一种基于典型拓扑匹配的微电网系统源-网协调规划方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于典型拓扑匹配的微电网系统源‑网协调规划方法，以构建的微电网系统的典型拓扑数据集为基础，分两个阶段进行建模和求解；本发明专利技术补充了现有微电网规划领域中网络规划的空缺，完善了微电网网络规划的工程化规划思想和方法，为面向实际需求的微电网初始网络规划问题提供了新的解决思路和技术指导。并且，本发明专利技术提出的特征匹配的思想，可以推广到一些配电网网络规划的工程化方法中应用。

A Source-Network Coordination Planning Method for Microgrid System Based on Typical Topology Matching

【技术实现步骤摘要】
一种基于典型拓扑匹配的微电网系统源-网协调规划方法
本专利技术属于微电网系统中源-网协调规划
，具体涉及一种基于典型拓扑匹配的微电网系统源-网协调规划方法。
技术介绍
近年来，电力系统飞速发展，电网规模不断扩大。分布式发电以其环保灵活的特点，受到越来越多的关注。微电网作为集成分布式发电的有效形式，在电力系统中扮演着愈加重要的作用。传统微电网由于电压等级低、系统规模小，规划重点大多在电源规划方面。随着分布式电源渗透率的日益提高，其对电网的安全稳定运行提出了更大的挑战。为了更有效地集成各类电源，微电网规模逐渐扩大，网络复杂程度不断增加，传统集中式放射状的统一网络拓扑已逐渐不能满足电力用户日益增长的要求，需要进行专门的微电网网络规划的研究工作。然而目前微电网网络规划问题的研究大多仅停留在理论阶段，很难应用于实际工程的建设中。因此，提出一种可以面向实际工程应用的微电网网络规划方法是十分必要的。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种基于典型拓扑匹配的微电网系统源-网协调规划方法，面向工程实际需求，针对空白园区上的微电网网络前期工程规划问题，以构建的微电网系统的典型拓扑数据集为基础，解决工程规划前期，空白园区上初始网络形成及微源布局的问题。本专利技术采用以下技术方案：一种基于典型拓扑匹配的微电网系统源-网协调规划方法，以构建的微电网系统的典型拓扑数据集为基础，分两个阶段进行建模和求解，为园区微电网提供初始网络及微源布局的工程方案，作为园区微电网的接线设计与设备布局初始参考；第一阶段用于提供微电网网架拓扑方案，针对PCC点下各段母线，基于构建的典型拓扑数据集，采用典型网络拓扑优化匹配的方法，通过拓扑支路数近似反映网络拓扑成本，将拓扑成本的经济性最优作为匹配目标，将各个母线下的分布式电源及负荷容量、相应电压等级和负荷重要度指标分别与典型网络拓扑的相应指标进行匹配，典型拓扑数据集中匹配度最高的网络拓扑确定为母线下的基本拓扑形式；第二阶段用于提供微源布局方案，针对各个母线下的网络拓扑，基于第一阶段匹配出的拓扑结构，采用启发式的多点布局方法，将各母线下规划的分布式电源和负荷接入拓扑的相应候选点，完成各类电源和负荷的网络布局方案。具体的，第一阶段包括以下步骤：S301、通过拓扑支路数近似反映网络拓扑成本，将拓扑成本的经济性最优作为匹配目标，匹配的指标包括容量指标、电压等级指标和重要度指标三个；其次，容量匹配指标要求待布局的源荷容量与典型网络拓扑允许接入的源荷容量匹配，同时拓扑中每个节点只能集成对应电压等级的电源和负荷；再次，重要度匹配指标要求被选中网络拓扑的重要度不能低于待接入负荷的重要度；最后，将匹配指标分别进行匹配，选取典型拓扑数据集中匹配度最高的网络拓扑确定为母线下的基本拓扑形式；S302、根据301所提的优化匹配原则，确定拓扑以及负荷的重要度指标；S303、根据301所提的优化匹配原则以及302设定的重要度指标，确定微电网系统典型网络拓扑优化匹配模型的目标函数和相应的约束条件。进一步的，步骤S301中，网络拓扑成本的数学模型表示如下：式中：NTopo代表数据集中的拓扑个数，Nbw代表第w个拓扑的支路数，近似代替第w个拓扑的网络成本，uw是0-1变量，当第w个拓扑被选中时，uw＝1，否则uw＝0；要求各母线下待接入的各类电源满足，各电压等级下的电源总容量不超过实际拓扑预留的相应容量上限，约束如下：式中：Nnode代表各典型拓扑中的节点个数；代表第w个拓扑中节点i上为y类电源的预留接入容量上限，上标v代表电压等级；Ny代表y类电源的子类型个数；代表待接入的y类电源中子类型号为j的电源个数，代表待接入的y类电源中子类型号为j的电源容量，上标v代表电压等级；y∈{WT,PV,DG,BS,SC}；要求各母线下待接入拓扑的负荷满足，各电压等级下的总容量不超过实际拓扑预留的相应容量上限，约束如下：式中：代表第w个拓扑中节点i上负荷的预留接入容量上限，上标v代表电压等级；nload代表待接入的负荷个数；代表待接入的第x个负荷的容量，上标v代表电压等级；根据重要度指标的定义，各类负荷块只允许接入具有相同或更高重要度指标的拓扑中，约束如下：式中：IMPw代表第w个拓扑的重要度指标，impx代表待接入的第x个负荷的重要度；求解上述模型，初步确定各母线下的基本拓扑形式，每条母线下只允许得到一个匹配结果，母线下的拓扑馈线形式、节点及支路组成可通过匹配的典型拓扑直接得到。