含电采暖设备和光伏电源的低压配电网协调规划方法

技术领域

本发明涉及配电网协调规划技术领域，尤其涉及一种含电采暖设备和光伏电源的低压配电网协调规划方法。

背景技术

电采暖设备是提供将清洁的电能转换为热能的优质舒适环保的采暖方式的方式，其被证实能提供很多其他采暖方式不可比拟的优越性，已经被全球越来越多的用户认可和接受。将电采暖设备作为光伏电源的一种消纳手段，提高分布式光伏电源的就地消纳能力，可以促进光伏工程的协调发展，保证电网的安全稳定运行。对于一些基建改造较缓慢的地区，仍使用的是低压配电网，低压配电网能提供的电压质量和功率都有一定限制。

当大量设备从供需两端接入薄弱的低压配电网时，会对其正常的运行提出巨大的挑战。主要体现在：

(1)电压质量的影响。分布式光伏电源的出力具有明显的地域性与随机性，光伏电源往往集中在一个区域，形成了区域分布式电源高渗透率特点。光伏电源的出力受到环境因素的制约，与光照强度成一定的关系，云层也会对其产生很大影响，经实测，国内的光伏电站最大出力变化率每分钟可以达到20％-70％。这种随机性会对电网的正常运行产生很大影响，造成配电网的电压质量问题。同时低压配电网相对薄弱，若光伏电源的接入点不合理有可能导致系统末端电压的越限等问题。

(2)功率特性的影响。高渗透率的光伏电源与高比例的电采暖设备同时接入配电网，会改变配电网中的潮流分布，使得配电网工作在多电源情况下。一些极端情况会造成系统频率变化，甚至造成继电保护装置误动作。

(3)用户经济性影响。光伏电源与煤改电工程的电采暖设备改变了用户的用电习惯，用户使用经济与否也对工程的完成度造成影响。

综上所述，分布式光伏电源大规模接入含有电采暖设备的低压配电网，可能对电网的安全运行以及分布式光伏电源的经济效益造成较大影响，无法到达全社会资源效益的最大化。

因此，如何避免光伏电源接入含有电采暖设备的低压配电网带来的对电网安全运行的负面影响和造成的光伏电源的经济效益的降低，最大程度的提高供电企业和用户的综合经济效益，仍然是本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

本发明实施例提供一种含电采暖设备和光伏电源的低压配电网协调规划方法，用以解决现有技术中无法处理在含有电采暖设备的低压配电网接入光伏电源带来的对电网安全运行的负面影响和造成的光伏电源的经济效益的降低的问题。

