一種基于隨機(jī)機(jī)會(huì)約束的有源配電網(wǎng)規(guī)劃方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種有源配電網(wǎng)規(guī)劃方法。特別是涉及一種考慮分布式電源隨機(jī)性與 不確定性的基于隨機(jī)機(jī)會(huì)約束的有源配電網(wǎng)規(guī)劃方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 計(jì)及分布式新能源配電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃與傳統(tǒng)配電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃相比，由于分布式新能 源的接入，相當(dāng)于一定程度上抵消了部分區(qū)域負(fù)荷，即由原有負(fù)荷密度變成了變電站直供 負(fù)荷密度，因此網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃涉及的規(guī)劃數(shù)據(jù)均發(fā)生了較大變化；同時(shí)考慮到計(jì)及分布式新能 源配電網(wǎng)中含有多種類型負(fù)荷和間歇式分布式發(fā)電及儲(chǔ)能裝置，運(yùn)行方式靈活多樣，因此 對(duì)規(guī)劃過程中的線路選型、線路走廊及接線模式方面均有所影響。
[0003] 計(jì)及分布式新能源配電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃是在滿足規(guī)劃區(qū)負(fù)荷供電的前提下，結(jié)合規(guī)劃 區(qū)已有配電網(wǎng)情況和地理信息，在完成負(fù)荷預(yù)測(cè)、間歇式分布式發(fā)電預(yù)測(cè)的基礎(chǔ)上、考慮線 路投資及運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用等經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)和供電可靠性等技術(shù)性指標(biāo)的限制條件，完成配電線 路的合理布局問題。對(duì)上述過程抽象建模，計(jì)及分布式新能源配電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃可以看成一 個(gè)多變量非線性優(yōu)化問題，已知條件包括變電站的位置、容量、供電范圍、出線間隔，以及負(fù) 荷和間歇式分布式發(fā)電的空間分布情況，需要優(yōu)化的變量包括變電站出線回?cái)?shù)，饋線線路 的選型、走廊、接線模式（供電模式）等，目標(biāo)函數(shù)為經(jīng)濟(jì)性，可靠性最優(yōu)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，提供一種能夠優(yōu)化計(jì)及分布式新能源電網(wǎng)變電站 出線組合及計(jì)及分布式新能源配電網(wǎng)線路布局的基于隨機(jī)機(jī)會(huì)約束的有源配電網(wǎng)規(guī)劃方 法。
[0005] 本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：一種基于隨機(jī)機(jī)會(huì)約束的有源配電網(wǎng)規(guī)劃方法，包 括如下步驟：
[0006] 1)對(duì)有源配電網(wǎng)中的風(fēng)力發(fā)電出力和光伏發(fā)電出力兩個(gè)不確定因素分別建立相 應(yīng)的風(fēng)力發(fā)電出力數(shù)學(xué)模型和光伏發(fā)電出力數(shù)學(xué)模型；
[0007] 2)建立基于機(jī)會(huì)約束的有源配電網(wǎng)規(guī)劃數(shù)學(xué)模型，包括目標(biāo)函數(shù)和約束條件；
[0008] 3)應(yīng)用基于蒙特卡羅仿真的遺傳算法求解有源配電網(wǎng)規(guī)劃數(shù)學(xué)模型。
[0009] 步驟1)所述的風(fēng)力發(fā)電出力數(shù)學(xué)模型是：
[0010]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于隨機(jī)機(jī)會(huì)約束的有源配電網(wǎng)規(guī)劃方法，其特征在于，包括如下步驟： 1) 對(duì)有源配電網(wǎng)中的風(fēng)力發(fā)電出力和光伏發(fā)電出力兩個(gè)不確定因素分別建立相應(yīng)的 風(fēng)力發(fā)電出力數(shù)學(xué)模型和光伏發(fā)電出力數(shù)學(xué)模型； 2) 建立基于機(jī)會(huì)約束的有源配電網(wǎng)規(guī)劃數(shù)學(xué)模型，包括目標(biāo)函數(shù)和約束條件； 3) 應(yīng)用基于蒙特卡羅仿真的遺傳算法求解有源配電網(wǎng)規(guī)劃數(shù)學(xué)模型。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于隨機(jī)機(jī)會(huì)約束的有源配電網(wǎng)規(guī)劃方法，其特征在 于，步驟1)所述的風(fēng)力發(fā)電出力數(shù)學(xué)模型是：
