CN116454894B - 一种含新能源场站的配电网拓扑结构优化方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种含新能源场站的配电网拓扑结构优化方法及系统包括：根据配电网的典型拓扑结构，获取含新能源场站的配电网拓扑单元的有功平衡方程及拓扑约束；根据实际配电网结构和有功平衡方程及拓扑约束，获取拓扑单元组合的有功平衡方程；通过拓扑单元组合的有功平衡方程和配电网拓扑结构优化的成本，以优化转供总成本最小为目标建立配电网优化转供模型；采用改进型非劣排序遗传算法求解配电网优化转供模型，获取调整配电网运行方式的最优转供方案；本发明考虑了可再生能源发电对配电网拓扑结构优化转供的影响，在缓解过载问题的同时促进了新能源消纳，对于推动新能源在电网中的应用具有重要的实用价值。

Description

一种含新能源场站的配电网拓扑结构优化方法及系统
技术领域
本发明涉及配电网拓扑结构优化技术领域，具体为一种含新能源场站的配电网拓扑结构优化方法及系统。
背景技术
风力发电机、光伏发电装置大规模接入电网，使得人们对用电可靠性提出了更高的要求。负荷高峰期，配电网易出现设备过载与输电阻塞问题，为降低停电风险，电网调度中心常采取转供措施，实现负荷的站间转移，提高配电网的供电可靠性。针对如何快速、经济地完成电网超载负荷协调转供，为调度员提供统一的辅助决策方案，在现有的研究中提出采用二次转供降低“薄弱环节”负载率，提高停电区域的供电恢复量。在拓扑研究方面，当前研究学者多利用导向因子进行配电网拓扑重构，达到均衡负荷的目标。也有学者利用直流互联线路连接低压配电台区，在各台区间按配电变压器容量分配负荷。
前述研究多是针对不含可再生能源机组的传统配电网拓扑进行转供研究，并没有考虑新能源出力对配电网优化转供策略的影响。近年来，光伏发电和陆上风电的发电成本大幅下降，使得光伏、风力等可再生能源发电为用户提供电力的成本降低。因此，配电网中可再生能源渗透率的提高必然影响到用户的用电行为，进而影响到负荷分配与配电网拓扑结构的调整。在现有的研究中提出将可再生能源作为负的负荷参与配电网重构，但没有充分发挥可再生能源的灵活性与经济性，且当前针对配电网拓扑结构的研究鲜有考虑含新能源场站的情况。
发明内容
本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。
鉴于上述存在的问题，提出了本发明。
本发明实施例的第一方面，提供一种含新能源场站的配电网拓扑结构优化方法，包括：根据配电网的典型拓扑结构，获取含新能源场站的配电网拓扑单元的有功平衡方程及拓扑约束；根据实际配电网结构和所述有功平衡方程及拓扑约束，获取拓扑单元组合的有功平衡方程；通过所述拓扑单元组合的有功平衡方程和配电网拓扑结构优化的成本，以优化转供总成本最小为目标建立配电网优化转供模型；采用改进型非劣排序遗传算法求解所述配电网优化转供模型，获取调整配电网运行方式的最优转供方案。
作为本发明所述的含新能源场站的配电网拓扑结构优化方法的一种优选方案，其中：所述配电网拓扑单元的有功平衡方程及拓扑约束的获取包括，
配电网的典型拓扑结构的接线类型包括单电源供电接线方式、串供接线方式、T型串供接线方式和H型串供接线方式；
所述单电源供电接线方式为单电源点变电站通过出线开关串接若干个分段开关，负荷通过分段开关接点处连入配电网，新能源场站位于第l个与l+1个开关之间，站内的可再生能源机组为风力发电机与光伏发电装置，所述新能源场站配备一定容量的储能装置平抑可再生能源机组的出力波动，为提高新能源消纳能力，可再生能源机组出力优先供给负荷，再给储能装置充电，且仅允许储能装置吸收可再生能源机组的盈余功率，即禁止电源点变电站给储能装置充电；
当所有开关均为运行状态时，所述单电源供电接线方式的有功平衡方程表示为：
；
其中，表示t时段电源点变电站A的输出功率，/>表示t时段风力发电机的出力，/>表示t时段光伏发电装置的出力，/>表示t时段储能装置的充放电功率，/>为正表示储能放电，为负表示储能充电，/>构成新能源场站在t时段的组合出力，/>，/>表示t时段开关节点i处的负荷，N表示总开关数；
新能源场站需满足的约束包括：
；
其中，表示风机的额定最大出力，/>表示光伏发电装置的额定最大出力，表示储能装置的额定最大充放电值，/>和/>表示储能装置可用容量的上限、下限值，/>表示储能装置在t-1时段的可用容量，/>表示t时段的持续时间；
将所述单电源供电接线方式的有功平衡方程加入开关状态，得到，其中，/>表示开关i在t时段处于运行状态，为断开状态，为保证所有负荷均有电源点供电，由开关状态表示含新能源场站的单电源供电接线方式需满足的拓扑结构约束包括/>。
作为本发明所述的含新能源场站的配电网拓扑结构优化方法的一种优选方案，其中：所述串供接线方式为两端电源点变电站通过出线开关串接，中间的馈电线路分布着若干分段开关，两端的电源点变电站分别编号为A1、A2，新能源场站位于第l个与l+1个开关之间；
当第j个开关为断开状态，其余开关为运行状态，此时新能源场站依然处于并网模式，所述串供接线方式的有功平衡方程表示为、，其中，/>和/>分别表示电源点变电站A1、A2在t时段的输出功率；
