本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)的配電網(wǎng)，尤其是一種基于全壽命周期成本的主動(dòng)配電網(wǎng)規(guī)劃方法。

背景技術(shù)：

配電網(wǎng)作為電力系統(tǒng)的一個(gè)重要組成部分，承擔(dān)著將電能安全、穩(wěn)定、可靠地輸送到終端用戶的任務(wù)，是電力系統(tǒng)穩(wěn)定、安全運(yùn)行的一個(gè)重要保障環(huán)節(jié)。配電網(wǎng)的兩端分別連接著輸電網(wǎng)和用戶終端，它的安全性、穩(wěn)定性、可靠性直接關(guān)系到工業(yè)用電、商業(yè)用電和居民用電的安全性和可靠性，而且它的電能質(zhì)量直接關(guān)系到整個(gè)電網(wǎng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性，同時(shí)也影響著用戶的用電安全，由此可見，配電網(wǎng)在電力系統(tǒng)中具有舉足輕重的作用。目前，從國內(nèi)外配電網(wǎng)的發(fā)展?fàn)顩r來看，各國的配電網(wǎng)事業(yè)正日益受到重視。

隨著能源壓力加大和環(huán)保意識(shí)的提升，風(fēng)力發(fā)電、光伏發(fā)電等可再生能源發(fā)電比重不斷增加，高滲透率下新能源發(fā)電的不間斷隨機(jī)接入給配電網(wǎng)帶來新的挑戰(zhàn)。同時(shí)，分布式電源和電動(dòng)汽車等規(guī)模化發(fā)展，其具有分散性、不穩(wěn)定性、間歇性的特點(diǎn)，將給傳統(tǒng)配電網(wǎng)帶來諸如電壓越限、雙向潮流等問題，配電網(wǎng)由被動(dòng)控制過渡到主動(dòng)控制是未來電網(wǎng)的發(fā)展模式和方向之一。

主動(dòng)配電網(wǎng)是實(shí)現(xiàn)大規(guī)模間歇式新能源并網(wǎng)運(yùn)行控制、電網(wǎng)與充放電設(shè)備互動(dòng)、智能配用電等電網(wǎng)分析與運(yùn)行關(guān)鍵技術(shù)的有效解決方案。然而，主動(dòng)配電網(wǎng)還處在發(fā)展階段，尚有規(guī)劃優(yōu)化等部分亟待解決的理論問題和技術(shù)問題。

綜上所述，考慮到目前主動(dòng)配電網(wǎng)規(guī)劃方法尚不完善，需要一種新的主動(dòng)配電網(wǎng)規(guī)劃方法以解決上述問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，提供一種基于全壽命周期成本的主動(dòng)配電網(wǎng)規(guī)劃方法，所述方法基于全壽命周期成本的計(jì)算方法，有效計(jì)及了主動(dòng)配電網(wǎng)的運(yùn)行成本。本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

一種基于全壽命周期成本的主動(dòng)配電網(wǎng)規(guī)劃方法，包括以下步驟：

步驟1：設(shè)置dg的有功功率，用以限制配電網(wǎng)電壓；

步驟2：設(shè)置變壓器有載調(diào)壓的主動(dòng)管理，保持變壓器輸出電壓在給定的范圍；

步驟3：設(shè)置無功補(bǔ)償器的主動(dòng)管理，保持配電網(wǎng)的無功功率在給定的范圍；

步驟4：設(shè)定負(fù)荷增長率和能源價(jià)格浮動(dòng)是相互獨(dú)立的，則總的用戶用電場景集合πs為：

πs＝πl(wèi)×πp

其中，πl(wèi)和πp分別為第l個(gè)負(fù)荷增長率和第p個(gè)能源價(jià)格浮動(dòng)情況下的概率值；場景集合πs總共有l(wèi)×p種狀態(tài)；

步驟5：進(jìn)行負(fù)荷建模，負(fù)荷的計(jì)算公式為：

其中，j'為虛數(shù)單位，和分別表示負(fù)荷總的視在功率、有功功率和無功功率；i表示節(jié)點(diǎn)i，t表示年數(shù)，h表示需求水平，s表示場景，dlfh表示需求水平系數(shù)，γs表示需求增長率；分別表示基礎(chǔ)負(fù)荷的有功功率和無功功率；

