一种交直流混合配电系统网架结构优化配置方法技术方案

本发明专利技术公开了一种交直流混合配电系统网架结构优化配置方法，包括S1、构建交直流混合系统网架结构双层优化模型；S2、构建交、直流负荷需求、充电桩充电需求、分布式光伏、风机出力的概率模型；S3、生成可行网架结构配置方案；S4、设置电力电子变压器基准运行模式；S5、采用蒙特卡罗法模拟、生成运行场景下的最优潮流子优化问题，直至满足蒙特卡洛法模拟的停止条件；S6、根据当前子优化终止条件，若满足，则进入步骤S7，若不满足，则修改电力电子变压器端口控制模式，并返回步骤S5；S7、计算当前方案的投资建设与运行的总费用以检验主优化目标，若满足目标要求，则输出描述矩阵，若不满足，则更新网架配置方案，并返回步骤S4。

【技术实现步骤摘要】
一种交直流混合配电系统网架结构优化配置方法
本专利技术属于电力系统规划及投资决策优化的
，具体涉及一种交直流混合配电系统网架结构优化配置方法。
技术介绍
近年来，快速增长的可再生能源、储能系统以及电动汽车等新型负荷增加了配电网对智能能源管理的需求：一方面，越来越多的分布式可再生能源(DistributedEnergyResource,DER)开始通过配网或微网的形式接入系统；另一方面，主动响应式负荷以及电动汽车等具有强用户交互性的新元素也不断接入配网，传统的交流配电系统由于拓扑结构以及控制手段的限制，无法对分布式电源出力与负荷的变化进行快速的跟踪响应，也不能对网络潮流分布进行精准连续的调节，很难满足源荷双端强不确定性条件下对配电系统灵活、快速、连续、精准的功率电压调控要求。引入电力电子变压器构建交直流混合配电系统是接纳大量分布式可再生能源以及新型负荷的重要方案，电力电子变压器(PowerElectronicTransformer，PET)能够实现对其各端口传输功率与电压的独立、快速、准确控制，集成控制系统与信息系统后可作为能量路由装置；直流系统不存在功角稳定问题以及无功问题，无需跟踪频率与电压相角变化，更适合电力电子装置发挥其快速的响应以及精准解耦控制等特性以应对分布式电源快速频繁的出力波动。因此，含电力电子变压器的交直流混合配电系统在积极消纳新能源、提高能量管理水平等方面优势明显，但是，电力电子装置的应用以及大量分布式可再生能源的大量接入将改变系统特性，这种新格局下如何架构交直流混合系统结构以提高系统整体性能，是规划层面目前亟需解决的问题。专利技术内容本专利技术的目的在于针对现有技术中的上述不足，提供一种交直流混合配电系统网架结构优化配置方法，以解决现有电力电子装置的应用以及大量分布式可再生能源的大量接入将改变系统特性的问题。为达到上述目的，本专利技术采取的技术方案是：一种交直流混合配电系统网架结构优化配置方法，其包括：S1、构建包含有电力电子变压器稳态模型的交直流混合系统网架结构双层优化模型；S2、根据配电系统历史数据构建交、直流负荷需求、充电桩充电需求、分布式光伏、风机出力的概率模型；S3、根据输入系统的参数矩阵生成可行网架结构配置方案；S4、初始化网架结构配置描述矩阵并设置电力电子变压器基准运行模式；S5、采用蒙特卡罗法模拟配电系统负荷和分布式电源出力，生成当前方案下的运行场景并求解各个运行场景下的最优潮流子优化问题，直至满足蒙特卡洛法模拟的停止条件；S6、根据当前配置方案随机风险指数检验子优化终止条件，若满足条件，则进入步骤S7，若不满足条件，则修改电力电子变压器端口控制模式，并返回步骤S5；S7、计算当前方案的投资建设与运行的总费用以检验主优化目标，若满足目标要求，则输出对应网架配置的描述矩阵，若不满足目标要求，则更新网架配置方案，并返回步骤S4。优选地，交直流混合系统网架结构包括三个二进制矩阵(W，U和D)描述：节点类型向量W(Nbⅹ1)：用于描述混合配网中每个节点的交直流类型，如果节点n是交流节点，W(n)＝0，如果节点n是直流节点，则W(n)＝1；节点连接关系矩阵U(NbⅹNb)：用于描述混合配网中节点间的连接关系，如果节点n和节点m之间没有连接，U(n，m)＝0，如果节点n和节点m之间有连接，则U(n，m)＝1；线路类型矩阵D(NbⅹNb)：用于描述混合配网中每条支路的交直流类型，如果节点n和节点m之间的支路是交流支路，D(n，m)＝0，如果节点n和节点m之间的支路是直流支路，则D(n，m)＝1；其中，Nb为配电网中的节点数，负荷、电源以及电力电子变压器端口以及普通换流器均视为节点。