CN115882479A - 一种面向韧性提升的分布式储能系统多目标优化配置方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种面向韧性提升的分布式储能系统多目标优化配置方法包括:构建考虑配电网韧性指标的配电网集群划分模型;根据Louvain算法对所述配电网集群划分模型进行求解,得到最优的配电网集群划分结果;构建双层协调规划模型;基于PSO‑DE交叉优化算法对所述双层协调规划模型进行求解,确定分布式储能系统的定容与选址。利用社区检测算法实现配电网集群划分,考虑了韧性指标对初代划分结果修正,使得划分结果不仅有高模块度值,有功平衡度高并且韧性也高,从而得到最优划分结果;并且对于集群划分好的配电网,建立分布式电源和储能装置选址定容双层协调规划模型,确定经济性与网损兼顾的分布式电源和储能系统的选址定容。
Description
技术领域
本发明属于分布式储能技术领域,尤其涉及一种面向韧性提升的分布式储能系统多目标优化配置方法。
背景技术
随着经济发展,我国电网发展迅速,呈现出高比例可再生能源和高比例电力电子装备接入、负荷多元化以及信息与物理系统高度融合等特点。在我国能源转型的背景下,电源侧各种新能源广泛接入电网,由于其出力的波动性、间歇性和随机性给电网安全运行带来了挑战;负荷侧分布式发电分散接入、区域综合能源系统兴起、电气化交通负荷大量接入以及各类基础设施电气化程度加深,负荷多元化特点日益凸显,负荷参与电网调节的能力有所提升,但多元化负荷也给电网运行带来了诸多不确定性。
现有技术中,针对配电网的脆弱评估体系时,并未考虑现有的分布式储能技术;风险理论也仅仅考虑了节点电压越限以及线路过负荷,并未考虑极端场景下配电网的风险评估。
发明内容
本发明提供一种面向韧性提升的分布式储能系统多目标优化配置方法,用于解决针对配电网的脆弱评估体系时,并未考虑现有的分布式储能技术;风险理论也仅仅考虑了节点电压越限以及线路过负荷,并未考虑极端场景下配电网风险评估的技术问题。
本发明提供一种面向韧性提升的分布式储能系统多目标优化配置方法,包括:
构建考虑配电网韧性指标的配电网集群划分模型,其中,所述配电网集群划分模型的优化目标为:
根据Louvain算法对所述配电网集群划分模型进行求解,得到最优的配电网集群划分结果;
构建双层协调规划模型,其中,所述双层协调规划模型包括以配电网集群为基本单元,用于求解各配电网集群的分布式电源容量和储能系统容量规划总量的上层规划模型,以及以配电网集群中的节点为基本单元,用于求解各配电网集群内各节点的分布式电源接入容量和储能装置接入位置的下层规划模型;
基于PSO-DE交叉优化算法对所述双层协调规划模型进行求解,确定分布式储能系统的定容与选址。
进一步地,所述基于Louvain社区检测算法对所述配电网集群划分模型进行求解,得到最优的配电网集群划分结果,包括:
步骤102:将配电网中的每个节点都初始化为一个单独的集群,即集群数等于节点数;
步骤105:重复步骤103 和步骤104,直至所有节点所属集群不再发生变化;
步骤106:对步骤105 发现的配电网集群结构分别进行压缩,将形成的集群看作一个新节点;
步骤107:返回步骤103,直到整个热网和电网的优化目标不再发生变化,集群划分过程停止,得到初始最优集群划分结果;
步骤109:重复步骤102 至步骤107,得到调整后的最优配电网集群划分结果。
进一步地,其中,计算配电网的模块度指标的表达式为:
式中,为网络中所有边权之和,/>为连接节点i 和节点j 的边的权重,/>为与节点i相连所有边的边权之和,/>为与节点j相连所有边的边权之和,/>为节点i和节点j的区域关系,/>为节点i与节点j之间的电气距离。/>
进一步地,其中,计算有功功率平衡度的表达式为:
式中,为第k个配电网集群的有功功率平衡度指标,/>为配电网集群的总数,/>为典型时变场景的时间尺度,/>为第k个配电网集群在t时刻净功率值,/>为在T时间尺度下,第k个集群中节点i在t时刻的净功率,/>为在T时间尺度下,第k个集群中节点i的净功率,/>为在T时间尺度下,第k个集群中节点i在t时刻的净功率最大值。
进一步地,其中,计算配电网韧性指标的表达式为:
式中,为配电网集群的总数,/>为第k个配电网集群的配电网韧性指标,/>为根据节点i负荷重要性程度确定的权重因子,/>为配电网母线节点集合B在配电网集群k中的子集,/>为/>中节点i在t时段失去的有功负荷,/>为系统功能恢复正常运行时间,/>为灾害发生时间。
进一步地,其中,所述双层协调规划模型的目标函数为:
式中,为量纲归一化后的配电网的年综合成本,/>为量纲归一化后的配电网网损,/>为对应成本的系数,/>为对应网损的系数,/>为配电网的年综合成本,为配电网接入分布式电源和储能装置最小容量时的成本,/>为配电网接入分布式电源和储能装置最大容量时的成本,/>为配电网网损,/>为配电网接入分布式电源前的网损。