进一步的，步骤S302具体为：首先，每个典型网络拓扑定义一个拓扑重要度，表征典型网络拓扑的可靠程度，分为3个等级，等级越高，则网络拓扑重要度值就越大，表示网络拓扑的可靠程度越高；其次，各类负荷有对应的负荷重要度，表征负荷的重要程度，同样分为3个等级，等级越高，则负荷的重要度数值越大，表示负荷需要接入可靠性更高的网络拓扑中；再次，各类电源及储能元件不设置重要度指标；最后，为保证重要负荷的正常运行，各类负荷块只允许接入具有相同或更高重要度指标的拓扑中。进一步的，步骤S303中，模型的目标函数通过拓扑支路数近似反映网络拓扑成本，将拓扑成本的经济性最优作为匹配目标，电源容量匹配约束要求各母线下待接入的各类电源满足，各电压等级下的电源总容量不超过实际拓扑预留的相应容量上限，负荷容量匹配约束要求各母线下待接入拓扑的负荷满足，各电压等级下的总容量不超过实际拓扑预留的相应容量上限；匹配以各母线下分布式电源及负荷的的权重之和最小为规划目标，同时计及负荷缺额的惩罚项，其数学模型如下：式中：代表第i个节点上连接的y类电源中子类型号为j的电源的个数，代表待接入的y类电源中子类型号为j的电源容量，上标v代表电压等级；代表0-1变量，当第i个节点上连接第x个负荷时，否则代表待接入的第x个负荷的容量，上标v表示电压等级；y∈{WT,PV,DG,BS,SC}。χ代表容量缺额的惩罚系数，Simb代表母线下的总容量的缺额，Simb如下所示：式中：αz代表z类型的电源的利用系数，定义电源的利用系数为负数；z∈{WT,PV,DG,BS}。具体的，第二阶段包括以下步骤：S401、分析给定网络拓扑下的微源多点布局启发式匹配原则；S402、根据401所提的启发式匹配原则，确定节点权重的定义；S403、根据401所提的启发式匹配原则以及402设定的节点权重，确定给定网络拓扑下的微源多点布局启发式匹配模型的目标函数和相应的约束条件。进一步的，步骤S401具体为：首先，多点布局的匹配目标为各母线下的分布式电源及负荷的权重之和最小，同时计及负荷缺额惩罚；其次，每个电源和储能元件只能接入相应电压等级的节点；其次，要求每条馈线上至少接入一个单位的分布式电源或储能元件，并至少接入一个负荷块；最后，要求网络布局方案中不能出现空节点。进一步的，步骤S402具体为：首先，将与母线节点直接相连节点的权重数值定为1；其次，规定距离母线越远，节点的权重数值越大；再次，规定任意节点的权重数值为其相邻上游节点的权重数值的2倍；最后，规定电源节点的权重数值为负，储能节点和负荷节点的权重数值为正。进一步的，步骤S403中，考虑的约束条件包括电源布局位置约束、负荷布局位置约束、电源接入数量约束、负荷接入数量约束本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于典型拓扑匹配的微电网系统源‑网协调规划方法，其特征在于，以构建的微电网系统的典型拓扑数据集为基础，分两个阶段进行建模和求解，为园区微电网提供初始网络及微源布局的工程方案，作为园区微电网的接线设计与设备布局初始参考；第一阶段用于提供微电网网架拓扑方案，针对PCC点下各段母线，基于构建的典型拓扑数据集，采用典型网络拓扑优化匹配的方法，通过拓扑支路数近似反映网络拓扑成本，将拓扑成本的经济性最优作为匹配目标，将各个母线下的分布式电源及负荷容量、相应电压等级和负荷重要度指标分别与典型网络拓扑的相应指标进行匹配，典型拓扑数据集中匹配度最高的网络拓扑确定为母线下的基本拓扑形式；第二阶段用于提供微源布局方案，针对各个母线下的网络拓扑，基于第一阶段匹配出的拓扑结构，采用启发式的多点布局方法，将各母线下规划的分布式电源和负荷接入拓扑的相应候选点，完成各类电源和负荷的网络布局方案。

【技术特征摘要】
