一種基于隨機機會約束的有源配電網(wǎng)規(guī)劃方法
【技術領域】
[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性與 不確定性的基于隨機機會約束的有源配電網(wǎng)規(guī)劃方法。
【背景技術】
[0002] 計及分布式新能源配電網(wǎng)網(wǎng)絡規(guī)劃與傳統(tǒng)配電網(wǎng)網(wǎng)絡規(guī)劃相比，由于分布式新能 源的接入，相當于一定程度上抵消了部分區(qū)域負荷，即由原有負荷密度變成了變電站直供 負荷密度，因此網(wǎng)絡規(guī)劃涉及的規(guī)劃數(shù)據(jù)均發(fā)生了較大變化；同時考慮到計及分布式新能 源配電網(wǎng)中含有多種類型負荷和間歇式分布式發(fā)電及儲能裝置，運行方式靈活多樣，因此 對規(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] 計及分布式新能源配電網(wǎng)網(wǎng)絡規(guī)劃是在滿足規(guī)劃區(qū)負荷供電的前提下，結合規(guī)劃 區(qū)已有配電網(wǎng)情況和地理信息，在完成負荷預測、間歇式分布式發(fā)電預測的基礎上、考慮線 路投資及運行維護費用等經(jīng)濟性指標和供電可靠性等技術性指標的限制條件，完成配電線 路的合理布局問題。對上述過程抽象建模，計及分布式新能源配電網(wǎng)網(wǎng)絡規(guī)劃可以看成一 個多變量非線性優(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 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數(shù)，饋線線路 的選型、走廊、接線模式（供電模式）等，目標函數(shù)為經(jīng)濟性，可靠性最優(yōu)。

【發(fā)明內容】

[0004] 本發(fā)明所要解決的技術問題是，提供一種能夠優(yōu)化計及分布式新能源電網(wǎng)變電站 出線組合及計及分布式新能源配電網(wǎng)線路布局的基于隨機機會約束的有源配電網(wǎng)規(guī)劃方 法。
[0005] 本發(fā)明所采用的技術方案是：一種基于隨機機會約束的有源配電網(wǎng)規(guī)劃方法，包 括如下步驟：
[0006] 1)對有源配電網(wǎng)中的風力發(fā)電出力和光伏發(fā)電出力兩個不確定因素分別建立相 應的風力發(fā)電出力數(shù)學模型和光伏發(fā)電出力數(shù)學模型；
[0007] 2)建立基于機會約束的有源配電網(wǎng)規(guī)劃數(shù)學模型，包括目標函數(shù)和約束條件；
[0008] 3)應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)學模型。
[0009] 步驟1)所述的風力發(fā)電出力數(shù)學模型是：
[0010]
【主權項】
1. 一種基于隨機機會約束的有源配電網(wǎng)規(guī)劃方法，其特征在于，包括如下步驟： 1) 對有源配電網(wǎng)中的風力發(fā)電出力和光伏發(fā)電出力兩個不確定因素分別建立相應的 風力發(fā)電出力數(shù)學模型和光伏發(fā)電出力數(shù)學模型； 2) 建立基于機會約束的有源配電網(wǎng)規(guī)劃數(shù)學模型，包括目標函數(shù)和約束條件； 3) 應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)學模型。
2. 根據(jù)權利要求1所述的一種基于隨機機會約束的有源配電網(wǎng)規(guī)劃方法，其特征在 于，步驟1)所述的風力發(fā)電出力數(shù)學模型是：
(4) V代表風速；k是Weibull分布的形 狀參數(shù)；c是Weibull分布的尺度參數(shù)；k、c這兩個參數(shù)根據(jù)風電場所在地區(qū)的氣象資料統(tǒng) 計所得到的平均風速μ和標準差σ近似得到。
3. 根據(jù)權利要求1所述的一種基于隨機機會約束的有源配電網(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)學模型是：
其中，Pm= rA η ;Α為方陣總面積
η為方陣總的光電轉換效率； r和RM(W/m2)分別為這一時間段內的實際光強和最大光強；α，β均為Beta分布的形狀參 數(shù)。
4. 根據(jù)權利要求1所述的一種基于隨機機會約束的有源配電網(wǎng)規(guī)劃方法，其特征在 于，步驟2)所述的目標函數(shù)是
式中，C是投資所費用；Clim為配電線路投資費用；α為年費用系數(shù)；Λ P1是配電線路 有功損耗;M為由配電線路可靠性轉換得到的缺供電量；β為區(qū)域產(chǎn)電比，τ為負荷系數(shù)， 反應負荷重要程度對經(jīng)濟效益的影響。
5. 根據(jù)權利要求4所述的一種基于隨機機會約束的有源配電網(wǎng)規(guī)劃方法，其特征在 于，所述的配電線路投資費用clinei要包括配電線路投資、斷路器投資、環(huán)網(wǎng)開關投資和組 網(wǎng)環(huán)網(wǎng)柜投資，所述的配電線路投資費用用下式進行計算：
