本發(fā)明涉及一種計(jì)及新能源接入的交直流配網(wǎng)規(guī)劃方法，屬于電力技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

在綠色能源技術(shù)的的號(hào)召下，越來(lái)越多的清潔能源得到了利用，比如光能，風(fēng)能，地?zé)崮艿?，與之對(duì)應(yīng)的發(fā)電技術(shù)也得到了廣泛的發(fā)展。目前新能源發(fā)電的研究成為了當(dāng)前電力系統(tǒng)的潮流，隨著技術(shù)的提升，越來(lái)越多的新能源電源接入了電力網(wǎng)絡(luò)。據(jù)有關(guān)調(diào)查，截止2018年，全球光伏的裝機(jī)容量將超過(guò)376gw。另外，為了保護(hù)環(huán)境，電動(dòng)汽車(chē)行業(yè)也邁入了發(fā)展高峰期，調(diào)查表明，2014-2015年間，全球電動(dòng)汽車(chē)數(shù)目增加了70％。新能源和電動(dòng)汽車(chē)都有一個(gè)共同點(diǎn)，與傳統(tǒng)負(fù)荷不同，他們的出力或者消耗都具有一定的隨機(jī)性，如果接入傳統(tǒng)電網(wǎng)，會(huì)對(duì)電壓產(chǎn)生一定的影響。為了更好地消納新能源，需要采用直流配電網(wǎng)，但是由于無(wú)法迅速將交流配電網(wǎng)轉(zhuǎn)化為直流配電網(wǎng)，因此當(dāng)前研究的熱點(diǎn)定在了交直流混合配電網(wǎng)。

交直流配電網(wǎng)能夠很好地適應(yīng)消納新能源的需求，是未來(lái)智能電網(wǎng)發(fā)展的方向。研究表明，相同的輸電線路，采用直流輸電的方式能夠使輸電容量達(dá)到交流的1.5倍，而且能夠有效減少線路損耗，這就意味著除了消納新能源，直流配網(wǎng)還能夠大大提升輸電能力。

目前，對(duì)于網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)規(guī)劃的研究有不少，但是針對(duì)交直流混聯(lián)系統(tǒng)，以及考慮系統(tǒng)內(nèi)多樣分布式電源出力和負(fù)荷隨機(jī)性的研究尚缺。當(dāng)前的網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃主要是涉及hvdc系統(tǒng)，而且很少考慮分布式電源和負(fù)荷的隨機(jī)性，并且有的規(guī)劃方法計(jì)算速度普遍較低，因此本發(fā)明申請(qǐng)一種計(jì)及新能源接入的交直流配網(wǎng)規(guī)劃方法，充分考慮了系統(tǒng)內(nèi)部各類(lèi)新能源的隨機(jī)性，將網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)二進(jìn)制化，嵌入成熟的遺傳算法，大大提高了規(guī)劃的精確性和速度。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是，針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)不足，提出一種一種計(jì)及新能源接入的交直流配網(wǎng)規(guī)劃方法。

本發(fā)明為了解決上述技術(shù)問(wèn)題提出的技術(shù)方案是：一種計(jì)及新能源接入的交直流配網(wǎng)規(guī)劃方法，包括如下步驟：

步驟s1，根據(jù)vsc電路模型，構(gòu)造vsc潮流計(jì)算模型；

所述步驟s1包括：確立vsc交-直流側(cè)電壓關(guān)系模型；確立vsc交-直流側(cè)電壓基值關(guān)系模型；vsc交-直流側(cè)有功、無(wú)功關(guān)系模型；

步驟s2，以一個(gè)二進(jìn)制變量，兩個(gè)二進(jìn)制矩陣表示交直流混聯(lián)系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；

s21，根據(jù)母線是否為直流母線，確定二進(jìn)制向量w(n)；

s22，根據(jù)母線之間是否相連，確定二進(jìn)制矩陣u(n,m)；

s23，根據(jù)線路是否為直流線路，確定二進(jìn)制矩陣d(n,m)；

步驟s3，以最小化電源安裝成本和運(yùn)行成本為目標(biāo)函數(shù)，建立第一層優(yōu)化模型；

s31，確定優(yōu)化模型的目標(biāo)函數(shù)，即最小化系統(tǒng)成本，包括電源運(yùn)行成本和安裝成本；

s32，確定優(yōu)化模型的整型約束，包括w(n)、u(n,m)、d(n,m)服從{0,1}；

s33，確定優(yōu)化模型的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)約束；

步驟s4，針對(duì)負(fù)荷、風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電的隨機(jī)性，利用蒙特卡洛模擬出數(shù)個(gè)場(chǎng)景；