步驟6：確定電力市場的電價(jià)，從售電公司購買的電價(jià)λh,s是由市場決定的，電價(jià)的數(shù)值在每個(gè)需求水平上都不一樣，電價(jià)λh,s計(jì)算公式為：

λh,s＝ρs×plfh

其中，ρs為基礎(chǔ)電價(jià)，plfh表示需求水平h的價(jià)格水平系數(shù)；

步驟7：確定潮流方程的約束條件公式為：

其中，和分別為發(fā)電機(jī)的有功功率和無功功率；和分別為dg的有功功率和無功功率；ui,t表示等效于1的二進(jìn)制變量，當(dāng)dg在第t年、配置在節(jié)點(diǎn)i所在位置時(shí)，ui,t為1，否則為0；vi,t,h,s和vj,t,h,s為交流節(jié)點(diǎn)的電壓，i和j分別表示節(jié)點(diǎn)i和節(jié)點(diǎn)j；g和b為節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣的系數(shù)；δ為功率因數(shù)角；

步驟8：設(shè)定uni,t表示系統(tǒng)第i個(gè)節(jié)點(diǎn)、第t年安裝的dg裝置數(shù)量，其計(jì)算公式為：

步驟9：安全運(yùn)行范圍內(nèi)的電壓約束公式為：

vi^min≤vi,t,t,s≤vi^max

vi^min表示節(jié)點(diǎn)i的最大電壓，vi^max為節(jié)點(diǎn)i的最小電壓；

步驟10：有功功率和無功功率的范圍與變電站的容量成比例，其約束公式為：

和分別為變電站有功功率的最大、最小值；和分別為變電站無功功率的最大、最小值；和分別為第t年、需求水平h、場景s情況下從電網(wǎng)吸收的有功功率、無功功率；

步驟11：dg裝置的裝機(jī)容量范圍的約束公式為：

分別表示dg的有功最小、最大值，無功功率的最小、最大值；

步驟12：dg裝置實(shí)際運(yùn)行時(shí)在各個(gè)需求水平均保持恒功率因數(shù)，且滿足以下關(guān)系：

步驟13：配電線路的功率傳輸容量應(yīng)滿足如下約束條件：

sij,t,h,s表示支路ij間、場景s情況下的潮流，表示支路ij間的最大潮流；

步驟14：變壓器分接頭的調(diào)整范圍為：

其中，k表示變壓器分接頭的檔位；

tk,h,s表示分接開關(guān)k、需求水平h、場景s情況下的分接頭參數(shù)；分別表示分接開關(guān)k的最小、最大參數(shù)值；

步驟15：目標(biāo)函數(shù)中，dg的投資成本dgic的計(jì)算公式為：

其中，α＝1/(1+intr)^t和β＝((1+infr)/(1+intr))^t均為成本函數(shù)的系數(shù)；當(dāng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)規(guī)劃時(shí)，系數(shù)α起作用；當(dāng)進(jìn)行靜態(tài)規(guī)劃時(shí)，系數(shù)β起作用；infr和intr分別表示通貨膨脹率和利率；ndg表示dg的數(shù)量；表示dg的視在功率最大值，表示dg單元的投資費(fèi)用；

步驟16：目標(biāo)函數(shù)中，dg的維護(hù)和運(yùn)行成本dgoc的計(jì)算公式為：

ns表示最大的場景范圍；nh表示最大的需求水平范圍；ocdg表示dg裝置的經(jīng)營成本；τdl表示一年內(nèi)的需求水平系數(shù)；costmain,n表示第n個(gè)dg的維修費(fèi)用；

