本發(fā)明涉及配電網(wǎng)規(guī)劃技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種含分布式電源的配電網(wǎng)線性規(guī)劃模型。

背景技術(shù)：

隨著經(jīng)濟和社會的不斷發(fā)展，能源高效和安全利用正在受到越來越廣泛的關(guān)注，最接近終端用戶的配電網(wǎng)是電力系統(tǒng)的重要組成部分，其合理規(guī)劃建設(shè)也正得到日益充分的研究。

配電網(wǎng)規(guī)劃是根據(jù)規(guī)劃期間的負荷預(yù)測結(jié)果和現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的基本狀況，在滿足負荷增長和安全可靠供電的前提下，確定最優(yōu)的系統(tǒng)建設(shè)方案，使得配電網(wǎng)的建設(shè)和運行費用最小。由于配電網(wǎng)具有線路電阻較高、電壓波動較大等特點，在輸電網(wǎng)規(guī)劃中廣泛應(yīng)用的直流潮流模型并不適用于配電網(wǎng)絡(luò)，因此，在以往的研究中，針對配電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)約束的建立往往基于交流潮流模型。然而，交流潮流模型具有高度非線性，難以利用普通的數(shù)學(xué)優(yōu)化工具對基于交流潮流建立的配電網(wǎng)規(guī)劃模型進行求解。針對這種情況，大多數(shù)文獻選擇采用遺傳算法、粒子群算法等人工智能算法，但此類算法只適用于規(guī)模較小的優(yōu)化規(guī)劃問題的求解?；谝陨峡紤]，研究滿足一定精度要求的配電網(wǎng)線性化規(guī)劃模型，將極大地提升配電網(wǎng)規(guī)劃問題求解的效率，為配電網(wǎng)后續(xù)的理論研究提供進一步的基礎(chǔ)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對以上問題，本發(fā)明提供了一種含分布式電源的配電網(wǎng)線性規(guī)劃模型，滿足規(guī)模較大的配電網(wǎng)線性化規(guī)劃的模型優(yōu)化問題求解，將極大地提升配電網(wǎng)規(guī)劃問題求解的效率，可以有效解決背景技術(shù)中的問題。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：一種含分布式電源的配電網(wǎng)線性規(guī)劃模型，包括以下步驟：

步驟s1：建立電網(wǎng)規(guī)劃模型目標(biāo)函數(shù)，對于配電網(wǎng)規(guī)劃，在考慮了配電網(wǎng)中的分布式電源、網(wǎng)架結(jié)構(gòu)等因素的情況下，以配電網(wǎng)的建設(shè)成本、運行成本和環(huán)境成本最小為優(yōu)化目標(biāo)；

步驟s2：建立電網(wǎng)規(guī)劃模型的約束條件，其中包括潮流約束、網(wǎng)架結(jié)構(gòu)約束、發(fā)電容量約束、電量平衡約束、節(jié)點電壓約束、支路傳輸功率約束和分布式電源安裝容量約束。

作為本發(fā)明一種優(yōu)選的技術(shù)方案，步驟s1中所述電網(wǎng)規(guī)劃模型目標(biāo)函數(shù)為：

minf(x)＝γccon(x)+cope(x)+cenv(x)

其中，γ為建設(shè)成本等年值平均系數(shù)，r為貼現(xiàn)率，y為建設(shè)線路和設(shè)備的投資償還期；在所述電網(wǎng)規(guī)劃模型目標(biāo)函數(shù)當(dāng)中的規(guī)劃成本中包含建設(shè)成本ccon(x)、運行成本cope(x)和環(huán)境成本cenv(x)。

作為本發(fā)明一種優(yōu)選的技術(shù)方案，所述建設(shè)成本ccon(x)、運行成本cope(x)和環(huán)境成本cenv(x)的表達式分別為：

建設(shè)成本

運行成本

環(huán)境成本

其中，cab表示第a條線路第b種建設(shè)方案的費用，a表示待建線路的總數(shù)，b表示新建線路方案的總數(shù)，cde表示第d條線路第e種更換方案的費用，d表示待更換線路的總數(shù)，e表示更換線路方案的總數(shù)，cfbg表示第g種分布式電源建設(shè)方案的單位容量成本，pfbfg表示第f個節(jié)點第g種分布式電源建設(shè)方案的額定容量，f表示安裝分布式電源節(jié)點的總數(shù)，g表示分布式電源建設(shè)方案的總數(shù)，cjb0表示新建變電站的單位容量建設(shè)費用，sjbhi表示第h個節(jié)點第i種變電站建設(shè)方案的建設(shè)容量，h表示可能新建變電站的節(jié)點總數(shù)，i表示新建變電站的方案總數(shù)，ckb表示變電站擴容的單位容量建設(shè)費用，skbjk表示第j個節(jié)點第k種變電站擴容方案的擴容容量，j表示現(xiàn)有變電站節(jié)點的總數(shù)，k表示變電站擴容的方案總數(shù)，pb表示為配電網(wǎng)從上級電網(wǎng)購電的單位電價，wb表示向上級電網(wǎng)的年購電量，cyfbg表示第g種分布式電源建設(shè)方案的單位容量年運行成本，cyb表示變電站單位容量的年運行成本，cefbgl表示第g種分布式電源建設(shè)方案單位發(fā)電量產(chǎn)生第l種污染物帶來的環(huán)境成本，wfbfg表示第f個節(jié)點第g種分布式電源建設(shè)方案的年度發(fā)電量，l表示發(fā)電產(chǎn)生的污染物的種類總數(shù)，cebl表示向上級電網(wǎng)購得單位發(fā)電量產(chǎn)生第l種污染物帶來的環(huán)境成本。

