考虑动态网架重构和差异化可靠性的配电网规划方法技术

本发明专利技术涉及考虑动态网架重构和差异化可靠性的配电网规划方法，包括如下步骤：S1、建立配电网初始扩展规划方案，并选择待建设的线路的集合，并建立以配电网年综合费用最小为目标函数的规划层模型；S2、考虑配电网参与因素，建立将不同运行环境下以促进最大供电能力为目标的网架结构的动态重构考虑进来的运行层模型；S3、对规划层及运行层模型进行求解：规划层采用遗传算法求解，优化配电网建设方案；运行层则采用标准粒子群算法求解，对峰谷电价进行优化，通过规划处及运行层两部分求解算法的相互嵌套完成总体的模型求解，得出最优规划方案。本发明专利技术能够为现有配电网可靠性的提升提供支撑，有利于提升城市配电网规划管理水平。

Distribution network planning method considering dynamic grid reconfiguration and differentiated reliability

【技术实现步骤摘要】
考虑动态网架重构和差异化可靠性的配电网规划方法
本专利技术属于城网规划管理
，尤其涉及考虑动态网架重构和差异化可靠性的配电网规划方法。
技术介绍
配电网作为电能生产、传输和使用的重要环节，是联系用户与发、输电系统的纽带。配电网承担着将电能从电源或输电网传输到不同电压等级用户的重要任务，直接与用户相连，对供电可靠性影响较大。据电力公司的统计，80％的用户停电事故是由配电系统故障引起的。可见提升配电网可靠性十分重要。随着电力体制改革的不断推进，售电侧的改革让用户拥有了自主选择的权利，有权向供电公司提出更高的要求，以此保障自身用电的安全性和可靠性。价格是市场最核心的功能，在电力生产到消费这一环环相扣的价值链中，电力市场能够捕捉到不同时间、不同空间、不同环节的价值波动，并将之以价格的形式表示出来。用户对供电质量、供电可靠性需求的不同，必然导致电能价格的差异，用户可根据自身需求的不同以及市场电能价格的差异，向供电企业提出适合自己的电能质量和可靠性要求，而供电企业的任务则是在市场的导向下满足用户差异化可靠性需求。目前，国内部分城市已经开始配电网的建设改造，初步具备配电网灵活主动运行的条件，能够实现对配电网网架结构、分布式电源设备以及运行设备等的主动管理控制。但现有的配电网规划方法尚未充分发掘考虑不同类型电力用户的差异化可靠性需求，导致部分线路的建设并非当前条件下的最优选择，增加了建设投资成本。因此，在配电网规划设计特别是针对现有配电网进行网架扩展规划时，有必要考虑配电网运行时不同类型电力用户的差异化可靠性需求的影响。因此，基于这些问题，提供一种考虑网架结构动态重构影响和差异化可靠性需求的配电网双层扩展规划方法，具有重要的现实意义。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种考虑网架结构动态重构影响和差异化可靠性需求的配电网双层扩展规划方法。本专利技术解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：考虑动态网架重构和差异化可靠性的配电网规划方法，所述规划方法包括如下步骤：S1、建立配电网初始扩展规划方案，并选择待建设的线路的集合；规划层负责规划方案的决策，即决定方案中选择建设的线路的集合。上层规划层模型以配电网年综合费用最低为模型目标，以差异可靠性需求为主要柔性约束，以新扩展建设线路的选取为模型决策变量。对于建成的配电网的年综合费用，本专利技术考虑的经济性成本包括以下部分：i)新建线路的建设成本：配电网扩展建设新的网架线路时，新建线路的建设投资成本，为与配电网年运行费用匹配，本专利技术将配电网扩展规划的建设成本折合成等年值进行计算分析；ii)配电网购电成本：配电网在运行过程中不能完全负担区域内的全部用户负荷，需要上级电网的支持，产生向上级电网购电成本；iii)网损成本：配电网在运行中不可避免的会产生的网络电能损；因此，建立以配电网年综合费用最小为目标函数的规划层模型，如下式：minF＝Finv+FoperFoper＝Fpe+Floss式中，F为配电网年综合费用；Finv为网架的建设投资费用等年值；Foper为规划方案的年运行总费用；Fpe为每年向上级电网购电总费用；Floss为年网损总费用；其中：式中，xfl,h为0-1状态变量，表示第h条待新建线路的状态，1表示该线路被选择新建，0表示未被选择新建；Sfl,h表示第h条线路的建设成本；d为贴现率；y表示使用年限；cd为向上级电网购电单价；closs为单位网损费用；T为一个运行周期；smax为运行场景总数目；ωi表示第i个场景出现的概率；Pload,i表示第i个场景下的负荷总功率；Ploss,i表示第i个场景下的网损功率；S2、配电网规划与传统配电网规划存在最大的不同之一就是配电网存在大量的分布式电源和可控负荷，以及配电网可以通过先进的电力电子、通讯、遥测遥控等技术对整个系统的运行进行实时的调度控制。所以，在对配电网进行规划设计时，考虑运行的状态也不应只考虑固定网络状态下的情况，应将配电网实际灵活变化的运行状态考虑进来。所以，本专利技术考虑了配电网参与因素，主要将不同运行环境下以促进最大供电能力为目标的网架结构的动态重构考虑进来构件运行层模型。运行层以规划层传递的网架规划方案为基础，计算该网架规划方案在考虑配电网动态重构条件下的运行数据，作为返回量反馈给规划层作为计算方案目标函数值的一部分。考虑配电网参与因素，建立将不同运行环境下以促进最大供电能力为目标的网架结构的动态重构考虑进来的运行层模型，所述运行层模型以供电能力最大为目标函数：式中，p为主变压器；q为馈线；psc为有源配电网供电能力；Lpqmax为与第p台主变压器相连的第q条馈线在全网的尖峰负荷时刻所能够接入的负荷值；S3、对规划层及运行层模型进行求解本专利技术中规划层采用遗传算法求解，优化配电网建设方案；运行层则采用标准粒子群算法求解，对峰谷电价进行优化。其中，规划层以配电网年综合费用最小为目标，为运行层提供网架规划方案，配电网年综合费用包含网络建设的等年值费用和年运行费两部分，建设等年值费用由规划方案中的待建线路决定，年运行费用由下层主动配电网环境下的模拟运行得出；运行层从规划层获得当前规划方案，以配电网供电能力最大为目标，确定各个场景下的配电网开关状态即网架运行结构，计算当前规划方案的需求响应量和电价以及购电量、网损、分布式电源出力大小等年运行参数，以供规划层计算该规划方案的年综合费用。整体模型通过两部分求解算法的相互嵌套完成总体的模型求解，得出最优规划方案，具体求解流程如下：S301、选择初始配电网扩展规划方案，并依照遗传算法的编码方式对规划层规划方案编码，即对规划方案中的待建设线路的建设状态进行编码；S302、将规划层的规划方案编码作为基础参数传递给运行层，优化各运行场景下主动配电网的分布式电源出力、需求响应量和电价、总负荷和网损，从而计算得到差异可靠性指标下的主动配电网最大供电能力；S303、对主动配电网各开关状态进行整数编码，随机生成运行层初始粒子群；S304、利用粒子群算法进行运行层优化，得到当前各规划方案的最优分布式电源出力、需求响应量和电价、总负荷和网损，从而计算得到差异可靠性指标下的主动配电网最大供电能力，并反馈给规划层；S305、规划层计算各规划方案的运行成本，结合各方案的等年值建设成本得到种群中各个规划方案的适应度；S306、判断规划层是否达到收敛条件，若未达到，则对规划层个体进行交叉变异操作得到新的规划方案种群编码，返回步骤S302，反之，输出最优结果。进一步的，所述步骤S301中编码方式及求解流程如下：S3011、随机排列待建设线路生成染色体编码；S3012、将存在着联络关系的已建设的节点划分为若干子集A1,A2,…,An，并对子集进行分级，含有电源节点的子集等级为1，反之为0；S3013、按照编码顺序判断每条线路的两端负荷节点与现有子集之间的关系；本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.考虑动态网架重构和差异化可靠性的配电网规划方法，其特征在于：所述规划方法包括如下步骤：/nS1、建立配电网初始扩展规划方案，并选择待建设的线路的集合，并建立以配电网年综合费用最小为目标函数的规划层模型，如下式：/nminF＝F