步驟17：目標(biāo)函數(shù)中，從售電公司購買的電價(jià)成本gc的計(jì)算公式為：

表示第t年、需求水平h、場景s情況下從電網(wǎng)吸收的有功功率，τh表示需求水平h的持續(xù)時(shí)間；

步驟18：目標(biāo)函數(shù)中，有功功率損耗的成本lc的計(jì)算公式為：

表示第t年、需求水平h、場景s情況下的無功功率損耗；

步驟19：有功功率的期望值計(jì)算公式為：

表示第t年、需求水平h情況下的有功功率損耗，表示第t年、需求水平h、場景s情況下的有功功率損耗；

步驟20：目標(biāo)函數(shù)中，主動(dòng)管理設(shè)備的成本amc的計(jì)算公式為：

t表示規(guī)劃周期，表示節(jié)點(diǎn)i、第t年、場景s情況下注入到dg中的無功功率，表示am的經(jīng)營成本，表示am的投資成本；am表示主動(dòng)管理設(shè)備；

步驟21：綜上所述，總的成本函數(shù)cf的計(jì)算公式為：

cf＝dgic+dgoc+gc+lc+ω×amc

其中，ω表示主動(dòng)管理方法系數(shù)，當(dāng)未采用主動(dòng)管理時(shí)，ω為0。

進(jìn)一步地，步驟3中還包括：采用自動(dòng)抄表系統(tǒng)和無功補(bǔ)償器，基于主動(dòng)管理程序?qū)崿F(xiàn)主動(dòng)配電網(wǎng)的最優(yōu)和智能運(yùn)行。

本發(fā)明公開了一種基于全壽命周期成本的主動(dòng)配電網(wǎng)規(guī)劃方法，該方法步驟包括設(shè)置dg的有功功率、變壓器有載調(diào)壓的主動(dòng)管理和無功補(bǔ)償器的主動(dòng)管理，以保持配電網(wǎng)的無功功率在給定的范圍；對(duì)負(fù)荷進(jìn)行建模，定義電壓、有功功率和無功功率的約束公式；確定目標(biāo)函數(shù)，包括dg的投資成本、dg的維護(hù)和運(yùn)行成本、從售電公司購買的電價(jià)成本、有功功率損耗的成本、有功功率的期望值、主動(dòng)管理設(shè)備的成本；最后求得總的成本函數(shù)；同時(shí)，規(guī)劃中采用了基于全壽命周期成本的方法，有效計(jì)及了主動(dòng)配電網(wǎng)的運(yùn)行成本。本發(fā)明方法采用了自動(dòng)抄表系統(tǒng)和無功補(bǔ)償器，基于主動(dòng)管理模式實(shí)現(xiàn)主動(dòng)配電網(wǎng)的最優(yōu)和智能運(yùn)行。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的主動(dòng)配電網(wǎng)管理系統(tǒng)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。

如圖1所示，本實(shí)施例提出的主動(dòng)配電網(wǎng)管理系統(tǒng)，包括20kv配電網(wǎng)、0.4kv配電網(wǎng)，控制中心，遠(yuǎn)方測量設(shè)備，本地測量設(shè)備，饋線，無功補(bǔ)償設(shè)備，負(fù)荷，遠(yuǎn)方抄表系統(tǒng)和分布式電源；

控制中心包括約束條件模塊、偽測量模塊、主動(dòng)配電網(wǎng)狀態(tài)估計(jì)模塊、變壓器有載調(diào)壓和無功補(bǔ)償器的控制模塊；其中，約束條件模塊與變壓器有載調(diào)壓和無功補(bǔ)償器的控制模塊單向連接，偽測量模塊與主動(dòng)配電網(wǎng)狀態(tài)估計(jì)模塊單向連接，主動(dòng)配電網(wǎng)狀態(tài)估計(jì)模塊與變壓器有載調(diào)壓和無功補(bǔ)償器的控制模塊單向連接；

圖1中qs代表斷路器，用×表示；t1和t2代表變壓器；

20kv配電網(wǎng)的母線通過20kv饋線連接20/0.4kv變壓器的輸入端，變壓器的輸出端連接0.4kv配電網(wǎng)的母線；

本地測量設(shè)備連接饋線和變壓器，采集饋線和變壓器的實(shí)時(shí)電氣數(shù)據(jù)，并發(fā)送至控制中心；本地測量設(shè)備連接控制中心；

控制中心分別連接并控制各變壓器；無功補(bǔ)償設(shè)備、分布式電源(圖1中的dg：distributedgeneration)和遠(yuǎn)方抄表系統(tǒng)連接遠(yuǎn)方測量設(shè)備，遠(yuǎn)方測量設(shè)備連接控制中心；

