考慮分布式電源特性的有源配電網(wǎng)智能軟開(kāi)關(guān)規(guī)劃方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種有源配電網(wǎng)智能軟開(kāi)關(guān)規(guī)劃方法。特別是涉及一種考慮分布式電 源特性的有源配電網(wǎng)智能軟開(kāi)關(guān)規(guī)劃方法。
【背景技術(shù)】
[0002]可再生能源是能源體系的重要組成部分，具有資源分布廣、開(kāi)發(fā)潛力大、環(huán)境影響 小、可永續(xù)利用的特點(diǎn)，是有利于人與自然和諧發(fā)展的能源資源。開(kāi)發(fā)和利用可再生能源已 成為我國(guó)應(yīng)對(duì)日益嚴(yán)峻的能源環(huán)境問(wèn)題的必由之路，也是智能電網(wǎng)的發(fā)展必須考慮的重要 因素。目前，可再生能源的接入主要分為兩種，即集中式接入和分布式接入?？梢灶A(yù)見(jiàn)，未來(lái) 在配電系統(tǒng)層面可再生能源的利用將更多的是通過(guò)分布式的方式廣泛、高密度地接入配電 網(wǎng)，并扮演越來(lái)越重要的角色。
[0003]分布式電源(DistributedGenerator，DG)的高滲透率接入不斷滿足電網(wǎng)的能量 需求，其中，間歇性分布式電源作為分布式電源的重要組成部分，主要包括風(fēng)力發(fā)電與光伏 發(fā)電兩種。分布式電源大量接入配電網(wǎng)能帶來(lái)降低系統(tǒng)損耗、提高供電可靠性、減少環(huán)境污 染等一系列益處。但是分布式電源尤其是間歇性分布式電源大量接入配電網(wǎng)后，因其出力 受環(huán)境影響較大且具有明顯的隨機(jī)性和波動(dòng)性，會(huì)給配電網(wǎng)帶來(lái)許多問(wèn)題，如網(wǎng)損增加、電 壓越限等。而傳統(tǒng)配電系統(tǒng)中調(diào)節(jié)手段有限，難以應(yīng)對(duì)大量間歇性分布式電源的接入。智能 軟開(kāi)關(guān)(SoftNormallyOpenPoint，SN0P)就是在上述背景下衍生出的取代傳統(tǒng)聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān) 的一種新型智能配電裝置。與開(kāi)關(guān)操作相比，SN0P的功率控制更加安全、可靠，甚至可以實(shí) 現(xiàn)實(shí)時(shí)優(yōu)化，能夠有效應(yīng)對(duì)間歇性分布式電源的隨機(jī)性和波動(dòng)性帶來(lái)的一系列問(wèn)題，SN0P 是解決上述問(wèn)題的重要手段。但是，SN0P的實(shí)現(xiàn)主要基于全控型電力電子裝置，這些裝置本 身的投資與運(yùn)行成本較高，因此，對(duì)SN0P的合理規(guī)劃就顯得十分必要。
[0004]在SN0P規(guī)劃問(wèn)題中，針對(duì)間歇性分布式電源出力的不確定性問(wèn)題，場(chǎng)景分析法因 其可以明確體現(xiàn)不確定因素的概率特征而被廣泛采用。場(chǎng)景分析法通過(guò)把具有連續(xù)概率分 布的隨機(jī)向量離散成場(chǎng)景集合，將隨機(jī)優(yōu)化問(wèn)題轉(zhuǎn)換成確定性問(wèn)題進(jìn)行求解，而如何構(gòu)建 合適的場(chǎng)景集是場(chǎng)景分析法所要重點(diǎn)解決的問(wèn)題。而如何既要盡可能好的逼近原概率分 布，又要盡可能減少場(chǎng)景集的個(gè)數(shù)也是亟待解決的問(wèn)題之一。
[0005]綜上所述，SN0P規(guī)劃問(wèn)題既要考慮SN0P位置、容量等整數(shù)規(guī)劃問(wèn)題，又要借助場(chǎng)景 分析方法考慮間歇性分布式電源出力不確定性，而配電系統(tǒng)潮流優(yōu)化問(wèn)題本身具有很高的 維數(shù)與很強(qiáng)的非線性，隨著場(chǎng)景個(gè)數(shù)的增多，規(guī)劃問(wèn)題求解維數(shù)急劇增大，成為復(fù)雜的大規(guī) ?；旌险麛?shù)非線性規(guī)劃問(wèn)題，導(dǎo)致其求解變得十分困難，甚至不可行。