【技术特征摘要】
1.考虑动态网架重构和差异化可靠性的配电网规划方法，其特征在于：所述规划方法包括如下步骤：
S1、建立配电网初始扩展规划方案，并选择待建设的线路的集合，并建立以配电网年综合费用最小为目标函数的规划层模型，如下式：
minF＝Finv+Foper
Foper＝Fpe+Floss
式中，F为配电网年综合费用；Finv为网架的建设投资费用等年值；Foper为规划方案的年运行总费用；Fpe为每年向上级电网购电总费用；Floss为年网损总费用；
其中：









式中，xfl,h为0-1状态变量，表示第h条待新建线路的状态，1表示该线路被选择新建，0表示未被选择新建；Sfl,h表示第h条线路的建设成本；d为贴现率；y表示使用年限；cd为向上级电网购电单价；closs为单位网损费用；T为一个运行周期；smax为运行场景总数目；ωi表示第i个场景出现的概率；Pload,i表示第i个场景下的负荷总功率；Ploss,i表示第i个场景下的网损功率；
S2、考虑配电网参与因素，建立将不同运行环境下以促进最大供电能力为目标的网架结构的动态重构考虑进来的运行层模型，所述运行层模型以供电能力最大为目标函数：



式中，p为主变压器；q为馈线；psc为有源配电网供电能力；Lpqmax为与第p台主变压器相连的第q条馈线在全网的尖峰负荷时刻所能够接入的负荷值；
S3、对规划层及运行层模型进行求解
S301、选择初始配电网扩展规划方案，并依照遗传算法的编码方式对规划层规划方案编码，即对规划方案中的待建设线路的建设状态进行编码；
S302、将规划层的规划方案编码作为基础参数传递给运行层，优化各运行场景下主动配电网的分布式电源出力、需求响应量和电价、总负荷和网损，从而计算得到差异可靠性指标下的主动配电网最大供电能力；
S303、对主动配电网各开关状态进行整数编码，随机生成运行层初始粒子群；
S304、利用粒子群算法进行运行层优化，得到当前各规划方案的最优分布式电源出力、需求响应量和电价、总负荷和网损，从而计算得到差异可靠性指标下的主动配电网最大供电能力，并反馈给规划层；
S305、规划层计算各规划方案的运行成本，结合各方案的等年值建设成本得到种群中各个规划方案的适应度；
S306、判断规划层是否达到收敛条件，若未达到，则对规划层个体进行交叉变异操作得到新的规划方案种群编码，返回步骤S302，反之，输出最优结果。


2.根据权利要求1所述的考虑动态网架重构和差异化可靠性的配电网规划方法，其特征在于：所述步骤S301中编码方式及求解流程如下：
S3011、随机排列待建设线路生成染色体编码；
S3012、将存在着联络关系的已建设的节点划分为若干子集A1,A2,…,An，并对子集进行分级，含有电源节点的子集等级为1，反之为0；
S3013、按照编码顺序判断每条线路的两端负荷节点与现有子集之间的关系；假设目前线路编号为h，两端节点为Ki、Kj，判断方法如下：
若Ki、Kj不在已有子集中，则xfl,h＝1，并建立新子集An+1＝{Ki+Kj}，其等级为0；
若Ki、Kj仅有一个属于已存在子集Ai中，则xfl,h＝1，且Ai＝{Ai+(Ki/Kj)}，子集等级不变；
若Ki、Kj存在相同子集中，则xfl,h＝0，避免形成环网；
若Ki、Kj存在于不同的子集Ai、Aj中，则xfl,h＝1，且Ai＝{Ai+Aj}，合并后的子集等级为2个原有子集...

【专利技术属性】
技术研发人员：迟福建，李娟，张章，徐晶，张梁，张雪菲，李桂鑫，王哲，孙阔，王世举，夏冬，崔荣靖，
申请(专利权)人：国网天津市电力公司，国家电网有限公司，
类型：发明
国别省市：天津;12