一种多阶段交直流混联配电网直流升级改造的规划方法技术

本发明专利技术涉及一种多阶段交直流混联配电网直流升级改造的规划方法，包括：基于当前实际源荷运行场景，采用遗传算法，对上一阶段规划得到的交直流混联配电网拓扑结构中的交流线路和交流节点直流改造，得到并基于配电网拓扑结构的多个配电网拓扑子代，以机组出力最小为子目标并以投资费用和运行费用总和最小为主目标进行嵌套优化，筛选最优配电网拓扑子代，得到其对应的交直流混联配电网拓扑结构，并重复上述过程。本发明专利技术仅对上一次规划结果中的交流线路和交流节点进行直流改造，并以整个改造过程的总费用最低为主目标，进行多阶段逐级改造，可有效实现配电网直流成分有序引入。另外，引入双层优化思想，改进遗传算法进行最优规划，实现规划问题求解。

【技术实现步骤摘要】
一种多阶段交直流混联配电网直流升级改造的规划方法
本专利技术属于电网规划领域，更具体地，涉及一种多阶段交直流混联配电网直流升级改造的规划方法。
技术介绍
随着新能源技术的革新与发展，分布式电源大量渗透到配电网已是未来配电网发展大势所趋，同时在电力电子技术的推动作用下，直流型负荷的比重也在不断提高。而传统的交流配电网在许多方面表现出对这新场景的不适应，例如，分布式电源大多是直流型电源(或不稳定的交流电转换为直流)，需经换流器接入交流配电网，大量的直流负荷亦是如此，投资费用高。因此，相比于交流配电网，直流配电技术更能适应未来配电网场景的演化趋势。另外，随着直流控制与保护技术的发展，传统配电网中引入直流部分将带来许多传统交流无法比拟的优势，研究表明，直流线路具有传输容量更大、线路损耗更低、直流系统电能质量更优、可靠性更高、直流配电网潮流可调度性更强等优点。然而，考虑到当前电网主体成分还是交流形式，纯直流拓扑改造将带来巨大的投资费用，目前来说，纯直流改造并不可行，配电网的拓扑形态应该能够适应配电网内部运行场景的发展。考虑在配电网中引入部分直流成分，并考虑实际的直流负荷与新能源在不同阶段的接入量，实现不同规划阶段之间的最优过渡，是当前一个有待解决的问题。现今针对直流配电网的规划建设处于研究初期，低压配电网常采用纯直流微电网的形式，中压等级配电网常考虑交直流混联的形式。已有相关文献提出交直流混联规划的方法，但一方面，其采用前推回代法进行潮流计算，由于前推回代法仅适用于辐射状网络，拓扑寻优也仅能考虑辐射状拓扑，而当引入换流器后，由于换流器可以有效限制短路电流，配电网将可以闭环运行，因此已有的规划方法在拓扑规划上有所局限；另一方面，由于改造成本是将交流配电网改造成直流配电网的一个重要的问题，而且由于实际源荷运行场景的不同，交流配电网经由交直流配电网过渡到纯直流配电网是一个长期且多阶段的过程，而已有交直流配电网规划方法多仅考虑一个阶段的规划，未解决多个阶段之间如何进行规划过渡的问题。
技术实现思路
本专利技术提供一种多阶段交直流混联配电网直流升级改造的规划方法，用以解决现有交直流配电网规划方法因仅针对单次规划、缺乏阶段间的规划衔接而导致配电网直流成分的引入不能低成本地有序进行的技术问题。本专利技术解决上述技术问题的技术方案如下：一种多阶段交直流混联配电网直流升级改造的规划方法，包括：S1、基于当前阶段的实际源荷运行场景，采用遗传算法，对上一阶段规划得到的交直流混联配电网拓扑结构中的交流线路和交流节点进行直流改造，得到所述配电网拓扑结构的多个配电网拓扑子代；S2、基于所述多个配电网拓扑子代，以机组出力最小为子目标并以投资费用和运行费用的总和最小为主目标，进行嵌套优化迭代，筛选得到最优的配电网拓扑子代；S3、基于所述最优的配电网拓扑子代，得到新的交直流混联配电网拓扑结构，完成当前阶段的规划，并在出现新的源荷运行场景时重复S1。