式中，η是主干線路回數(shù)；Y是分支線路回數(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，包 括負荷開關或環(huán)網(wǎng)柜的投資；C h是組網(wǎng)環(huán)網(wǎng)柜的投資，針對"N-1"單環(huán)網(wǎng)的接線方式，每一 個"N-1"單環(huán)網(wǎng)都有一個組網(wǎng)環(huán)網(wǎng)柜。 配電線路有功損耗Λ P1的方程表達式，如下所示：
式中，N是變電站供電范圍內的負荷點數(shù)目；U是變電站高壓側母線的線電壓；cos Φ是 配電線路的功率因數(shù)A是第i個負荷點的負荷值是，L是兩個負荷點之間的配電線路長 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配電網(wǎng)進行隨機潮流計算而得到，在隨機潮流計算的過 程中將具有隨機性和波動性出力特性的風力發(fā)電出力和光伏發(fā)電出力采用步驟1)中所述 的風力發(fā)電出力數(shù)學模型和光伏發(fā)電出力數(shù)學模型。
6. 根據(jù)權利要求1所述的一種基于隨機機會約束的有源配電網(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)點電壓機會約束 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個節(jié)點電壓；Vmini和Vmax^別是第i個 節(jié)點電壓的上下限，βν為電壓約束的置信水平，Φ為系統(tǒng)機電集合； (2) 支路傳輸功率機會約束 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i接入DG的有功功率；為節(jié)點i最大可接入DG的有功功率； (4) 反向潮流約束 由于各負荷節(jié)點一般配備無功補償裝置，各節(jié)點維持較高的功率因數(shù)水平，為簡化問 題，不考慮下游網(wǎng)絡倒送無功的情況，因此有
式中，及為節(jié)點i的負荷；^為節(jié)點i的下游網(wǎng)絡的有功功率；為與節(jié)點i直接 相連的上級支路容量， 所述節(jié)點電壓約束、支路傳輸功率約束和反向潮流約束需要對配電網(wǎng)進行隨機潮流計 算而得到，在隨機潮流計算的過程中將具有隨機性和波動性出力特性的風力發(fā)電出力和光 伏發(fā)電出力采用步驟1)中所述的風力發(fā)電出力數(shù)學模型和光伏發(fā)電出力數(shù)學模型。
7. 根據(jù)權利要求1所述的一種基于隨機機會約束的有源配電網(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數(shù)，以及交叉和變異概率； (3) 采用隨機方法產(chǎn)生一組初始規(guī)劃方案，作為遺傳算法的初始種群，對于初始種群中 的每一個染色體，采用蒙特卡羅仿真方法檢驗每一個染色體是否滿足步驟2)所述的約束 條件，即根據(jù)隨機抽樣得到的電源和負荷方案，計算支路功率，檢驗是否違反步驟2)所述 的約束條件； (4) 計算所有染色體對應的目標函數(shù)值，即配電線路總投資與建造成本； (5) 以步驟（4)中求得的目標函數(shù)值為基礎，對違反步驟2)所述的約束條件的染色體 采用懲罰函數(shù)方法計算各染色體的適應度；對不違反步驟2)所述的約束條件的染色體，將 步驟（4)中求得的目標函數(shù)值直接作為適應度； (6) 采用輪盤賭方法對初始種群中的染色體進行選擇操作； (7) 對初始種群中的染色體進行交叉和變異操作，得到新一代染色體，之后利用蒙特卡 羅仿真方法檢驗是否滿足步驟2)所述的約束條件。 (8) 重復步驟（4)~步驟（7)，達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】一種基于隨機機會約束的有源配電網(wǎng)規(guī)劃方法，包括：對有源配電網(wǎng)中的風力發(fā)電出力和光伏發(fā)電出力兩個不確定因素分別建立相應的風力發(fā)電出力數(shù)學模型和光伏發(fā)電出力數(shù)學模型；建立基于機會約束的有源配電網(wǎng)規(guī)劃數(shù)學模型，包括目標函數(shù)和約束條件；應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)電出力的隨機性與不確定性，引入不確定規(guī)劃理論中的隨機機會約束規(guī)劃法，綜合考慮經(jīng)濟性和安全風險兩者的關系，在保證配電網(wǎng)安全性的基礎上實現(xiàn)分布式新能源最大限度的安全、經(jīng)濟的接入。
【IPC分類】G06Q10-04, G06Q50-06
【公開號】CN104751246
【申請?zhí)枴緾N201510165520
【發(fā)明人】屈高強, 劉洪 , 董曉晶, 李 榮, 黨東升
【申請人】國網(wǎng)寧夏電力公司經(jīng)濟技術研究院, 天津大學
【公開日】2015年7月1日
【申請日】2015年4月9日