根據(jù)不同季節(jié)三者pdf的不同，利用蒙特卡洛抽樣技術(shù)，得出三者不同季節(jié)下的不同場(chǎng)景；

步驟s5，針對(duì)各個(gè)場(chǎng)景，以最小化運(yùn)行成本為目標(biāo)，建立第二層最優(yōu)潮流優(yōu)化模型，得出混聯(lián)系統(tǒng)其余發(fā)電機(jī)的出力；

s51，建立最優(yōu)潮流的目標(biāo)函數(shù)，即最小化ac、dc發(fā)電機(jī)的運(yùn)行成本；

s52，確定最優(yōu)潮流的約束條件，包括發(fā)電機(jī)有功、無(wú)功不等式約束；每一條母線功率平衡等式約束；母線及線路安全約束；vsc功率及調(diào)制比不等式約束；

s53，將步驟s4的場(chǎng)景代入最優(yōu)潮流模型中，計(jì)算系統(tǒng)中除了光伏和風(fēng)機(jī)以外的電源的出力；

s54，判斷場(chǎng)景數(shù)是否達(dá)到設(shè)定值，如果是，則結(jié)束最優(yōu)潮流過(guò)程，如果否則返回s4繼續(xù)產(chǎn)生場(chǎng)景；

步驟s6，將數(shù)個(gè)場(chǎng)景發(fā)電機(jī)和負(fù)荷的均值代入到第一層優(yōu)化模型，進(jìn)行最優(yōu)混聯(lián)系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)求解。

上述技術(shù)方案的改進(jìn)是：在步驟s2中，

①根據(jù)母線是否為直流母線，確定二進(jìn)制向量w(n)，0代表母線n是交流母線，1表示母線n是直流母線；

②根據(jù)母線之間是否相連，確定二進(jìn)制矩陣u(n,m)，0表示母線n和母線m不相連，1表示母線n和母線m相連；

③根據(jù)線路是否為直流線路，確定二進(jìn)制矩陣d(n,m)，0表示母線n和母線m都是交流母線，1表示表示母線n和母線m都是直流母線。

上述技術(shù)方案的改進(jìn)是：在步驟s3中，

目標(biāo)函數(shù)，即以系統(tǒng)電源安裝和運(yùn)行成本最小化為目標(biāo)函數(shù)：

minzmain＝pcv

其中

pcv＝ic+rc

aomct＝8760×e(copf,t)+β×ic

其中，ic為電源安裝成本；rc為運(yùn)行成本；d為折現(xiàn)率；e(copf,t)為考慮隨機(jī)性，最優(yōu)潮流的計(jì)算出的每小時(shí)的運(yùn)行成本；β為貨幣每年貶值的比率。

上述技術(shù)方案的改進(jìn)是：所述步驟s6包括如下步驟，

s61，初始化遺傳算法種群，二進(jìn)制種群內(nèi)容即為w(n)、u(n,m)、d(n,m)的組合；

s62，針對(duì)每一個(gè)體，取s5中的負(fù)荷及發(fā)電機(jī)的功率均值，作為當(dāng)前個(gè)體代表的拓?fù)渲械呢?fù)荷和發(fā)電機(jī)的功率；

s63，計(jì)算每一個(gè)體的電源安裝成本和運(yùn)行成本；

s64，選擇最優(yōu)個(gè)體；

s65，判斷種群數(shù)目是否達(dá)到最大值，如果達(dá)到則當(dāng)前最優(yōu)個(gè)體即為全局最優(yōu)解，否則進(jìn)行下一步；

s66，將種群進(jìn)行交叉、變異處理，返回s62。

本發(fā)明采用上述技術(shù)方案的有益效果是：本發(fā)明將網(wǎng)絡(luò)拓?fù)溆枚M(jìn)制向量和矩陣表示，方便利用遺傳算法求解；利用蒙特卡洛模擬法，考慮了交直流混聯(lián)系統(tǒng)的隨機(jī)性，并且建立交直流網(wǎng)絡(luò)二進(jìn)制表示方式，以方便嵌入已有的遺傳算法中，使得結(jié)果精度高，為交直流配電網(wǎng)的規(guī)劃提供相應(yīng)的算法依據(jù)。第二約束條件，為了避免u(n,m)不合理的取值，導(dǎo)致母線被孤立，或者母線連接的線路過(guò)多。

附圖說(shuō)明

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明：

圖1是本發(fā)明實(shí)施例的一種計(jì)及新能源接入的交直流配網(wǎng)規(guī)劃方法的流程圖。

圖2是本發(fā)明實(shí)施例的交流母線結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3是本發(fā)明實(shí)施例的直流母線結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4是本發(fā)明實(shí)施例的遺傳算法個(gè)體結(jié)構(gòu)的示意圖。

