考虑分布式电源随机出力的交直流配电网网架优化系统及方法

技术领域

本发明属于分布式电源系统交直流配电网网架结构设计技术领域，具体涉及考虑分布式电源随机出力的交直流配电网网架优化系统及方法。

背景技术

当前以传统化石为主的电网尚不能完全满足光伏发电、风电等波动性可再生能源接入电网的运行要求，大规模分布式发电入网仍然有多方面问题。当前可再生能源发展的总体比例相对不高，却存在严重弃风、弃光、弃水现象和“重建设、轻利用”问题。

为满足大规模可再生能源接入、输送和消纳的迫切需求，加快电网结构转型和升级换代，发展新一代电网技术，需要建设灵活性高的柔性智能电网，推动可再生分布式电源智能化制造，确保灵活和安全地输送电能，以提升配电系统消纳分布式电源及多元化负载的水平，优化配电网结构，提升供电可靠性。

发明内容

有介于此，针对现有技术存在的缺陷和不足，本发明提供了一种考虑分布式电源随机出力的交直流配电网网架优化系统及方法，其解决了分布式电源随机出力的交直流配电网网架设计及配电网参数选型问题，以保证供电可靠为根本原则，搭建负荷需求、风光出力预测模型，以配电网年综合费用最小为目标，线路年投资运维费用、换流器年投资运维费用、断路器年投资运维费用、避雷器年投资运维费用、光伏设备年投资运维费用、风电设备年投资运维费用为变量，构建约束条件，求解最佳规划方案，以确保配电网安全稳定运行。

本发明具体采用以下技术方案：

一种考虑分布式电源随机出力的交直流配电网网架优化系统，其特征在于，包括：预测模型和求解模块；

所述预测模型为在保证配电网供电可靠的情况下，考虑配电网内负荷需求波动及风力发电和光伏发电随机性，搭建获得的负荷需求、风光出力预测模型；

所述求解模块用于以配电网年综合费用最小为目标，线路年投资运维费用、换流器年投资运维费用、断路器年投资运维费用、避雷器年投资运维费用、光伏设备年投资运维费用、风电设备年投资运维费用为变量，采用优化遗传-根节点融合混合算法进行预测模型的求解，获得交直流配电网网架优化参数；

所述优化遗传-根节点融合混合算法对待选投资线路、线路类型以及母线类型进行二进制编码的基因标号，以实现配电网线路交直流染色体编码，再通过配电网概率潮流推算，进行多次迭代并评估适应度，在满足收敛条件的情况下输出最优解。

进一步地，所述预测模型具体为在分布式光伏、分布式风电大规模接入的交直流配电网中，以配电网内风速、光照为输入变量，构建获得的分布式风电出力、分布式光伏出力概率模型；

风电系统出力概率特性：

风机功率-风速曲线拟合函数：

其中，Pw表示风电系统输出有功功率，Pe表示风电系统额定有功功率，v表示配电网实际风速，Va表示风电系统切入风速，Vb表示风电系统切出风速，Ve表示风电系统额定风速，a、b表示风机特性参数；

风电系统有功出力概率密度函数：

其中，hi表示风机风扇形状系数，Pw表示风机的输出功率，ki表示尺度参数；

光伏系统出力概率特性：

P

其中，S表示光伏系统光伏太阳能板面积，r表示配电网太阳辐射强度，η表示光伏系统光电转换效率；

光伏系统有功出力概率密度函数：

其中，Pmax为光伏系统可以输出的最大有功功率，c和d为Beta分布的形状函数，Γ为Gamma函数。

进一步地，所述配电网年综合费用为：

F

其中，F

(1)线路年投资运维费用

其中，xi取值为0或1，表示线路建设情况，取0表示线路不建设，取1表示线路建设，yi取值为0或1，表示线路建设情况，取0表示线路为交流线路，取1表示线路为直流线路，α1i表示第i条线路的固定年投资费用系数，β1i表示第i条线路的年维护费用系数，Fld、Fla表示第i条交流、直流线路的固定年投资费用；

