增量配电网电源容量多目标优化配置方法技术

本发明专利技术公开了一种增量配电网电源容量多目标优化配置方法。本发明专利技术结合增量配电网的特点，构建了能量调度策略；针对未来增量配电网可能存在的两种模式，构建了电源容量配置与电网运行相结合多目标电源容量优化配置模型。采用改进后的多目标黑洞算法进行优化，结合D‑S证据理论对优化所得的一组配置方案进行决策排序。既实现了对各项性能指标同时进行优化，又能够根据决策者意愿调整和控制决策过程，最终得到一个整体最优的配置方案。分析了联络线功率约束、风光补贴价格等因素变化对配置决策的影响。本发明专利技术能够适应多种变化情况，能为增量配电网提供最优的电源容量配置方案，为未来增量配电网的投资建设及运营方式提供了参考。

Multi-objective optimal allocation method of power supply capacity in incremental distribution network

The invention discloses a multi-objective optimal allocation method for incremental distribution network power supply capacity. According to the characteristics of incremental distribution network, the energy dispatching strategy is constructed, and aiming at the two possible modes of future incremental distribution network, a multi-objective optimal allocation model of power supply capacity combining power supply capacity allocation with power grid operation is constructed. The improved multi-objective black hole algorithm is used to optimize, and a group of configuration schemes obtained from the optimization are ranked according to the D_S evidence theory. It not only realizes the optimization of all performance indicators at the same time, but also adjusts and controls the decision-making process according to the wishes of decision makers, and finally obtains an overall optimal configuration scheme. The influence of tie-line power constraints and subsidized price on allocation decision is analyzed. The invention can adapt to various changing situations, provide optimal power capacity allocation scheme for incremental distribution network, and provide reference for investment construction and operation mode of future incremental distribution network.