無功補(bǔ)償設(shè)備連接0.4kv配電網(wǎng)的母線；各負(fù)荷連接0.4kv配電網(wǎng)的母線；各分布式電源連接0.4kv配電網(wǎng)的母線。

所述饋線上設(shè)有斷路器；變壓器輸出端與0.4kv配電網(wǎng)的母線之間的線路上設(shè)有斷路器；無功補(bǔ)償設(shè)備與0.4kv配電網(wǎng)的母線之間的線路上設(shè)有斷路器；負(fù)荷與0.4kv配電網(wǎng)的母線之間的線路上設(shè)有斷路器；分布式電源與0.4kv配電網(wǎng)的母線之間的線路上設(shè)有斷路器；20kv配電網(wǎng)中的斷路器連接本地測量設(shè)備，0.4kv配電網(wǎng)中的斷路器連接遠(yuǎn)方測量設(shè)備。

其中，遠(yuǎn)方測量設(shè)備采集遠(yuǎn)方抄表系統(tǒng)數(shù)據(jù)、dg數(shù)據(jù)、無功補(bǔ)償設(shè)備數(shù)據(jù)，并發(fā)送至控制中心；本地測量設(shè)備采集20kv饋線數(shù)據(jù)，并送至控制中心。

為了克服現(xiàn)有技術(shù)中提及的缺陷，本發(fā)明提供了一種基于全壽命周期成本的主動(dòng)配電網(wǎng)規(guī)劃方法，該方法在規(guī)劃過程中考慮了主動(dòng)管理，包括以下步驟：

步驟1：設(shè)置dg的有功功率，用以限制配電網(wǎng)電壓；

步驟2：設(shè)置變壓器有載調(diào)壓的主動(dòng)管理，保持變壓器輸出電壓在給定的范圍；

步驟3：設(shè)置無功補(bǔ)償器的主動(dòng)管理，保持配電網(wǎng)的無功功率在給定的范圍；采用自動(dòng)抄表系統(tǒng)和無功補(bǔ)償器，基于主動(dòng)管理程序?qū)崿F(xiàn)主動(dòng)配電網(wǎng)的最優(yōu)和智能運(yùn)行；

步驟4：設(shè)定負(fù)荷增長率和能源價(jià)格浮動(dòng)是相互獨(dú)立的，則總的用戶用電場景集合πs為：

πs＝πl(wèi)×πp

其中，πl(wèi)和πp分別為第l個(gè)負(fù)荷增長率和第p個(gè)能源價(jià)格浮動(dòng)情況下的概率值；場景集合πs總共有l(wèi)×p種狀態(tài)；

步驟5：進(jìn)行負(fù)荷建模，負(fù)荷的計(jì)算公式為：

其中，j'為虛數(shù)單位，和分別表示負(fù)荷總的視在功率、有功功率和無功功率；i表示節(jié)點(diǎn)，t表示年數(shù)，h表示需求水平，s表示場景，dlfh表示需求水平系數(shù)，γs表示需求增長率；分別表示基礎(chǔ)負(fù)荷的有功功率和無功功率；

步驟6：確定電力市場的電價(jià)，從售電公司購買的電價(jià)λh,s是由市場決定的，電價(jià)的數(shù)值在每個(gè)需求水平上都不一樣，電價(jià)λh,s計(jì)算公式為：

λh,s＝ρs×plfh

其中，ρs為基礎(chǔ)電價(jià)，plfh表示需求水平h的價(jià)格水平系數(shù)；

步驟7：確定潮流方程的約束條件公式為：

其中，和分別為發(fā)電機(jī)的有功功率和無功功率；和分別為dg的有功功率和無功功率；ui,t表示等效于1的二進(jìn)制變量，當(dāng)dg在第t年、配置在節(jié)點(diǎn)i所在位置時(shí)，ui,t為1，否則為0；vi,t,h,s和vj,t,h,s為交流節(jié)點(diǎn)的電壓，i和j分別表示節(jié)點(diǎn)i和節(jié)點(diǎn)j；g和b為節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣的系數(shù)；δ為功率因數(shù)角；

