类型网络开发了简化的功率平衡等式。 它们被公式化为线性矩阵等式。如图2和3所示，简化的有功功率平衡等式可以以矩阵的形式表示，从而得出
Figure RE-GDA0003125137300000092
Figure RE-GDA0003125137300000093
对于TOSSC-3，通过使用虚拟工作站A4替换图4中用虚线包围的方框，我们发现它等效于SSC，
Figure RE-GDA0003125137300000094
对于TOSSC-2，可以将图4中的图添加到TOSSC-3中，并将(4)重新表示为
Figure RE-GDA0003125137300000095
对于TDSSC-3，通常的假设是，对于HVDN中的每个典型类型单元，一个站最多为两个变电站供电；否则，当变电站处于满负荷状态时，分支机构可能会过热。因此，站A2最多仅向变电站C和D提供电力，如图6所示。换句话说，Sj，Sk和Sn不能同时打开。同样，A3站以最大容量为C和E站供电。因此Sj，Sm和Sn不能同时为1。在这种情况下，我们有
Figure RE-GDA0003125137300000101
对于TDSSC-2，我们发现从图6可以添加到。但是，在从站A2向三个子站供电的情况下，应始终关闭Si。因此，将(6)重新表示为
Figure RE-GDA0003125137300000102
可以将(3)-(7)的紧凑形式重新表示为
Figure RE-GDA0003125137300000103
其中
Figure RE-GDA0003125137300000104
和
Figure RE-GDA0003125137300000105
表示相对于总线ih的系数矩阵和常数矢量。当(2)中的其中之一被激活时，可以代表WTCGS在小时t内需要的功率。因此，我们有
Figure RE-GDA0003125137300000106
此外，图2-7显示径向结构约束由线性等式和不等式组成。
DSC:Si+Sj＝1. (9a)
SSC:Si+Sj+Sk＝2. (9b)
Figure RE-GDA0003125137300000107
Figure RE-GDA0003125137300000108
(9d)中给出了TDSSC-2的径向结构约束，Si＝1。
确定性CPWTCGS模型
除了B节中提到的有功功率均等和径向结构约束外，CPWTCGS还包括具有二进制St的站点中的变压器容量约束，以及所有断路器的相邻时间间隔之间的切换时间限制。为了消除高峰时段的重负荷或过载变压器，变压器容量限制被视为限制(10a)中所示的组合解决方案的严格条件。对于有限的交换操作，可以使用(10b)来平滑DN的负载下降。
Figure RE-GDA0003125137300000111
Figure RE-GDA0003125137300000112
其中H(St)代表在小时t进行网络重新配置的总交换时间t。用于
Figure RE-GDA0003125137300000113
扩展H(St),导致
Figure RE-GDA0003125137300000114
在确定性公式中，风电机组功率和负载需求是已知的。对于CPWTCGS问题，目标函数可以看成两个部分：WTCGS的建设成本和WTCGS固定容量下的生命周期运营成本。我们做出以下假设。(i)所有运营成本为期10年，并且假定每年的成本几乎相等。(ii)为简单起见，WTCGS中的所有火电机组始终保持处于开启状态，这意味着我们的模型包含最优潮流，但不包括SCUC。此假设主要是为了讨论DN重新配置在 CPWTCGS中的重要性，以及降低CPWTCGS的复杂性。(iii)如上所述，WTCGS的整个DN仅由六种典型类型划分。从概念上讲，决策变量的向量是
Figure RE-GDA0003125137300000115
而操作变量的向量是
Figure RE-GDA0003125137300000116
因此，一年中有8760小时的确定性CPWTCGS模型可以写为 (11a)，它由每年的运行成本组成
Figure RE-GDA0003125137300000117
和年平均建设成本Fc/Ny
Figure RE-GDA0003125137300000118
Figure RE-GDA0003125137300000119
(11b)中的最后两个不等式分别是火电机组功率约束和火电机组爬坡约束；fB是指该 WTCGS在t小时的售电收益，可由
Figure RE-GDA00031251373000001110
fC是总建筑成本，定义为
Figure RE-GDA00031251373000001111
fO是任何t的运营成本，由火力发电和网络重新配置成本组成，计算公式为：
Figure RE-GDA00031251373000001112
其中，
Figure RE-GDA00031251373000001113
是指可以通过分段线性函数近似的火力发电成本；第二项表示的购买成本或达到(8)的绝对值；最后一项是(10b)中定义的转换服务成本。
重新构造为混合整数二阶锥形式
鲁棒优化(RO)是不确定性下决策的有用工具，它可以保护系统免受最坏情况的影响，但由于极端事件的可能性较低，因此比较保守。RO可以用于CPWTCGS问题，其负载需求和风的参数未知。为方便起见，我们将决策变量的向量定义为