[0006]對(duì)于求解這類復(fù)雜的大規(guī)?；旌险麛?shù)非線性規(guī)劃問(wèn)題，目前還很難找到一種快 速、有效的求解方法。對(duì)于該問(wèn)題的求解目前已經(jīng)提出和發(fā)展了多種優(yōu)化方法，主要有包 括:1)傳統(tǒng)數(shù)學(xué)優(yōu)化方法，其中包括解析法、連續(xù)消去法等;2)啟發(fā)式算法，其中包括靈敏度 分析法、專家系統(tǒng)等;3)隨機(jī)優(yōu)化方法，其中包括遺傳算法、粒子群算法等。
[0007]雖然上述方法或技術(shù)都有一定的應(yīng)用，但也都存在著明顯的不足，如傳統(tǒng)數(shù)學(xué)優(yōu) 化方法雖然理論上可進(jìn)行全局尋優(yōu)，但在實(shí)際應(yīng)用時(shí)不可避免地存在"維數(shù)災(zāi)"問(wèn)題，計(jì)算 時(shí)間往往呈現(xiàn)爆炸式激增；啟發(fā)式算法在時(shí)間復(fù)雜度方面要求有一個(gè)多項(xiàng)式時(shí)間界，計(jì)算 速度快，但得到的最優(yōu)解或者缺乏數(shù)學(xué)意義上的最優(yōu)性或者只是局部最優(yōu)解;雖然隨機(jī)優(yōu) 化方法所搜尋的最終解與初始解無(wú)關(guān)，但對(duì)于不同規(guī)模的配電網(wǎng)需要重新設(shè)置其控制參 數(shù)、種群數(shù)量、迭代次數(shù)等，從而來(lái)保證以較大的幾率找到全局最優(yōu)解。啟發(fā)式和隨機(jī)方法 多適用于求解整數(shù)規(guī)劃問(wèn)題，但對(duì)于考慮分布式電源隨機(jī)性的有源配電網(wǎng)智能軟開(kāi)關(guān)規(guī)劃 方法，數(shù)學(xué)本質(zhì)上是大規(guī)?；旌险麛?shù)非線性規(guī)劃問(wèn)題，所以傳統(tǒng)數(shù)學(xué)優(yōu)化方法、啟發(fā)式算法 對(duì)于求解這類問(wèn)題上，速度或精度多不能同時(shí)滿足要求。因此，需要一種準(zhǔn)確、快速求解上 述規(guī)劃問(wèn)題的模型與算法。
[0008]考慮到潮流優(yōu)化問(wèn)題本身非線性強(qiáng)，維數(shù)高，借助場(chǎng)景分析后急劇增大了優(yōu)化問(wèn) 題的維數(shù)，使SN0P規(guī)劃問(wèn)題變?yōu)榇笠?guī)?；旌险麛?shù)非線性規(guī)劃問(wèn)題(MINLP)，目前已有的方法 均難以求解。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是，提供一種能夠綜合考慮SN0P的投資、運(yùn)行成本以 及SN0P損耗和網(wǎng)絡(luò)損耗等配電網(wǎng)投資運(yùn)行費(fèi)用，合理確定SN0P選址與定容方案的考慮分布 式電源特性的有源配電網(wǎng)智能軟開(kāi)關(guān)規(guī)劃方法。
[0010]本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:一種考慮分布式電源特性的有源配電網(wǎng)智能軟開(kāi)關(guān) 規(guī)劃方法，包括如下步驟：
[0011] 1)根據(jù)選定的配電系統(tǒng)分別輸入:線路參數(shù)、負(fù)荷水平和網(wǎng)絡(luò)拓?fù)溥B接關(guān)系的初 值，系統(tǒng)運(yùn)行電壓水平和支路電流限制的初值，分布式電源接入位置、類型和容量的初值， 以及系統(tǒng)基準(zhǔn)電壓和基準(zhǔn)功率的初值；
[0012] 2)基于瓦瑟斯坦距離的最優(yōu)場(chǎng)景生成原理，依據(jù)配電網(wǎng)所在地的風(fēng)力發(fā)電功率與 光伏發(fā)電功率的概率密度曲線，得到考慮風(fēng)光不確定性的智能軟開(kāi)關(guān)規(guī)劃場(chǎng)景及對(duì)應(yīng)的概 率；