第一方面，本发明实施例提供一种含电采暖设备和光伏电源的低压配电网协调规划方法，包括：

构建含电采暖设备和光伏电源的低压配电网的拓扑图；

建立规划模型，以用户和供电企业综合效益最高为优化目标，并提供所述低压配电网运行约束；

使用遗传算法对所述拓扑图和所述规划模型进行优化计算，确定光伏电源的接入位置和接入容量。

优选地，该方法中，所述构建含电采暖设备和光伏电源的低压配电网的拓扑图，具体包括：

将所述电采暖设备和所述光伏电源作为所述拓扑图中的节点；

使用深度优先搜索法对所述节点和所述拓扑图中的线路进行编号；

给电采暖设备的节点标注所述电采暖设备的容量。

优选地，该方法中，所述建立规划模型，以用户和供电企业综合效益最高为优化目标，并提供所述低压配电网运行约束，具体包括：

构建目标函数，所述目标函数为用户的的用电支出与电网的综合费用的最小项；

构建约束条件，所述约束条件包括节点电压约束、线路传输功率约束、光伏电源接入容量约束和节点功率平衡约束。

优选地，该方法中，所述目标函数为

min[C

C

C

其中，W

所述节点电压约束，具体包括：

节点i的电压V

其中，V

所述线路传输功率约束，具体包括：

线路j的传输功率S

其中，S

所述光伏电源接入容量约束，具体包括：

节点i的光伏电源接入容量P

其中，P

实际接入的光伏电源数量M

其中，M

所述节点功率平衡约束，具体包括：

节点满足注入功率等于输出功率。

优选地，该方法中，

其中，k

优选地，该方法中，所述使用遗传算法对所述拓扑图和所述规划模型进行优化计算，确定光伏电源的接入位置和接入容量，具体包括：

参数设置，设置种群大小、选择概率、交叉概率、变异概率和种群的最优保存个数；

随机生成一个初始群体，进行染色体编码，将所述目标函数作为适应度函数进行遗传算法的迭代运算，直到满足停止准则；

输出结果中的光伏电源的接入位置和接入容量；

所述染色体编码，具体包括：

将染色体分为两部分，一部分为所述光伏电源的接入位置和接入容量，该部分染色体长度与光伏电源可行安装点数相同，采用实数编码，另一部分为所述线路是否需要升级改造，该部分染色体长度与线路条数相同，采用二进制编码，表示该线路进行改造或不进行改造。

优选地，该方法中，所述停止准则，具体包括：

当迭代次数大于预先设定的最大迭代次数，则停止迭代；或者，

当新一代群体与上一代群体之间的差值小于预设阈值时，则停止迭代。

第二方面，本发明实施例提供一种含电采暖设备和光伏电源的低压配电网协调规划装置，包括：

拓扑单元，用于构建含电采暖设备和光伏电源的低压配电网的拓扑图；

规划单元，用于建立规划模型，以用户和供电企业综合效益最高为优化目标，并提供所述低压配电网运行约束；

优化单元，用于使用遗传算法对所述拓扑图和所述规划模型进行优化计算，确定光伏电源的接入位置和接入容量。

第三方面，本发明实施例提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如第一方面所提供的含电采暖设备和光伏电源的低压配电网协调规划方法的步骤。

第四方面，本发明实施例提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如第一方面所提供的含电采暖设备和光伏电源的低压配电网协调规划方法的步骤。

本发明实施例提供的含电采暖设备和光伏电源的低压配电网协调规划方法，通过构建含电采暖设备和光伏电源的低压配电网的拓扑图；建立规划模型，以用户和供电企业综合效益最高为优化目标，并提供所述低压配电网运行约束，使用遗传算法对所述拓扑图和所述规划模型进行优化计算，确定光伏电源的接入位置和接入容量，使得在低压电网中接入光伏电源时即考虑电网运行时的物理参数的约束，又考虑用户和供电企业的综合效益。如此，避免光伏电源接入含有电采暖设备的低压配电网带来的对电网安全运行的负面影响和造成的光伏电源的经济效益的降低，提高了用户和供电企业的综合效益。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做一简单地介绍，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为本发明实施例提供的含电采暖设备和光伏电源的低压配电网协调规划方法的流程示意图；

图2为本发明实施例提供的遗传算法的流程示意图；

图3为本发明实施例提供的含电采暖设备和光伏电源的低压配电网协调规划装置的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的电子设备的实体结构示意图。

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付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。

现有的光伏电源接入含有电采暖设备的低压配电网的方案，普遍存在造成电网安全运行的负面影响和引起光伏电源的经济效益的降低的问题，无法保障用户和供电企业的综合效益。对此，本发明实施例提供了一种含电采暖设备和光伏电源的低压配电网协调规划方法。图1为本发明实施例提供的含电采暖设备和光伏电源的低压配电网协调规划方法的流程示意图，如图1所示，该方法包括：

步骤110，构建含电采暖设备和光伏电源的低压配电网的拓扑图。

具体地，根据低压配电网的接线图，构建以电采暖设备和光伏电源作为节点，以电采暖设备和电采暖设备之间的线路、电采暖设备和光伏电源之间的线路、光伏电源和光伏电源之间的线路作为支路的拓扑图。优选地，为了准确体现低拓扑图中的节点与其他节点的连接关系、支路的结构和支路之间的连接关系，会对节点和线路进行编号。