【技术实现步骤摘要】
增量配电网电源容量多目标优化配置方法
本专利技术属于电力系统
，具体是涉及增量配电网电源容量多目标优化配置方法。
技术介绍
随着电力体制改革的推进，增量配电网投资业务放开已经从顶层设计进入了实施操作阶段，这使得增量配电网市场面临巨大的竞争压力。增量配电网投资运营者基于成本效益原则，在投资方案的评估或比选中已逐渐重视设备全寿命周期投资经济指标，在关注投资回报的同时，亦期望通过量化风险和相应策略，尽可能地降低投资风险。同时，配电网的形态正在发生巨大变化，风电、光伏等分布式电源供电模式替代传统集中供电模式是增量配电网发展的重要趋势。增量配电网的电源容量优化配置直接影响投资收益、能源的利用效率以及供电可靠性。但是，分布式电源的单机投资成本较高，且出力具有随机性、不确定性等问题，若规划不合理，不仅不能发挥增量配电网的优势，可能还会由于投资过高造成亏损或对电网造成负面影响。在此背景下，合理规划风、光、储等分布式电源的容量配置，优化投资成本及运行性能已成为当前增量配电网规划研究领域中的一个重要课题。目前的研究大多数是针对传统配电网电源容量的配置进行优化，且未考虑配电网与大电网之间进行双向功率流通的情况。目前还缺乏结合增量配电网的特点，考虑增量配电网与大电网之间进行双向功率流通，对风光储电源容量优化配置的研究。另外，已有研究中大多是单目标优化或多目标优化，单目标优化无法对各项性能指标同时进行优化，而多目标优化只能得到一组最优解集合，无法确定一个整体最优的配置方案。
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，提供一种增量配电网电源容量多目标优化配置的方法，该方法针对未来增量配电网可能存在的“建设运营一体”与“建设运营独立”两种模式，根据电源建设运行成本与增量配电网运行性能间存在的矛盾关系，建立配置与运行相结合的电源容量配置多目标优化模型。并采用自适应多目标黑洞算法求解得到一组最优解集合，为增量配电网配置电源容量提供一组相对较优的配置方案。继而，基于D-S证据理论对得到的配置方案进行多目标决策，在兼顾指标客观作用的情况下考虑决策者的意愿，得到整体最优的分布式电源配置方案。本专利技术方法包括以下步骤：步骤1：针对含风、光、储三类分布式电源的增量配电网运行过程中出现的两种情况：配电网内部提供的电量能或不能满足负荷用电量需求，构建能量调度策略。步骤2：分析未来增量配电网可能存在的两种常见运营模式：建设运营独立模式及建设运营一体模式。步骤3：构建增量配电网中电源的全寿命周期成本计算模型。步骤4：针对建设运营独立、建设运营一体两种运营模式，建立不同利益主体的全寿命周期效益计算模型。步骤5：提出负荷缺电率(LOLP)及可再生能源非就近消纳率(NCP)两个性能指标，分别表征系统供电可靠性和能源利用效率。两个性能指标越小，表征增量配电网运行性能越好。步骤6：建立以全寿命周期效益最大，负荷缺电率及可再生能源非就近消纳率最小为优化目标的多目标优化模型，并给出相应约束条件。步骤7：采用改进后的多目标黑洞算法对优化模型进行求解，得到含有多个电源容量配置方案的解集。步骤8：基于D-S证据理论对得到的多个配置方案进行决策，在兼顾指标客观作用的情况下考虑到了决策者的意愿，能够根据决策者意愿调整和控制决策过程，最终得到一个整体最优的电源容量配置方案。本专利技术提出了一种增量配电网电源容量多目标优化配置的方法，将电源容量配置与电网运行相结合。利用本专利技术既能够实现多个目标同时优化，又能够考虑决策者的意愿最终得到一个整体最优的电源容量配置方案。且本专利技术的优化决策模型能够适应多种变化情况，为增量配电网的电源容量进行科学合理的配置提供了具体的解决方法，能够为未来增量配电网的投资建设及运营方式提供参考。附图说明图1为增量配电网能量调度流程图；图2为增量配电网电源容量优化流程图；图3为基于D-S证据理论的电源容量配置决策模型图。具体实施方式以下结合附图对本专利技术作进一步说明，本专利技术包括以下步骤：步骤1：构建能量调度策略。风、光等分布式电源出力具有随机性、不确定性等特点，入网时会给电网的运行带来不良影响。储能电池与风光发电相配合，可以使风光发电的输出功率更平稳，同时可以对能量进行跨时调度，参与配电网的优化运行。针对此类增量配电网构建了如下能量调度策略：(1)风光发电能满足负荷需求。风光资源充足时，直接与电力用户交易为其供电，多余的电能充入储能电池。若储能电池充满电后还有剩余功率且功率满足联络线约束，则向大电网售电，若不满足约束，则会造成能源浪费。(2)风光发电不能满足负荷需求。当风、光出力不足，由储能电池放电能满足用户需求时，负荷由风、光、储共同供电；此时若仍不满足用户需求，不足电量满足联络线约束则由大电网提供；若不满足联络线约束，则造成供电不足。具体能量调度流程如图1所示，图1中，P1t、P2t、PLt分别表示风机、光伏电池及负荷的时刻功率；P3ct、P3ft分别为每时刻储能电池实际的充、放电功率；P3cmaxt、P3fmaxt分别为对应时刻储能电池所能充、放电的最大功率；SOCt、SOCmin、SOCmax分别为每时刻储能电池的荷电状态及对其约束的上下限；Pllt、Pllmin、Pllmax分别为每个时刻增量配电网与大电网之间的联络功率及联络功率约束的上下限，大电网向增量配电网提供功率时为正，增量配电网向大电网传输功率时为负；Plft、Plosst分别为每时刻增量配电网的能量浪费功率和供电不足功率。步骤2：确定未来增量配电网的两种运营模式随着增量配电网业务的有序放开，社会资本开始进入投资、建设、运营增量配电网领域，未来增量配电网可能存在多种运营模式，两种常见模式为：(1)建设运营独立模式。该模式下增量配电网内存在建设者与运营者两个利益主体。由建设者投资建设配电网，委托给有经验的电网企业运营。(2)建设运营一体模式。该模式下投资、建设、运营配电网的项目业主为同一主体，这一主体可能是社会资本、电网企业或两者通过股权合作等方式成立产权多元化公司。步骤3：构建增量配电网中电源的全寿命周期成本计算模型。通常方案比较时，省略相同的内容，只比较不同部分。假设电源容量优化配置是在增量配电网负荷及内部网架结构已确定的前提下进行的，故分析效益构成时只考虑增量配电网不同电源容量配置的差异，不考虑内部网架。增量配电网中电源的全寿命周期成本主要包括各类电源设备的初始投资成本、运行维护成本、设备更换成本及报废成本。鉴于下文中负荷缺电率作为优化目标之一，能够反映增量配电网停电损失的程度，为减少优化模型中目标函数之间的冗余性，未计入停电损失成本。由于风机和光伏电池的使用寿命较长，而储能电池寿命较短，所以规划周期内只考虑储能电池的设备更换成本。针对研究的增量配电网主要由分布式电源供电的特点，全周期寿命成本中计入可再生能源发电补贴。上述成本的具体计算公式如下：CBF＝(kbf-kcz)CI(1+r)-N式中各变量的含义见下表：表1变量含义说明注：储能电池年发电量为充放电量的总和。步骤4：建立两种运营模式的全寿命周期效益计算模型。通常，电源建设者的收益主要包括分布式发电直接与用户交易的收益及多余电量出售给大电网获得的收益；电网运营者的主要盈利来源于配电服务费及在分布式发电与本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.增量配电网电源容量多目标优化配置方法，其特征在于该方法针对“建设运营一体”与“建设运营独立”两种模式，根据电源建设运行成本与增量配电网运行性能间存在的矛盾关系，建立了配置与运行相结合的电源容量配置多目标优化决策模型，并采用自适应多目标黑洞算法对配置模型求解，得到一组最优解的集合；然后基于D‑S证据理论对得到的最优解集进行决策，得到整体最优的分布式电源配置方案，其具体步骤如下：步骤1：构建能量调度策略；针对含风、光、储三类分布式电源的增量配电网运行过程中出现的两种情况：配电网内部提供的电量能或不能满足负荷用电量需求，构建能量调度策略；步骤2：确定未来增量配电网的两种运营模式；包括建设运营一体模式和建设运营独立模式；步骤3：构建增量配电网中电源的全寿命周期成本计算模型；假设电源容量优化配置是在增量配电网负荷及内部网架结构已确定的前提下进行的，故分析效益构成时只考虑增量配电网不同电源容量配置的差异，不考虑内部网架；增量配电网中电源的全寿命周期成本包括各类电源设备的初始投资成本、运行维护成本、设备更换成本及报废成本；步骤4：建立不同主体的全寿命周期效益计算模型；电源建设者的收益包括分布式发电直接与用户交易的收益及多余电量出售给大电网获得的收益；电网运营者的收益来源于配电服务费及在分布式发电与用户进行电力交易时向其收取的过网费；步骤5：确定增量配电网性能指标；采用负荷缺电率及可再生能源非就近消纳率两个性能指标，分别表征系统供电可靠性和可再生能源利用效率；两个性能指标越小，表征增量配电网运行性能越好；步骤6：建立多目标优化模型电源建设者以最少的投资成本获得最大的发电收益为目标，而电网运营企业更关注配电网运营效益及运行性能；建设运营独立模式下，电源建设者与电网运营企业的收益需要分开优化，而建设运营一体模式下，收益不需要分开优化；建立以全寿命周期效益最大，负荷缺电率及可再生能源非就近消纳率最小为优化目标的多目标优化模型，并给出相应约束条件；步骤7：多目标黑洞算法求解采用自适应多目标黑洞算法对电源容量优化模型进行求解，选取风、光、储配置容量作为算法的决策变量，选用目标函数作为算法优化过程中的适应度函数；同时，适应度值比较时，针对两类模式下的两个目标函数对应不同的星体出现相同适应度值时，进一步比较选择对应其他目标函数最优的星体；最后得出含有多个电源容量配置方案的最优解集；步骤8：基于D‑S证据理论的决策；基于D‑S证据理论对得到的多个配置方案进行决策，采用比例标度法和熵权法结合的综合权重法计算不同决策者对各性能指标的权重，在兼顾指标客观作用的情况下考虑到了决策者的意愿，能够根据决策者意愿调整和控制决策过程；将所有决策者决策结果用D‑S合成法则合成，随后根据基本信任度最大决策准则，最终确定一个达到整体最优的电源容量配置方案。...

