一种主动配电网多阶段规划方法技术

本发明专利技术公开了一种主动配电网多阶段规划方法。如何在配电网规划中综合考虑源荷网储多种因素运行的不确定性，是目前配电网规划优化需要深入研究的问题。本发明专利技术包括步骤：输入电力系统参数、历史运行数据、地区发展规划需求和预测不确定因素数据；计算各规划决策量在多时间尺度的各个运行场景中的影子价格；根据影子价格和各个场景发生概率，建立包括极端场景和经典场景的运行受限场景库；根据运行受限场景库修正上层多阶段规划优化模型。本发明专利技术筛选出具有针对性和典型性的规划场景库来修正规划投建的优化模型，用来模拟运行决策者对规划决策者的反馈，从而提高配电网海量运行场景结果的可观性，并将不同时间尺度的决策变量分层求解，降低求解难度。

A Multi-stage Planning Method for Active Distribution Network

The invention discloses a multi-stage planning method for active distribution network. How to comprehensively consider the uncertainties of multiple factors of source-load network storage operation in distribution network planning is a problem that needs further study in distribution network planning and optimization. The invention comprises the following steps: input power system parameters, historical operation data, regional development planning demand and prediction uncertain factor data; calculate shadow price of each planning decision quantity in various operation scenarios of multiple time scales; establish operation-limited scenario database including extreme scenarios and classical scenarios according to shadow price and occurrence probability of each scenario; and according to operation-limited field. Scenic database updates the optimization model of upper-level multi-stage planning. The invention screens out a pertinent and typical Planning scenario database to modify the optimization model of planning and construction, which is used to simulate the feedback of the operation decision-maker to the planning decision-maker, thereby improving the observability of the results of the massive operation scenario of the distribution network, and solving the decision variables of different time scales hierarchically, so as to reduce the difficulty of solving.