本专利技术的有益效果是：本专利技术仅对上一阶规划得到的交直流混联配电网拓扑结构中的交流线路和交流节点进行直流改造，进而生成配电网拓扑结构的多个完整的配电网拓扑子代，因此，本专利技术了结合了上一阶段满足主目标和子目标的配电网规划结果，同时，仅对上一次的规划结果中的交流线路和交流节点进行直流改造，因为实际上如果在上一阶段已将线路进行直流改造了，那么此时换流器的投资已经是投资过的了，那么此时需要考虑的就是运行费用的最小化了，根据现有理论，交流线路的损耗大于直流线路，所以已经进行直流改造的线路无需考虑改造回交流线路。因此，本专利技术站在整个规划过程的宏观角度，对交流配电网逐阶段的改造直至该交流配电网改造为纯直流配电网，以整个改造过程的总费用最低为主目标，进行多阶段的逐级改造，且每次规划改造虽然都是对交流线路和交流节点引入直流成分进行升级改造，但后续优化步骤均是基于配电网拓扑结构的完整的多个配电网拓扑子代，本专利技术能够有效的实现配电网直流成分的低成本有序引入。其次，本专利技术的中的每次改造规划是基于主目标和子目标的双层优化思想，主优化为换流器与线路的投资费用和交直流混联配电网运行费用总和的优化，子优化为考虑交直流混联配电网最优潮流的运行费用优化，该双层优化模型将大规模复杂规划问题转化为相互解耦的主子优化问题，可有效降低模型求解难度，配网投资与配网运行费用存在天然的解耦关系，因此，双层优化模型十分适用。本专利技术利用上一阶段的改造结果，基于双层优化思想，采用遗传算法，进行交直流混联配电网的最优规划，解决配电网直流成分的全局低成本有序引入的问题。上述技术方案的基础上，本专利技术还可以做如下改进。进一步，所述S2之前，所述方法还包括：S4、采用Warshell算法，对每个所述配电网拓扑子代进行拓扑联通检验，筛选拓扑联通的配电网拓扑子代；则所述S2中，所述基于所述多个配电网拓扑子代，具体为：基于所有所述拓扑联通的配电网拓扑子代。本专利技术的进一步有益效果是：传统的配电网拓扑优化遗传算法(GA)中，随机生成拓扑网架，导致生成子代出现孤岛，子代个体不可行，而且即使子代可行，通过遗传算子交叉或变异，也会使得子代不可行，GA难以搜索到可行个体，导致子代收敛速度大为下降，本专利技术引入Warshell算法，将Warshell算法嵌入到GA遗传算子后，对经交叉变异后的子代个体进行拓扑联通检验筛选，确保种群个体可行，提高计算效率。进一步，所述S1包括：S1.1、基于上一阶段规划得到的交直流混联配电网拓扑结构，确定所有交流线路和交流节点以及所有直流线路和直流节点；S1.2、基于当前阶段的实际源荷运行场景，采用遗传算法，生成对所述所有交流线路和交流节点进行直流改造的多个方案所对应的多个分子代；S1.3、基于所述交直流配电网拓扑结构，在每个所述分子代上添加所述所有直流线路和直流节点对应的信息，形成所述配电网拓扑结构的多个配电网拓扑子代。本专利技术的进一步有益效果是：由于直接对整个配电网拓扑结构进行直流引入生成子代容易导致计算复杂、混乱的问题，因此，本专利技术先确定交流线路和交流节点，单独对交流线路和交流节点进行质量成分引入以进行直流升级改造，使得生成这部分线路和节点的分子代的过程简单、准确，之后再将原配电网的直流部分补入分子代中，生产完整的配电网拓扑子代染色体。进一步，所述子目标的约束条件包括：基于交直流混联的潮流计算约束，其中，所述潮流分为以下五类：两端为交流节点的交流线路潮流；两端为直流节点的直流线路潮流；两端为交流节点的直流线路潮流；一端节点为直流节点、另一端节点为交流节点的直流线路潮流；一端节点为交流节点、另一端节点为直流节点的直流线路潮流。