一种计及电网全成本链的主配协同规划方法技术

本发明专利技术公开了一种计及电网全成本链的主配协同规划方法，属于电网规划及分布式能源规划技术领域。该方法首先收集电网规划基础数据和分布式能源规划基础数据，然后分别建立主网层优化规划模型、全成本链计算模型和用户分布式能源优化规划模型；对三个模型依次迭代求解，分别得到待选线路是否投建的变量值、分布式风电设备是否投资的变量值、分布式光伏设备是否投资的变量值和分布式储能设备是否投资的变量值，最终得到主配协同规划结果。本发明专利技术通过潮流追踪法实现对电网规划固定成本和电网运行成本的分摊，通过形成的全成本链实现电网主配协同规划，优化电网规划。

【技术实现步骤摘要】
一种计及电网全成本链的主配协同规划方法
本专利技术属于电网规划及分布式能源规划
，特别涉及一种计及电网全成本链的主配协同规划方法，用于分布式能源提升电网规划的优化水平。
技术介绍
电网规划是以负荷预测和电源规划为基础，确定在何时、何地投建何种类型的输电线路及其回路数，以达到规划周期内所需要的输电能力，在满足各项技术指标的前提下优化电网规划投资。分布式能源规划是指在已知负荷预测结果及配电网运行状况的基础上，确定分布式能源的安装位置和配置容量，使整个规划期内配电网的经济性和可靠性达到最优。分布式能源的安装位置和容量配置合理，可有效改善电网电能质量、降低系统有功损耗，提高电网运行的经济性和可靠性。传统的电网规划方法主要包括以下步骤：(1)对负荷进行预测，将负荷信息确定为规划边界信息；(2)根据已确定的电力电量需求来安排系统的生产模拟；(3)规划决策最优的电网的扩展规划方案。在传统的电网规划过程中，整体规划成本往往以平均分摊的原则分配给每一个用户，每一个用户接受一个固定的电价，而固定电价未能体现不同节点用户在不同时段对电网固定资产的占用率。同时规划时并不考虑配电网中分布式能源的建设情况，也未考虑到用户会根据用电费用的变化调整自己的分布式能源投资的情况。这将导致无法精准核算电网资产的投资收益，降低电网运行和规划的合理性。因此，只有准确厘清用户对电网全环节的占用成本，形成基于全成本链的电价才能有效引导用户优化用电并投资分布式能源。
技术实现思路
本专利技术的目的在于解决已有电网规划方法的不足之处，提出一种计及电网全成本链的主配协同规划方法。本专利技术通过潮流追踪法实现对电网固定成本和电网运行成本的分摊，通过形成的全成本链实现电网主配协同规划，优化电网规划。本专利技术提出一种计及电网全成本链的主配协同规划方法，其特征在于，包括以下步骤：1)收集电网规划基础数据，包括：已有电网拓扑结构，已有线路阻抗及传输容量，已有发电机组装机容量及发电成本，节点净负荷，待选线路阻抗、传输容量与建设成本；收集分布式能源规划基础数据，包括：待选分布式风电设备的型号、成本和最大出力，待选分布式光伏设备的型号、成本和最大出力，待选分布式储能设备的型号、成本、容量和充放电功率；2)构建主网层优化规划模型并求解，得到更新后的线路总集合；具体步骤如下：2-1)构建主网层优化规划模型的目标函数，表达式如下：式中，CTEP表示电网规划总成本，表示待选线路建设成本；表示电网运营成本；ΩPLN为待选线路的集合；为第k条待选线路是否投建的0-1二值变量，线路投建则取1，不投建则取0；为第k条待选线路的建设成本；NS为场景总数；γs为第s个场景的权重；T为运行总时段数；ΩG为煤电机组的集合；为第i个火电机组的单位成本；为在第s个场景下第i个火电机组第t时段的输出功率；2-2)构建主网层优化规划模型的约束条件，具体如下：2-2-1)功率平衡约束；式中，为第x节点上的火电机组的集合；为在第s个场景下第x个节点上第t时段的负荷需求；S(k)表示第k条线路首端节点；R(k)表示第k条线路的末端节点；为在第s个场景下第k条线路上第t时段的功率潮流；2-2-2)原有线路直流潮流约束；式中，为第k条原有线路的传输导纳；δS(k),t,s为在第s个场景下第k条原有线路首端节点第t时段的电压相角；δR(k),t,s为在第s个场景下第k条原