步骤120，建立规划模型，以用户和供电企业综合效益最高为优化目标，并提供所述低压配电网运行约束。

具体地，建立规划模型即是构建规划的目标函数和约束条件，其中，实现目标函数的最小化以使用户和供电企业的综合效益最高，满足约束条件使得低压配电网的运行不会影响电网的电压质量和功率质量，不对电网运行造成负面影响。

步骤130，使用遗传算法对所述拓扑图和所述规划模型进行优化计算，确定光伏电源的接入位置和接入容量。

具体地，使用遗传算法找出满足所述规划模型的拓扑图，通过所述拓扑图中的光伏电源的接入位置和接入容量确定最终的光伏电源的接入位置和接入容量。

本发明实施例提供的方法，通过构建含电采暖设备和光伏电源的低压配电网的拓扑图；建立规划模型，以用户和供电企业综合效益最高为优化目标，并提供所述低压配电网运行约束，使用遗传算法对所述拓扑图和所述规划模型进行优化计算，确定光伏电源的接入位置和接入容量，使得在低压电网中接入光伏电源时即考虑电网运行时的物理参数的约束，又考虑用户和供电企业的综合效益。如此，避免光伏电源接入含有电采暖设备的低压配电网带来的对电网安全运行的负面影响和造成的光伏电源的经济效益的降低，提高了用户和供电企业的综合效益。

基于上述实施例，该方法中，所述构建含电采暖设备和光伏电源的低压配电网的拓扑图，具体包括：

将所述电采暖设备和所述光伏电源作为所述拓扑图中的节点；

使用深度优先搜索法对所述节点和所述拓扑图中的线路进行编号；

给电采暖设备的节点标注所述电采暖设备的容量。

具体地，在构建拓扑图时，根据低压配电网的接线图，将电采暖设备和光伏电源作为拓扑图中的节点，将电采暖设备和电采暖设备之间的线路、电采暖设备和光伏电源之间的线路、光伏电源和光伏电源之间的线路作为拓扑图中的支路。为了能够准确地体现低压配电网中节点与其他节点的连接关系、支路的结构和支路之间的连接关系，使用深度优先搜索法对节点和拓扑图中的线路进行编号，同时，还要给电采暖设备的节点标注该电采暖设备的容量，所述容量即为功率。

基于上述任一实施例，该方法中，所述建立规划模型，以用户和供电企业综合效益最高为优化目标，并提供所述低压配电网运行约束，具体包括：

构建目标函数，所述目标函数为用户的的用电支出与电网的综合费用的最小项；

构建约束条件，所述约束条件包括节点电压约束、线路传输功率约束、光伏电源接入容量约束和节点功率平衡约束。

具体地，建立规划模型即要构建目标函数和约束函数，目标函数要考虑用户的用电支出也要考虑供电企业运营电网的综合费用，故目标函数是用户的的用电支出与电网的综合费用的最小项，约束条件要考虑电网运行时各个物理参数的限制，例如节点电压约束、线路传输功率约束、光伏电源接入容量约束和节点功率平衡约束。

