配电系统运行柔性的量化评估方法及系统技术方案

本发明专利技术提供了一种配电系统运行柔性的量化评估方法及系统，包括：步骤M1：输入初始规划运行数据；步骤M2：基于初始规划运行数据生成初始净负荷规划场景；步骤M3：基于初始净负荷规划场景求解规划层优化模型，确定扩建方案S1，并计算总投资；步骤M4：根据扩建方案S1修正配电系统网架及约束，求解运行层优化模型，确定配电系统中各设备运行状态；步骤M5：根据配电系统中各设备运行状态修正得到新的净负荷规划场景，求解规划层优化模型，确定扩建方案S2，并计算总投资；步骤M6：判断方案S1的总投资与方案S2的总投资误差是否小于预设值，当误差大于预设值时，则将扩建方案S2设置为扩建方案S1，重复执行步骤M4至步骤M6，直至规划结果小于等于预设值。于等于预设值。于等于预设值。

【技术实现步骤摘要】
配电系统运行柔性的量化评估方法及系统


[0001]本专利技术涉及电力系统配电网规划与运行领域，具体地，涉及一种配电系统运行柔性的量化评估方法及系统，更为具体地，涉及配电网运行柔性的计算与双层扩展规划模型。

技术介绍

[0002]目前配电网常规的规划方法为:首先对目标地区规划年的负荷及装机容量进行长期预测，形成如春、夏、秋、冬等多个典型规划场景，再以配电网扩建成本最小为目标函数，在常规的潮流、电压、投资、网架等约束下，运用商用求解器计算得到最优的规划结果。
[0003]但随着国民负荷需求的不断增加与清洁能源占比要求逐渐提高，可以预见的是，未来电力系统中清洁且绿色的诸如风电、光伏等新能源将大量接入，而风光等新能源受外界环境因素的影响较大，具有很强的不确定性与波动性。配电网作为电力系统的末端，大量分布式电源(Distributed generation,DG)接入所带来的不确定性与波动性将严重影响系统的稳定运行以及用户的用电质量，对配电网的规划提出了新的挑战与要求，常规的确定性规划方法已经无法应对未来的强源荷不确定性。
[0004]柔性最早提出于过程系统的设计研究之中,后被电力系统的学者引入作为电网的一种属性用来处理规划运行中的不确定性。配电网可以通过调用系统中多种柔性资源去适应源荷不确定性的波动，已达到提升系统鲁棒性并减缓投资的目的。因此，适用于未来智能配电网的规划方法势必需要与系统的运行调度相结合，对配电系统的不确定性进行处理，得到更加精确的规划结果。
[0005]专利文献CN110707681A(申请号：201910795661.0)公开了一种含柔性多状态开关的互联配电系统及可靠运行评估方法。所述含柔性多状态开关的互联配电系统主要由全控型电力电子器件构成的柔性多状态开关FMSS构成，是以MMC作换流端口构成多端口FMSS装置，该多端口FMSS装置包括中枢调控系统和三端口：端口MMC1、端口MMC2及端口MMC3共4个子模块；子模块MMC采用FBSM和HBSM混联配置，构成子模块MMC的拓扑结构；由此提高多端柔性互联配电系统的电能质量以及减小换流器的损耗；利用序贯蒙特卡洛方法对本专利技术互联配电系统进行可靠性评估，并对柔性开关装置接入的正反效益进行了量化分析。