[0013] 3)依據(jù)步驟1)提供的配電系統(tǒng)參數(shù)和步驟2)生成的規(guī)劃場(chǎng)景，同時(shí)考慮分布式電 源出力的不確定性、智能軟開(kāi)關(guān)的投資和運(yùn)行成本、智能軟開(kāi)關(guān)的運(yùn)行損耗以及網(wǎng)絡(luò)損耗， 建立有源配電網(wǎng)智能軟開(kāi)關(guān)規(guī)劃問(wèn)題數(shù)學(xué)模型，所述的有源配電網(wǎng)智能軟開(kāi)關(guān)規(guī)劃問(wèn)題數(shù) 學(xué)模型包括:設(shè)定配電系統(tǒng)年綜合費(fèi)用最小為上層目標(biāo)函數(shù)，配電系統(tǒng)各場(chǎng)景運(yùn)行損耗最 小為下層目標(biāo)函數(shù)，并考慮系統(tǒng)潮流約束、系統(tǒng)運(yùn)行約束、智能軟開(kāi)關(guān)運(yùn)行約束；
[0014] 4)根據(jù)錐規(guī)劃的標(biāo)準(zhǔn)形式對(duì)步驟3)所述的考慮分布式電源特性的有源配電網(wǎng)智 能軟開(kāi)關(guān)規(guī)劃問(wèn)題數(shù)學(xué)模型中非線性約束進(jìn)行錐模型轉(zhuǎn)化；
[0015] 5)依據(jù)模擬退火算法的基本參數(shù)，隨機(jī)產(chǎn)生智能軟開(kāi)關(guān)規(guī)劃方案，同時(shí)采用錐規(guī) 劃算法，優(yōu)化各場(chǎng)景運(yùn)行狀態(tài)，并計(jì)算上層與下層目標(biāo)函數(shù)值；
[0016] 6)依據(jù)模擬退火算法的基本原理，依據(jù)上層與下層目標(biāo)函數(shù)值分析步驟5)產(chǎn)生方 案的適應(yīng)度，如果不是最優(yōu)解，則返回步驟5);如果是最優(yōu)解，則輸出結(jié)果，包括選定智能軟 開(kāi)關(guān)的位置與容量、各場(chǎng)景下智能軟開(kāi)關(guān)最優(yōu)傳輸功率值、網(wǎng)絡(luò)潮流結(jié)果以及目標(biāo)函數(shù)值。 [00 17]步驟2)包括有：
[0018] (1)服從韋伯分布的風(fēng)力發(fā)電功率概率密度函數(shù)
[0020]式中V為風(fēng)速，k和c分別為韋伯分布的形狀參數(shù)和尺度參數(shù)，PWT為風(fēng)力發(fā)電的功 率，Ριτ,Ν為風(fēng)力發(fā)電的額定功率，Vci、Vr、Vc。分別是切入風(fēng)速、額定風(fēng)速和切出風(fēng)速，δ( ·)為 沖激函數(shù)，a和b是由功率曲線所確定的擬合參數(shù)，按照下式計(jì)算：
[0023] (2)服從貝塔分布的光伏發(fā)電功率概率密度函數(shù)
[0025]式中α和β是貝塔分布的兩個(gè)參數(shù)，Γ( ·)為伽馬函數(shù)，Ppv為光伏發(fā)電的功率，Ρρν,Ν為光伏發(fā)電額定功率；
[0026] (3)基于瓦瑟斯坦距離的最優(yōu)場(chǎng)景生成基本原理，假定變量X的連續(xù)概率密度函數(shù) 為f(x)，希望以S個(gè)離散分點(diǎn)的離散場(chǎng)景近似f(x)，則基于瓦瑟斯坦距離的最優(yōu)場(chǎng)景生成方 法得到最優(yōu)分點(diǎn)zs(s= 1，2，…，S)通過(guò)下式得到：
[0030] 式中ZQ、ZS+1為變量X的下限和上限，如無(wú)特殊說(shuō)明將分別為-⑴、+⑴，r為階數(shù)，瓦 瑟斯坦距離即兩個(gè)概率密度函數(shù)差距在r階指數(shù)下的積分，取r=l;
[0031]從而分別得到風(fēng)力發(fā)電與光伏發(fā)電的功率分點(diǎn)以及對(duì)應(yīng)的概率，進(jìn)而聯(lián)合得到基 于瓦瑟斯坦距離的風(fēng)光聯(lián)合最優(yōu)場(chǎng)景。
[0032]步驟3)所述的配電系統(tǒng)年綜合費(fèi)用最小為上層目標(biāo)函數(shù)，表示為：
[0033]minC=Ci+Co+CL
[0034]式中，折算到每年的智能軟開(kāi)關(guān)固定投資費(fèi)用C:、智能軟開(kāi)關(guān)年運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用Co和 配電網(wǎng)年供電損耗費(fèi)用α分別用下式表示
[0038]式中，d為貼現(xiàn)率;y為