Figure RE-GDA0003125137300000121
Figure RE-GDA0003125137300000122
和(10)可以重写为混合整数线性规划(MILP)模型，其中优化变量是(x,S),S＝{St},
Figure RE-GDA0003125137300000123
CPWTCGS的紧凑形式重新定义为
max αTx-βTS. (13a)
s.t.ωTx-ρ≤L·S-D,ATx≤b,S∈K. (13b)
其中
Figure RE-GDA0003125137300000124
并且ω,L和 D是从(11b)获得的常数系数矢量，其中包含不确定的风速和负荷需求。
αTx指
Figure RE-GDA0003125137300000125
并且βTS表示
Figure RE-GDA0003125137300000126
当(2a)成立ρ＝(1+δ％)Pbase，或(2b)成立时ρ＝-(1-δ％)Pbase；ATx≤b表示(11b)中的边界和斜率限制。
我们自然地假设影响ω和L的不同不确定扰动因素是随机的并且彼此独立。我们将 (13b)的椭圆面定义为θ·y＝ωTx-LT·S≤ρ-D其中y＝(x,S)，θ＝[ωT-L].系数向量θ受随机扰动ω,Land D.的影响。我们让
Figure RE-GDA00031251373000001210
其中θn andDn和分别是标称系数的矢量；
Figure RE-GDA00031251373000001211
and
Figure RE-GDA00031251373000001212
是分别具有零均值和协方差矩阵Vθand VD的随机扰动向量。回想一下，随机变量的值永远不会超过其平均值加标准偏差的乘积θ·y+D，因此我们得出结论：
Figure RE-GDA0003125137300000127
当y满足(14)时，我们可以从上面限制随机扰动
Figure RE-GDA00031251373000001213
的向量违反在y处评估的约束θ·y+D≤ρ的概率，当满足正态分布时，可以将Tschebyshev切比雪夫不等式范围提高到
Figure RE-GDA0003125137300000128
为了确保(15)中的界限小于10的负六次方数量级(≤10-6)，我们将ε设置为5.13。因此，我们具有以下带有不确定性椭圆模型的鲁棒CPWTCGS模型
Figure RE-GDA0003125137300000129
Figure RE-GDA0003125137300000131
其中(αn,βn,ωn,Ln,Dn)是名义数据，而dα,dβ,dω,dLand dD和是零均值的随机扰动。
为了确定，随机扰动dα,dβ,dω,dLand dD中的每一个都满足(15)中的假设，我们令Vα,Vβ,Vω,VLand VD为扰动协方差矩阵的对应上限。我们选择一个安全参数，并将所有约束的对象和主体替换为其安全边界，如上所述。我们得出以下优化问题。
Figure RE-GDA0003125137300000132
Figure RE-GDA0003125137300000133
Figure RE-GDA0003125137300000134
ATx≤b,S∈K. (17d)
我们使用
Figure RE-GDA0003125137300000135
其中i＝α,β,ω,Land vi可以由Vi给出，使得
Figure RE-GDA0003125137300000136
Figure RE-GDA0003125137300000137
具体来说就是
Figure RE-GDA0003125137300000138
s.t.((αn)Tx+ε·zα)-((βn)TS+ε·zβ)≥μ. (18b)
Figure RE-GDA0003125137300000139
ATx≤b，S∈K. (18d)
Figure RE-GDA00031251373000001310
Figure RE-GDA00031251373000001311
显然，(18a)是线性目标，(18b)-(18e)是完全线性不等式和等式。但是， (18f)是二次等式。因此，我们尝试将(18f)重新公式化为四个SOC约束，从而得出
||τi||2≤zi,i＝α,β,ω,L. (19)
对(18a)-(18e)和(19)的观察表明，CPWTCGS模型具有椭球不确定性，符合混合整数二阶锥(MISOCP)形式。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (8)

1.一种考虑配网重构的风火耦合发电系统鲁棒容量规划方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：通过配电网DN重构来均衡负荷和通过分布式能源DER供电来平衡风力波动造成的风火耦合发电系统输出功率的波动，即通过改变配电网络拓扑结构和分布式能源发电来协调风火耦合发电系统以平衡总输出功率的波动；
建立功率协调模型：根据风火耦合发电系统与配网重构的功率协调来建立功率流，并包括以下功率协调约束条件：风电有功功率约束、配网重构条件约束、线性有功功率平衡约束、径向结构约束、变压器容量约束以及所有断路器的相邻时间间隔之间的切换时间限制约束；
