考虑N-1安全准则的交直流混合配电网双层规划方法技术

本发明专利技术公开了一种考虑N‑1安全准则的交直流混合配电网双层规划方法，括以下步骤：1)初始化遗传算法，随机构造直流网架结构；2)构造针对直流配电网并考虑N‑1安全准则的下层优化模型；3)求解下层模型，检验是否存在弃风弃光；4)基于合格的直流网架结构，构造与直流网架结构相配套的上层交流系统规划模型；5)求解上层模型，判断是否满足遗传算法迭代上限。本发明专利技术在交直流混合配电网的规划模型基础上考虑了直流配电网N‑1安全准则，在保证交直流配电网规划经济性的同时，提高了其运行可靠性和灵活性，为出台交直流混合配电网的规划方案提供重要的指导和帮助。

【技术实现步骤摘要】
考虑N-1安全准则的交直流混合配电网双层规划方法
本专利技术配电网规划领域，具体来说，涉及一种考虑N-1安全准则的交直流混合配电网双层规划方法。
技术介绍
由于可再生能源大量且集中分布于偏远地区或沿海地区，离负荷中心较远，并且随着可再生能源渗透率的不断提高，需要建立全新的配电网规划方法。考虑可再生能源出力的波动性和间歇性，传统的交流配电网往往难以避免弃风弃光现象的发生。目前，交直流混合配电网得益于其更大的传输容量、更小的线路损耗以及更高的可再生能源渗透率，已成为解决可再生能源接入电力系统的有效方法。此外，N-1安全准则是电网安全可靠运行的重要指标之一。根据北美电力可靠性委员会(NERC)的标准，当任何一条线路由于故障被切除后，系统应当依然能够保持稳定运行。考虑到可再生能源集中分布的偏远地区往往地形复杂、气候恶劣，较易出现安全性问题。一旦出现N-1故障，往往导致大量弃风弃光现象的发生，甚至导致电网的局部崩溃，造成严重后果。因此在进行配电网规划的时候，往往需要考虑N-1安全准则。事实上，N-1安全准则的交直流混合配电网的规划尚未得到充分研究。一方面，交直流规划的研究目前仅限于大电网传输线规划或楼宇电网规划，交直流混合配电网的规划模型仍处于起步阶段，特别是交直流电网的潮流分布及计算尚未有统一的方法。有学者在微网层面提出了交直流规划的模型，但是所提模型并没有考虑网架的规划方案，无法解决实际问题。另一方面，虽然N-1安全准则在机组组合优化或大电网规划方面有较为详细的研究，但在交直流混合规划领域尚未得到考虑。并且，对于考虑了N-1安全准则之后模型复杂度大大提高，以及双层规划问题难以直接求解的问题，国内外尚未有较为理想的求解方法。
技术实现思路
技术问题：本专利技术提供一种在最小化交直流混合配电网的投资和运行费用的同时，保证直流侧网架在发生N-1安全故障的条件下，不出现弃风弃光现象的考虑N-1安全准则的交直流混合配电网双层规划方法。技术方案：本专利技术的考虑N-1安全准则的交直流混合配电网双层规划方法，包括以下步骤：1)初始化遗传算法参数，基于0-1编码方式随机构造直流网架结构，网架数量等于种群数，令当前网架编号k＝1；2)基于鲁棒规划，针对第k个表征直流网架结构的染色体个体，构造针对直流配电网并考虑N-1安全准则的下层优化模型；3)求解所述步骤2)构造的下层优化模型，检验直流网架结构在最恶劣N-1故障下是否存在弃风弃光，若存在弃风弃光，表明当前直流网架结构无法通过检验，则舍弃当前直流网架结构，基于0-1编码方式随机重新生成当前直流网架结构，并返回步骤2)；如果不存在弃风弃光，则判断k是否小于种群数，如果是，则令k＝k+1，返回步骤2)，否则，进入步骤4)4)针对当前种群中的每一个直流网架结构，构造与该直流网架结构相配套的上层交流系统规划模型；5)求解所述步骤4)构造的上层交流系统规划模型，将得到的优化结果作为每一个直流网架结构的适应度值，判断当前迭代次数是否达到遗传算法迭代次数上限，若未达到迭代上限，则对直流网架结构染色体进行选择、交叉、变异操作后，令k＝1并返回步骤2)，否则，将当前种群中的直流网架结构所对应的适应度最小的交直流网架结构作为结果输出。进一步的，本专利技术方法中，所述步骤1)中，设置遗传算法参数为：种群数量为25个，迭代次数为100次，交叉概率为0.8，变异概率为0.6。根据规划实际需求确定交直流配电网系统拓扑结构，构造交流线路、直流线路、变电站、VSC、风电和光伏规划候选集。0-1编码方式为0代表不建设，1代表建设，构建表征直流网架结构的染色体种群。进一步的，本专利技术方法中，所述步骤2)中构造的下层优化模型包括：3.1目标函数其中和分别对应第i个节点在第v个负荷等级和第t个阶段下的弃风和弃光功率；CCW和CCP分别对应弃风和弃光的惩罚系数；WD为风电场候选节点集合，PV为光伏电站候选节点集合；bn，t为0-1变量，表示第n条线路是否发生故障；ΩCTG为N-1故障点集合。