技术实现思路

[0006]针对现有技术中的缺陷，本专利技术的目的是提供一种配电系统运行柔性的量化评估方法及系统。
[0007]根据本专利技术提供的一种配电系统运行柔性的量化评估方法，包括：
[0008]步骤M1：输入初始规划运行数据，包括算例数据、规划周期和规划运行场景，进行初始化；
[0009]步骤M2：基于初始规划运行数据生成初始净负荷规划场景；
[0010]步骤M3：基于初始净负荷规划场景求解规划层优化模型，确定规划年内的配电系统扩建方案S1，根据规划年内的配电系统扩建方案S1计算总投资；
[0011]步骤M4：根据规划年内的配电系统扩建方案S1修正配电系统网架及约束，得到修正后配电系统网架，求解运行层优化模型，确定配电系统中各设备运行状态；
[0012]步骤M5：根据配电系统中各设备运行状态修正得到新的净负荷规划场景；根据得到的新的净负荷规划场景求解规划层优化模型，确定规划年内的配电系统扩建方案S2，根据规划年内的配电系统扩建方案S2计算总投资；
[0013]步骤M6：判断规划年内的配电系统扩建方案S1计算得到的总投资与规划年内的配电系统扩建方案S2计算得到的总投资误差是否小于预设值，当误差大于预设值时，则将规划年内的配电系统扩建方案S2设置为规划年内的配电系统扩建方案S1，重复执行步骤M4至步骤M6，直至规划结果小于等于预设值；
[0014]所述规划层优化模型是上层模型为扩展规划层，目标函数为综合扩展投资成本与柔性成本最小；
[0015]所述运行层优化模型是下层模型为运行调度层，目标函数为在给定网架下最大化系统的运行柔性。
[0016]优选地，所述步骤M1中的算例数据包括网架拓扑参数、各节点种类、各负荷节点有功负荷、各发电节点发电量和线路传输容量参数。
[0017]优选地，所述规划层优化模型包括规划层优化模型目标函数、规划层优化模型约束的优化模型；
[0018]所述规划层优化模型目标函数包括综合扩展投资成本与柔性成本最小；
[0019]所述规划层优化模型约束为潮流约束、安全约束和投资约束。
[0020]优选地，所述运行层优化模型包括运行层优化模型目标函数、运行层优化模型约束的优化模型；
[0021]所述运行层优化模型目标函数包括在给定配电系统网架下最大化配电系统的运行柔性；
[0022]所述运行层优化模型约束包括潮流约束、安全约束、上级电网馈入功率约束、柔性资源约束、考虑不确定性的分布式电源与负荷实际值的修正约束。
[0023]优选地，所述规划层优化模型目标函数包括：
[0024][0025][0026]其中，C
if
为扩展投资成本与柔性成本之和；κ
L
为馈线成本收回系数；c
L
为馈线单位长度的投资成本；为馈线ij的线路长度；y
ij
表示馈线的二元投资变量，当y
ij
取值为1，则表示在规划年内投资扩容，当y
ij
取值为0，则表示线路无变动；c
fl
表示柔性需求变化的平均净值；ψ
L
表示馈线集合；下标L无特殊含义，仅作为命名标签；r
in
为折现率；T
L
表示规划周期；κ
fl
为柔性效益系数，使得柔性和经济性为同一量纲；
[0027]所述规划层优化模型约束中潮流约束包括：
[0028][0029][0030][0031]其中，分别为t时刻节点i上的上级电网馈入的有功功率与无功功率；A为关联矩阵，用以表征系统的拓扑结构，将元素取1预设为正方向，即若A
ij
＝1，则表示馈线ij流出节点i；P
ij,t
，Q
ij,t
为t时刻馈线ij上的潮流；r
ij
与x
ij
为馈线ij的电阻与电抗；为t时刻节点i上的分布式电源的上网有功与无功出力；为t时刻节点i上的可中断负荷的中断容量；为t时刻节点i上的储能系统的放电功率与充电功率；为t时刻节点i上的有功负荷与无功负荷；
Ωi
为与节点i有联络的馈线集；为与节点i有联络且支路方向为流出的馈线集；ψ
N
为配电系统节点集合，ψ
L
为馈线集合；U