当第j个开关、第r个开关为断开状态，且r≤l≤j，其余开关为运行状态，此时新能源场站处于离网模式，所述串供接线方式的有功平衡方程表示为、、 />；
为保证所有开关节点处的负荷均有电源点供电，串供接线方式需满足的拓扑结构约束包括。
作为本发明所述的含新能源场站的配电网拓扑结构优化方法的一种优选方案，其中：所述T型串供接线方式为三个电源点变电站A1、A2、A3分别通过出线开关、分段开关构成的“T”字型接线方式，T接点位于第l个开关与第l+1个、第N+m个开关之间，则A1到T接点间有l个开关，A2到T接点间有N-l个开关，A3到T接点间有m个开关，在T型串供接线方式下，新能源场站可位于T接点，也可不位于T接点，而是位于某条支路的第h个开关与第h+1个开关之间；
对于新能源场站位于T接点的接线方式，当两条支路上的分段开关断开，即第j个开关与第r个开关为断开状态，其余开关为运行状态，导致T接点侧两条支路与新能源场站断开，仅剩一条支路连接新能源场站，则所述T型串供接线方式的有功平衡方程表示为、/>、；
需满足的拓扑结构约束包括、/>、、/>；
对于新能源场站位于T接点的接线方式，当三条支路上的分段开关断开，即第j个、第r个开关和第k个开关为断开状态，其余开关为运行状态，导致T接点侧三条支路均与新能源场站断开，则所述T型串供接线方式的有功平衡方程表示为、、/>、；
需满足的拓扑结构约束包括、/>、、/>；
对于新能源场站不位于T接点的接线方式，当两条支路上的分段开关断开，即第j个开关与第r个开关为断开状态，其余开关为运行状态，导致T接点侧两条支路与新能源场站断开，此时仅剩一条支路连接新能源场站，则所述T型串供接线方式的有功平衡方程表示为、/>、；
需满足的拓扑结构约束包括、/>、、/>；
对于新能源场站位于不位于T接点的接线方式，当三条支路上的分段开关断开，即第j个开关、第r个开关、第k个开关为断开状态，其余开关为运行状态，导致T接点侧三条支路均与新能源场站断开，则所述T型串供接线方式的有功平衡方程表示为、、/>、；
需满足的拓扑结构约束包括、/>、、/>、。
作为本发明所述的含新能源场站的配电网拓扑结构优化方法的一种优选方案，其中：所述H型串供接线方式为四个电源点变电站A1、A2、A3、A4通过出线开关与分段开关构成含新能源场站的“H”字型接线方式，H接点位于第l个开关与l+1个开关、第N+q个开关与N+q+1个开关之间，则A1到H接点间有l个开关，A2到H接点间有N-l个开关，A3到H接点间有q个开关，A4到H接点间有m-q个开关，所述新能源场站可位于H接点，也可不位于H接点，而是位于某条支路的第h个开关与第h+1个开关之间；
对于新能源场站位于H接点的接线方式，当三条支路上的分段开关断开，即第j个开关、第r个开关与、第p个开关为断开状态，其余开关为运行状态，导致H接点侧三条支路与新能源场站断开，此时仅剩一条支路连接新能源场站，则所述H型串供接线方式的有功平衡方程表示为、/>、；
需满足的拓扑结构约束包括、/>、、/>、/>、/>、；
对于新能源场站位于H接点的接线方式，当四条支路上的分段开关断开，即第j个开关、第r个开关、第k个开关、第v个开关为断开状态，其余开关为运行状态，导致H接点侧四条支路均与新能源场站断开，则所述H型串供接线方式的有功平衡方程表示为、/>、/>、/>、；
需满足的拓扑结构约束包括、/>、、/>、/>；
对于新能源场站不位于H接点的接线方式，当三条支路上的三个分段开关断开，即第j个开关、第r个开关与、第p个开关为断开状态，其余开关为运行状态，导致H接点侧三条支路与新能源场站断开，此时仅剩一条支路连接新能源场站，则所述H型串供接线方式的有功平衡方程表示为、/>、；
需满足的拓扑结构约束包括、/>、、/>、/>、/>；
对于新能源场站不位于H接点的接线方式，当三条支路上的四个分段开关断开，即第j个开关、第r个开关、第k个开关、第v个开关为断开状态，其余开关为运行状态，其中新能源场站两侧的开关均断开，且这两个开关均位于同一条支路上，此时四个电源点变电站均与新能源场站断开，则所述H型串供接线方式的有功平衡方程表示为、、/>、/>、；
需满足的拓扑结构约束包括、/>、、/>、/>、、/>；
对于新能源场站不位于H接点的接线方式，当四条支路上的分段开关断开，即第j个开关、第r个开关、第k个开关、第v个开关为断开状态，其余开关为运行状态，导致H接点侧四条支路均与新能源场站断开，则所述H型串供接线方式的有功平衡方程表示为、/>、/>、/>、；
需满足的拓扑结构约束包括、/>、、/>、/>。
作为本发明所述的含新能源场站的配电网拓扑结构优化方法的一种优选方案，其中：所述拓扑单元组合的有功平衡方程的获取包括，
由多个拓扑单元的平衡方程组合得到配电网的有功平衡方程，表示为：
；
其中，表示电源点变电站的系数矩阵，/>表示新能源场站的系数矩阵，/>表示所有开关构成的向量的系数矩阵，/>表示所有开关构成的向量；
考虑配电网出现严重过载而导致转供无法满足负荷需求的情况，需进行负荷侧管理对所述拓扑单元组合的有功平衡方程进行修改，表示为：
；
其中，表示负荷侧管理调节的负荷量。
作为本发明所述的含新能源场站的配电网拓扑结构优化方法的一种优选方案，其中：所述配电网优化转供模型的建立包括，