(2)换流器年投资运维费用

其中，α2i表示第i个换流器固定年投资费用系数，β2i表示第i个换流器的年维护费用系数，Fv表示第i个换流器的固定年投资费用，Uv表示第i个换流器的容量；

(3)断路器年投资运维费用

其中，α3i表示第i个断路器固定年投资费用系数，β3i表示第i个断路器的年维护费用系数，Fbr表示第i个断路器的固定年投资费用；

(4)避雷器年投资运维费用

其中，α4i表示第i个避雷器固定年投资费用系数，β4i表示第i个避雷器的年维护费用系数，Fbr表示第i个避雷器的固定年投资费用；

(5)光伏设备年投资运维费用

其中，α5i表示第i个避雷器固定年投资费用系数，β5i表示第i个避雷器的年维护费用系数，Flor表示第i个光伏设备的固定年投资费用，Ulor表示第i个光伏设备的容量；

(6)风电设备年投资运维费用

其中，α6i表示第i个避雷器固定年投资费用系数，β6i表示第i个避雷器的年维护费用系数，Fwor表示第i个风电设备的固定年投资费用，Uwor表示第i个风电设备的容量

进一步地，考虑分布式电源随机出力的交直流配电网网架的约束条件为：

(1)配电网分布式电源容量约束

其中，P

(2)配电网分布式电源潮流约束

其中，P

进一步地，还包括验证模块，用于从配电网历史设计参数中筛选符合设计要求的参数，输入交直流配电网网架优化规划模型验证参量可行性。

进一步地，所述验证模块从配电网历史设计参数中筛选符合设计要求的参数，包括历史电压等级、运行方式以及不同电压等级的避雷器数量，带入建立的分布式光伏、分布式风电和负荷为主体的交直流配电网网架优化规划模型，验证方案参量可行性。

以及，一种考虑分布式电源随机出力的交直流配电网网架优化方法，其特征在于：在保证配电网供电可靠的情况下，考虑配电网内负荷需求波动及风力发电和光伏发电随机性，搭建负荷需求、风光出力预测模型；并以配电网年综合费用最小为目标，线路年投资运维费用、换流器年投资运维费用、断路器年投资运维费用、避雷器年投资运维费用、光伏设备年投资运维费用、风电设备年投资运维费用为变量，采用优化遗传-根节点融合混合算法进行模型求解，获得交直流配电网网架优化参数；

所述优化遗传-根节点融合混合算法对待选投资线路、线路类型以及母线类型进行二进制编码的基因标号，以实现配电网线路交直流染色体编码，再通过配电网概率潮流推算，进行多次迭代并评估适应度，在满足收敛条件的情况下输出最优解。

进一步地，从配电网历史设计参数中筛选符合设计要求的参数，输入交直流配电网网架优化规划模型验证参量可行性。

相比于相关技术，本发明及其优选方案解决了分布式电源随机出力的交直流配电网网架设计及配电网参数选型问题，以保证供电可靠为根本原则，搭建负荷需求、风光出力预测模型，以配电网年综合费用最小为目标，线路年投资运维费用、换流器年投资运维费用、断路器年投资运维费用、避雷器年投资运维费用、光伏设备年投资运维费用、风电设备年投资运维费用为变量，构建约束条件，求解最佳规划方案，以确保配电网安全稳定运行。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步详细的说明：

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是本发明实施例优化遗传-根节点融合混合算法基因标号示意图。

图2是本发明实施例优化遗传-根节点融合混合算法求解流程示意图。

如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行描述和说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。基于本申请提供的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

如图1、图2所示，本发明实施例提供的方案当中，其基本设计思路为：在保证配电网供电可靠的情况下，考虑配电网内负荷需求波动及风力发电和光伏发电随机性，搭建负荷需求、风光出力预测模型；并以配电网年综合费用最小为目标，线路年投资运维费用、换流器年投资运维费用、断路器年投资运维费用、避雷器年投资运维费用、光伏设备年投资运维费用、风电设备年投资运维费用为变量，采用优化遗传-根节点融合混合算法进行模型求解，获得交直流配电网网架优化参数；