例如，vj,t,h,s表示節(jié)點(diǎn)j、t年、需求水平h、場景s情況下的交流節(jié)點(diǎn)電壓幅值；

步驟8：設(shè)定uni,t表示系統(tǒng)第i個(gè)節(jié)點(diǎn)、第t年安裝的dg裝置數(shù)量，其計(jì)算公式為：

步驟9：安全運(yùn)行范圍內(nèi)的電壓約束公式為：

vi^min≤vi,t,t,s≤vi^max

vi^min表示節(jié)點(diǎn)i的最大電壓，vi^max為節(jié)點(diǎn)i的最小電壓；

步驟10：有功功率和無功功率的范圍與變電站的容量成比例，其約束公式為：

和分別為變電站有功功率的最大、最小值；和分別為變電站無功功率的最大、最小值；和分別為第t年、需求水平h、場景s情況下從電網(wǎng)吸收的有功功率、無功功率；

步驟11：dg裝置的裝機(jī)容量范圍的約束公式為：

分別表示dg的有功最小、最大值，無功功率的最小、最大值；

步驟12：dg裝置實(shí)際運(yùn)行時(shí)在各個(gè)需求水平均保持恒功率因數(shù)，且滿足以下關(guān)系：

步驟13：配電線路的功率傳輸容量應(yīng)滿足如下約束條件：

sij,t,h,s表示支路ij間、場景s情況下的潮流，表示支路ij間的最大潮流；

步驟14：變壓器分接頭的調(diào)整范圍為：

其中，k表示變壓器分接頭的檔位；

tk,h,s表示分接開關(guān)k、需求水平h、場景s情況下的分接頭參數(shù)；分別表示分接開關(guān)k的最小、最大參數(shù)值；

步驟15：目標(biāo)函數(shù)中，dg的投資成本dgic的計(jì)算公式為：

其中，α＝1/(1+intr)^t和β＝((1+infr)/(1+intr))^t均為成本函數(shù)的系數(shù)；當(dāng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)規(guī)劃時(shí)，系數(shù)α起作用；當(dāng)進(jìn)行靜態(tài)規(guī)劃時(shí)，系數(shù)β起作用；infr和intr分別表示通貨膨脹率和利率；ndg表示dg的數(shù)量；表示dg的視在功率最大值，表示dg單元的投資費(fèi)用；

步驟16：目標(biāo)函數(shù)中，dg的維護(hù)和運(yùn)行成本dgoc的計(jì)算公式為：

ns表示最大的場景范圍；nh表示最大的需求水平范圍；ocdg表示dg裝置的經(jīng)營成本；τdl表示一年內(nèi)的需求水平系數(shù)；costmain,n表示第n個(gè)dg的維修費(fèi)用；

步驟17：目標(biāo)函數(shù)中，從售電公司購買的電價(jià)成本gc的計(jì)算公式為：

表示第t年、需求水平h、場景s情況下從電網(wǎng)吸收的有功功率，τh表示需求水平h的持續(xù)時(shí)間；

步驟18：目標(biāo)函數(shù)中，有功功率損耗的成本lc的計(jì)算公式為：

表示第t年、需求水平h、場景s情況下的無功功率損耗；

步驟19：有功功率的期望值計(jì)算公式為：

表示第t年、需求水平h情況下的有功功率損耗，表示第t年、需求水平h、場景s情況下的有功功率損耗；

步驟20：目標(biāo)函數(shù)中，主動(dòng)管理設(shè)備的成本amc的計(jì)算公式為：

t表示規(guī)劃周期，表示節(jié)點(diǎn)i、第t年、場景s情況下注入到dg中的無功功率，表示am的經(jīng)營成本，表示am的投資成本；am表示主動(dòng)管理設(shè)備；

步驟21：綜上所述，總的成本函數(shù)cf的計(jì)算公式為：

cf＝dgic+dgoc+gc+lc+ω×amc

其中，ω表示主動(dòng)管理方法系數(shù)，當(dāng)系統(tǒng)未采用主動(dòng)管理時(shí)，ω為0。