考虑调整配电网拓扑结构的开关动作成本、用户用电成本以及负荷侧管理成本，以优化转供总成本最小为目标建立配电网优化转供模型；
所述开关动作成本的目标函数的计算包括，
；
其中，表示开关总数，/>表示开关动作一次对应的成本系数，/>和/>表示开关i在t时段动作前、后的状态；
所述用户用电成本的目标函数的计算包括，
；
其中，表示t时段向电网购电的电价，/>表示t时段开关节点i处的电力用户向电源点变电站的购电值，/>表示储能单位充放电功率成本系数，/>表示节点总数；
所述负荷侧管理成本的目标函数的计算包括，
；
其中，表示负荷侧管理的成本系数；
以所述开关动作成本、用户用电成本以及负荷侧管理成本之和最小化为优化目标建立的目标函数为；
所述配电网优化转供模型需满足的约束包括前述新能源场站需满足的约束、配电网经负荷侧管理后的有功平衡约束、各电源点和馈线需满足的约束，以及配电网拓扑结构约束；
所述各电源点和馈线需满足的约束的计算包括，
；
其中，表示电源点变电站A i 允许的最大输出功率，/>表示开关节点i对应馈线允许的最大传输功率；
所述配电网拓扑结构约束的计算包括，
；
其中，表示配电网拓扑对应的等式约束，/>和/>表示配电网拓扑对应的不等式约束。
作为本发明所述的含新能源场站的配电网拓扑结构优化方法的一种优选方案，其中：所述采用改进型非劣排序遗传算法求解所述配电网优化转供模型包括，
获取当前配电网的运行数据，包括变电站可用容量、当前负荷值、新能源场站中风机、光伏出力及储能装置可用容量；
获取所述配电网中开关与变电站、新能源场站、负荷之间的拓扑关系，生成各接线方式对应的开关拓扑约束；
结合所述配电网各拓扑单元的有功功率平衡关系，生成电源点变电站、新能源场站和开关拓扑关系的系数矩阵、/>、/>；
获取所述配电网在t时段进行转供前的线路开关状态组合；
采用改进型非劣排序遗传算法求解优化目标，首先随机生成个体规模为100的初始种群I，并根据优化目标值F进行非支配排序，然后采用锦标赛选择法，从I中选择父代种群O，交叉、变异得到子代种群Z，计算子代种群的优化目标值F，将子代种群Z与父代种群O合并为中间种群M，对M非支配排序，形成规模为100的种群I＇，代替I，最后判断是否达到最大迭代次数，若未达到，再继续执行前述交叉、变异、合并中间种群、非支配排序的步骤，若达到最大迭代次数，选择使优化目标值最小的结果作为所述配电网优化转供模型的最优解；
按照最优求解结果调整配电网运行方式，优化转供过程结束。
本发明实施例的第二方面，提供一种含新能源场站的配电网拓扑结构优化系统，包括：
平衡方程获取单元，用于根据配电网的典型拓扑结构，获取含新能源场站的配电网拓扑单元的有功平衡方程及拓扑约束，根据实际配电网结构和所述有功平衡方程及拓扑约束，获取拓扑单元组合的有功平衡方程；
模型构建单元，用于通过所述拓扑单元组合的有功平衡方程和配电网拓扑结构优化的成本，以优化转供总成本最小为目标建立配电网优化转供模型；
优化方案获取单元，用于采用改进型非劣排序遗传算法求解所述配电网优化转供模型，获取调整配电网运行方式的最优转供方案。
本发明实施例的第三方面，提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序指令，包括：
所述计算机程序指令被处理器执行时实现如本发明第一方面所述的含新能源场站的配电网拓扑结构优化方法的步骤。
本发明的有益效果：本发明提供一种含新能源场站的配电网拓扑结构优化方法及系统，通过改变配电网的开关状态组合，使负荷与电源点变电站或新能源场站的连接方式发生变化；通过配电网的优化转供调整拓扑结构，解决不同电源点的过载问题；此外，充分考虑了可再生能源发电对配电网拓扑结构的影响，在缓解过载问题的同时促进了新能源消纳。
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简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅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性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：
图1为本发明提供的一种含新能源场站的配电网拓扑结构优化方法及系统的整体流程图；
图2为本发明提供的一种含新能源场站的配电网拓扑结构优化方法及系统的单电源接线方式拓扑结构图；
图3为本发明提供的一种含新能源场站的配电网拓扑结构优化方法及系统的串供接线方式拓扑结构图；
图4为本发明提供的一种含新能源场站的配电网拓扑结构优化方法及系统的T型串供接线方式中新能源场站位于T接点的拓扑结构图；
图5为本发明提供的一种含新能源场站的配电网拓扑结构优化方法及系统的T型串供接线方式中新能源场站不位于T接点的拓扑结构图；
图6为本发明提供的一种含新能源场站的配电网拓扑结构优化方法及系统的H型串供接线方式中新能源场站位于H接点的拓扑结构图；