优选地，电力电子变压器稳态模型为：其中，和分别为电力电子变压器交流端口k处的注入有功和注入无功功率，为交流端口k的端口侧交流节点电压幅值，为交流端口k的网络侧交流节点的电压幅值，δk为该交流端口转换器端口侧节点电压滞后网络侧节点电压的相角，为交流端口功率损耗的等效导纳，为交流端口并联无功损耗的等效电纳，Ek为该交流端口AC-DC转换器直流侧电压，Ik为AC-DC转换器直流侧电流，为交流端口与电力电子变压器的交换功率，wk为等效综合电压控制系数，它的具体数值与直流侧的电压利用效率和整流器的调制度有关，为直流端口二次侧直流电压，为直流端口所连网络注入直流端口的功率，Idck为直流端口DC-DC转换器二次侧电流，为直流端口转换器一次侧与电力电子变压器的交换功率，Edck为直流端口转换器一次侧直流电压，为直流端口转换器一次侧直流电流，t为DC-DC转换器一二次侧直流电压变比，rt为直流端口功率损耗等效电阻，ΔPloss表示电力电子变压器内部静态损耗。优选地，双层优化模型上层主优化问题以总现值成本最小为目标，其目标函数为：minfmain＝PCV＝IC+RC其中，IC为线路和换流设备的安装建设费用，RC为交直流混合系统的运行总费用，RC为：其中，Tp为规划总年限，COPF,t为第t年在不同运行情景下的最优运营成本，H(COPF,t)为随机变量COPF,t的期望值，β为年度维护成本占IC的百分比，d为折扣率；主优化约束条件还包括节点的连接约束，其表示为：Lmin和Lmax分别为节点的最大连接数和最小连接数，其选择取决于系统配置的类型和系统可靠性水平。优选地，双层优化模型下层子优化问题以直流电源和交流电源发电总成本最小为目标，其网络功率平衡约束条件为：其中，wnm为节点m和n之间电力电子变压器的综合电压控制系数，ηc-nm-i为节点n和m之间电力电子变压器端口等效换流器c的逆变效率，ηc-nm-r为节点n和m之间电力电子变压器端口等效换流器c的整流效率，Gnm为交流节点m和n之间的交流线路电导，为直流节点m和n之间的直流线路电导，Bnm为交流节点m和n之间的交流线路电纳，为节点n处交流电源的输出有功，为节点n处交流负荷的有功需求量，为节点n处直流电源的输出有功，为节点n处直流负荷的有功需求量，为节点n处交流电源无功输出量，为节点n处的交流负荷无功需求量，Pnm为从节点n流向节点m的有功功率，Qnm为从节点n流向节点m的无功功率，为在交流节点n处的直流电源注入该点的无功功率(由直流电源并网换流器补偿)，为在交流节点n处的直流负荷吸收的无功功率，θn为节点n处的电压相角，θnm为节点n和m之间的相角差，另外：W为节点类型向量，D为支路类型向量，a1，a2，b1，b2则分别可表示为：其中sign为符号函数，a1，a2，b1，b2四个参数反映了交直流混合系统的潮流双向特性。优选地，负荷需求、充电桩充电需求、分布式光伏、风机出力的概率模型构建方法为：将历史数据按季节或月份划分为多个阶段，根据其时序出力或负荷需求与峰值之间的比例关系建立概率密度函数：其中，k为形状参数，μ为位置参数，σ为比例参数；进而对概率密度函数做积分处理得到累积分布函数，当缺少历史数据时，假设交流负荷需求与直流负荷需求满足帕累托分布；风机出力、光伏出力以及电动汽车充电满足约翰逊SB分布，其概率密度函数为：其中，δ，γ是形状参数；ζ是位置参数；λ是一个规模尺度参数。优选地，输入系统参数包括：规划年限、交直流电源单位容量发电成本、基准电压、节点电压幅值相本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种交直流混合配电系统网架结构优化配置方法，其特征在于，包括：S1、构建包含有电力电子变压器稳态模型的交直流混合系统网架结构双层优化模型；S2、根据配电系统历史数据构建交、直流负荷需求、充电桩充电需求、分布式光伏、风机出力的概率模型；S3、根据输入系统的参数矩阵生成可行网架结构配置方案；S4、初始化网架结构配置描述矩阵并设置电力电子变压器基准运行模式；S5、采用蒙特卡罗法模拟配电系统负荷和分布式电源出力，生成当前方案下的运行场景并求解各个所述运行场景下的最优潮流子优化问题，直至满足蒙特卡洛法模拟的停止条件；S6、根据当前配置方案随机风险指数检验子优化终止条件，若满足条件，则进入步骤S7，若不满足条件，则修改电力电子变压器端口控制模式，并返回步骤S5；S7、计算当前方案的投资建设与运行的总费用以检验主优化目标，若满足目标要求，则输出对应网架配置的描述矩阵，若不满足目标要求，则更新网架配置方案，并返回步骤S4。

