一种计及激励型响应不确定性的变电站规划分布鲁棒优化方法及系统技术方案

本发明专利技术提供了一种计及激励型响应不确定性的变电站规划分布鲁棒优化方法及系统。首先，综合考虑激励型需求响应的签约成本、响应成本与惩罚收益，建立变电站选址定容混合整数线性规划模型。其次，构建基于1

【技术实现步骤摘要】
一种计及激励型响应不确定性的变电站规划分布鲁棒优化方法及系统


[0001]本专利技术属于配电网规划领域，涉及一种计及激励型响应不确定性的变电站规划分布鲁棒优化方法及系统。

技术介绍

[0002]近年来，我国能源转型战略快速推进，终端能源的电气化程度不断提高，导致配电网尖峰负荷逐年攀升，为变电站规划投资带来巨大压力。需求响应是解决这一问题的有效手段。然而，需求响应虽能一定程度上降低负荷峰值，但由于人为决策因素的影响，其响应存在一定的不确定性。如何在变电站规划中精细地考虑需求响应及其不确定性，是当前亟待解决的重要问题。
[0003]变电站规划涉及变电站的选址、定容与供电范围划分，是一种包含多类型决策变量的大规模非线性优化问题，早期的规划方法主要有启发式方法和分层解耦法两类。启发式方法算法在求解大规模问题时能取得最优解或近似最优解，易陷入局部最优，且供电范围划分多采用就近分配，造成规划不合理以及负载率过低或过高等问题；分层解耦法的本质是对大规模非线性问题解耦为上下两层子问题，针对上层生成的每一种待选容量组合方案实现选址和供电范围划分，此类方法生成的容量组合方案存在无法列举完全的可能。
[0004]许多研究已在变电站规划中计及需求响应，可以改善变电站综合负荷特性，降低变电站规划投资成本，但都未考虑需求响应的不确定性，导致规划方案可能会出现目标年规划投资不足。对变电站规划中的不确定性因素的考虑，一些研究基于随机优化方法，对目标年负荷预测的位置和大小的不确定性、光伏出力的不确定性等进行建模，但这种方法需要已知不确定因素概率分布，实际应用中难以获取，因而会导致目标年规划投资不足；还有一些研究采用鲁棒优化的方法对不确定性进行处理，即考虑最恶劣场景下的不确定因素概率分布，所得的规划方案又偏于保守。近年来，分布鲁棒优化方法在处理不确定性方面的优点逐渐受到学者们的关注，其结合了随机优化和鲁棒优化的特点，优化结果在经济性和保守性方面表现出良好的性能。