进一步地,其中,所述上层规划模型的约束条件包括功率平衡约束、群间交互支路功率约束、DPV有功出力约束、ESS充放电功率约束和ESS荷电状态约束;
所述上层规划模型的目标函数为:
进一步地,其中,所述下层规划模型的约束条件包括:配电网集群j内各节点接入的DPV容量约束、节点i允许安装的DPV容量约束、配电网潮流约束、节点i电压约束以及支路功率约束;
所述下层规划模型的目标函数为:
本申请的一种面向韧性提升的分布式储能系统多目标优化配置方法,利用社区检测算法实现配电网集群划分,考虑了韧性指标对初代划分结果修正,使得划分结果不仅有高模块度值,有功平衡度高并且韧性也高,从而得到最优划分结果;并且对于集群划分好的配电网,建立分布式电源和储能装置选址定容双层协调规划模型,确定经济性与网损兼顾的分布式电源和储能系统的选址定容。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案,下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图是本发明的一些实施例,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,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明一实施例提供的一种面向韧性提升的分布式储能系统多目标优化配置方法的流程图;
图2为本发明一实施例提供的配电网韧性概念曲线图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本发明实施例中的附图,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作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。
请参阅图1,其示出了本申请的一种面向韧性提升的分布式储能系统多目标优化配置方法的流程图。
如图1所示,面向韧性提升的分布式储能系统多目标优化配置方法具体包括以下步骤:
步骤S1,构建考虑配电网韧性指标的配电网集群划分模型。
在本实施例中,模块度是衡量网络社区结构强度的指标,通过量化集群的结构强度,衡量划分的优劣程度并确定最优的划分方式。网络模块度通常由网络连接情况及节点间边权决定。在电力网络中,节点间的边权主要由电抗权、空间距离权及电气距离权等表示,其中电气距离权较前两者能够更加有效的反应电力网络中节点间的电气联系。
式中,为有功变化量/>为无功变化量,/>、/>、/>、/>均为雅克比矩阵的元素无实际意义,/>为相角变化量,/>为电压变化量,/>为节点有功相角灵敏度矩阵,/>为节点无功相角灵敏度矩阵,/>为节点无功电压灵敏度矩阵,/>为节点有功电压灵敏度矩阵。
式中,为节点i与节点j之间的电气距离,/>为节点i与节点j之间的中间变量,/>为节点j与节点k之间的中间变量,/>为节点i与节点j之间的中间变量,/>为有功电压灵敏度矩阵中第j列元素中的最大值,/>为灵敏度矩阵中第i行j列的元素,N为网络节点数;
为描述两节点间的电气耦合程度,采用基于电气距离权重的模块度定义方式,即配电网的模块度指标:
式中,为网络中所有边权之和,/>为连接节点i 和节点j 的边的权重,/>为与节点i相连所有边的边权之和,/>为与节点j相连所有边的边权之和,/>为节点i和节点j的区域关系,/>为节点i与节点j之间的电气距离。
有功功率平衡度是反应某一周期内区域内部分布式电源自消纳能力指标。通常以典型场景为基础计算一段时间尺度下,配电网集群内部源和源荷间的功率关系,能够表示节点间的有功功率协调互补关系:
式中,为第k个配电网集群的有功平衡度指标,/>为配电网集群的总数,/>为典型时变场景的时间尺度,/>为第k个配电网集群在t时刻净功率值,/>为在T时间尺度下,第k个集群中节点i在t时刻的净功率,/>为在T时间尺度下,第k个集群中节点i的净功率,/>为第k个集群在t时刻净功率值最大值。/>
如图2所示,图中的虚线表示的是配电网正常运行场景下的目标系统功能值,实线表示的是配电网在极端自然灾害场景下的实际系统功能值。显然,极端自然灾害场景下的配电网通常经历以下四个不同的阶段:
正常运行阶段:
在该阶段配电网可以通过先进的灾害预报技术获得部分灾害信息和配电网运行状态,用于灾前的预测和准备;
灾害发生阶段:
自然灾害在时段末开始攻击配电网,配电网发生故障,系统功能逐渐下降;
降额运行阶段:
自然灾害的强度减弱或者己经过境,配电网处于降额稳定运行状态,此时调控中心可以获得较为准确的配电网破坏信息,并为后续实施恢复措施做准备;