(4) V代表風(fēng)速；k是Weibull分布的形 狀參數(shù)；c是Weibull分布的尺度參數(shù)；k、c這兩個(gè)參數(shù)根據(jù)風(fēng)電場(chǎng)所在地區(qū)的氣象資料統(tǒng) 計(jì)所得到的平均風(fēng)速μ和標(biāo)準(zhǔn)差σ近似得到。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于隨機(jī)機(jī)會(huì)約束的有源配電網(wǎng)規(guī)劃方法，其特征在 于，步驟1)所述的光伏發(fā)電出力數(shù)學(xué)模型是：
其中，Pm= rA η ;Α為方陣總面積
η為方陣總的光電轉(zhuǎn)換效率； r和RM(W/m2)分別為這一時(shí)間段內(nèi)的實(shí)際光強(qiáng)和最大光強(qiáng)；α，β均為Beta分布的形狀參 數(shù)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于隨機(jī)機(jī)會(huì)約束的有源配電網(wǎng)規(guī)劃方法，其特征在 于，步驟2)所述的目標(biāo)函數(shù)是
式中，C是投資所費(fèi)用；Clim為配電線路投資費(fèi)用；α為年費(fèi)用系數(shù)；Λ P1是配電線路 有功損耗;M為由配電線路可靠性轉(zhuǎn)換得到的缺供電量；β為區(qū)域產(chǎn)電比，τ為負(fù)荷系數(shù)， 反應(yīng)負(fù)荷重要程度對(duì)經(jīng)濟(jì)效益的影響。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種基于隨機(jī)機(jī)會(huì)約束的有源配電網(wǎng)規(guī)劃方法，其特征在 于，所述的配電線路投資費(fèi)用clinei要包括配電線路投資、斷路器投資、環(huán)網(wǎng)開關(guān)投資和組 網(wǎng)環(huán)網(wǎng)柜投資，所述的配電線路投資費(fèi)用用下式進(jìn)行計(jì)算：
式中，η是主干線路回?cái)?shù)；Y是分支線路回?cái)?shù)；Lmaiiu是第i回主干線路的長度；Ccu是 第i回主干線路類型的單位長度投資；Lbranc^是第j回分支線路的長度；C' u是第j回分 支線路類型的單位長度投資；Cd是配電線路首端斷路器的投資；Cf是配電線路環(huán)網(wǎng)開關(guān)，包 括負(fù)荷開關(guān)或環(huán)網(wǎng)柜的投資；C h是組網(wǎng)環(huán)網(wǎng)柜的投資，針對(duì)"N-1"單環(huán)網(wǎng)的接線方式，每一 個(gè)"N-1"單環(huán)網(wǎng)都有一個(gè)組網(wǎng)環(huán)網(wǎng)柜。 配電線路有功損耗Λ P1的方程表達(dá)式，如下所示：
式中，N是變電站供電范圍內(nèi)的負(fù)荷點(diǎn)數(shù)目；U是變電站高壓側(cè)母線的線電壓；cos Φ是 配電線路的功率因數(shù)A是第i個(gè)負(fù)荷點(diǎn)的負(fù)荷值是，L是兩個(gè)負(fù)荷點(diǎn)之間的配電線路長 度，配電線路單位長度電阻是^， 所述配電線路有功損耗需要對(duì)配電網(wǎng)進(jìn)行隨機(jī)潮流計(jì)算而得到，在隨機(jī)潮流計(jì)算的過 程中將具有隨機(jī)性和波動(dòng)性出力特性的風(fēng)力發(fā)電出力和光伏發(fā)電出力采用步驟1)中所述 的風(fēng)力發(fā)電出力數(shù)學(xué)模型和光伏發(fā)電出力數(shù)學(xué)模型。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于隨機(jī)機(jī)會(huì)約束的有源配電網(wǎng)規(guī)劃方法，其特征在 于，步驟2)所述的約束條件有： (1) 節(jié)點(diǎn)電壓機(jī)會(huì)約束 Pr (Vmini^ Vi^ VmaxJ ^ βν, i e Φ (13) 式中，Pr{ ·}表示事件成立的概率，Vi是第i個(gè)節(jié)點(diǎn)電壓；Vmini和Vmax^別是第i個(gè) 節(jié)點(diǎn)電壓的上下限，βν為電壓約束的置信水平，Φ為系統(tǒng)機(jī)電集合； (2) 支路傳輸功率機(jī)會(huì)約束 Pr{|Sy|<5；a'}>A，i'eQ (14) 式中，^為第j條支路傳輸功率的上限，為支路潮流約束的置信水平，Ω為配電 網(wǎng)支路集； (3) DG出力約束
