CN115759584A - 基于ddpg的新型电力系统规划方法 - Google Patents

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CN115759584A CN202211364842.6A CN202211364842A CN115759584A CN 115759584 A CN115759584 A CN 115759584A CN 202211364842 A CN202211364842 A CN 202211364842A CN 115759584 A CN115759584 A CN 115759584A
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王渝红
周旭
何其多
陈明雪
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Abstract

本发明涉及基于DDPG的新型电力系统规划方法，属于电力系统规划技术领域，通过改进K‑means方法提取源荷运行数据，从而获得典型运行场景；以运行数据聚类结果的聚类中心作为输电网典型运行场景以表征系统存在的源荷不确定性，该改进基于运行数据的形态特征，降低了在输电网扩展规划方案寻优过程中的计算复杂度。考虑荷源不确定性与输电网运行约束的输电网扩展规划模型；构建交互式求解器进行求解。适应于新型电力系统扩展规划的数学模型与高性能求解。

Description

基于DDPG的新型电力系统规划方法
技术领域
本发明属于电力系统规划技术领域，具体涉及基于DDPG的新型电力系统规划方法。
背景技术
构建以可再生能源为主体的新型电力系统是我国当下电力系统转型的必然途径。输电网规划任务是电力系统建设的重要的前提工作，其从基础结构上决定了电力系统在数年乃至数十年间的基本运行形态。而新型电力系统的输电网结构灵活、源荷不确定性强、连接关系复杂，传统静态的规划方法容易导致所构建的输电网设备配置冗余度高输电网建设不经济，且难以充分考虑系统运行时存在的不确定性，此外，由于连接复杂度提升导致的求解难度增大，均是新型电力系统背景下输电网扩展规划所面临的挑战。因此，研究适应于新型电力系统扩展规划的数学模型与高性能求解方法是当前电网转型的关键挑战之一。
发明内容
本发明目的在于提供基于DDPG的新型电力系统规划方法，用于解决上述现有技术中存在的技术问题，新型电力系统的输电网结构灵活、源荷不确定性强、连接关系复杂，传统静态的规划方法容易导致所构建的输电网设备配置冗余度高输电网建设不经济，且难以充分考虑系统运行时存在的不确定性，此外，由于连接复杂度提升导致的求解难度增大，均是新型电力系统背景下输电网扩展规划所面临的挑战。
为实现上述目的，本发明的技术方案是：
基于DDPG的新型电力系统规划方法，包括以下步骤：
S1、通过改进K-means方法提取源荷运行数据，从而获得典型运行场景；
S2、在步骤S1的基础上，考虑荷源不确定性与输电网运行约束的输电网扩展规划模型；
S3、在步骤S2的基础上，构建交互式求解器进行求解。
进一步的，步骤S1中聚类目标函数：
Figure BDA0003923561530000011
其中：Dcumulative,x为运行数据x的功率累积量；Ccumulative,n是聚类中心n的功率累积量；Dchange,x为运行数据x的每小时功率变化率累积量；Cchange,n为聚类中心n的每小时功率变化率累积量。
进一步的，步骤S2中目标函数如下：
(1)输电网建设成本，
Figure BDA0003923561530000021
式中：rd为线路投资折算率；y为线路预期年限；λi为[0,1]变量，1表征线路i被建设，反之为不建设；Cl,i表示线路i的建设费用；
(2)输电网损耗成本，
Figure BDA0003923561530000022
式中：p0表示单位电价；Pl与Ql为输电线路有功与无功功率，rl为线路l电阻；
(3)输电网维护成本，
Figure BDA0003923561530000023
式中：ηl表示线路年维修费用系数；
(4)最小切机与弃负荷量，
Figure BDA0003923561530000024
Figure BDA0003923561530000025
Figure BDA0003923561530000026
Figure BDA0003923561530000027
式中：Nwind为风电场总量；
Figure BDA0003923561530000028
为第h小时风电场实时输出功率；
Figure BDA0003923561530000029
为常规发电机组第h小时最小出力；
Figure BDA00039235615300000210
为第h小时负载消耗功率；
Figure BDA00039235615300000211
是常规发电机组第h 小时的最大发电量；
约束条件为：
Figure BDA00039235615300000212
Figure BDA0003923561530000031
Figure BDA0003923561530000032
Figure BDA0003923561530000033
Figure BDA0003923561530000034
Figure BDA0003923561530000035
Figure BDA0003923561530000036
-Fl max≤Fl≤Fl max
Figure BDA0003923561530000037
Figure BDA0003923561530000038
Figure BDA0003923561530000039
Figure BDA00039235615300000310
Figure BDA00039235615300000311