作為本發(fā)明一種優(yōu)選的技術(shù)方案，步驟s2中7個約束的方程分別為：

潮流約束：采用潮流方程線性化模型

網(wǎng)架結(jié)構(gòu)約束：采用網(wǎng)絡(luò)連通性線性化模型

un＞ε

發(fā)電容量約束

電量平衡約束

節(jié)點電壓約束

unmin≤un≤unmax

支路傳輸功率約束

pmnmin≤pmn≤pmnmax

分布式電源安裝容量約束

其中，n表示電網(wǎng)節(jié)點總數(shù)，pm表示節(jié)點m的注入有功功率，qm表示節(jié)點m的注入無功功率，un表示節(jié)點n的節(jié)點電壓幅值，θn表示節(jié)點n的節(jié)點電壓相角，sb0表示現(xiàn)有變電站的容量，wfbfg表示表示第f個節(jié)點第g種分布式電源建設(shè)方案的年發(fā)電量，τ表示年最大負荷利用小時數(shù)，η表示配電網(wǎng)平均網(wǎng)損率，unmin表示節(jié)點n的節(jié)點電壓下限，unmax表示節(jié)點n的節(jié)點電壓上限，pmn表示節(jié)點m、n之間的線路傳輸?shù)挠泄β?，λ表示區(qū)域容載比，gn表示節(jié)點n的最大有功負荷，wb表示配電網(wǎng)向上級電網(wǎng)的年購電量，pmnmin表示節(jié)點m、n之間的線路傳輸?shù)挠泄β氏孪?，pmnmax表示節(jié)點m、n之間的線路傳輸?shù)挠泄β噬舷?，σ表示分布式電源裝機容量占配電網(wǎng)最大負荷的比例上限。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

首先對于配電網(wǎng)的潮流方程約束提出了線性化近似方法，然后對于配電網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)連通性約束提出了線性化近似方法，接著在上述近似約束模型的基礎(chǔ)上，建立了配電網(wǎng)規(guī)劃模型；

在以下三個不同的場景下對實例配電網(wǎng)分別基于所提線性化模型和傳統(tǒng)非線性模型利用一般數(shù)值優(yōu)化方法和遺傳算法進行求解、分析。

場景1：不考慮分布式電源的規(guī)劃，直接進行配電網(wǎng)網(wǎng)架規(guī)劃；

場景2：先進行配電網(wǎng)網(wǎng)架規(guī)劃，完成網(wǎng)架規(guī)劃后再進行分布式電源規(guī)劃；

場景3：進行含分布式電源的配電網(wǎng)綜合協(xié)調(diào)規(guī)劃。

滿足規(guī)模較大的配電網(wǎng)線性化規(guī)劃的模型優(yōu)化問題求解，將極大地提升配電網(wǎng)規(guī)劃問題求解的效率，本文提出的線性規(guī)劃模型對于現(xiàn)階段配電網(wǎng)規(guī)劃分析是有效的，相比于傳統(tǒng)的配電網(wǎng)非線性規(guī)劃模型，本文提出的線性規(guī)劃模型在保證精度的基礎(chǔ)上，具有較高的計算和分析效率。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實例待規(guī)劃網(wǎng)架的原始結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明基于線性化模型在場景1下的規(guī)劃結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明基于線性化模型在場景2下的規(guī)劃結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為本發(fā)明基于線性化模型在場景3下的規(guī)劃結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。

實施例：

請參閱圖1至圖4，本發(fā)明提供一種技術(shù)方案：

一種含分布式電源的配電網(wǎng)線性規(guī)劃模型，包括以下步驟：

步驟s1：建立電網(wǎng)規(guī)劃模型目標(biāo)函數(shù)，對于配電網(wǎng)規(guī)劃，在考慮了配電網(wǎng)中的分布式電源、網(wǎng)架結(jié)構(gòu)等因素的情況下，以配電網(wǎng)的建設(shè)成本、運行成本和環(huán)境成本最小為優(yōu)化目標(biāo)；

步驟s2：建立電網(wǎng)規(guī)劃模型的約束條件，其中包括潮流約束、網(wǎng)架結(jié)構(gòu)約束、發(fā)電容量約束、電量平衡約束、節(jié)點電壓約束、支路傳輸功率約束和分布式電源安裝容量約束。