圖5是本發(fā)明實(shí)施例的vsc潮流結(jié)構(gòu)圖的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例

本實(shí)施例的一種計(jì)及新能源接入的交直流配網(wǎng)規(guī)劃方法，如圖1所示，包括如下步驟：

步驟s1，根據(jù)vsc電路模型，構(gòu)造vsc潮流計(jì)算模型；

確立vsc交-直流側(cè)電壓關(guān)系模型；確立vsc交-直流側(cè)電壓基值關(guān)系模型；vsc交-直流側(cè)有功、無(wú)功關(guān)系模型；

需要根據(jù)vsc的特性，建立交直流側(cè)參數(shù)的關(guān)系，vsc模型見(jiàn)圖5；

關(guān)系如下所示：

交直流側(cè)電壓關(guān)系為：

其中，kc為vsc變比；m為vsc的調(diào)制系數(shù)

交直流側(cè)電壓基值關(guān)系為：

因此，標(biāo)幺制下，交直流電壓的關(guān)系為：

因此，交流側(cè)功率為：

其中，i^dc為直流側(cè)電流；ηc為vsc轉(zhuǎn)換效率；g^dc為逆變器等效電導(dǎo)；為vsc連接的直流母線電壓；

交流側(cè)無(wú)功為：

其中，為vsc控制的功率因數(shù)角。

步驟s2，以一個(gè)二進(jìn)制變量，兩個(gè)二進(jìn)制矩陣表示交直流混聯(lián)系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；

s21，根據(jù)母線是否為直流母線，確定二進(jìn)制向量w(n)；

s22，根據(jù)母線之間是否相連，確定二進(jìn)制矩陣u(n,m)；

s23，根據(jù)線路是否為直流線路，確定二進(jìn)制矩陣d(n,m)；

步驟s3，以最小化電源安裝成本和運(yùn)行成本為目標(biāo)函數(shù)，建立第一層優(yōu)化模型；

s31，確定優(yōu)化模型的目標(biāo)函數(shù)，即最小化系統(tǒng)成本，包括電源運(yùn)行成本和安裝成本；

s32，確定優(yōu)化模型的整型約束，包括w(n)、u(n,m)、d(n,m)服從{0,1}；

s33，確定優(yōu)化模型的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)約束；

步驟s4，針對(duì)負(fù)荷、風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電的隨機(jī)性，利用蒙特卡洛模擬出數(shù)個(gè)場(chǎng)景；

根據(jù)不同季節(jié)三者pdf的不同，利用蒙特卡洛抽樣技術(shù)，得出三者不同季節(jié)下的不同場(chǎng)景；

步驟s5，針對(duì)各個(gè)場(chǎng)景，以最小化運(yùn)行成本為目標(biāo)，建立第二層最優(yōu)潮流優(yōu)化模型，得出混聯(lián)系統(tǒng)其余發(fā)電機(jī)的出力；

s51，建立最優(yōu)潮流的目標(biāo)函數(shù)，即最小化ac、dc發(fā)電機(jī)的運(yùn)行成本；

s52，確定最優(yōu)潮流的約束條件，包括發(fā)電機(jī)有功、無(wú)功不等式約束；每一條母線功率平衡等式約束；母線及線路安全約束；vsc功率及調(diào)制比不等式約束；

s53，將步驟s4的場(chǎng)景代入最優(yōu)潮流模型中，計(jì)算系統(tǒng)中除了光伏和風(fēng)機(jī)以外的電源的出力；

s54，判斷場(chǎng)景數(shù)是否達(dá)到設(shè)定值，如果是，則結(jié)束最優(yōu)潮流過(guò)程，如果否則返回s4繼續(xù)產(chǎn)生場(chǎng)景；

步驟s6，將數(shù)個(gè)場(chǎng)景發(fā)電機(jī)和負(fù)荷的均值代入到第一層優(yōu)化模型，進(jìn)行最優(yōu)混聯(lián)系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)求解。

利用二進(jìn)制變量來(lái)表示交直流配網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)方法。