图7为本发明提供的一种含新能源场站的配电网拓扑结构优化方法及系统的H型串供接线方式中新能源场站不位于H接点的拓扑结构图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式做详细的说明，显然所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通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，都应当属于本发明的保护的范围。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
其次，此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。
本发明结合示意图进行详细描述，在详述本发明实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。
同时在本发明的描述中，需要说明的是，术语中的“上、下、内和外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一、第二或第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
本发明中除非另有明确的规定和限定，术语“安装、相连、连接”应做广义理解，例如：可以是固定连接、可拆卸连接或一体式连接；同样可以是机械连接、电连接或直接连接，也可以通过中间媒介间接相连，也可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例1
参照图1~7为本发明的一个实施例，提供了一种含新能源场站的配电网拓扑结构优化方法，包括：
S1：根据配电网的典型拓扑结构，获取含新能源场站的配电网拓扑单元的有功平衡方程及拓扑约束。需要说明的是：
配电网的典型拓扑结构的接线类型包括单电源供电接线方式、串供接线方式、T型串供接线方式和H型串供接线方式；
①如图2所示，单电源供电接线方式为单电源点变电站通过出线开关串接若干个分段开关，负荷通过分段开关接点处连入配电网；
电源点变电站可以为35kV或110kV站，其中35kV变电站容量通常为1×10、2×10MVA，110kV变电站容量通常为2×35、2×40、2×50、2×63MVA，新能源场站位于第l个与l+1个开关之间，站内的可再生能源机组为风力发电机与光伏发电装置。新能源场站配备一定容量的电化学储能装置平抑可再生能源机组的出力波动，为提高新能源消纳能力，可再生能源机组出力优先供给负荷，再给储能充电，且仅允许储能吸收可再生能源机组的盈余功率，即禁止电源点变电站给储能装置充电；
当所有开关均为运行状态时，单电源供电接线方式的有功平衡方程表示为：
；
其中，表示t时段电源点变电站A的输出功率，/>表示t时段风力发电机的出力，/>表示t时段光伏发电装置的出力，/>表示t时段储能装置的充放电功率，/>为正表示储能放电，/>为负表示储能充电，表示t时段开关节点i处的负荷，N表示总开关数，构成新能源场站在t时段的组合出力；
新能源场站需满足的约束包括：
；
其中，表示风机的额定最大出力，/>表示光伏发电装置的额定最大出力，表示储能装置的额定最大充放电值，/>和/>表示储能装置可用容量的上限、下限值，/>表示储能装置在t-1时段的可用容量，/>表示t时段的持续时间；
将单电源供电接线方式的有功平衡方程加入开关状态，得到，/>表示开关i在t时段处于运行状态，/>表示开关i在t时段处于断开状态，假设第j个开关为断开状态，其余开关为运行状态，则单电源供电接线方式的有功平衡方程为：
；
利用开关状态表示含新能源场站的单电源供电接线方式需满足的拓扑结构约束包括；
②如图3所示，串供接线方式为两端电源点变电站通过出线开关串接，中间的馈电线路分布着若干分段开关，两端的电源点变电站分别编号为A1、A2。新能源场站位于第l个开关与l+1个开关之间；
当第j个开关为断开状态，其余开关为运行状态，此时新能源场站依然处于并网模式，串供接线方式的有功平衡方程表示为：
；
其中，和/>分别表示电源点变电站A1、A2在t时段的输出功率；
当第j个开关、第r个开关为断开状态，且r≤l≤j，其余开关为运行状态，此时串供接线方式的有功平衡方程表示为：
为保证所有开关节点处的负荷均有电源点供电，串供接线方式需满足的拓扑结构约束包括；
③T型串供接线方式为三个电源点变电站A1、A2、A3分别通过出线开关、分段开关构成的“T”字型接线方式，T接点位于第l个开关与第l+1个、第N+m个开关之间，则A1到T接点间有l个开关，A2到T接点间有N-l个开关，A3到T接点间有m个开关。T型串供接线方式下，新能源场站可位于T接点，也可不位于T接点，而是位于某条支路的第h个开关与第h+1个开关之间；
如图4所示，对于新能源场站位于T接点的接线方式，当两条支路上的分段开关断开，导致T接点侧两条支路与新能源场站断开，此时仅剩一条支路连接新能源场站，假设第j个开关与第r个开关为断开状态，其余开关为运行状态，则T型串供接线方式的有功平衡方程表示为：
需满足的拓扑结构约束包括、/>、、/>；
当三条支路上的分段开关断开，导致T接点侧三条支路均与新能源场站断开，假设第j个开关、第r个开关、第k个开关为断开状态，其余开关为运行状态，则T型串供接线方式的有功平衡方程表示为：
需满足的拓扑结构约束包括、/>、、/>；