i,t
和U
j,t
表示节点i和节点j在t时刻的节点电压；T
′
＝T，代表由下层传递的新场景的调度周期，为参考电压幅值；
[0032]所述安全约束包括：
[0033][0034][0035]其中，为馈线线路原线路容量；P
′
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种配电系统运行柔性的量化评估方法，其特征在于，包括：步骤M1：输入初始规划运行数据，包括算例数据、规划周期和规划运行场景，进行初始化；步骤M2：基于初始规划运行数据生成初始净负荷规划场景；步骤M3：基于初始净负荷规划场景求解规划层优化模型，确定规划年内的配电系统扩建方案S1，根据规划年内的配电系统扩建方案S1计算总投资；步骤M4：根据规划年内的配电系统扩建方案S1修正配电系统网架及约束，得到修正后配电系统网架，求解运行层优化模型，确定配电系统中各设备运行状态；步骤M5：根据配电系统中各设备运行状态修正得到新的净负荷规划场景；根据得到的新的净负荷规划场景求解规划层优化模型，确定规划年内的配电系统扩建方案S2，根据规划年内的配电系统扩建方案S2计算总投资；步骤M6：判断规划年内的配电系统扩建方案S1计算得到的总投资与规划年内的配电系统扩建方案S2计算得到的总投资误差是否小于预设值，当误差大于预设值时，则将规划年内的配电系统扩建方案S2设置为规划年内的配电系统扩建方案S1，重复执行步骤M4至步骤M6，直至规划结果小于等于预设值；所述规划层优化模型是上层模型为扩展规划层，目标函数为综合扩展投资成本与柔性成本最小；所述运行层优化模型是下层模型为运行调度层，目标函数为在给定网架下最大化系统的运行柔性。2.根据权利要求1所述的配电系统运行柔性的量化评估方法，其特征在于，所述步骤M1中的算例数据包括网架拓扑参数、各节点种类、各负荷节点有功负荷、各发电节点发电量和线路传输容量参数。3.根据权利要求1所述的配电系统运行柔性的量化评估方法，其特征在于，所述规划层优化模型包括规划层优化模型目标函数、规划层优化模型约束的优化模型；所述规划层优化模型目标函数包括综合扩展投资成本与柔性成本最小；所述规划层优化模型约束为潮流约束、安全约束和投资约束。4.根据权利要求1所述的配电系统运行柔性的量化评估方法，其特征在于，所述运行层优化模型包括运行层优化模型目标函数、运行层优化模型约束的优化模型；所述运行层优化模型目标函数包括在给定配电系统网架下最大化配电系统的运行柔性；所述运行层优化模型约束包括潮流约束、安全约束、上级电网馈入功率约束、柔性资源约束、考虑不确定性的分布式电源与负荷实际值的修正约束。5.根据权利要求3所述的配电系统运行柔性的量化评估方法，其特征在于，所述规划层优化模型目标函数包括：优化模型目标函数包括：
其中，C
if
为扩展投资成本与柔性成本之和；κ
L
为馈线成本收回系数；c
L
为馈线单位长度的投资成本；为馈线ij的线路长度；y
ij
表示馈线的二元投资变量，当y
ij
取值为1，则表示在规划年内投资扩容，当y
ij
取值为0，则表示线路无变动；c
fl
表示柔性需求变化的平均净值；ψ
L
表示馈线集合；下标L无特殊含义，仅作为命名标签；r
in
为折现率；T
L
表示规划周期；κ
fl
为柔性效益系数，使得柔性和经济性为同一量纲；所述规划层优化模型约束中潮流约束包括：所述规划层优化模型约束中潮流约束包括：所述规划层优化模型约束中潮流约束包括：其中，分别为t时刻节点i上的上级电网馈入的有功功率与无功功率；A为关联矩阵，用以表征系统的拓扑结构，将元素取1预设为正方向，即若A
ij
＝1，则表示馈线ij流出节点i；P
ij,t
，Q
ij,t
为t时刻馈线ij上的潮流；r
ij
与x
ij
为馈线ij的电阻与电抗；为t时刻节点i上的分布式电源的上网有功与无功出力；为t时刻节点i上的可中断负荷的中断容量；为t时刻节点i上的储能系统的放电功率与充电功率；为t时刻节点i上的有功负荷与无功负荷；Ω