技术实现思路

[0005]本专利技术所要解决的技术问题在于如何建立一种计及需求响应及其不确定性的变电站规划数学模型，并采用数学规划方法求解，克服传统变电站规划方法易陷入局部最优的同时，保证所得规划方案的经济性和鲁棒性。
[0006]本专利技术通过以下技术手段解决上述问题。
[0007]一种计及激励型响应不确定性的变电站规划分布鲁棒优化方法，其特征在于：具体步骤如下：
[0008]Step1：综合考虑需求响应的签约成本、响应成本与惩罚收益，建立计及激励型需求响应的变电站选址定容混合整数线性规划模型；
[0009]Step2：构建基于1
‑
范数和∞
‑
范数的响应功率不确定模糊集，在对混合整数线性规划模型改进的基础上，建立基于多离散场景的两阶段三层分布鲁棒优化模型；
[0010]Step3：针对该分布鲁棒优化模型，提出基于列与约束生成的主问题和子问题迭代算法。
[0011]而且，Step1中所述的混合整数线性规划模型的建立，包括：1)电网公司的需求响应成本模型
[0012]电力供用双方首先签订合约，规定好签约期内用户可响应的最大功率，签约容量P1，产生签约成本；配电网运行期间提前向用户发出在用电高峰时的响应指令，用户按指令响应功率P
t
，累计产生响应成本；用户响应功率少于指令要求的部分为违约功率P
t，f
，累计产生惩罚收益。电网公司每年支付给单个用户的需求响应成本计算公式如下：
[0013][0014]其中，C
DR
为电网公司每年需支付给该用户的需求响应费用；σ1、σ2、σ3分别为签约成本、响应成本和惩罚收益的单位价格；P为用户负荷量最大值；λ为用户的最大可签约容量与其最大负荷量的比值，代表了该负荷参与需求响应的能力；
[0015]2)计及需求响应的变电站规划模型
[0016]变电站规划目的为满足目标年负荷用电需求及各种规划约束的前提下，尽可能地降低变电站及主干线路的投资建设成本，同时还应考虑与需求响应相关的各项成本；
[0017]a)决策变量：决策变量包括变电站位置与容量选择、负荷与变电站连接关系、需求响应签约容量和各时段的响应功率，x
is
为布尔变量，表示第i个变电站位置是否选择第s种变电站类型，每一种待选变电站类型对应不同的变电站容量，在待选变电站类型中增添容量为0的选项，若某变电站位置选择到0容量类型则表示该位置未被选择建设变电站，将位置选择与容量选择两个变量进行统一，解决了变电站建设成本计算中这两个变量需要相乘而造成的非线性问题；y
ij
为布尔变量，表示第i个变电站位置是否与第j个负荷存在连接关系；为连续变量，表示第j个负荷的需求响应签约容量；为连续变量，表示第j个负荷在t时段的响应功率；
[0018]b)目标函数：
[0019]minC＝C
S
+C
L
+C
DR1
+C
DR2
[0020][0021][0022][0023][0024]其中：C为总成本；C
S
、C
L
、C
DR1
和C
DR2
分别为变电站建设年费用、线路建设年费用、需求响应签约成本和响应成本；r0为贴现率；ms为变压器折旧年限；N
P
为变电站待选位置数量；N
S
为待选变电站类型数量；C
Ss
为第s个待选变电站类型的建设成本；β为线路单位成本系数；ml为线路折旧年限；N
L
为负荷点个数；d
ij
为变电站i到负荷j的距离；P
j
为第j个负荷点的最大负荷量；σ
j,1
和σ
j,2
分别为第j个负荷的需求响应签约成本和响应成本的单位价格；
[0025]c)约束条件：
[0026]变电站容量选择唯一性约束。一个变电站建设位置只能选择一种变电站类型：
[0027][0028]负荷点归属唯一性约束。在供电范围划分时，一个负荷点对应的上级变电站有且只有一个：
[0029][0030]最大供电半径约束，r
max
为供配电设计规范中规定的中压线路供电半径最大值：
[0031]y
i,j
d
ij
≤r
max i∈[1,N
P
],j∈[1,N
L
][0032]变电站N
‑
1安全约束，基于电网安全运行原则，变电站内任一台变压器故障后，剩余变压器需满足带供电范围内所有负荷运行2小时，正常运行时变电站的最大负载率e
s
，有如下不等式约束：
[0033][0034]式中，J
i
为第i个变电站供电范围内的负荷集；P
j,t
为第j个负荷在t时段的功率；本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种计及激励型响应不确定性的变电站规划分布鲁棒优化方法，其特征在于：具体步骤如下：Step1：综合考虑需求响应的签约成本、响应成本与惩罚收益，建立计及激励型需求响应的变电站选址定容混合整数线性规划模型；Step2：构建基于1