1.一种基于典型拓扑匹配的微电网系统源-网协调规划方法，其特征在于，以构建的微电网系统的典型拓扑数据集为基础，分两个阶段进行建模和求解，为园区微电网提供初始网络及微源布局的工程方案，作为园区微电网的接线设计与设备布局初始参考；第一阶段用于提供微电网网架拓扑方案，针对PCC点下各段母线，基于构建的典型拓扑数据集，采用典型网络拓扑优化匹配的方法，通过拓扑支路数近似反映网络拓扑成本，将拓扑成本的经济性最优作为匹配目标，将各个母线下的分布式电源及负荷容量、相应电压等级和负荷重要度指标分别与典型网络拓扑的相应指标进行匹配，典型拓扑数据集中匹配度最高的网络拓扑确定为母线下的基本拓扑形式；第二阶段用于提供微源布局方案，针对各个母线下的网络拓扑，基于第一阶段匹配出的拓扑结构，采用启发式的多点布局方法，将各母线下规划的分布式电源和负荷接入拓扑的相应候选点，完成各类电源和负荷的网络布局方案。2.根据权利要求1所述的基于典型拓扑匹配的微电网系统源-网协调规划方法，其特征在于，第一阶段包括以下步骤：S301、通过拓扑支路数近似反映网络拓扑成本，将拓扑成本的经济性最优作为匹配目标，匹配的指标包括容量指标、电压等级指标和重要度指标三个；其次，容量匹配指标要求待布局的源荷容量与典型网络拓扑允许接入的源荷容量匹配，同时拓扑中每个节点只能集成对应电压等级的电源和负荷；再次，重要度匹配指标要求被选中网络拓扑的重要度不能低于待接入负荷的重要度；最后，将匹配指标分别进行匹配，选取典型拓扑数据集中匹配度最高的网络拓扑确定为母线下的基本拓扑形式；S302、根据301所提的优化匹配原则，确定拓扑以及负荷的重要度指标；S303、根据301所提的优化匹配原则以及302设定的重要度指标，确定微电网系统典型网络拓扑优化匹配模型的目标函数和相应的约束条件。3.根据权利要求2所述的基于典型拓扑匹配的微电网系统源-网协调规划方法，其特征在于，步骤S301中，网络拓扑成本的数学模型表示如下：式中：NTopo代表数据集中的拓扑个数，Nbw代表第w个拓扑的支路数，近似代替第w个拓扑的网络成本，uw是0-1变量，当第w个拓扑被选中时，uw＝1，否则uw＝0；要求各母线下待接入的各类电源满足，各电压等级下的电源总容量不超过实际拓扑预留的相应容量上限，约束如下：式中：Nnode代表各典型拓扑中的节点个数；代表第w个拓扑中节点i上为y类电源的预留接入容量上限，上标v代表电压等级；Ny代表y类电源的子类型个数；代表待接入的y类电源中子类型号为j的电源个数，代表待接入的y类电源中子类型号为j的电源容量，上标v代表电压等级；y∈{WT,PV,DG,BS,SC}；要求各母线下待接入拓扑的负荷满足，各电压等级下的总容量不超过实际拓扑预留的相应容量上限，约束如下：式中：代表第w个拓扑中节点i上负荷的预留接入容量上限，上标v代表电压等级；nload代表待接入的负荷个数；代表待接入的第x个负荷的容量，上标v代表电压等级；根据重要度指标的定义，各类负荷块只允许接入具有相同或更高重要度指标的拓扑中，约束如下：式中：IMPw代表第w个拓扑的重要度指标，impx代表待接入的第x个负荷的重要度；求解上述模型，初步确定各母线下的基本拓扑形式，每条母线下只允许得到一个匹配结果，母线下的拓扑馈线形式、节点及支路组成可通过匹配的典型拓扑直接得到。4.根据权利要求2所述的基于典型拓扑匹配的微电网系统源-网协调规划方法，其特征在于，步骤S302具体为：首先，每个典型网络拓扑定义一个拓扑重要度，表征典型网络拓扑的可靠程度，分为3个等级，等级越高，则网络拓扑重要度值就越大，表示网络拓扑的可靠程度越高；其次，各类负荷有对应的负荷重要度，表征负荷的重要程度，同样分为3个等级，等级越高，则负荷的重要度数值越大，表示负荷需要接入可靠性更高的网络拓扑中；再次，各类电源及储能元件不设置重要度指标；最后，为保证重要负荷的正常运行，各类负荷块只允许接入具有相同或更高重要度指标的拓扑中。5.根据权利要求2所述的基于典型拓扑匹配的微电网系统源-网协调规划方法，其特征在于，步骤S303中，模型的目标函数通过拓扑支路数近似反映网络拓扑成本，将拓扑成本的经济性最优作为匹配目标，电源容量匹配约束要求各母线下待接入的各类电源满足，各电压等级下的电源总容量不超过实际拓扑预留的相应容量上限，负荷容量匹配约束要求各母线下待接入拓扑的负荷满足，各电压等级下的总容量不超过实际拓扑预留的相应容量上限；匹配以各母线下分布式电源及负荷的的权重之和最小为规划目标，同时计及负荷缺额的惩罚项，其数学模型如下：式中：代表第i个节点上连接的y类电源中子类型号为j的电源的个数，代表待接入的y类电源中子类型号为j的电...

【专利技术属性】
技术研发人员：王建学，李爽，张敏，魏景东，曹晓宇，朱宇超，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61