如图5所示，对于新能源场站不位于T接点的接线方式，当两条支路上的分段开关断开，导致T接点侧两条支路与新能源场站断开，此时仅剩一条支路连接新能源场站，假设第j个开关与第r个开关为断开状态，其余开关为运行状态，则T型串供接线方式的有功平衡方程表示为：
/>
需满足的拓扑结构约束包括、/>、、/>；
当三条支路上的分段开关断开，导致T接点侧三条支路均与新能源场站断开，假设第j个开关、第r个开关、第k个开关为断开状态，其余开关为运行状态，此时T型串供接线方式的有功平衡方程表示为：
；
需满足的拓扑结构约束包括、/>、 、/>、/>；
④H型串供接线方式为四个电源点变电站A1、A2、A3、A4通过出线开关与分段开关构成含新能源场站的“H”字型接线方式，H接点位于第l个开关与l+1个开关、第N+q个开关与N+q+1个开关之间，则A1到H接点间有l个开关，A2到H接点间有N-l个开关，A3到H接点间有q个开关，A4到H接点间有m-q个开关。新能源场站可位于H接点，也可不位于H接点，而是位于某条支路的第h个开关与第h+1个开关之间；
如图6所示，对于新能源场站位于H接点的接线方式，当三条支路上的分段开关断开，导致H接点侧三条支路与新能源场站断开，此时仅剩一条支路连接新能源场站，假设第j个开关、第r个开关与、第p个开关为断开状态，其余开关为运行状态，则H型串供接线方式的有功平衡方程表示为：
需满足的拓扑结构约束包括、/>、、/>、/>、/>、/>；
当四条支路上的分段开关断开，导致H接点侧四条支路均与新能源场站断开，假设第j个开关、第r个开关、第k个开关、第v个开关为断开状态，其余开关为运行状态，此时H型串供接线方式的有功平衡方程表示为：
需要满足的约束包括、/>、、/>、/>；
如图7所示，对于新能源场站不位于H接点的接线方式，当三条支路上的三个分段开关断开，导致H接点侧三条支路与新能源场站断开，此时仅剩一条支路连接新能源场站，假设第j个开关、第r个开关与、第p个开关为断开状态，其余开关为运行状态，则H型串供接线方式的有功平衡方程表示为：
需满足的拓扑结构约束包括、/>、、/>、/>、/>；
当三条支路上的四个分段开关断开，其中新能源场站两侧的开关均断开，且这两个开关均位于同一条支路上，此时四个电源点变电站均与新能源场站断开，假设第j个开关、第r个开关、第k个开关、第v个开关为断开状态，其余开关为运行状态，此时H型串供接线方式的有功平衡方程表示为：
需满足的拓扑结构约束包括、/>、、/>、/>、、/>；
当四条支路上的分段开关断开，导致H接点侧四条支路均与新能源场站断开，假设第j个开关、第r个开关、第k个开关、第v个开关为断开状态，其余开关为运行状态，此时H型串供接线方式的有功平衡方程表示为：
需满足的拓扑结构约束包括、/> 、、/>、/>。
S2：根据实际配电网结构和有功平衡方程及拓扑约束，获取拓扑单元组合的有功平衡方程。需要说明的是：
配电网每一种典型接线方式对应的拓扑结构称为一个拓扑单元，实际的配电网拓扑结构至少包含一个拓扑单元，且通常为多个拓扑单元的组合，因此配电网的有功功率平衡方程可由多个拓扑单元的有功组合表示；
根据前面的推导各拓扑单元的电源点变电站输出功率、负荷/>、开关状态、新能源场站组合出力，则可由各拓扑单元有功平衡方程组合得到配电网的有功功率平衡方程，表示为：
；
其中，表示电源点变电站的系数矩阵，/>表示新能源场站的系数矩阵，/>表示所有开关构成的向量的系数矩阵，/>表示所有开关构成的向量；
考虑配电网出现严重过载而导致转供无法满足负荷需求的情况，需进行负荷侧管理对拓扑单元组合的有功平衡方程进行修改，表示为：
；
其中，表示负荷侧管理调节的负荷量，满足/>，其中，表示t时段所有负荷的集合。
S3：通过拓扑单元组合的有功平衡方程和配电网拓扑结构的成本，以优化转供总成本最小为目标建立配电网优化转供模型。需要说明的是：
考虑调整配电网拓扑结构的开关动作成本、用户用电成本以及负荷侧管理成本，以优化转供总成本最小为目标建立配电网优化转供模型；
①调整配电网拓扑结构时，开关动作对应一定的成本，考虑在消除电源点过载问题且满足系统有功功率平衡的前提下，尽可能减少开关动作以降低开关动作成本；
具体的，开关动作成本的目标函数的计算包括，
；
其中，表示开关总数，/>表示开关动作一次对应的成本系数，/>和/>表示开关i在t时段动作前、后的状态；
②配电网系统内同时包含电源点变电站和新能源场站为负荷提供有功功率，且电源点变电站通常连接更高电压等级的电网。由电源点变电站向负荷供电时，通常需要按照实时电价支付一定的用电费用，可等价为电力用户向电源点变电站购电。新能源场站中风力、光伏发电通常不考虑发电成本，仅在储能充放电时考虑一定的充放电费用。因此，与传统配电网不同的是，含新能源场站的配电网在进行转供时，可再生能源出力会影响用户的用电行为，进而影响到开关状态及系统拓扑的优化。在满足系统有功功率平衡的前提下，应尽可能降低用电成本；
具体的，用户用电成本的目标函数的计算包括，
；
其中，表示t时段向电网购电的电价，/>表示t时段开关节点i处的电力用户向电源点变电站的购电值，/>表示储能单位充放电功率成本系数，/>表示节点总数；
③考虑配电网出现严重过载时负荷侧管理的情况，以消除负荷过载为目标，尽可能降低负荷侧管理成本；
具体的，负荷侧管理成本的目标函数的计算包括，
；
其中，表示负荷侧管理的成本系数；