【技术实现步骤摘要】
一种主动配电网多阶段规划方法
本专利技术涉及电力系统领域，特别是一种计及多时间尺度运行受限场景的主动配电网多阶段规划方法。
技术介绍
近年来分布式电源、储能系统、能源互联网等配电系统新技术的引入促进了电能来源的清洁化、多元化发展；柔性负荷、电动汽车、储能等多形态电力需求的逐步渗透，推动了配电系统的市场化、互动化发展，具有重要的应用价值和推广意义。为将上述多元要素大量引入配电网并有机融合，实现安全、可靠、优质、高效、智能的电力服务，国内外学者对配电网新元件的应用技术展开了广泛研究。风、光资源的随机性与波动性带来了电力调峰、电压稳定、逆向潮流、穿透功率极限、弃风、弃光等问题，对新技术的规模化渗透形成了阻力。配电网的运行形态随各类运行对象的引入将有很大不同。弃风、弃光、切负荷等多样化的运行方式与场景化的系统不确定性深度耦合，状态相依。随着时间尺度的复杂化，这些随机性与波动性被进一步传导并耦合，构成整体配电网的复杂不确定性特征，使其从规划建设到运行调度的全过程技术体系都面临着巨大挑战。除此之外，从数学模型上看，规划优化的决策量具有多时间尺度性、离散性和非线性，难以建模求解；而运行问题模型简单，求解速度快。由于海量运行场景增加了规划的决策变量，规划问题的求解复杂度指数提升，而对于只考虑给定场景的运行问题只是线性化的增加了问题个数。现有的方法一般通过将不确定性的场景转换为多个可能发生的确定性场景，来处理场景的随机性。采用模糊C均值、K均值等聚类思想处理场景，将得到的典型场景数据用于求解配网调度或配网规划问题，减小计算量。或采用极端场景法对随机性场景集进行削减，减小DG的随机波动性对电网经济运行的影响。如何在配电网规划中综合考虑源荷网储多种因素运行的不确定性，是目前配电网规划优化需要深入研究的问题。可见，现有关于考虑运行因素的电网规划方法还有待改进。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是克服上述现有技术存在的缺陷，提供一种计及多时间尺度运行受限场景的主动配电网多阶段规划方法，其用影子价格筛选和处理运行场景，形成规划问题中的运行边界。为此，本专利技术采用以下的技术方案：一种主动配电网多阶段规划方法，其包括：模拟电力系统运行与规划的业务流程，建立考虑复杂运行场景的规划双层优化模型；上层为配电网统一多阶段规划模型，下层(运行)为复杂多场景运行模型；下层通过运行影子价格作为受限评估值，将相应受限场景反馈到上层(规划)，反映电力系统电网规划过程中规划人员调研、分析运行受限的业务环节；上层以建设资金限制、线路选型选址限制、储能选址限制和下层得到的运行受限场景库约束条件形成规划边界条件，以投资运行维护成本最小为目标函数，得到规划方案，反映电力系统电网规划过程中规划人员对配网资源配置优化业务环节；所述的上层将规划方案传递到下层，下层在新的规划方案基础上，重新对各个场景进行优化调度，形成新的运行影子价格，得到新的受限评估值，再次向上层反馈，反映电力系统电网规划过程中的规划方案进行运行校验环节。本专利技术考虑复杂运行场景的规划双层优化模型为一个闭环的反馈过程，模拟了实际生产中配网规划决策者和配网运行人员的业务环节交互过程，反复迭代，得到考虑复杂场景的配电网多阶段网-储的联合扩展规划方案。作为上述技术方案的补充，主动配电网多阶段规划方法还包括：根据电力系统运行业务流程和历史数据，形成考虑负荷需求、分布式电源装机容量、风速和光照强度不确定因素的多时间尺度配电网复杂运行场景库。作为上述技术方案的补充，主动配电网多阶段规划方法还包括：对建立的多时间尺度配电网复杂运行场景库中各个场景，建立以配电网电力电量平衡和源-网-荷-储限制为约束条件，以运行成本最小为目标函数的最优调度模型，即下层模型。作为上述技术方案的补充，快速序贯求解上述复杂运行场景库中各个场景的最优调度模型，将各个运行场景中对应规划资源限制的影子价格进行标准化处理，进一步结合场景发生概率，定量评估运行场景受限程度，挖掘筛选对规划决策起作用的典型场景或极端场景，形成运行受限场景库。由于运行子场景调度成本的产生机理复杂，生成的规划场景库应采用技术手段排除其他成因，针对性地找出因规划决策量受限而付出经济代价的极端场景和典型场景。而影子价格是对资源的边际效益或产品的边际成本的一种估价，这种估价可以针对具体运行场景、具体规划决策量而存在。作为上述技术方案的补充，采用规划决策量在各运行场景中的影子价格作为运行优化受规划决策量限制的量化指标，并结合场景发生概率量化各运行场景受限程度，所述的影子价格根据单位扩容成本，统一各约束边际效益的数量级与单位，为：ζs＝Ψsps＝(ΨESS+Ψnet)ps，s∈ΩO，式中：ζs表示运行场景受规划决策的限制程度，即对规划问题的影响因子；Ψs，ps为场景s的影子价格及发生概率；ΨESS、ΨLine分别表示储能和线路的标准化影子价格；ψs,st为规划决策量在各运行场景下标准化的影子价格，实质为收益投入比；st表示约束编号；Δt为调度时段时长；ΩO表示复杂运行场景集；Ωst表示与规划决策量相关的约束集合；cst为资源单位成本；μs,st,t为子场景运行问题的影子价格，反映单位扩容所能产生的边际效益；fs表示运行层目标函数，x表示参与运行调度的规划决策相关量。受限程度高的运行场景被视为对规划决策影响大的场景列入规划场景库；即在所有可能发生的运行工况中，用于刻画规划优化模型边界的少数具有典型性和针对性的运行场景的集合，是运行场景库的子集。作为上述技术方案的补充，所述下层模型(即运行层模型)的目标函数为：目标函数计及DG供电并网成本，交易电能成本，弃风、弃光、切负荷调度手段使用成本及潮流倒送的惩罚成本；式中：i，j为节点编号；ΩWF，ΩPV，Ωgr，ΩL，ΩESS分别为风机节点、光伏节点、连接主网节点、负荷节点、储能节点集合；cWF，cPV，cWFP，cPVP，cENS分别表示风、光供电、从主网购电、弃风、弃光、失负荷的单位成本；cRPF表示潮流倒送的惩罚成本；其采用分时电价；表示场景s下的风、光发电各时段的满发出力；分别表示DG出力、主网购电量、切负荷量和储能的充放电量，是运行层的决策变量；表示倒送主网的电力；表示该场景的经济调度成本；T表示场景内的所有调度时段。作为上述技术方案的补充，所述下层模型的约束条件包括：源侧约束：分布式电源的出力限制如下：式中：θWF，θPV分别表示配电系统允许的最大弃风、弃光率；网侧约束：直流潮流约束如下：式中：ΩLine为配电系统线路集合；表示线路的直流潮流；Sij表示线路ij的最大供电容量；为01变量，分别表示储能的充放电状态；是节点负荷；荷侧约束：失负荷约束如下：式中：λj表示最大切负荷率；是节点负荷；储侧约束：储能侧的约束包括充放电状态、调度周期内充放电功率、荷电状态和充放电量的约束；储能可调度的充放电功率受到其电力容量的限制，充放电功率约束如下：荷电状态及充放电量约束如下：式中：为ESS的功率最大值，是规划层的决策变量之一；表示储能的剩余电量水平；ε为单位时段储能的自放电率；为ESS的电量容量，是规划层的决策变量；ηCh，ηDis分别为储能充放电效率；ESOC,min为最小荷电状态；ESOC,max为最大荷电状态。作为上述技术方案本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种主动配电网多阶段规划方法，其特征在于，包括：模拟电力系统运行与规划的业务流程，建立考虑复杂运行场景的规划双层优化模型；上层为配电网统一多阶段规划模型，下层为复杂多场景运行模型；下层通过运行影子价格作为受限评估值，将相应受限场景反馈到上层，反映电力系统电网规划过程中规划人员调研、分析运行受限的业务环节；上层以建设资金限制、线路选型选址限制、储能选址限制和下层得到的运行受限场景库约束条件形成规划边界条件，以投资运行维护成本最小为目标函数，得到规划方案，反映电力系统电网规划过程中规划人员对配网资源配置优化业务环节；所述的上层将规划方案传递到下层，下层在新的规划方案基础上，重新对各个场景进行优化调度，形成新的运行影子价格，得到新的受限评估值，再次向上层反馈，反映电力系统电网规划过程中的规划方案进行运行校验环节。

