一种基于供需互动和DG运行特性的主动配电网网架规划方法技术

本发明专利技术公开了一种基于供需互动和DG运行特性的主动配电网网架规划方法，属于电力系统新能源领域；该方法考虑分布式电源出力不确定性和需求侧管理措施，采用基于Wasserstein距离的最优场景生成方法处理风电、光伏出力的不确定性，生成风光联合运行的确定性场景；该方法将规划目标分解为以年网络损耗费用、网架投资费用等年值和年DG固定投资费用之和最小为目标函数的上层网架规划问题，以及以年DG运行维护费用、年主动管理费用和年需求侧管理费用之和最小为目标函数的下层配电网运行优化问题，并进行交互迭代；本发明专利技术将运行纳入规划之中，更科学地得到网架整体最优的规划方案。

An active distribution network planning method based on supply demand interaction and DG operation characteristics

The invention discloses an active distribution network network framework planning method based on supply and demand interaction and DG running characteristics, which belongs to the new energy field of power system. This method considers the uncertainty of power supply and demand side management measures, and uses the optimal scene generation method based on the Wasserstein distance to deal with wind power and photovoltaic output. Certainty, a deterministic scenario for generating joint operation of scenery; the method decomposes the planning target into an upper network framework planning problem with annual network loss costs, net frame investment costs, and the minimum sum of DG fixed investment costs as the goal function, and the annual DG operation maintenance cost, annual active management cost and annual demand side. The operation optimization problem of the lower level distribution network with the minimum management cost and the minimum is the objective function, and the interactive iteration is carried out. The invention brings the operation into the plan and gets the best plan of the overall network frame more scientifically.

【技术实现步骤摘要】
一种基于供需互动和DG运行特性的主动配电网网架规划方法
本专利技术一种基于供需互动和DG运行特性的主动配电网网架规划方法，属于基于供需互动和DG运行特性的主动配电网网架规划