故障恢复阶段:
在该阶段配电网可以通过转供电源的投入以及线路修复等措施,使系统功能逐渐恢复至正常运行阶段。
最为常见的韧性评估指标还是基于面积定义的,即以极端自然灾害下配电网系统功能的损失部分与时间轴的积分作为韧性评估指标。考虑到电力系统中不同的用户对供电的连续性要求不一样,一般的非重要用户对供电的连续性要求不高,偶尔的停电造成的影响不是太大,而重要用户对供电的连续性要求非常高。因此,对于图中纵坐标的系统功能选择配电网加权负荷损失。
式中,为配电网集群的总数,/>为第k个配电网集群的配电网韧性指标,/>为根据节点i负荷重要性程度确定的权重因子,/>为配电网母线节点集合B在配电网集群k中的子集,/>为/>中节点i在t时段失去的有功负荷,/>为系统功能恢复正常运行时间,/>为灾害发生时间。
步骤S2,根据Louvain算法对所述配电网集群划分模型进行求解,得到最优的配电网集群划分结果。
在本实施例中,根据Louvain算法对所述配电网集群划分模型进行求解具体包括:步骤101:构建初始电网层面集群划分的优化目标,其中,/>为初始配电网集群划分的优化目标,/>为配电网的模块度指标,/>为有功功率平衡度/>的权重系数,/>为有功功率平衡度指标;/>
步骤102:将配电网中的每个节点都初始化为一个单独的集群,即集群数等于节点数;
为保证配电网集群划分结果的逻辑性,利用邻接矩阵初步判断节点i 和节点j 所在配电网集群是否存在直接连接。具有至少一个直接联系的2 个配电网集群才有机会合并。
步骤105:重复步骤103 和步骤104,直至所有节点所属集群不再发生变化;
步骤106:对步骤105 发现的配电网集群结构分别进行压缩,将形成的集群看作一个新节点;
步骤107:返回步骤103,直到整个热网和电网的优化目标不再发生变化,集群划分过程停止,得到初始最优集群划分结果;
步骤109:重复步骤102 至步骤107,得到调整后的最优配电网集群划分结果。
步骤S3,构建双层协调规划模型,其中,所述双层协调规划模型包括以配电网集群为基本单元,用于求解各配电网集群的分布式电源容量和储能系统容量规划总量的上层规划模型,以及以配电网集群中的节点为基本单元,用于求解各配电网集群内各节点的分布式电源接入容量和储能装置接入位置的下层规划模型。
上层规划模型以集群为基本单元,负责求解各集群的DPV和储能系统容量规划总量:以配电网年综合成本最小为目标,规划接入每个集群的分布式电源容量、 储能系统容量和功率。
上层规划模型的目标函数为:
式中,为分布式电源年等值安装成本,/>为储能装置年等值安装成本,为分布式电源的年等值折算系数,/>为分布式电源的单位功率投资成本,/>为配电网集群j安装的分布式电源的额定容量,/>为储能装置的年等值折算系数,/>为配电网集群j安装的储能装置的额定容量,/>为储能系统单位功率投资成本,/>为储能系统单位容量,/>为配电网集群j安装的储能装置的额定功率,/>为利率,/>为配电网集群的总数,/>为分布式电源的使用年限,/>为储能装置的使用年限;
式中,为分布式电源的年运行维护成本,/>为储能装置的年运行维护成本,/>为分布式电源的单位充放电量运行维护成本,/>为储能装置的单位充放电量运行维护成本,/>为t时刻配电网集群j的分布式电源出力,/>为t时刻配电网集群j储能装置的充放电功率,/>为t时刻集群j的ESS充/放电功率标志位,ESS放电为1,充电为-1,浮充状态为0;
上层规划模型的约束条件包括:功率平衡约束、群间交互支路功率约束、DPV有功出力约束、ESS充放电功率约束和ESS荷电状态约束,具体如下所:
配电网集群j允许安装的分布式电源容量约束:
配电网功率平衡约束:
式中,为时刻t节点i的负荷有功功率,/>为配电网支路数,/>为t时刻/>支路的网损,/>为t时刻主网联络支路/>的功率,/>为主网联络支路数,/>为集群j内的节点数,/>为t时刻配电网集群j的分布式电源出力,/>为t时刻配电网集群j储能装置的充放电功率;
群间交互支路功率约束:
分布式电源有功出力约束:
ESS充放电功率和荷电状态约束:
式中,为配电网集群j的储能装置最大输出功率,/>为t时刻储能装置的充放电效率,/>为放电效率,/>为充电效率,/>为储能装置的荷电状态最小值,/>为t时刻集群j内储能装置的荷电状态,/>为储能装置的荷电状态最大值,/>为储能装置的初始荷电状态,/>为,/>为t时刻集群j的ESS充放电功率标志位,ESS放电为1,充电为1,浮充状态为0,/>为t时刻配电网集群j储能装置的充放电功率,/>为配电网集群j的储能装置额定容量;
下层模型以节点为基本单元,负责求解每个集群内各节点的分布式电源与储能装置选址定容问题:以配电网网损最小为目标,优化集群内各节点的分布式电源接入容量和储能装置的接入位置。