3.2约束条件其中，变量上方的横线“-”是直流系统变量的标识符，变量上方的尖号“^”是通过遗传算法给定的直流拓扑变量的标识符；下标中v代表第v个负荷等级，t代表第t个阶段；表示第n条线路上流过的功率，表示第i个节点流入VSC的功率，和S表示第i个节点风电和光伏的功率，ηVSC为VSC的能量转换效率系数，表示与第i个节点相连的线路的集合，表示直流系统中VSC节点的集合；和分别表示第n条线路的首末端节点电压的平方，Rn表示第n条线路的电阻，Isqrn，v，t表示第n条线路上流过的电流的平方，M为一个非常大的正整数，xLn，t表示第n条线路的建设情况，为直流候选线路的集合；和SrWD分别对应于风电的实际功率和额定容量，xWDi，t表示第i个节点风电的建设情况；SPVi，v，t和SrPV分别对应于光伏的实际功率和额定容量，xPVi，t表示第i个节点光伏的建设情况；Usqri，v，t表示第i个节点电压的平方，Uupp和Ulow表示节点电压的上、下限，为直流节点的集合；为第n条线路的额定电流，SrL为线路的额定容量，SCuti，v，t为切负荷功率。进一步的，本专利技术方法中，所述步骤3)中，求解下层优化模型的方式为：遍历步骤2)中下层优化模型中所有可能的故障情况，对于每一种故障情况，采用CPLEX求解器在MATLAB环境中进行求解，在所有N-1故障中取出最大值，如果该最大值大于等于阈值0.01，表明存在弃风弃光现象，则舍弃当前直流网架结构，重新生成新的直流网架结构并返回步骤2)；如果小于阈值，则保留当前直流网架结构并执行步骤4)。进一步的，本专利技术方法中，所述步骤4)中构建的上层交流系统规规划模型包括：5.1目标函数其中，IR为银行利率，和分别对应于交流系统和直流系统的投资和运行成本，其具体定义如下。其中，变量上方的“-”和“～”是分别对应于直流和交流变量的标志符；下标中v代表第v个负荷等级，t代表第t个阶段；xLn，t表示第n条线路的建设情况，xVSCi，t表示第i个节点VSC的建设情况，xSVGi，t表示第i个节点SVG的建设情况，xSi，t表示第i个节点变电站的建设情况，且以上变量均为0-1变量；和分别对应于交流系统中线路、VSC、SVG和变电站的单位容量建设成本系数；和分别对应于交流系统中线路、VSC、风电和光伏的单位容量建设成本系数；表示候选交流线路集合，表示候选VSC节点集合，ΩD表示负荷节点的集合，ΩS表示候选变电站节点的集合；SCuti，v，t和CCutLd为负荷节点的切负荷功率和切负荷惩罚系数；SSubi，v，t和分别表示变电站节点从上级电网购电的功率和购电成本系数，LDv表示第v个负荷等级的持续时间；和分别表示风电场的出力和运行费用，SPVi，v，t和分别表示光伏电站的出力和运行费用；和yn，t分别表示线路功率的流动方向，表示线路运行成本系数；RRL，RRVSC，RRSVG，RRS，RRWD和RRPV分别表示线路、VSC、SVG、变电站、风电场和光伏电站的资本回收率，设每一种电气设备的设计使用寿命为LTL，LTVSC，LTSVG，LTS和LTDG，则资本回收率的具体定义如下：5.2建设约束其中，NT为规划年限，ΩCLL，i表示与节点i相本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种考虑N‑1安全准则的交直流混合配电网双层规划方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：1)初始化遗传算法参数，基于0‑1编码方式随机构造直流网架结构，网架结构的数量等于种群数，令当前网架编号k＝1；2)基于鲁棒规划，针对第k个表征直流网架结构的染色体个体，构造针对直流配电网并考虑N‑1安全准则的下层优化模型；3)求解所述步骤2)构造的下层优化模型，检验直流网架结构在最恶劣N‑1故障下是否存在弃风弃光，若存在弃风弃光，表明当前直流网架结构无法通过检验，则舍弃当前直流网架结构，基于0‑1编码方式随机重新生成当前直流网架结构，并返回步骤2)；如果不存在弃风弃光，则判断k是否小于种群数，如果是，则令k＝k+1，返回步骤2)，否则，进入步骤4)4)针对当前种群中的每一个直流网架结构，构造与该直流网架结构相配套的上层交流系统规划模型；5)求解所述步骤4)构造的上层交流系统规划模型，将得到的优化结果作为每一个直流网架结构的适应度值，判断当前迭代次数是否达到遗传算法迭代次数上限，若未达到迭代上限，则对直流网架结构的染色体进行选择、交叉、变异操作后，令k＝1并返回步骤2)，否则，将当前种群中的直流网架结构所对应的适应度最小的交直流网架结构作为结果输出。...