【技术特征摘要】
1.一种交直流混合配电系统网架结构优化配置方法，其特征在于，包括：S1、构建包含有电力电子变压器稳态模型的交直流混合系统网架结构双层优化模型；S2、根据配电系统历史数据构建交、直流负荷需求、充电桩充电需求、分布式光伏、风机出力的概率模型；S3、根据输入系统的参数矩阵生成可行网架结构配置方案；S4、初始化网架结构配置描述矩阵并设置电力电子变压器基准运行模式；S5、采用蒙特卡罗法模拟配电系统负荷和分布式电源出力，生成当前方案下的运行场景并求解各个所述运行场景下的最优潮流子优化问题，直至满足蒙特卡洛法模拟的停止条件；S6、根据当前配置方案随机风险指数检验子优化终止条件，若满足条件，则进入步骤S7，若不满足条件，则修改电力电子变压器端口控制模式，并返回步骤S5；S7、计算当前方案的投资建设与运行的总费用以检验主优化目标，若满足目标要求，则输出对应网架配置的描述矩阵，若不满足目标要求，则更新网架配置方案，并返回步骤S4。2.根据权利要求1所述的交直流混合配电系统网架结构优化配置方法，其特征在于，所述交直流混合系统网架结构包括三个二进制矩阵(W，U和D)描述：节点类型向量W(Nbⅹ1)：用于描述混合配网中每个节点的交直流类型，如果节点n是交流节点，W(n)＝0，如果节点n是直流节点，则W(n)＝1；节点连接关系矩阵U(NbⅹNb)：用于描述混合配网中节点间的连接关系，如果节点n和节点m之间没有连接，U(n，m)＝0，如果节点n和节点m之间有连接，则U(n，m)＝1；线路类型矩阵D(NbⅹNb)：用于描述混合配网中每条支路的交直流类型，如果节点n和节点m之间的支路是交流支路，D(n，m)＝0，如果节点n和节点m之间的支路是直流支路，则D(n，m)＝1；其中，Nb为配电网中的节点数，负荷、电源以及电力电子变压器端口以及普通换流器均视为节点。3.根据权利要求1所述的交直流混合配电系统网架结构优化配置方法，其特征在于，所述电力电子变压器稳态模型为：其中，和分别为电力电子变压器交流端口k处的注入有功和注入无功功率，为交流端口k的端口侧交流节点电压幅值，交流端口k的网络侧交流节点的电压幅值，δk为该交流端口转换器端口侧节点电压滞后网络侧节点电压的相角，为交流端口功率损耗的等效导纳，交流端口并联无功损耗的等效电纳，Ek为该交流端口AC-DC转换器直流侧电压，Ik为AC-DC转换器直流侧电流，为交流端口与电力电子变压器的交换功率，wk为等效综合电压控制系数，它的具体数值与直流侧的电压利用效率和整流器的调制度有关，为直流端口二次侧直流电压，为直流端口所连网络注入直流端口的功率，Idck为直流端口DC-DC转换器二次侧电流，为直流端口转换器一次侧与电力电子变压器的交换功率，Edck为直流端口转换器一次侧直流电压，为直流端口转换器一次侧直流电流，t为DC-DC转换器一二次侧直流电压变比，rt为直流端口功率损耗等效电阻，ΔPloss表示电力电子变压器内部静态损耗。4.根据权利要求1所述的交直流混合配电系统网架结构优化配置方法，其特征在于，所述双层优化模型上层主优化问题以总现值成本最小为目标，其目标函数为：minfmain＝PCV＝IC+RC其中，IC为线路和换流设备的安装建设费用，RC为交直流混合系统的运行总费用，RC为：其中，Tp为规划总年限，COPF,t为第t年在不同运行情景下的最优运营成本，H(COPF,t)为随机变量COPF,t的期望值，β为年度维护成本占IC的百分比，d...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘友波，尹航，刘向龙，刘俊勇，任文诗，李驰宇，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：四川,51