本专利技术的进一步有益效果是：交直流混联配电网潮流计算是进行交直流配电网规划的基础环节，该过程主要通过潮流计算，得出配电网运行费用指标，从而实现对配电网拓扑形态的定量评估。以机组出力最小为子目标，该子目标的约束条件包括潮流计算，为了切实的降低改造成本，避免规划过程中的计算误差导致实际改造成本非最优的问题，本专利技术创造性地考虑配电网的各种线路类型和节点类型，总结穷举出五种情况，并分别对每种情况下的线路确定潮流计算公式进行潮流计算，保证了实际改造成本最低以及规划可行性。进一步，每一类所述潮流基于换流器方程计算。本专利技术的进一步有益效果是：交直流潮流计算本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多阶段交直流混联配电网直流升级改造的规划方法，其特征在于，包括：S1、基于当前阶段的实际源荷运行场景，采用遗传算法，对上一阶段规划得到的交直流混联配电网拓扑结构中的交流线路和交流节点进行直流改造，得到所述配电网拓扑结构的多个配电网拓扑子代；S2、基于所述多个配电网拓扑子代，以机组出力最小为子目标并以投资费用和运行费用的总和最小为主目标，进行嵌套优化迭代，筛选得到最优的配电网拓扑子代；S3、基于所述最优的配电网拓扑子代，得到新的交直流混联配电网拓扑结构，完成当前阶段的规划，并在出现新的实际源荷运行场景时重复S1。

【技术特征摘要】
1.一种多阶段交直流混联配电网直流升级改造的规划方法，其特征在于，包括：S1、基于当前阶段的实际源荷运行场景，采用遗传算法，对上一阶段规划得到的交直流混联配电网拓扑结构中的交流线路和交流节点进行直流改造，得到所述配电网拓扑结构的多个配电网拓扑子代；S2、基于所述多个配电网拓扑子代，以机组出力最小为子目标并以投资费用和运行费用的总和最小为主目标，进行嵌套优化迭代，筛选得到最优的配电网拓扑子代；S3、基于所述最优的配电网拓扑子代，得到新的交直流混联配电网拓扑结构，完成当前阶段的规划，并在出现新的实际源荷运行场景时重复S1。2.根据权利要求1所述的一种多阶段交直流混联配电网直流升级改造的规划方法，其特征在于，所述S2之前，所述方法还包括：S4、采用Warshell算法，对每个所述配电网拓扑子代进行拓扑联通检验，筛选拓扑联通的配电网拓扑子代；则所述S2中，所述基于所述多个配电网拓扑子代，具体为：基于所有所述拓扑联通的配电网拓扑子代。3.根据权利要求1所述的一种多阶段交直流混联配电网直流升级改造的规划方法，其特征在于，所述S1包括：S1.1、基于上一阶段规划得到的交直流混联配电网拓扑结构，确定所有交流线路和交流节点以及所有直流线路和直流节点；S1.2、基于当前阶段的实际源荷运行场景，采用遗传算法，生成对所述所有交流线路和交流节点进行直流改造的多个方案所对应的多个分子代；S1.3、基于所述交直流配电网拓扑结构，在每个所述分子代上添加所述所有直流线路和直流节点对应的信息，形成所述配电网拓扑结构的多个配电网拓扑子代。4.根据权利要求1所述的一种多阶段交直流混联配电网直流升级改造的规划方法，其特征在于，所述子目标的约束条件包括：基于交直流混联的潮流计算约束，其中，所述潮流分为以下五类：两端为交流节点的交流线路潮流；两端为直流节点的直流线路潮流；两端为交流节点的直流线路潮流；一端节点为直流节点、另一端节点为交流节点的直流线路潮流；...

【专利技术属性】
技术研发人员：何耿生，卢东昊，任俊谕，韩天森，陈金富，孙辰军，赵昭，罗真，乔琰，
申请(专利权)人：华中科技大学，国网河北省电力有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北,42