【技术特征摘要】
1.一种考虑N-1安全准则的交直流混合配电网双层规划方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：1)初始化遗传算法参数，基于0-1编码方式随机构造直流网架结构，网架结构的数量等于种群数，令当前网架编号k＝1；2)基于鲁棒规划，针对第k个表征直流网架结构的染色体个体，构造针对直流配电网并考虑N-1安全准则的下层优化模型；3)求解所述步骤2)构造的下层优化模型，检验直流网架结构在最恶劣N-1故障下是否存在弃风弃光，若存在弃风弃光，表明当前直流网架结构无法通过检验，则舍弃当前直流网架结构，基于0-1编码方式随机重新生成当前直流网架结构，并返回步骤2)；如果不存在弃风弃光，则判断k是否小于种群数，如果是，则令k＝k+1，返回步骤2)，否则，进入步骤4)4)针对当前种群中的每一个直流网架结构，构造与该直流网架结构相配套的上层交流系统规划模型；5)求解所述步骤4)构造的上层交流系统规划模型，将得到的优化结果作为每一个直流网架结构的适应度值，判断当前迭代次数是否达到遗传算法迭代次数上限，若未达到迭代上限，则对直流网架结构的染色体进行选择、交叉、变异操作后，令k＝1并返回步骤2)，否则，将当前种群中的直流网架结构所对应的适应度最小的交直流网架结构作为结果输出。2.根据权利要求1所述的考虑N-1安全准则的交直流混合配电网双层规划方法，其特征在于，所述步骤1)中，初始化的遗传算法参数为：种群数量为25个，迭代次数为100次，交叉概率为0.8，变异概率为0.6，根据规划实际需求确定交直流配电网系统拓扑结构，构造交流线路、直流线路、变电站、VSC、风电和光伏规划候选集，0-1编码方式为0代表不建设，1代表建设，构建表征直流网架结构的染色体种群。3.根据权利要求1所述的考虑N-1安全准则的交直流混合配电网双层规划方法，其特征在于，所述步骤2)中构造的下层优化模型包括：3.1目标函数其中，和分别对应第i个节点在第v个负荷等级和第t个阶段下的弃风和弃光功率；CCW和CCP分别对应弃风和弃光的惩罚系数；WD为风电场候选节点集合，PV为光伏电站候选节点集合；bn，t为0-1变量，表示第n条线路是否发生故障；ΩCTG为N-1故障点集合；3.2约束条件其中，变量上方的横线“-”是直流系统变量的标识符，变量上方的尖号“^”是通过遗传算法给定的直流拓扑变量的标识符；下标中v代表第v个负荷等级，t代表第t个阶段；表示第n条线路上流过的功率，表示第i个节点流入VSC的功率，和表示第i个节点风电和光伏的功率，ηVSC为VSC的能量转换效率系数，表示与第i个节点相连的线路的集合，表示直流系统中VSC节点的集合；和分别表示第n条线路的首末端节点电压的平方，Rn表示第n条线路的电阻，Isqrn，v，t表示第n条线路上流过的电流的平方，M为一个非常大的正整数，xLn，t表示第n条线路的建设情况，为直流候选线路的集合；和SrWD分别对应于风电的实际功率和额定容量，xwDi，t表示第i个节点风电的建设情况；SPVi，v，t和SrPV分别对应于光伏的实际功率和额定容量，xPVi，t表示第i个节点光伏的建设情况；Usqri，v，t表示第i个节点电压的平方，Uupp和Ulow表示节点电压的上、下限，为直流节点的集合；为第n条线路的额定电流，SrL为线路的额定容量，SCuti，v，t为切负荷功率。4.根据权利要求1、2或3所述的考虑N-1安全准则的交直流混合配电网双层规划方法，其特征在于，所述步骤3)中，求解...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴志，刘鹏翔，顾伟，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32