技术介绍
配电网是电力系统的重要组成部分，是输电网和用户之间的重要中间环节；在传统配电系统中，电力潮流一般由上端变电站单一流向负荷节点，其运行方式和规划准则相对简单，配电网与用户侧保持着简单而稳定的供需关系，但随着分布式能源、电动汽车、储能不断增大的普及率以及可控负荷接入配电网，用户需求侧和供应侧稳定的供需关系发生改变，二者之间的频繁互动对系统潮流分布、电压水平、短路容量等原有的电气特性造成显著的影响；而传统配电网在设计阶段并未考虑上述因素，因此难以满足低碳经济背景下高渗透率可再生能源发电接入与高效利用的要求。在此背景下，传统依据潮流单向流动运行模式的配电网网架规划方法不再适用，供需互动给配电网网架规划带来新的问题和挑战，主动配电网应运而生，相比传统配电网它能够主动对配电网运行进行控制管理；因此，需要一种新的一种基于供需互动和DG运行特性的主动配电网网架规划方法，以提高配电网各类能源资源的使用效率，降低投资及运营的成本，同时引导用户有序用电，全面提升配电网经济效益、运行效益以及风险控制能力。
技术实现思路
本专利技术为克服现有技术中存在的不足，所要解决的技术问题为：提供一种基于供需互动和DG运行特性的主动配电网网架规划方法；为解决该技术问题，本专利技术采用的技术方案为：一种基于供需互动和DG运行特性的主动配电网网架规划方法，包括以下步骤：步骤一：运用基于Wasserstein距离的最优场景生成方法处理分布式电源DG如风电、光伏出力的不确定性，生成风光分布式发电联合运行的若干确定性场景；步骤二：构建以年网络综合费用最优为主动配电网网架规划的总目标函数；步骤三：将步骤二的总目标函数分解为上层的网架规划问题和下层的配电网运行优化问题分别进行规划，所述网架规划问题以年网络损耗费用、网架投资费用等年值和年DG固定投资费用之和最小为目标函数，所述配电网运行优化问题以年DG运行维护费用、年主动管理费用和年需求侧管理费用之和最小为目标函数；步骤四：利用交替迭代方法对步骤三的上层的网架规划问题和下层的配电网运行优化问题进行求解：即先优化出上层的最优的一组网架结果，然后将最优的网架结果逐个代入到下层对DG出力和可中断负荷量进行优化，然后将下层优化结果传递给上层计算总目标函数，得到最终优化网架结果。所述步骤二中基于Wasserstein距离的最优场景生成方法，由zs(s＝1,2,…,S)表示最优分点位置，表达式如下：所述zs点对应的概率ps数学表达式如下：式中，S表示将f(x)离散化后得到的离散场景内离散点个数，f(x)是变量x的连续概率密度函数；所述步骤一中风电、光伏出力的不确定性分别采用两参数Beta分布和Weibull分布进行描述：式中，I为光照强度；Imax表示I的最大值；α和β是Beta分布的两个参数，都取为0.95；Γ(·)是伽马函数；c和k分别为尺度和形状两个参数，分别取8.92、2.30。所述步骤一中运用基于Wasserstein距离的最优场景生成方法处理分布式电源DG如风电、光伏出力的不确定性包括以下步骤：(1)、根据风速、光照强度的概率密度分布函数以及风速-风电功率、光强-光伏功率函数关系，得到风力发电功率、光伏发电功率的概率密度函数；(2)、采用权利要求2中基于Wasserstein距离的最优场景生成方法对风电出力和光伏出力分别进行场景生成，分别将两者生成场景数、对应场景概率值进行交叉相乘得到风光联合运行场景及对应场景的概率。所述步骤三中所述网架规划问题的目标函数表达式如下：minC1＝Closs+Cline+CF；式中，Closs为年损耗费用；Cline为网架投资费用等年值；CF折算到每年的DG固定投资费；所述步骤三中所述配电网运行优化问题的目标函数如下所示：minC2＝COM+CAM+CDSM；式中，COM为DG年运行维护费；CAM为DG年主动管理费；CDSM为需求侧管理成本。本专利技术相对于现有技术具备的有益效果为：本专利技术的提供的一种基于供需互动和DG运行特性的主动配电网网架规划方法不仅简化了规划，并充分考虑了风、光分布式电源出力的不确定性，同时考虑了能够优化运行的需求侧管理措施，是更符合实际的一种配电网网架规划方法；针对网架和运行同时优化可能有维数灾以及收敛性较差问题，本专利技术提出分解协调联合规划的思想，即对网架规划和运行优化不使用联合编码的形式，而是将其进行转化和分解，变为两个问题进行求解，但是二者之间通过相互迭代求得最优解。附图说明下面结合附图对本专利技术做进一步说明：图1为双层规划模型上下层规划传递关系图；图2规划模型求解流程图；图3改进29节点配电网区域图；图4方案一的最优网架方案图；图5方案二的最优网架方案图；图6方案三的最优网架方案图；图7三种规划方案各项费用比较图。具体实施方式下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本专利技术，应理解这些实施例仅是本专利技术的优选实施方式，在阅读了本专利技术之后，本领域技术人员对本专利技术的各种不脱离本专利技术原理的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。本专利技术的原理为：针对目前的主动配电网网架规划研究较少，相关规划方法存在求解方法较复杂、未考虑需求侧管理措施、目标函数单一等不足，本专利技术根据分解协调的思想将主动配电网网架规划模型简化成双层模型，并采用基于Wasserstein距离的最优场景生成方法处理了风、光分布式电源出力的不确定性，同时考虑了运行过程中适当中断可中断负荷的需求侧管理措施；双层规划模型分为上层的网架规划问题和下层的配电网运行优化问题分别进行规划，所述网架规划问题以年网络损耗费用、网架投资费用等年值和年DG固定投资费用之和最小为目标函数进行网架的优化配置，所述配电网运行优化问题以年DG运行维护费用、年主动管理费用和年需求侧管理费用之和最小为目标函数进行运行优化；最后采用改进的29节点配电系统作为具体实施例验证了所提模型的合理性和有效性。本专利技术的一种基于供需互动和DG运行特性的主动配电网网架规划方法，包括以下步骤：步骤一：运用基于Wasserstein距离的最优场景生成方法处理分布式电源(DG)如风电、光伏出力的不确定性，生成风光分布式发电联合运行的若干确定性场景，具体为：对于风电、光伏分布式电源的不确定性处理，首先风速大小、光照强度的不确定性分别采用两参数Beta分布和Weibull分布进行描述：式中，I为光照强度；Imax表示I的最大值；α和β是Beta分布的两个参数，都取为0.95；Γ(·)是伽马函数；c和k分别为尺度和形状两个参数，分别取8.92、2.30。光伏发电功率PPV与光照强度I可以处理为正比关系，由此，可以推导出光伏发电功率的概率密度函数：式中，PPVN是Imax对应的光伏发电功率。风力发电功率和风速关系函数可以表示如下：式中，vci、vco、vr是切入风速、切出风速和额定风速；PWTN是风力发电的额定功率。结合上式和风速大小概率密度函数推导出风力发电功率PWT的概率密度函数：式中，δ(·)为冲击函数。基于Wasserstein距离的最优场景生成方法是用离散的场景及对应本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于供需互动和DG运行特性的主动配电网网架规划方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤一：运用基于Wasserstein距离的最优场景生成方法处理分布式电源DG如风电、光伏出力的不确定性，生成风光分布式发电联合运行的若干确定性场景；步骤二：构建以年网络综合费用最优为主动配电网网架规划的总目标函数；步骤三：将步骤二的总目标函数分解为上层的网架规划问题和下层的配电网运行优化问题分别进行规划，所述网架规划问题以年网络损耗费用、网架投资费用等年值和年DG固定投资费用之和最小为目标函数，所述配电网运行优化问题以年DG运行维护费用、年主动管理费用和年需求侧管理费用之和最小为目标函数；步骤四：利用交替迭代方法对步骤三的上层的网架规划问题和下层的配电网运行优化问题进行求解：即先优化出上层的最优的一组网架结果，然后将最优的网架结果逐个代入到下层对DG出力和可中断负荷量进行优化，然后将下层优化结果传递给上层计算总目标函数，得到最终优化网架结果。