式中，Ag,為節(jié)點(diǎn)i接入DG的有功功率；為節(jié)點(diǎn)i最大可接入DG的有功功率； (4) 反向潮流約束 由于各負(fù)荷節(jié)點(diǎn)一般配備無功補(bǔ)償裝置，各節(jié)點(diǎn)維持較高的功率因數(shù)水平，為簡化問 題，不考慮下游網(wǎng)絡(luò)倒送無功的情況，因此有
式中，及為節(jié)點(diǎn)i的負(fù)荷；^為節(jié)點(diǎn)i的下游網(wǎng)絡(luò)的有功功率；為與節(jié)點(diǎn)i直接 相連的上級(jí)支路容量， 所述節(jié)點(diǎn)電壓約束、支路傳輸功率約束和反向潮流約束需要對(duì)配電網(wǎng)進(jìn)行隨機(jī)潮流計(jì) 算而得到，在隨機(jī)潮流計(jì)算的過程中將具有隨機(jī)性和波動(dòng)性出力特性的風(fēng)力發(fā)電出力和光 伏發(fā)電出力采用步驟1)中所述的風(fēng)力發(fā)電出力數(shù)學(xué)模型和光伏發(fā)電出力數(shù)學(xué)模型。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于隨機(jī)機(jī)會(huì)約束的有源配電網(wǎng)規(guī)劃方法，其特征在 于，步驟3)所述的求解有源配電網(wǎng)規(guī)劃數(shù)學(xué)模型包括： (1) 輸人有源配電網(wǎng)的原始數(shù)據(jù)； (2) 輸人遺傳算法中要求的染色體個(gè)數(shù)，以及交叉和變異概率； (3) 采用隨機(jī)方法產(chǎn)生一組初始規(guī)劃方案，作為遺傳算法的初始種群，對(duì)于初始種群中 的每一個(gè)染色體，采用蒙特卡羅仿真方法檢驗(yàn)每一個(gè)染色體是否滿足步驟2)所述的約束 條件，即根據(jù)隨機(jī)抽樣得到的電源和負(fù)荷方案，計(jì)算支路功率，檢驗(yàn)是否違反步驟2)所述 的約束條件； (4) 計(jì)算所有染色體對(duì)應(yīng)的目標(biāo)函數(shù)值，即配電線路總投資與建造成本； (5) 以步驟（4)中求得的目標(biāo)函數(shù)值為基礎(chǔ)，對(duì)違反步驟2)所述的約束條件的染色體 采用懲罰函數(shù)方法計(jì)算各染色體的適應(yīng)度；對(duì)不違反步驟2)所述的約束條件的染色體，將 步驟（4)中求得的目標(biāo)函數(shù)值直接作為適應(yīng)度； (6) 采用輪盤賭方法對(duì)初始種群中的染色體進(jìn)行選擇操作； (7) 對(duì)初始種群中的染色體進(jìn)行交叉和變異操作，得到新一代染色體，之后利用蒙特卡 羅仿真方法檢驗(yàn)是否滿足步驟2)所述的約束條件。 (8) 重復(fù)步驟（4)~步驟（7)，達(dá)到給定的最大允許迭代次數(shù)為止； (9) 以求解過程中所發(fā)現(xiàn)的目標(biāo)函數(shù)最小的染色體作為最后的有源配電網(wǎng)規(guī)劃方案。
【專利摘要】一種基于隨機(jī)機(jī)會(huì)約束的有源配電網(wǎng)規(guī)劃方法，包括：對(duì)有源配電網(wǎng)中的風(fēng)力發(fā)電出力和光伏發(fā)電出力兩個(gè)不確定因素分別建立相應(yīng)的風(fēng)力發(fā)電出力數(shù)學(xué)模型和光伏發(fā)電出力數(shù)學(xué)模型；建立基于機(jī)會(huì)約束的有源配電網(wǎng)規(guī)劃數(shù)學(xué)模型，包括目標(biāo)函數(shù)和約束條件；應(yīng)用基于蒙特卡羅仿真的遺傳算法求解有源配電網(wǎng)規(guī)劃數(shù)學(xué)模型。本發(fā)明解決了常規(guī)接入分布式新能源配電網(wǎng)規(guī)劃方法因不能反映分布式新能源的出力特征而造成的不必要的配電網(wǎng)建設(shè)投資的問題，在配電網(wǎng)規(guī)劃中充分考慮分布式新能源發(fā)電出力的隨機(jī)性與不確定性，引入不確定規(guī)劃理論中的隨機(jī)機(jī)會(huì)約束規(guī)劃法，綜合考慮經(jīng)濟(jì)性和安全風(fēng)險(xiǎn)兩者的關(guān)系，在保證配電網(wǎng)安全性的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)分布式新能源最大限度的安全、經(jīng)濟(jì)的接入。
【IPC分類】G06Q10-04, G06Q50-06
【公開號(hào)】CN104751246
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510165520
【發(fā)明人】屈高強(qiáng), 劉洪 , 董曉晶, 李 榮, 黨東升
【申請(qǐng)人】國網(wǎng)寧夏電力公司經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院, 天津大學(xué)
【公開日】2015年7月1日
【申請(qǐng)日】2015年4月9日