有线路末端节点第t时段的电压相角；ΩELN表示原有线路的集合；2-2-3)原有线路功率约束；式中，为第k条原有线路的输电功率上限；2-2-4)新建线路直流潮流约束；式中M为一个大数，2-2-5)新建线路功率约束；2-2-6)节点电压相角约束；式中，代表第x个节点电压相角的下限；代表第x个节点电压相角的上限；2-2-7)发电机功率约束；式中，PiG,min代表第i台火电机组的最小功率，PiG,max代表第i台火电机组的最大功率；2-3)对主网优化规划模型求解，得到的值，k∈ΩPLN；2-4)利用步骤2-3)得到的结果，得到更新后线路总集合ΩULN，ΩULN为原有线路集合ΩELN加上步骤2-3)得到的为1的线路集合；3)构建由主网节点电价模型与主网输配电价模型组成的全成本链计算模型并求解，分别得到节点电价和输配电价；具体步骤如下：3-1)基于直流最优潮流的方法构建主网节点电价模型并求解，得到节点电价；3-1-1)构建主网节点电价模型的最优潮流目标函数，表达式如下：3-1-2)确定主网节点电价模型的约束条件；具体如下：3-1-2-1)总功率平衡约束；式中，ΩLD是所有负荷节点的集合；3-1-2-2)线路功率约束；式中，GSDFk-i代表节点i对线路k的发电转移分布因子；3-1-2-3)发电机功率约束；3-1-3)对主网节点电价模型求解，计算节点电价；建立拉格朗日函数求解主网节点电价模型，其中约束式(11)的拉格朗日乘子定义为λt,s，式(12)的拉格朗日乘子定义为式(13)的拉格朗日乘子定义为则第s个场景下第x个节点上第t时段节点电价计算表达式如下：3-2)基于潮流追踪法建立主网输配电价模型并求解，得到输配电价；3-2-1)计算节点总流入功率与节点负荷关系；首先，节点总流入功率如式(16)所示：将(16)式做代数变换得到式(17)：以矩阵形式表示式(17)：其中关联矩阵A各项表达式如下：由于A矩阵是可逆矩阵，得到式(20)：3-2-2)计算线路功率与节点总流入功率关系；式(21)表示了线路功率与节点总流入功率的关系，其中矩阵Ct，s表达式如下：3-2-3)计算潮流追踪矩阵；通过式(20)-(21)得到线路功率与节点负荷的关系：其中Ft,s矩阵是潮流追踪矩阵；3-2-4)计算第s个场景下第x个节点上第t时段输配电价；式中TCx,t,s是第s场景下第x个节点上第t时段所承担的总输配电费；PTCk是线路k单位功率的传输成本；fkx代表潮流追踪矩阵对应位置的元素；4)构建用户分布式能源优化规划模型并求解；具体步骤如下：4-1)构建用户分布式能源优化规划模型的目标函数，表达式如下：其中，式中，代表x节点上分布式能源的投资总成本，包括分布式风电投资成本分布式光伏投资成本与分布式储能投资成本三部分；其中NWT代表分布式风电设备可投资的最大数量，NPV代表分布式光伏设备可投资的最大数量，NESS代表分布式储能设备可投资的最大数量；代表第i个分布式风电设备是否投资的0-1变量(投建则取1，不投建则取0)，代表第i个分布式光伏设备是否投资的0-1变量(投建则取1，不投建则取0)，代表第i个分布式储能设备是否投资的0-1变量(投建则取1，不投建则取0)；代表第i个分布式风电设备的投资成本，代表第i个分布式光伏设备的投资成本，代表第i个分布式储能设备的投资成本；代表第x个节点总运行成本；4-2)构建用户分布式能源优化规划模型的约束条件，具体如下：4-2-1)分布式能源出力上限约束；式中，代表第s个场景下第i个分布式风电设备在第t时段的出力，代表第s个场景下第i个分布式光伏设备在第t时段的出力；代表第s个场景下第i个分布式风电设备光伏在第t时段的出力上限，代表第s个场景下第i个分布式光伏设备在第t时段的出力上限；4-2-2)分布式储能充放电功率约束；式中，代表第s个场景下第本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种计及电网全成本链的主配协同规划方法，其特征在于，包括以下步骤：1)收集电网规划基础数据，包括：已有电网拓扑结构，已有线路阻抗及传输容量，已有发电机组装机容量及发电成本，节点净负荷，待选线路阻抗、传输容量与建设成本；收集分布式能源规划基础数据，包括：待选分布式风电设备的型号、成本和最大出力，待选分布式光伏设备的型号、成本和最大出力，待选分布式储能设备的型号、成本、容量和充放电功率；2)构建主网层优化规划模型并求解，得到更新后的线路总集合；具体步骤如下：2‑1)构建主网层优化规划模型的目标函数，表达式如下：