因此，综合考虑电源点变电站输出功率、新能源场站出力与负荷侧管理对源荷之间拓扑结构的影响，以开关转供成本、用户用电成本、负荷侧管理成本之和最小化为优化目标建立的目标函数为；
进一步的，配电网优化转供模型需满足的约束包括前述新能源场站需满足的约束、配电网经负荷侧管理后的有功平衡约束、各电源点和馈线需满足的约束，以及配电网拓扑结构约束；
具体的，各电源点和馈线需满足的约束的计算包括，
；
其中，表示电源点变电站A i 允许的最大输出功率，/>表示开关节点i对应馈线允许的最大传输功率；
具体的，配电网拓扑结构约束的计算包括，
；
其中，表示配电网拓扑对应的等式约束，/>和/>表示配电网拓扑对应的不等式约束。
S4：采用改进型非劣排序遗传算法求解配电网优化转供模型，获取调整配电网运行方式的最优转供方案。需要说明的是：
对构建的优化转供模型进行求解，实际是求解混合整数线性规划问题，遗传算法是一种具有广泛适应性的全局优化智能算法，并且具有并行多点寻优，易于和启发式算法兼容的特点，可以处理混合整数线性、非线性、多目标、多维数的复杂问题；
应说明的，采用改进型非劣排序遗传算法求解配电网优化转供模型包括，
获取当前配电网的运行数据，包括变电站可用容量、当前负荷值、新能源场站中风机、光伏出力及储能装置可用容量；
获取配电网中开关与变电站、新能源场站、负荷之间的拓扑关系，生成各接线方式对应的开关拓扑约束；
结合配电网各拓扑单元的有功功率平衡关系，生成电源点变电站、新能源场站和开关拓扑关系的系数矩阵、/>、/>；
获取配电网在t时段进行转供前的线路开关状态组合；/>
采用改进型非劣排序遗传算法求解优化目标，首先随机生成个体规模为100的初始种群I，并根据优化目标值F进行非支配排序，然后采用锦标赛选择法，从I中选择父代种群O，交叉、变异得到子代种群Z，计算子代种群的优化目标值F，将子代种群Z与父代种群O合并为中间种群M，对M非支配排序，形成规模为100的种群I＇，代替I，最后判断是否达到最大迭代次数，若未达到，再继续执行前述交叉、变异、合并中间种群、非支配排序的步骤，若达到最大迭代次数，选择使优化目标值最小的结果作为配电网优化转供模型的最优解；
按照最优求解结果调整配电网运行方式，优化转供过程结束。
应说明的，本发明提供一种含新能源场站的配电网拓扑结构优化方法及系统，通过改变配电网的开关状态组合，使负荷与电源点变电站或新能源场站的连接方式发生变化；通过配电网的优化转供调整拓扑结构，解决不同电源点的过载问题；此外，充分考虑了可再生能源发电对配电网拓扑结构的影响，在缓解过载问题的同时促进了新能源消纳。
实施例2
本实施例提供了一种含新能源场站的配电网拓扑结构优化系统，包括：
平衡方程获取单元，用于根据配电网的典型拓扑结构，获取含新能源场站的配电网拓扑单元的有功平衡方程及拓扑约束，根据实际配电网结构和有功平衡方程及拓扑约束，获取拓扑单元组合的有功平衡方程；
模型构建单元，用于通过拓扑单元组合的有功平衡方程和配电网拓扑结构的成本，以优化转供总成本最小为目标建立配电网优化转供模型；
优化方案获取单元，用于采用改进型非劣排序遗传算法求解配电网优化转供模型，获取调整配电网运行方式的最优转供方案。
应说明的，本发明提供的方法通过改变配电网的开关状态组合，使负荷与电源点变电站或新能源场站的连接方式发生变化，通过配电网的优化转供调整拓扑结构，解决不同电源点的过载问题；此外，充分考虑了可再生能源发电对配电网拓扑结构的影响，在缓解过载问题的同时促进了新能源消纳。
应说明的，本实施例还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序指令，包括：
计算机程序指令被处理器执行时实现前述中任意一项的方法。
本发明可以是方法、装置、系统和/或计算机程序产品，计算机程序产品可以包括计算机可读存储介质，其上载有用于执行本发明的各个方面的计算机可读程序指令。
计算机可读存储介质可以是可以保持和存储由指令执行设备使用的指令的有形设备。计算机可读存储介质例如可以是――但不限于――电存储设备、磁存储设备、光存储设备、电磁存储设备、半导体存储设备或者上述的任意合适的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子（非穷举的列表）包括：便携式计算机盘、硬盘、随机存取存储器（RAM）、只读存储器（ROM）、可擦式可编程只读存储器（EPROM或闪存）、静态随机存取存储器（SRAM）、便携式压缩盘只读存储器（CD-ROM）、数字多功能盘（DVD）、记忆棒、软盘、机械编码设备、例如其上存储有指令的打孔卡或凹槽内凸起结构、以及上述的任意合适的组合。这里所使用的计算机可读存储介质不被解释为瞬时信号本身，诸如无线电波或者其他自由传播的电磁波、通过波导或其他传输媒介传播的电磁波（例如，通过光纤电缆的光脉冲）、或者通过电线传输的电信号。
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精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (4)

1.一种含新能源场站的配电网拓扑结构优化方法，其特征在于，包括：
根据配电网的典型拓扑结构，获取含新能源场站的配电网拓扑单元的有功平衡方程及拓扑约束；