如圖3和圖4所示，附表1為基于線性化模型在場景2、3下的分布式電源接入點的安裝容量:

附表1

如圖2、圖3和圖4所示，附表2為基于線性化模型在三個場景下的規(guī)劃方案成本對比表:

附表2

如圖2、圖3和圖4所示，附表3為基于非線性模型在三個場景下的規(guī)劃方案成本對比表:

附表3

如圖2、圖3和圖4所示，附表4為在三個場景下利用線性化模型和非線性模型進行求解時的所需時間對比表:

附表4

本發(fā)明的工作原理：首先進行潮流方程線性化處理，對于n節(jié)點網(wǎng)絡(luò)，電力系統(tǒng)分析中經(jīng)典的潮流方程可以表示為如下形式：

i＝1,2,...,n

其中，pi、qi、ui和θi分別表示節(jié)點i的有功功率注入、無功功率注入、電壓幅值和電壓相角，gij和bij則是網(wǎng)絡(luò)導(dǎo)納矩陣中相應(yīng)元素的實部和虛部。

通過將上述表達式變換成基于線路電導(dǎo)和電納參數(shù)的形式，同時采用如下近似方法：

gijui(ui-ujcosθij)≈gij(ui-uj)(3)

bijuiujsinθij≈bijθij＝bij(θi-θj)(4)

可將經(jīng)典的潮流方程寫成式(5)(6)的形式。其中，gii表示節(jié)點i的自電導(dǎo)，gij表示節(jié)點i和節(jié)點j之間線路的互電導(dǎo)，bij表示節(jié)點i和節(jié)點j之間線路的互電納，b'ij則是忽略節(jié)點接地導(dǎo)納得到的網(wǎng)絡(luò)導(dǎo)納矩陣中相關(guān)元素的虛部。

在本發(fā)明中，考慮到配電網(wǎng)自身的特性，忽略節(jié)點接地阻抗，對于(5)進行改進，最終得到網(wǎng)絡(luò)潮流線性化模型：

然后進行網(wǎng)絡(luò)連通性線性化處理，對于一個連通的電網(wǎng)，在其中一個節(jié)點注入單位電流，則其他節(jié)點均會產(chǎn)生相應(yīng)的節(jié)點電壓，節(jié)點電壓的大小等于這兩個節(jié)點之間的互阻抗大小。因此，本發(fā)明基于上述網(wǎng)絡(luò)阻抗矩陣的思想提出如下的網(wǎng)絡(luò)連通性約束：

ui＞ε,i＝1,2,...,n(9)

ui為當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中某個節(jié)點的注入單位電流，在網(wǎng)絡(luò)中所有節(jié)點連通時，網(wǎng)絡(luò)中任意一個節(jié)點i的電壓幅值，ε是充分小的正數(shù)。

設(shè)某待規(guī)劃建設(shè)的原始電網(wǎng)(存在網(wǎng)絡(luò)不連通情況)，其導(dǎo)納矩陣為y0。定義0-1決策變量xb表示待選新建線路b的投建狀態(tài)，0表示該線路不投建，1表示投建，所有待選新建線路的集合標(biāo)記為b。同時，線路b的始末端依次標(biāo)記為fb和tb，則該原始網(wǎng)絡(luò)的電壓電流關(guān)系方程可寫為：

其中，列向量mb為描述支路b和節(jié)點關(guān)聯(lián)特性的向量，元素數(shù)量等于網(wǎng)絡(luò)節(jié)點總數(shù)，第fb個元素為1，第tb個元素為-1。由于矩陣中為稀疏矩陣，則利用此稀疏特性實現(xiàn)的線性化描述，將(10)轉(zhuǎn)換為：

式中，和為維數(shù)等于網(wǎng)絡(luò)支路總數(shù)的虛擬向量。通過引入大數(shù)m，和中對應(yīng)于支路始末端的元素可表示為如下形式，其他位置元素均為0：

式(9)，(11)-(13)即為本發(fā)明中的網(wǎng)絡(luò)連通性線性約束表達式。

接著提出了基于線性潮流約束的配電網(wǎng)規(guī)劃模型，模型中的優(yōu)化變量包括：

(1)0-1決策變量：決定線路是否新建xjx、線路是否更換xhx、分布式電源是否新建xfb、變電站是否新建xjb、變電站是否擴容xkb

(2)實數(shù)變量：分布式電源的新建容量，變電站的新建容量和擴容容量，分布式電源的年發(fā)電量以及向上級電網(wǎng)年購電量。

由于進行了線性化處理，本發(fā)明所提模型可以通過一般的數(shù)學(xué)優(yōu)化工具包進行求解。

最終，通過建立規(guī)劃模型的目標(biāo)函數(shù)和建立規(guī)劃模型的約束條件實現(xiàn)對于配電網(wǎng)的潮流方程和連通性進行了線性化近似處理，相比于傳統(tǒng)的配電網(wǎng)非線性規(guī)劃模型，本文提出的線性規(guī)劃模型在保證精度的基礎(chǔ)上，具有較高的計算和分析效率。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。