Figure BDA00039235615300000312
Figure BDA00039235615300000313
-Fl max≤Fl N-1≤Fl max
Figure BDA00039235615300000314
Figure BDA00039235615300000315
进一步的，步骤S3中交互式求解器构建如下：
DDPG状态空间构建；
状态：
St表示输电网线路组合；
动作：
A(St；ωeval)表示被选择建设的线路；
奖励：
Q(St；ωtarget)；
迭代更新规则。
与现有技术相比，本发明所具有的有益效果为：
本方案其中一个有益效果在于，通过改进K-means方法提取源荷运行数据，从而获得典型运行场景；以运行数据聚类结果的聚类中心作为输电网典型运行场景以表征系统存在的源荷不确定性，该改进基于运行数据的形态特征，降低了在输电网扩展规划方案寻优过程中的计算复杂度。考虑荷源不确定性与输电网运行约束的输电网扩展规划模型；构建交互式求解器进行求解。适应于新型电力系统扩展规划的数学模型与高性能求解。
附图说明
图1为本发明中一个具体实施方式的扩展规划任务流程图。
图2为本发明中一个具体实施方式的DDPG交互式确定最优方案流程图。
图3为本发明中一个具体实施方式的交互式求解器构建算法图。
具体实施方式
下面结合本发明的附图1-附图3，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，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他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例：
如图1所示，提供基于DDPG的新型电力系统规划方法，包括以下步骤：
S1、通过改进K-means方法提取源荷运行数据，从而获得典型运行场景；
S2、在步骤S1的基础上，考虑荷源不确定性与输电网运行约束的输电网扩展规划模型；
S3、在步骤S2的基础上，构建交互式求解器进行求解。
其中，
1、基于改进K-means方法提取源荷运行数据以获得典型运行场景。
聚类目标函数(此聚类目标可设置第一项与第二项权重，以调节聚类结果)：
Figure BDA0003923561530000051
其中：Dcumulative,x为运行数据x的功率累积量；Ccumulative,n是聚类中心n的功率累积量；Dchange,x为运行数据x的每小时功率变化率累积量；Cchange,n为聚类中心n的每小时功率变化率累积量。
以运行数据聚类结果的聚类中心作为输电网典型运行场景以表征系统存在的源荷不确定性，该改进基于运行数据的形态特征，降低了在输电网扩展规划方案寻优过程中的计算复杂度。
2、考虑荷源不确定性与输电网运行约束的输电网扩展规划模型目标函数：
(5)输电网建设成本
Figure BDA0003923561530000052
式中：rd为线路投资折算率；y为线路预期年限；λi为[0,1]变量，1表征线路i被建设，反之为不建设；Cl,i表示线路i的建设费用。
(6)输电网损耗成本
Figure BDA0003923561530000053
式中：p0表示单位电价；Pl与Ql为输电线路有功与无功功率，rl为线路l电阻。
(7)输电网维护成本
Figure BDA0003923561530000054
式中：ηl表示线路年维修费用系数，本文取2.2％。
(8)最小切机与弃负荷量
Figure BDA0003923561530000055
Figure BDA0003923561530000056
Figure BDA0003923561530000057
Figure BDA0003923561530000058
式中：Nwind为风电场总量；
Figure BDA0003923561530000061
为第h小时风电场实时输出功率；
Figure BDA0003923561530000062
为常规发电机组第h小时最小出力；
Figure BDA0003923561530000063
为第h小时负载消耗功率；
Figure BDA0003923561530000064
是常规发电机组第h 小时的最大发电量。
约束条件为：
Figure BDA0003923561530000065
Figure BDA0003923561530000066
Figure BDA0003923561530000067
Figure BDA0003923561530000068
Figure BDA0003923561530000069
Figure BDA00039235615300000610
Figure BDA00039235615300000611
-Fl max≤Fl≤Fl max
Figure BDA00039235615300000612
Figure BDA00039235615300000613
Figure BDA00039235615300000614
Figure BDA00039235615300000615
Figure BDA00039235615300000616
Figure BDA00039235615300000617
Figure BDA00039235615300000618
-Fl max≤Fl N-1≤Fl max
Figure BDA00039235615300000619
Figure BDA0003923561530000071
3、交互式求解器构建如图2和3所示。
DDPG状态空间构建：
状态：
St表示输电网线路组合
动作：
A(St；ωeval)表示被选择建设的线路
奖励：
Q(St；ωtarget)
迭代更新规则：
以上是本发明的较佳实施例，凡依本发明技术方案所作的改变，所产生的功能作用未超出本发明技术方案的范围时，均属于本发明的保护范围。