下层规划模型的目标函数为:
下层规划模型的约束条件为:
配电网集群j内各节点接入的DPV容量约束:
节点i允许安装的DPV容量约束:
配电网潮流约束:
节点i电压约束:
支路功率约束:
步骤S4,基于PSO-DE交叉优化算法对所述双层协调规划模型进行求解,确定分布式储能系统的定容与选址。
在本实施例中,由于成本和网损的量纲并不相同,为统一量纲,采用权重系数法。多目标函数定义为:
式中,为量纲归一化后的配电网的年综合成本,/>为量纲归一化后的配电网网损,/>为对应成本的系数,/>为对应网损的系数,/>为配电网的年综合成本,为配电网接入分布式电源和储能装置最小容量时的成本,/>为配电网接入分布式电源和储能装置最大容量时的成本,/>为配电网网损,/>为配电网接入分布式电源前的网损。
使用PSO-DE交叉优化算法求解该模型,将粒子群算法和差分进化算法结合,将两个算法并行结合的方式进行优化。PSO-DE交叉优化算法以粒子群算法作为主体,在更新粒子的速度和位置时,以是否超出边界作为判定变量,当粒子的更新范围未超出边界,则按照粒子群的优化秩序执行,当更新范围超出边界时,就转到差分进化算法中继续进行优化,在差分进化算法寻优完成时,再将结果送入粒子群主体算法中,进行竞争操作。具体步骤如下:
第一步,设定主体粒子群算法参数。如种群个数和学习因子等;
第二步,初始化粒子。设定粒子的速度和位置;
第三步,计算初始粒子的适应度;
第四步,更新粒子的速度、位置;
第五步,判断更新后的粒子位置的取值是否还在规定范围内,若满足规定范围,执行第六步,若不满足,则转到差分进化算法中进行优化,差分进化算法得出优化结果后,返回粒子群算法,执行第六步;
第六步,粒子群算法中,当前所有粒子进行寻优竞争,选出当前最佳适应度的粒子;
第七步,得出新种群重复第四步,直至满足最大迭代次数。
综上,本申请的方法,利用社区检测算法实现配电网集群划分,考虑了韧性指标对初代划分结果修正,使得划分结果不仅有高模块度值,有功平衡度高并且韧性也高,从而得到最优划分结果;并且对于集群划分好的配电网,建立分布式电源和储能装置选址定容双层协调规划模型,确定经济性与网损兼顾的分布式电源和储能系统的选址定容。
最后应说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案,而非对其限制;尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (8)
1.一种面向韧性提升的分布式储能系统多目标优化配置方法,其特征在于,包括:
构建考虑配电网韧性指标的配电网集群划分模型,其中,所述配电网集群划分模型的优化目标为:
根据Louvain算法对所述配电网集群划分模型进行求解,得到最优的配电网集群划分结果;
构建双层协调规划模型,其中,所述双层协调规划模型包括以配电网集群为基本单元,用于求解各配电网集群的分布式电源容量和储能系统容量规划总量的上层规划模型,以及以配电网集群中的节点为基本单元,用于求解各配电网集群内各节点的分布式电源接入容量和储能装置接入位置的下层规划模型;
基于PSO-DE交叉优化算法对所述双层协调规划模型进行求解,确定分布式储能系统的定容与选址。
2.根据权利要求1所述的一种面向韧性提升的分布式储能系统多目标优化配置方法,其特征在于,所述根据Louvain算法对所述配电网集群划分模型进行求解,得到最优的配电网集群划分结果,包括:
步骤102:将配电网中的每个节点都初始化为一个单独的集群,即集群数等于节点数;
步骤105:重复步骤103 和步骤104,直至所有节点所属集群不再发生变化;
步骤106:对步骤105 发现的配电网集群结构分别进行压缩,将形成的集群看作一个新节点;
步骤107:返回步骤103,直到整个热网和电网的优化目标不再发生变化,集群划分过程停止,得到初始最优集群划分结果;
步骤109:重复步骤102 至步骤107,得到调整后的最优配电网集群划分结果。
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张宇: "考虑需求响应和集群动态划分的配电系统网源协调规划研究", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库》, pages 042 - 1396 * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
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CN115882479B (zh) | 2023-07-14 |
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