所述配电网拓扑单元的有功平衡方程及拓扑约束的获取包括，
配电网的典型拓扑结构的接线类型包括单电源供电接线方式、串供接线方式、T型串供接线方式和H型串供接线方式；
含新能源场站的单电源供电接线方式为单电源点变电站通过出线开关串接若干个分段开关，负荷通过分段开关接点处连入配电网，新能源场站位于第l个与l+1个开关之间，站内的可再生能源机组为风力发电机与光伏发电装置，所述新能源场站配备一定容量的储能装置平抑可再生能源机组的出力波动，为提高新能源消纳能力，可再生能源机组出力优先供给负荷，再给储能装置充电，且仅允许储能装置吸收可再生能源机组的盈余功率，即禁止电源点变电站给储能装置充电；
当所有开关均为运行状态时，所述单电源供电接线方式的有功平衡方程表示为：
其中，表示t时段电源点变电站A的输出功率，/>表示t时段风力发电机的出力，表示t时段光伏发电装置的出力，/>表示t时段储能装置的充放电功率，/>为正表示储能放电，为负表示储能充电，/> 构成新能源场站在t时段的组合出力，/> 表示t时段开关节点i处的负荷，N表示总开关数；
新能源场站需满足的约束包括：
其中，表示风机的额定最大出力，/>表示光伏发电装置的额定最大出力，表示储能装置的额定最大充放电值，/>和/>表示储能装置可用容量的下限、上限值，Et-1表示储能装置在t-1时段的可用容量，Δt表示t时段的持续时间；
将所述单电源供电接线方式的有功平衡方程加入开关状态得到/> 其中，/>表示开关i在t时段处于运行状态，为断开状态，为保证所有负荷均有电源点供电，由开关状态表示含新能源场站的单电源供电接线方式需满足的拓扑结构约束包括/>
含新能源场站的串供接线方式为两端电源点变电站通过出线开关串接，中间的馈电线路分布着若干分段开关，两端的电源点变电站分别编号为A1、A2，新能源场站位于第l个与l+1个开关之间；
当第j个开关为断开状态，其余开关为运行状态，此时新能源场站依然处于并网模式，所述串供接线方式的有功平衡方程表示为 其中，/>和/>分别表示电源点变电站A1、A2在t时段的输出功率；
当第j个开关、第r个开关为断开状态，且r≤l≤j，其余开关为运行状态，此时新能源场站处于离网模式，所述串供接线方式的有功平衡方程表示为
为保证所有开关节点处的负荷均有电源点供电，串供接线方式需满足的拓扑结构约束包括含新能源场站的T型串供接线方式为三个电源点变电站A1、A2、A3分别通过出线开关、分段开关构成的“T”字型接线方式，T接点位于第l个开关与第l+1个、第N+m个开关之间，则A1到T接点间有l个开关，A2到T接点间有N-l个开关，A3到T接点间有m个开关，在T型串供接线方式下，新能源场站可位于T接点，也可不位于T接点，而是位于某条支路的第h个开关与第h+1个开关之间；
对于新能源场站位于T接点的接线方式，当两条支路上的分段开关断开，即第j个开关与第r个开关为断开状态，其余开关为运行状态，导致T接点侧两条支路与新能源场站断开，仅剩一条支路连接新能源场站，则所述T型串供接线方式的有功平衡方程表示为
需满足的拓扑结构约束包括
对于新能源场站位于T接点的接线方式，当三条支路上的分段开关断开，即第j个、第r个开关和第k个开关为断开状态，其余开关为运行状态，导致T接点侧三条支路均与新能源场站断开，则所述T型串供接线方式的有功平衡方程表示为
需满足的拓扑结构约束包括
对于新能源场站不位于T接点的接线方式，当两条支路上的分段开关断开，即第j个开关与第r个开关为断开状态，其余开关为运行状态，导致T接点侧两条支路与新能源场站断开，此时仅剩一条支路连接新能源场站，则所述T型串供接线方式的有功平衡方程表示为
需满足的拓扑结构约束包括
对于新能源场站不位于T接点的接线方式，当三条支路上的分段开关断开，即第j个开关、第r个开关、第k个开关为断开状态，其余开关为运行状态，导致T接点侧三条支路均与新能源场站断开，则所述T型串供接线方式的有功平衡方程表示为
需满足的拓扑结构约束包括
含新能源场站的H型串供接线方式为四个电源点变电站A1、A2、A3、A4通过出线开关与分段开关构成含新能源场站的“H”字型接线方式，H接点位于第l个开关与l+1个开关、第N+q个开关与N+q+1个开关之间，则A1到H接点间有l个开关，A2到H接点间有N-l个开关，A3到H接点间有q个开关，A4到H接点间有m-q个开关，所述新能源场站可位于H接点，也可不位于H接点，而是位于某条支路的第h个开关与第h+1个开关之间；
对于新能源场站位于H接点的接线方式，当三条支路上的分段开关断开，即第j个开关、第r个开关、第p个开关为断开状态，其余开关为运行状态，导致H接点侧三条支路与新能源场站断开，此时仅剩一条支路连接新能源场站，则所述H型串供接线方式的有功平衡方程表示为
需满足的拓扑结构约束包括
对于新能源场站位于H接点的接线方式，当四条支路上的分段开关断开，即第j个开关、第r个开关、第k个开关、第v个开关为断开状态，其余开关为运行状态，导致H接点侧四条支路均与新能源场站断开，则所述H型串供接线方式的有功平衡方程表示为
需满足的拓扑结构约束包括
对于新能源场站不位于H接点的接线方式，当三条支路上的三个分段开关断开，即第j个开关、第r个开关、第p个开关为断开状态，其余开关为运行状态，导致H接点侧三条支路与新能源场站断开，此时仅剩一条支路连接新能源场站，则所述H型串供接线方式的有功平衡方程表示为