Claims (4)

1.基于DDPG的新型电力系统规划方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、通过改进K-means方法提取源荷运行数据，从而获得典型运行场景；
S2、在步骤S1的基础上，考虑荷源不确定性与输电网运行约束的输电网扩展规划模型；
S3、在步骤S2的基础上，构建交互式求解器进行求解。
2.如权利要求1所述的基于DDPG的新型电力系统规划方法，其特征在于，步骤S1中聚类目标函数：
Figure FDA0003923561520000011
其中：Dcumulative,x为运行数据x的功率累积量；Ccumulative,n是聚类中心n的功率累积量；Dchange,x为运行数据x的每小时功率变化率累积量；Cchange,n为聚类中心n的每小时功率变化率累积量。
3.如权利要求2所述的基于DDPG的新型电力系统规划方法，其特征在于，步骤S2中目标函数如下：
(1)输电网建设成本，
Figure FDA0003923561520000012
式中：rd为线路投资折算率；y为线路预期年限；λi为[0,1]变量，1表征线路i被建设，反之为不建设；Cl,i表示线路i的建设费用；
(2)输电网损耗成本，
Figure FDA0003923561520000013
式中：p0表示单位电价；Pl与Ql为输电线路有功与无功功率，rl为线路l电阻；
(3)输电网维护成本，
Figure FDA0003923561520000014
式中：ηl表示线路年维修费用系数；
(4)最小切机与弃负荷量，
Figure FDA0003923561520000015
Figure FDA0003923561520000021
Figure FDA0003923561520000022
Figure FDA0003923561520000023
式中：Nwind为风电场总量；
Figure FDA0003923561520000024
为第h小时风电场实时输出功率；
Figure FDA0003923561520000025
为常规发电机组第h小时最小出力；
Figure FDA0003923561520000026
为第h小时负载消耗功率；
Figure FDA0003923561520000027
是常规发电机组第h小时的最大发电量；
约束条件为：
Figure FDA0003923561520000028
Figure FDA0003923561520000029
Figure FDA00039235615200000210
Figure FDA00039235615200000211
Figure FDA00039235615200000212
Figure FDA00039235615200000213
Figure FDA00039235615200000214
Figure FDA00039235615200000215
Figure FDA00039235615200000216
Figure FDA00039235615200000217
Figure FDA00039235615200000218
Figure FDA00039235615200000219
Figure FDA00039235615200000220
Figure FDA00039235615200000221
Figure FDA0003923561520000031
Figure FDA0003923561520000032
Figure FDA0003923561520000033
Figure FDA0003923561520000034
4.如权利要求3所述的基于DDPG的新型电力系统规划方法，其特征在于，步骤S3中交互式求解器构建如下：
DDPG状态空间构建；
状态：
St表示输电网线路组合；
动作：
A(St；ωeval)表示被选择建设的线路；
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Q(St；ωtarget)；
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