【技术特征摘要】
1.一种基于供需互动和DG运行特性的主动配电网网架规划方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤一：运用基于Wasserstein距离的最优场景生成方法处理分布式电源DG如风电、光伏出力的不确定性，生成风光分布式发电联合运行的若干确定性场景；步骤二：构建以年网络综合费用最优为主动配电网网架规划的总目标函数；步骤三：将步骤二的总目标函数分解为上层的网架规划问题和下层的配电网运行优化问题分别进行规划，所述网架规划问题以年网络损耗费用、网架投资费用等年值和年DG固定投资费用之和最小为目标函数，所述配电网运行优化问题以年DG运行维护费用、年主动管理费用和年需求侧管理费用之和最小为目标函数；步骤四：利用交替迭代方法对步骤三的上层的网架规划问题和下层的配电网运行优化问题进行求解：即先优化出上层的最优的一组网架结果，然后将最优的网架结果逐个代入到下层对DG出力和可中断负荷量进行优化，然后将下层优化结果传递给上层计算总目标函数，得到最终优化网架结果。2.根据权利要求1所述的一种基于供需互动和DG运行特性的主动配电网网架规划方法，其特征在于：所述步骤二中基于Wasserstein距离的最优场景生成方法，由zs(s＝1,2,…,S)表示最优分点位置，表达式如下：所述zs点对应的概率ps数学表达式如下：式中，S表示将f(x)离散化后得到的离散场景内离散点个数，f(x)是变量x的连续概率密度函数；所述步骤一中风电、光伏出力的不确定性...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵莉莉，张光亚，陈红坤，边小军，高鹏，石泽宇，程亮，
申请(专利权)人：国家电网公司，国网山西省电力公司朔州供电公司，武汉大学，
类型：发明
国别省市：北京,11