基于上述任一实施例，该方法中，所述目标函数为

min[C

C

C

其中，W

所述节点电压约束，具体包括：

节点i的电压V

其中，V

所述线路传输功率约束，具体包括：

线路j的传输功率S

其中，S

所述光伏电源接入容量约束，具体包括：

节点i的光伏电源接入容量P

其中，P

实际接入的光伏电源数量M

其中，M

所述节点功率平衡约束，具体包括：

节点满足注入功率等于输出功率。

具体地，构建目标函数既要考虑用户经济性又要考虑电网经济性。

对于用户经济性，其主要内容为光伏电源发电收益与电采暖设备使用的费用，如果光伏电源发电可以更好地减少用户的用电支出，则用户的经济性越好。

用户支出C

其中，W

上述用户支出C

其中，C

对于电网的经济性，其主要内容为线路新建或改造费用和运行费用、光伏电源发电投资及运行费用和减少的购电费用的总和。

电网支出C

其中，C

所述节点电压约束，具体包括：

节点i的电压V

其中，V

所述线路传输功率约束，具体包括：

线路j的传输功率S

其中，S

所述光伏电源接入容量约束，具体包括：

节点i的光伏电源接入容量P

其中，P

实际接入的光伏电源数量M

其中，M

所述节点功率平衡约束，具体包括：

节点满足注入功率等于输出功率。

基于上述任一实施例，该方法中，

其中，k

基于上述任一实施例，该方法中，所述使用遗传算法对所述拓扑图和所述规划模型进行优化计算，确定光伏电源的接入位置和接入容量，具体包括：

参数设置，设置种群大小、选择概率、交叉概率、变异概率和种群的最优保存个数；

随机生成一个初始群体，进行染色体编码，将所述目标函数作为适应度函数进行遗传算法的迭代运算，直到满足停止准则；

输出结果中的光伏电源的接入位置和接入容量；

所述染色体编码，具体包括：

将染色体分为两部分，一部分为所述光伏电源的接入位置和接入容量，该部分染色体长度与光伏电源可行安装点数相同，采用实数编码，另一部分为所述线路是否需要升级改造，该部分染色体长度与线路条数相同，采用二进制编码，表示该线路进行改造或不进行改造。

具体地，先定义遗传算法中的染色体编码方式，染色体编码是指把待解决问题转化为遗传算法能够计算的搜索空间，编码方式的准确与好坏，影响着后续遗传操作的准确程度以及求解的效率。本发明实施例中，一个染色体由两部分组成，一部分用于表示光伏电源的接入位置和接入容量，该部分染色体长度与光伏电源可行安装点数相同，每个光伏电源可行安装点处对应的基因的值为该处接入光伏电源的接入容量的数值，该部分染色体采用实数编码；另一部分用于表示线路是否需要升级改造，该部分染色体长度与线路条数相同，采用二进制编码，每条线路对应的基因的值为0或1，分别表示该线路不进行改造或进行改造。

然后进行遗传算法的优化计算，首先进行参数配置，设置种群大小、选择概率、交叉概率、变异概率和种群的最优保存个数，优选地，遗传参数设置如下：种群大小为M＝60，交叉概率为P

图2为本发明实施例提供的遗传算法的流程示意图。如图2所示，遗传算法优化计算开始后，先输入原始数据，所述原始数据为随机选择，然后对原始数据进行染色体编码，生成初始群体，然后计算群体内所有个体的适应度函数值，所述适应度函数即上述实施例中的目标函数，然后进行选择、变异和交叉操作，生成新一代群体，判断是否满足停止迭代准则，若满足，则以最新一代群体作为输出结果，若不满足，回到计算群体内所有个体的适应度函数值的步骤按流程继续往下走，直到最后满足停止准则，解码并输出结果，最后结束。

基于上述任一实施例，该方法中，所述停止准则，具体包括：

当迭代次数大于预先设定的最大迭代次数，则停止迭代；或者，

当新一代群体与上一代群体之间的差值小于预设阈值时，则停止迭代。

具体地，停止准则有两种，其中一种是设置最大迭代次数，当迭代次数达到最大迭代次数时，停止迭代，输出结果；另外一种是计算新一代群体与上一代群体之间的差值，当差值小于预设阈值时，停止迭代，输出结果。

基于上述任一实施例，本发明实施例提供一种含电采暖设备和光伏电源的低压配电网协调规划装置，图3为本发明实施例提供的含电采暖设备和光伏电源的低压配电网协调规划装置的结构示意图。如图3所示，该装置包括拓扑单元310、规划单元320和优化单元330，其中，