【技术特征摘要】
1.一种计及电网全成本链的主配协同规划方法，其特征在于，包括以下步骤：1)收集电网规划基础数据，包括：已有电网拓扑结构，已有线路阻抗及传输容量，已有发电机组装机容量及发电成本，节点净负荷，待选线路阻抗、传输容量与建设成本；收集分布式能源规划基础数据，包括：待选分布式风电设备的型号、成本和最大出力，待选分布式光伏设备的型号、成本和最大出力，待选分布式储能设备的型号、成本、容量和充放电功率；2)构建主网层优化规划模型并求解，得到更新后的线路总集合；具体步骤如下：2-1)构建主网层优化规划模型的目标函数，表达式如下：式中，CTEP表示电网规划总成本，表示待选线路建设成本；表示电网运营成本；ΩPLN为待选线路的集合；为第k条待选线路是否投建的0-1二值变量，线路投建则取1，不投建则取0；为第k条待选线路的建设成本；NS为场景总数；γs为第s个场景的权重；T为运行总时段数；ΩG为煤电机组的集合；为第i个火电机组的单位成本；为在第s个场景下第i个火电机组第t时段的输出功率；2-2)构建主网层优化规划模型的约束条件，具体如下：2-2-1)功率平衡约束；式中，为第x节点上的火电机组的集合；为在第s个场景下第x个节点上第t时段的负荷需求；S(k)表示第k条线路首端节点；R(k)表示第k条线路的末端节点；为在第s个场景下第k条线路上第t时段的功率潮流；2-2-2)原有线路直流潮流约束；式中，为第k条原有线路的传输导纳；δS(k),t,s为在第s个场景下第k条原有线路首端节点第t时段的电压相角；δR(k),t,s为在第s个场景下第k条原有线路末端节点第t时段的电压相角；ΩELN表示原有线路的集合；2-2-3)原有线路功率约束；式中，为第k条原有线路的输电功率上限；2-2-4)新建线路直流潮流约束；式中M为一个大数，2-2-5)新建线路功率约束；2-2-6)节点电压相角约束；式中，代表第x个节点电压相角的下限；代表第x个节点电压相角的上限；2-2-7)发电机功率约束；式中，PiG,min代表第i台火电机组的最小功率，PiG,max代表第i台火电机组的最大功率；2-3)对主网优化规划模型求解，得到的值，k∈ΩPLN；2-4)利用步骤2-3)得到的结果，得到更新后线路总集合ΩULN，ΩULN为原有线路集合ΩELN加上步骤2-3)得到的为1的线路集合；3)构建由主网节点电价模型与主网输配电价模型组成的全成本链计算模型并求解，分别得到节点电价和输配电价；具体步骤如下：3-1)基于直流最优潮流的方法构建主网节点电价模型并求解，得到节点电价；3-1-1)构建主网节点电价模型的最优潮流目标函数，表达式如下：3-1-2)确定主网节点电价模型的约束条件；具体如下：3-1-2-1)总功率平衡约束；式中，ΩLD是所有负荷节点的集合；3-1-2-2)线路功率约束；式中，GSDFk-i代表节点i对线路k的发电转移分布因子；3-1-2-3)发电机功率约束；3-1-3)对主网节点电价模型求解，计算节点电价；建立拉格朗日函数求解主网节点电价模型，其中约束式(11)的拉格朗日乘子定义为λt,s，式(12)的拉格朗日乘子定义为式(13)的拉格朗日乘子定义为则第s个场景下第x个节点上第t时段节点电价计算表达式如下：3-2)基于潮流追踪法建立主网输配电价模型并求解，得到输配电价；3-2-1)计算节点总...

【专利技术属性】
技术研发人员：王剑晓，贾鑫，钟海旺，夏清，康重庆，董晋喜，王佳伟，李强，王尧，
申请(专利权)人：清华大学，国网山西省电力公司经济技术研究院，国家电网公司，
类型：发明
国别省市：北京,11