該方法具體表示為：

①根據(jù)母線是否為直流母線，確定二進(jìn)制向量w(n)，0代表母線n是交流母線，1表示母線n是直流母線；

②根據(jù)母線之間是否相連，確定二進(jìn)制矩陣u(n,m)，0表示母線n和母線m不相連，1表示母線n和母線m相連；

③根據(jù)線路是否為直流線路，確定二進(jìn)制矩陣d(n,m)，0表示母線n和母線m都是交流母線，1表示表示母線n和母線m都是直流母線。

進(jìn)一步地，所述步驟s3包括：

確定交直流網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的優(yōu)化模型。

交直流母線結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖2、3，優(yōu)化模型如下所示：

①目標(biāo)函數(shù)。即以系統(tǒng)電源安裝和運(yùn)行成本最小化為目標(biāo)函數(shù)：

minzmain＝pcv

其中

pcv＝ic+rc

aomct＝8760×e(copf,t)+β×ic

其中，ic為電源安裝成本；rc為運(yùn)行成本；d為折現(xiàn)率；e(copf,t)為考慮隨機(jī)性，最優(yōu)潮流的計(jì)算出的每小時(shí)的運(yùn)行成本；β為貨幣每年貶值的比率。

②第一類(lèi)約束條件。二進(jìn)制變量必須滿足如下關(guān)系：

w(n)∈{0,1},

u(n,m)∈{0,1},

d(n,m)∈{0,1},

③第二類(lèi)約束條件。為了避免u(n,m)不合理的取值，導(dǎo)致母線被孤立，或者母線連接的線路過(guò)多，u(n,m)必須滿足如下關(guān)系：

進(jìn)一步地，所述步驟s4包括：

考慮四季變換對(duì)負(fù)荷大小、風(fēng)機(jī)和光伏出力的影響，根據(jù)不同季節(jié)三者pdf的不同，利用蒙特卡洛抽樣技術(shù)，得出三者不同季節(jié)下的不同場(chǎng)景：

具體的隨機(jī)模型如下所示：

負(fù)荷隨機(jī)模型：

光伏及風(fēng)機(jī)隨機(jī)模型：

其中，不同季節(jié)的參數(shù)見(jiàn)。

表1負(fù)荷及分布式電源pdf參數(shù)

進(jìn)一步地，所述步驟s5包括：

最對(duì)具體的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，和負(fù)荷、風(fēng)機(jī)和光伏的場(chǎng)景，進(jìn)行最優(yōu)潮流求解。

具體的最優(yōu)潮流模型如下所示：

①目標(biāo)函數(shù)。以最小化交直流電源運(yùn)行成本為目標(biāo)函數(shù)，具體表達(dá)式如下所示：

其中，為第i臺(tái)交流發(fā)電機(jī)的成本系數(shù)；為第i臺(tái)交流發(fā)電機(jī)的功率；為第i臺(tái)直流發(fā)電機(jī)的成本系數(shù)；為第i臺(tái)直流發(fā)電機(jī)的功率。

②發(fā)電機(jī)約束條件。交流電源存在有功無(wú)功上下限的約束，直流電源存在有功上下限的約束，具體表達(dá)式如下所示：

其中，不等式左側(cè)為發(fā)電機(jī)有功無(wú)功的下限，右側(cè)為發(fā)電機(jī)有功無(wú)功的上限。

③功率平衡約束。系統(tǒng)的有功無(wú)功，產(chǎn)生和消耗應(yīng)該平衡：

其中，為母線n的注入有功；為潮流計(jì)算出來(lái)的母線n消耗的有功；為為母線n的注入無(wú)功，為潮流計(jì)算出來(lái)的母線n消耗的無(wú)功。

④網(wǎng)絡(luò)安全約束。節(jié)點(diǎn)的電壓，相角和支路的功率有存在各自的上下限：

其中，不等式左邊為各變量的下限，不等式右邊為各變量的上限；

⑤逆變器約束。逆變器的功率存在上限，調(diào)制比存在上下限：

其中，不等式左邊為各變量的下限，不等式右邊為各變量的上限；

進(jìn)一步地，所述步驟s6包括：

根據(jù)s5確定的系統(tǒng)未知發(fā)電機(jī)的出力后，利用遺傳算法求解系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洌?/p>

s61，初始化遺傳算法種群，二進(jìn)制種群內(nèi)容即為w(n)、u(n,m)、d(n,m)的組合，見(jiàn)圖4；

s62，針對(duì)每一個(gè)體，取s5中的負(fù)荷及發(fā)電機(jī)的功率均值，作為當(dāng)前個(gè)體代表的拓?fù)渲械呢?fù)荷和發(fā)電機(jī)的功率；

s63，計(jì)算每一個(gè)體的電源安裝成本和運(yùn)行成本；

s64，選擇最優(yōu)個(gè)體；

s65，判斷種群數(shù)目是否達(dá)到最大值，如果達(dá)到則當(dāng)前最優(yōu)個(gè)體即為全局最優(yōu)解，否則進(jìn)行下一步；

s66，將種群進(jìn)行交叉、變異處理，返回s62。

本發(fā)明不局限于上述實(shí)施例。凡采用等同替換形成的技術(shù)方案，均落在本發(fā)明要求的保護(hù)范圍。