其中，采用优化遗传-根节点融合混合算法对待选投资线路、线路类型以及母线类型进行二进制编码的基因标号，以实现配电网线路交直流染色体编码，再通过配电网概率潮流推算，进行多次迭代并评估适应度，在满足收敛条件的情况下输出最优解。

在此基础上可以构建形成预测模型、求解模块和验证模块。

在进一步的设计中，在分布式光伏、分布式风电大规模接入的交直流配电网中，分布式电源出力会随负荷波动产生较大变化，以配电网内风速、光照为输入变量，构建分布式风电出力、分布式光伏出力概率模型。

风电系统出力概率特性：

风机功率-风速曲线拟合函数：

其中，Pw表示风电系统输出有功功率，Pe表示风电系统额定有功功率，v表示配电网实际风速，Va表示风电系统切入风速，Vb表示风电系统切出风速，Ve表示风电系统额定风速，a、b表示风机特性参数。

风电系统有功出力概率密度函数：

其中，hi表示风机风扇形状系数，Pw表示风机的输出功率，ki表示尺度参数。

光伏系统出力概率特性：

P

其中，S表示光伏系统光伏太阳能板面积，r表示配电网太阳辐射强度，η表示光伏系统光电转换效率。

光伏系统有功出力概率密度函数：

其中，Pmax为光伏系统可以输出的最大有功功率，c和d为Beta分布的形状函数，Γ为Gamma函数。

在进一步的设计中，配电网年综合费用为：

F

其中，F

(1)线路年投资运维费用

其中，xi取值为0或1，表示线路建设情况，取0表示线路不建设，取1表示线路建设，yi取值为0或1，表示线路建设情况，取0表示线路为交流线路，取1表示线路为直流线路，α1i表示第i条线路的固定年投资费用系数，一般取0.12，β1i表示第i条线路的年维护费用系数，一般取0.05，Fld、Fla表示第i条交流、直流线路的固定年投资费用。

(2)换流器年投资运维费用

其中，α2i表示第i个换流器固定年投资费用系数，一般取0.12，β2i表示第i个换流器的年维护费用系数，一般取0.1，Fv表示第i个换流器的固定年投资费用，Uv表示第i个换流器的容量。

(3)断路器年投资运维费用

其中，α3i表示第i个断路器固定年投资费用系数，一般取0.12，β3i表示第i个断路器的年维护费用系数，一般取0.1，Fbr表示第i个断路器的固定年投资费用。

(4)避雷器年投资运维费用

其中，α4i表示第i个避雷器固定年投资费用系数，一般取0.12，β4i表示第i个避雷器的年维护费用系数，一般取0.1，Fbr表示第i个避雷器的固定年投资费用。

(5)光伏设备年投资运维费用

其中，α5i表示第i个避雷器固定年投资费用系数，一般取0.12，β5i表示第i个避雷器的年维护费用系数，一般取0.1，Flor表示第i个光伏设备的固定年投资费用，Ulor表示第i个光伏设备的容量。

(6)风电设备年投资运维费用

其中，α6i表示第i个避雷器固定年投资费用系数，一般取0.12，β6i表示第i个避雷器的年维护费用系数，一般取0.1，Fwor表示第i个风电设备的固定年投资费用，Uwor表示第i个风电设备的容量。

在进一步的设计中，考虑分布式电源随机出力的交直流配电网网架的约束条件为：

(1)配电网分布式电源容量约束

其中，P

(2)配电网分布式电源潮流约束

其中，P

在进一步的设计中，从配电网历史设计参数中筛选符合设计要求的参数，包括历史电压等级、运行方式以及不同电压等级的避雷器数量，带入建立的分布式光伏、分布式风电和负荷为主体的交直流配电网网架优化规划模型，验证方案参量可行性。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

本专利不局限于上述最佳实施方式，任何人在本专利的启示下都可以得出其它各种形式的考虑分布式电源随机出力的交直流配电网网架优化系统及方法，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本专利的涵盖范围。