步骤2：建立考虑配网重构的确定性风火耦合发电系统容量规划模型：以运行收益最大为目标函数，包括所述功率协调约束条件、火电机组输出功率约束、火电机组爬坡约束以及断路器开关状态取值约束；
步骤3：在考虑配网重构的确定性风火耦合发电系统容量规划模型的基础上，基于椭圆形不确定性理论，考虑风力与负荷变化的不确定性，构建考虑配网重构的风火耦合发电系统鲁棒容量规划模型；
步骤4：将所述构建考虑配网重构的风火耦合发电系统鲁棒容量规划模型重新构造为混合整数二阶锥形式。
2.根据权利要求1所述的考虑配网重构的风火耦合发电系统鲁棒容量规划方法，其特征在于，所述功率流如下：
功率流：
Figure FDA0003018189400000011
其中，
Figure FDA0003018189400000012
表示t时刻的总输出功率，
Figure FDA0003018189400000013
δ％表示传输线上规定的功率范围；Pbase表示输电线上的基准功率；
Figure FDA0003018189400000014
表示t时段母线ih上的火力有功功率；
Figure FDA0003018189400000015
表示t时段母线ih上的风电有功功率；
Figure FDA0003018189400000016
表示分布式能源的输出功率。
3.根据权利要求2所述的考虑配网重构的风火耦合发电系统鲁棒容量规划方法，其特征在于，所述功率协调约束如下：
风电有功功率约束：
Figure FDA0003018189400000021
其中，v(t)表示t时段内的风速；kv表示风力发电模型中的常数；vci表示切入风速；vr表示额定风速；
Figure FDA0003018189400000022
表示母线ih上的风力发电的额定容量。
需满足下列配网重构条件之一，才能进行配网重构：
(i)令
Figure FDA0003018189400000023
如果
Figure FDA0003018189400000024
并且
Figure FDA0003018189400000025
那么则有：
Figure FDA0003018189400000026
(ii)令
Figure FDA0003018189400000027
如果
Figure FDA0003018189400000028
并且
Figure FDA0003018189400000029
那么则有：
Figure FDA00030181894000000210
其中，
Figure FDA00030181894000000211
表示t时刻母线ih上的有功负载，PGmin,ih表示母线ih上的最小火力发电功率，PGmax,ih表示母线ih上的最大火力发电功率；
根据配电网类型确定相应的线性有功功率平衡等式，用简写形式表示为：
Figure FDA00030181894000000212
当满足配网重构的条件之一时，配网重构的功率平衡约束：
Figure FDA00030181894000000213
其中，
Figure FDA00030181894000000214
表示相对于母线ih的系数矩阵，
Figure FDA00030181894000000215
表示相对于母线ih的常数矢量，St表示断路器的开关状态矩阵；
根据配电网类型确定径向结构约束：
DSC型：Si+Sj＝1；
SSC型：Si+Sj+Sk＝2；
TOSSC-3和TOSSC-2型：
Figure FDA00030181894000000216
TDSSC-3型：
Figure FDA0003018189400000031
TDSSC-2型：Si＝1；
其中，Si、Sj、Sk、Sm、Sn表示各个断路器的开关状态，取值为0或1，1表示开，0表示关；
变压器器容量约束：
Figure FDA0003018189400000032
所有断路器的相邻时间间隔之间的切换时间限制：
Figure FDA0003018189400000033
其中，T表示总时间段数，TCi,max表示变电站i的额定容量，Ω(i)表示断路器相对于变电站i的二进制变量集；
Figure FDA0003018189400000034
表示t时刻线路k的断路器的状态(用二进制量表示)；
Figure FDA0003018189400000035
表示线路k的断路器到t时刻为止进行配网重构的总时间，通过
Figure FDA0003018189400000036
进行拓展，得到
Figure FDA0003018189400000037
4.根据权利要求3所述的考虑配网重构的风火耦合发电系统鲁棒容量规划方法，其特征在于根据不同配电网类型下的线性有功功率平衡等式确定相应的矩阵表达式，分别如下所示：
DSC型：
Figure FDA0003018189400000038
SSC型：
Figure FDA0003018189400000039
TOSSC-3型：
Figure FDA00030181894000000310
TOSSC-2型：
Figure FDA0003018189400000041
TDSSC-3型：
Figure FDA0003018189400000042
TDSSC-2型：
Figure FDA0003018189400000043