‑
范数和∞
‑
范数的响应功率不确定模糊集，在对混合整数线性规划模型改进的基础上，建立基于多离散场景的两阶段三层分布鲁棒优化模型；Step3：针对该分布鲁棒优化模型，提出基于列与约束生成的主问题和子问题迭代算法。2.根据权利要求1所述一种计及激励型响应不确定性的变电站规划分布鲁棒优化方法，其特征在于，Step1中所述的混合整数线性规划模型的建立，包括：1)电网公司的需求响应成本模型电力供用双方首先签订合约，规定好签约期内用户可响应的最大功率，签约容量P1，产生签约成本；配电网运行期间提前向用户发出在用电高峰时的响应指令，用户按指令响应功率P
t
，累计产生响应成本；用户响应功率少于指令要求的部分为违约功率P
t，f
，累计产生惩罚收益。电网公司每年支付给单个用户的需求响应成本计算公式如下：其中，C
DR
为电网公司每年需支付给该用户的需求响应费用；σ1、σ2、σ3分别为签约成本、响应成本和惩罚收益的单位价格；P为用户负荷量最大值；λ为用户的最大可签约容量与其最大负荷量的比值，代表了该负荷参与需求响应的能力；2)计及需求响应的变电站规划模型变电站规划目的为满足目标年负荷用电需求及各种规划约束的前提下，尽可能地降低变电站及主干线路的投资建设成本，同时还应考虑与需求响应相关的各项成本；a)决策变量：决策变量包括变电站位置与容量选择、负荷与变电站连接关系、需求响应签约容量和各时段的响应功率，x
is
为布尔变量，表示第i个变电站位置是否选择第s种变电站类型，每一种待选变电站类型对应不同的变电站容量，在待选变电站类型中增添容量为0的选项，若某变电站位置选择到0容量类型则表示该位置未被选择建设变电站，将位置选择与容量选择两个变量进行统一，解决了变电站建设成本计算中这两个变量需要相乘而造成的非线性问题；y
ij
为布尔变量，表示第i个变电站位置是否与第j个负荷存在连接关系；为连续变量，表示第j个负荷的需求响应签约容量；为连续变量，表示第j个负荷在t时段的响应功率；b)目标函数：
minC＝C
S
+C
L
+C
DR1
+C
DR2DR2DR2DR2
其中：C为总成本；C
S
、C
L
、C
DR1
和C
DR2
分别为变电站建设年费用、线路建设年费用、需求响应签约成本和响应成本；r0为贴现率；ms为变压器折旧年限；N
P
为变电站待选位置数量；N
S
为待选变电站类型数量；C
Ss
为第s个待选变电站类型的建设成本；β为线路单位成本系数；ml为线路折旧年限；N
L
为负荷点个数；d
ij
为变电站i到负荷j的距离；P
j
为第j个负荷点的最大负荷量；σ
j,1
和σ
j,2
分别为第j个负荷的需求响应签约成本和响应成本的单位价格；c)约束条件：变电站容量选择唯一性约束。一个变电站建设位置只能选择一种变电站类型：负荷点归属唯一性约束。在供电范围划分时，一个负荷点对应的上级变电站有且只有一个：最大供电半径约束，r
max
为供配电设计规范中规定的中压线路供电半径最大值：y
i,j
d
ij
≤r
max i∈[1,N
P
],j∈[1,N
L
]变电站N
‑
1安全约束，基于电网安全运行原则，变电站内任一台变压器故障后，剩余变压器需满足带供电范围内所有负荷运行2小时，正常运行时变电站的最大负载率e
s
，有如下不等式约束：式中，J
i
为第i个变电站供电范围内的负荷集；P
j,t
为第j个负荷在t时段的功率；为第j个负荷的功率因数；S
s
为第s个待选变电站类型的容量；需求响应约束，各负荷点的需求响应签约容量不大于其最大响应能力，运行时用户响应容量不大于签约容量：
3.根据权利要求1所述一种计及激励型响应不确定性的变电站规划分布鲁棒优化方法，其特征在于，Step2中所述鲁棒优化模型的构建步骤包括：1)构建需求响应的不确定模糊集考虑到用户意愿的不确定性，实际响应结果P
t
与电网需求响应指令存在偏差，并且P
t
在一定范围内波动，对其不确定性的模糊集进行建模：首先是通过历史数据获得多个实际的场景，再通过场景聚类手段，筛选得到N
k
个有限离散场景和各场景下的概率分布p
k,0
；再次，考虑到这些场景并不能代表实际的概率分布，构建基于1
‑
...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐正阳，范庆飞，李俊锴，高昆阳，
申请(专利权)人：天津天电清源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：