需满足的拓扑结构约束包括
对于新能源场站不位于H接点的接线方式，当三条支路上的四个分段开关断开，即第j个开关、第r个开关、第k个开关、第v个开关为断开状态，其余开关为运行状态，其中新能源场站两侧的开关均断开，且这两个开关均位于同一条支路上，此时四个电源点变电站均与新能源场站断开，则所述H型串供接线方式的有功平衡方程表示为
需满足的拓扑结构约束包括
对于新能源场站不位于H接点的接线方式，当四条支路上的分段开关断开，即第j个开关、第r个开关、第k个开关、第v个开关为断开状态，其余开关为运行状态，导致H接点侧四条支路均与新能源场站断开，则所述H型串供接线方式的有功平衡方程表示为
需满足的拓扑结构约束包括
根据实际配电网结构和所述有功平衡方程及拓扑约束，获取拓扑单元组合的有功平衡方程；
通过所述拓扑单元组合的有功平衡方程和配电网拓扑结构优化的成本，以优化转供总成本最小为目标建立配电网优化转供模型；
采用改进型非劣排序遗传算法求解所述配电网优化转供模型，获取调整配电网运行方式的最优转供方案；
所述配电网优化转供模型的建立包括，
考虑调整配电网拓扑结构的开关动作成本、用户用电成本以及负荷侧管理成本，以优化转供总成本最小为目标建立配电网优化转供模型；
所述开关动作成本的目标函数C1的计算包括，
其中，Ns表示开关总数，cs表示开关动作一次对应的成本系数，和/>表示开关i在t时段动作前、后的状态；
所述用户用电成本的目标函数C2的计算包括，
其中，表示t时段向电网购电的电价，/>表示t时段开关节点i处的电力用户向电源点变电站的购电值，cbess表示储能单位充放电功率成本系数，NL表示节点总数；
所述负荷侧管理成本的目标函数C3的计算包括，
其中，cL表示负荷侧管理的成本系数；
以所述开关动作成本、用户用电成本以及负荷侧管理成本之和最小化为优化目标建立的目标函数为minF＝C1+C2+C3；
所述配电网优化转供模型需满足的约束包括前述新能源场站需满足的约束、配电网经负荷侧管理后的有功平衡约束、各电源点和馈线需满足的约束，以及配电网拓扑结构约束；
所述各电源点和馈线需满足的约束的计算包括，
其中，表示电源点变电站Ai允许的输出功率，/>表示电源点变电站Ai允许的最大输出功率，/>表示开关节点i对应馈线允许的最大传输功率；
所述配电网拓扑结构约束的计算包括，
其中，H1表示配电网拓扑对应的等式约束，H2和H3表示配电网拓扑对应的不等式约束；
所述采用改进型非劣排序遗传算法求解所述配电网优化转供模型包括，
获取当前配电网的运行数据，包括变电站可用容量、当前负荷值、新能源场站中风机、光伏出力及储能装置可用容量；
获取所述配电网中开关与变电站、新能源场站、负荷之间的拓扑关系，生成各接线方式对应的开关拓扑约束；
结合所述配电网各拓扑单元的有功功率平衡关系，生成电源点变电站的系数矩阵Gt、新能源场站的系数矩阵Rt和所有开关构成的向量的系数矩阵Lt；获取所述配电网在t时段进行转供前的线路开关状态组合
采用改进型非劣排序遗传算法求解优化目标，首先随机生成个体规模为100的初始种群I，并根据优化目标值F进行非支配排序，然后采用锦标赛选择法，从I中选择父代种群O，交叉、变异得到子代种群Z，计算子代种群的优化目标值F，将子代种群Z与父代种群O合并为中间种群M，对M非支配排序，形成规模为100的种群I＇，代替I，最后判断是否达到最大迭代次数，若未达到，再继续执行前述交叉、变异、合并中间种群、非支配排序的步骤，若达到最大迭代次数，选择使优化目标值最小的结果作为所述配电网优化转供模型的最优解；
按照最优求解结果调整配电网运行方式，优化转供过程结束。
2.如权利要求1所述的含新能源场站的配电网拓扑结构优化方法，其特征在于：所述拓扑单元组合的有功平衡方程的获取包括，
由多个拓扑单元的平衡方程组合得到配电网的有功平衡方程，表示为：
其中，Gt表示电源点变电站的系数矩阵，Rt表示新能源场站的系数矩阵，Lt表示所有开关构成的向量的系数矩阵，St表示所有开关构成的向量；
考虑配电网出现严重过载而导致转供无法满足负荷需求的情况，需进行负荷侧管理对所述拓扑单元组合的有功平衡方程进行修改，表示为：
其中，表示负荷侧管理调节的负荷量。
3.一种实施如权利要求1～2任一所述的含新能源场站的配电网拓扑结构优化方法的系统，其特征在于，包括：
平衡方程获取单元，用于根据配电网的典型拓扑结构，获取含新能源场站的配电网拓扑单元的有功平衡方程及拓扑约束，根据实际配电网结构和所述有功平衡方程及拓扑约束，获取拓扑单元组合的有功平衡方程；
模型构建单元，用于通过所述拓扑单元组合的有功平衡方程和配电网拓扑结构优化的成本，以优化转供总成本最小为目标建立配电网优化转供模型；
优化方案获取单元，用于采用改进型非劣排序遗传算法求解所述配电网优化转供模型，获取调整配电网运行方式的最优转供方案。
4.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序指令，其特征在于，所述计算机程序指令被处理器执行时实现权利要求1～2中任一所述的方法。
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