【技术特征摘要】
1.增量配电网电源容量多目标优化配置方法，其特征在于该方法针对“建设运营一体”与“建设运营独立”两种模式，根据电源建设运行成本与增量配电网运行性能间存在的矛盾关系，建立了配置与运行相结合的电源容量配置多目标优化决策模型，并采用自适应多目标黑洞算法对配置模型求解，得到一组最优解的集合；然后基于D-S证据理论对得到的最优解集进行决策，得到整体最优的分布式电源配置方案，其具体步骤如下：步骤1：构建能量调度策略；针对含风、光、储三类分布式电源的增量配电网运行过程中出现的两种情况：配电网内部提供的电量能或不能满足负荷用电量需求，构建能量调度策略；步骤2：确定未来增量配电网的两种运营模式；包括建设运营一体模式和建设运营独立模式；步骤3：构建增量配电网中电源的全寿命周期成本计算模型；假设电源容量优化配置是在增量配电网负荷及内部网架结构已确定的前提下进行的，故分析效益构成时只考虑增量配电网不同电源容量配置的差异，不考虑内部网架；增量配电网中电源的全寿命周期成本包括各类电源设备的初始投资成本、运行维护成本、设备更换成本及报废成本；步骤4：建立不同主体的全寿命周期效益计算模型；电源建设者的收益包括分布式发电直接与用户交易的收益及多余电量出售给大电网获得的收益；电网运营者的收益来源于配电服务费及在分布式发电与用户进行电力交易时向其收取的过网费；步骤5：确定增量配电网性能指标；采用负荷缺电率及可再生能源非就近消纳率两个性能指标，分别表征系统供电可靠性和可再生能源利用效率；两个性能指标越小，表征增量配电网运行性能越好；步骤6：建立多目标优化模型电源建设者以最少的投资成本获得最大的发电收益为目标，而电网运营企业更关注配电网运营效益及运行性能；建设运营独立模式下，电源建设者与电网运营企业的收益需要分开优化，而建设运营一体模式下，收益不需要分开优化；建立以全寿命周期效益最大，负荷缺电率及可再生能源非就近消纳率最小为优化目标的多目标优化模型，并给出相应约束条件；步骤7：多目标黑洞算法求解采用自适应多目标黑洞算法对电源容量优化模型进行求解，选取风、光、储配置容量作为算法的决策变量，选用目标函数作为算法优化过程中的适应度函数；同时，适应度值比较时，针对两类模...

【专利技术属性】
技术研发人员：王慧芳，赵乙潼，何奔腾，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33