【技术特征摘要】
1.一种主动配电网多阶段规划方法，其特征在于，包括：模拟电力系统运行与规划的业务流程，建立考虑复杂运行场景的规划双层优化模型；上层为配电网统一多阶段规划模型，下层为复杂多场景运行模型；下层通过运行影子价格作为受限评估值，将相应受限场景反馈到上层，反映电力系统电网规划过程中规划人员调研、分析运行受限的业务环节；上层以建设资金限制、线路选型选址限制、储能选址限制和下层得到的运行受限场景库约束条件形成规划边界条件，以投资运行维护成本最小为目标函数，得到规划方案，反映电力系统电网规划过程中规划人员对配网资源配置优化业务环节；所述的上层将规划方案传递到下层，下层在新的规划方案基础上，重新对各个场景进行优化调度，形成新的运行影子价格，得到新的受限评估值，再次向上层反馈，反映电力系统电网规划过程中的规划方案进行运行校验环节。2.根据权利要求1所述的主动配电网多阶段规划方法，其特征在于，还包括：根据电力系统运行业务流程和历史数据，形成考虑负荷需求、分布式电源装机容量、风速和光照强度不确定因素的多时间尺度配电网复杂运行场景库。3.根据权利要求2所述的主动配电网多阶段方法，其特征在于，还包括：对建立的多时间尺度配电网复杂运行场景库中各个场景，建立以配电网电力电量平衡和源-网-荷-储限制为约束条件，以运行成本最小为目标函数的最优调度模型，即下层模型。4.根据权利要求3所述的主动配电网多阶段规划方法，其特征在于，快速序贯求解上述复杂运行场景库中各个场景的最优调度模型，将各个运行场景中对应规划资源限制的影子价格进行标准化处理，进一步结合场景发生概率，定量评估运行场景受限程度，挖掘筛选对规划决策起作用的典型场景或极端场景，形成运行受限场景库。5.根据权利要求1-4任一项所述的主动配电网多阶段规划方法，其特征在于，采用规划决策量在各运行场景中的影子价格作为运行优化受规划决策量限制的量化指标，并结合场景发生概率量化各运行场景受限程度，所述的影子价格根据单位扩容成本，统一各约束边际效益的数量级与单位，为：ζs＝Ψsps＝(ΨESS+ΨLine)ps，s∈ΩO，式中：ζs表示运行场景受规划决策的限制程度，即对规划问题的影响因子；Ψs，ps为场景s的影子价格及发生概率；ΨESS、ΨLine分别表示储能和线路的标准化影子价格；ψs,st为规划决策量在各运行场景下标准化的影子价格，实质为收益投入比；st表示约束编号；Δt为调度时段时长；ΩO表示复杂运行场景集；Ωst表示与规划决策量相关的约束集合；cst为资源单位成本；μs,st,t为子场景运行问题的影子价格，反映单位扩容所能产生的边际效益；fs表示运行层目标函数，x表示参与运行调度的规划决策相关量。6.根据权利要求1-4任一项所述的主动配电网多阶段规划方法，其特征在于，所述下层模型的目标函数为：目标函数计及DG供电并网成本，交易电能成本，弃风、弃光、切负荷调度手段使用成本及潮流倒送的惩罚成本；式中：i，j为节点编号；ΩWF，ΩPV，Ωgr，ΩL，ΩESS分别为风机节点、光伏节点、连接主网节点、负荷节点、储能节点集合；cWF...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈飞，王蕾，戴攀，张西竹，王坤，黄晶晶，刘曌煜，胡哲晟，
申请(专利权)人：国网浙江省电力有限公司经济技术研究院，国家电网有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江,33