i
为与节点i有联络的馈线集；为与节点i有联络且支路方向为流出的馈线集；ψ
N
为配电系统节点集合，ψ
L
为馈线集合；U
i,t
和U
j,t
表示节点i和节点j在t时刻的节点电压；T
′
＝T，代表由下层传递的新场景的调度周期，为参考电压幅值；所述安全约束包括：所述安全约束包括：其中，为馈线线路原线路容量；P
′
ij
为馈线线路扩建后的线路容量；P
ij,t
表示，U
i,tmax
、U
i,tmin
分别为配电系统节点电压的最大值与最小值；所述投资约束包括：y
ij
≤1 ij∈ψ
L
ꢀꢀ
(8)。6.根据权利要求4所述的配电系统运行柔性的量化评估方法，其特征在于，所述运行层优化模型目标函数包括：其中，c
fl
为柔性需求变化的平均净值，Δt为时间间隔，T为运行调度场景时长；ψ
N
表示配电系统节点集合，与为t时刻节点i上的分布式电源与负荷的不确定性变化值，
表征两者的柔性需求，用以修正分布式电源与负荷的实际上网值；所述基于二阶锥松弛的潮流约束包括：所述基于二阶锥松弛的潮流约束包括：所述基于二阶锥松弛的潮流约束包括：所述基于二阶锥松弛的潮流约束包括：其中，分别为t时刻节点i上的上级电网馈入的有功功率与无功功率；A为关联矩阵，用以表征系统的拓扑结构，将元素取1预设为正方向，即若A
ij
＝1，则表示馈线ij流出节点i；P
ij,t
，Q
ij,t
为t时刻馈线ij上的潮流；r
ik
与x
ik
为馈线ik的电阻与电抗；为t时刻节点i上的分布式电源的上网有功与无功出力；为t时刻节点i上的可中断负荷的中断容量；为t时刻节点i上的储能系统的放电功率与充电功率；为t时刻节点i上的有功负荷与无功负荷；Ω
i
为与节点i有联络的馈线集；为与节点i有联络且支路方向为流出的馈线集；ψ
N
为配电系统节点集合，ψ
L
为馈线集合；v
j,t
＝|U
j,t
|2代替节点电压幅值，v
i,t
＝|U
i,t
|2代替节点电压幅值，U
i,t
和U
j,t
表示节点i和节点j在t时刻的节点电压；r
ij
与x
ij
为馈线ij的电阻与电抗；以代替馈线的电流幅值；T
′
＝T，代表由下层传递的新场景的调度周期，为参考电压幅值；所述安全约束包括：所述安全约束包括：式中，U
i,tmin
分别表示配电系统节点电压的最大值与最小值；为扩容改造前馈线ij上允许流过的最大电流值；I
′
ij
为扩容后馈线ij上允许流过的最大电流值，l
ij,t
表示馈线的电流幅值；所述上级电网馈入功率约束包括：所述上级电网馈入功率约束包括：其中，表示上级电网馈入的有功功率，表示上级电网馈入的最大有功功率，表示上级电网馈入的无功功率，表示上级电网馈入的最大无功功率，
所述分布式电源出力约束包括：所述分布式电源出力约束包括：式中，为节点i处的分布式电源出力的上下限；为功率角；ψ
DG
为分布式电源集；可中断负荷约束：可中断负荷约束：式中，为节点i处的可中断负荷的最大中断容量；T
iIL
为运行周期内可中断负荷的最大调用时间；为可中断负荷的二元调用标识，表示调用；ψ
IL
为可中断负荷集；储能系统约束：储能系统约束：储能系统约束：储能系统约束：储能系统约束：其中，为节点i处的储能系统的最大放电与充电功率；为t时刻节点i处储能设备的荷电状态值；为节点i处储能设备的荷电最小值与最大值；β
esd
为储能自放电损失率；η
esc
，η
esd
为储能设备充、放电效率系数；为...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈一铭，王承民，谢宁，王智冬，李晖，王帅，朱承治，
申请(专利权)人：国网浙江省电力有限公司国网经济技术研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：