所述拓扑单元310，用于构建含电采暖设备和光伏电源的低压配电网的拓扑图；

所述规划单元320，用于建立规划模型，以用户和供电企业综合效益最高为优化目标，并提供所述低压配电网运行约束；

所述优化单元330，用于使用遗传算法对所述拓扑图和所述规划模型进行优化计算，确定光伏电源的接入位置和接入容量。

本发明实施例提供的装置，通过构建含电采暖设备和光伏电源的低压配电网的拓扑图；建立规划模型，以用户和供电企业综合效益最高为优化目标，并提供所述低压配电网运行约束，使用遗传算法对所述拓扑图和所述规划模型进行优化计算，确定光伏电源的接入位置和接入容量，使得在低压电网中接入光伏电源时即考虑电网运行时的物理参数的约束，又考虑用户和供电企业的综合效益。如此，避免光伏电源接入含有电采暖设备的低压配电网带来的对电网安全运行的负面影响和造成的光伏电源的经济效益的降低，提高了用户和供电企业的综合效益。

基于上述任一实施例，该装置中，所述拓扑单元，具体用于，

将所述电采暖设备和所述光伏电源作为所述拓扑图中的节点；

使用深度优先搜索法对所述节点和所述拓扑图中的线路进行编号；

给电采暖设备的节点标注所述电采暖设备的容量。

基于上述任一实施例，该装置中，所述规划单元，具体用于，

构建目标函数，所述目标函数为用户的的用电支出与电网的综合费用的最小项；

构建约束条件，所述约束条件包括节点电压约束、线路传输功率约束、光伏电源接入容量约束和节点功率平衡约束。

基于上述任一实施例，该装置中，所述目标函数为

min[C

C

C

其中，W

所述节点电压约束，具体包括：

节点i的电压V

其中，V

所述线路传输功率约束，具体包括：

线路j的传输功率S

其中，S

所述光伏电源接入容量约束，具体包括：

节点i的光伏电源接入容量P

其中，P

实际接入的光伏电源数量M

其中，M

所述节点功率平衡约束，具体包括：

节点满足注入功率等于输出功率。

基于上述任一实施例，该装置中，

其中，k

基于上述任一实施例，该装置中，所述优化单元，具体用于，

参数设置，设置种群大小、选择概率、交叉概率、变异概率和种群的最优保存个数；

随机生成一个初始群体，进行染色体编码，将所述目标函数作为适应度函数进行遗传算法的迭代运算，直到满足停止准则；

输出结果中的光伏电源的接入位置和接入容量；

所述染色体编码，具体包括：

将染色体分为两部分，一部分为所述光伏电源的接入位置和接入容量，该部分染色体长度与光伏电源可行安装点数相同，采用实数编码，另一部分为所述线路是否需要升级改造，该部分染色体长度与线路条数相同，采用二进制编码，表示该线路进行改造或不进行改造。

基于上述任一实施例，该装置中，所述停止准则，具体包括：

当迭代次数大于预先设定的最大迭代次数，则停止迭代；或者，

当新一代群体与上一代群体之间的差值小于预设阈值时，则停止迭代。

图4为本发明实施例提供的电子设备的实体结构示意图，如图4所示，该电子设备可以包括：处理器(processor)401、通信接口(Communications Interface)402、存储器(memory)403和通信总线404，其中，处理器401，通信接口402，存储器403通过通信总线404完成相互间的通信。处理器401可以调用存储在存储器403上并可在处理器401上运行的计算机程序，以执行上述各实施例提供的含电采暖设备和光伏电源的低压配电网协调规划方法，例如包括：构建含电采暖设备和光伏电源的低压配电网的拓扑图；建立规划模型，以用户和供电企业综合效益最高为优化目标，并提供所述低压配电网运行约束；使用遗传算法对所述拓扑图和所述规划模型进行优化计算，确定光伏电源的接入位置和接入容量。

此外，上述的存储器403中的逻辑指令可以通过软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明实施例的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

本发明实施例还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现以执行上述各实施例提供的含电采暖设备和光伏电源的低压配电网协调规划方法，例如包括：构建含电采暖设备和光伏电源的低压配电网的拓扑图；建立规划模型，以用户和供电企业综合效益最高为优化目标，并提供所述低压配电网运行约束；使用遗传算法对所述拓扑图和所述规划模型进行优化计算，确定光伏电源的接入位置和接入容量。

以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

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。