其中，PS,A1、PS,A2、PS,A3分别表示来自站A1、A2、A3的实际输出功率；Pc、Pd、Pe分别表示变电站C、D、E上的实际负载；Si、Sj、Sk、Sm、Sn表示各个断路器的开关状态。
5.根据权利要求2所述的考虑配网重构的风火耦合发电系统鲁棒容量规划方法，其特征在于，所述目标函数如下：
Figure FDA0003018189400000044
其中，
Figure FDA0003018189400000045
是指风火耦合发电系统在t时段的售电收益：
Figure FDA0003018189400000046
λS表示风火耦合发电系统出售的电价；
Figure FDA0003018189400000047
是指风火耦合发电系统在t时段的运营成本，由火电出力和配网重构成本组成：
Figure FDA0003018189400000048
PB表示从配网购电的电价，PH表示配网提供的配网重构服务的价格；H(St)表示到t时刻为止进行配网重构的总时间，
Figure FDA0003018189400000049
Figure FDA00030181894000000410
表示断路器的初始开关状态向量。
fC指风火耦合发电系统的总建造成本：
Figure FDA00030181894000000411
ηW表示风电装机的总投资成本，ηG表示火电总装机的总投资成本。
6.根据权利要求2所述的考虑配网重构的风火耦合发电系统鲁棒容量规划方法，其特征在于，所述火电机组输出功率约束、火电机组爬坡约束以及断路器开关状态取值约束分别如下：
Figure FDA0003018189400000051
其中，γ表示火电机组最小输出功率占额定容量的百分比，Δr表示火电机组的爬坡率，Ny表示规划使用风火发电的年份数；这里的St表示断路器在t时刻的开关状态向量。
7.根据权利要求5所述的考虑配网重构的风火耦合发电系统鲁棒容量规划方法，其特征在于，步骤3按如下方式进行：
步骤3.1：将所述考虑配网重构的确定性风火耦合发电系统容量规划模型改写为紧凑形式：
max(αTx-βTS)
s·t.ωTx-ρ≤L·S-D,ATx≤b,S∈K
其中，决策变量的向量
Figure FDA0003018189400000052
优化变量(x,S),S＝{St}；
K表示由所述线性有功功率平衡等式、径向结构约束、变压器容量约束、所有断路器的相邻时间间隔之间的切换时间限制约束以及断路器开关状态取值约束组成的集合；
Figure FDA0003018189400000053
并且ω、L、D是从所述火电机组输出功率约束、火电机组爬坡约束以及断路器开关状态取值约束中获得的常数系数矢量，并包含不确定的风速和负荷需求；当满足配网重构条件(i)时，ρ＝(1+δ％)Pbase；当满足配网重构条件(ii)时，ρ＝-(1-δ％)Pbase；
Figure FDA0003018189400000054
Figure FDA0003018189400000055
ATx≤b表示火电机组功率约束和火电机组爬坡约束；
步骤3.2：定义椭圆面，并将所述考虑配网重构的确定性风火耦合发电系统容量规划模型的紧凑形式转化为所述考虑配网重构的风火耦合发电系统鲁棒容量规划模型；
椭圆面：θ·y＝ωTx-LT·S≤ρ-D；
其中，y＝(x,S)，θ＝[ωT-L]，系数向量θ受随机扰动ω、L和D的影响；
考虑配网重构的风火耦合发电系统鲁棒容量规划模型：
Figure FDA0003018189400000061
Figure FDA0003018189400000062
其中，αn、βn、ωn、Ln、Dn是名义数据，dα、dβ、dω、dL、dD是零均值的随机扰动。
8.根据权利要求6所述的考虑配网重构的风火耦合发电系统鲁棒容量规划方法，其特征在于，步骤4按如下方式进行：
为所述考虑配网重构的风火耦合发电系统鲁棒容量规划模型中的dα、dβ、dω、dL、dD设置安全边界，并将其替换为相应的安全边界Vα、Vβ、Vω、VL、VD，得到如下模型：
Figure FDA0003018189400000063
Figure FDA0003018189400000064
Figure FDA0003018189400000065
ATx≤b,S∈K
其中，Vα、Vβ、Vω、VL的通式为
Figure FDA0003018189400000066
Figure FDA0003018189400000067
表示矩阵i的协方差；ε表示允许范围内设置的合理偏差值；
令
Figure FDA0003018189400000068
对模型进行改写：
Figure FDA0003018189400000069
s.t.((αn)Tx+ε·zα)-((βn)T)S+ε·zβ≥μ
Figure FDA00030181894000000610
ATx≤b,S∈K
Figure FDA0003018189400000071
Figure FDA0003018189400000072
将
Figure FDA0003018189400000073
L重新公式化为四个SOC约束，得到||τi||2≤zi,i＝α,β,ω,L，从而将考虑配网重构的风火耦合发电系统鲁棒容量规划模型构造为混合整数二阶锥形式。
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