一种主动配电网优化配置结构及其配置方法技术

一种主动配电网优化配置结构及其配置方法，由主动配电网优化系统，燃油发电机组、风力发电、光伏发电和蓄电池储能、EV充电桩、AMI、负荷，分别通过各自的变流器接入配电网络组成，并通过公共连接点接入大电网；所述主动配电网优化系统通过对所述主动配电网的控制，能够实现主动配电网的孤岛和并网运。本发明专利技术提出了适用于主动配电网的双层优化规划设计模型，可实现主动配电网的分布式电源的综合优化，以及分布式电源间的调度优化。

【技术实现步骤摘要】
-种主动配电网优化配置结构及其配置方法
本专利技术涉及电力系统主动配电网的应用领域，尤其涉及一种主动配电网优化配置 结构及其配置方法。
技术介绍
[000引 主动配电网（Active distribution network，ADN)是由微电源、负荷、储能系统和 控制装置构成的系统。它对于大电网表现为一个单一可控的单元，可实现对负荷多种能源 形式的高可靠供给。而主动配电网的特点主要有两个：一是含有本地发电装置，多为容量较 小的分布式电源，分布式电源值istributed Generation Resource, DGR)通常指主要利用 可再生新能源且发电功率为几kW至50MW小型模块式、与环境兼容的独立电源，可W满足电 力系统和用户特定要求。二是主动配电网是可控的，主动配电网的功能是将电源和用户需 求有效连接起来，允许双方共同决定如何最好地实时运行。要达到该一要求，控制水平要远 高于传统配电网的水平。 主动配电网系统可将多种类型的分布式发电单元组合在一起，有效发挥单一能源 系统的优点，实现多种能源互补，提高整个微电网系统的效率、能源利用率和供电可靠性。 主动配电网接入大电网并网运行，不仅可W充分利用主动配电网内部的绿色可再生能源， 还可W提高整个电网的安全性，是中国建成智能电网的重要环节。同时，主动配电网系统是 解决偏远地区和海岛供电的有效手段之一。 围绕主动配电网系统的优化配置，国内外很多学者已开展了一系列的研究，提出 各种运行控制策略和优化规划方法。主动配电网运行控制策略可分为固定策略和优化策 略，固定策略W事先拟定的优先级制定系统运行规则，优化策略则根据相应目标函数求解 系统最优运行规则。在美国国家新能源实验室（肥化）和美国电力科学研究院巧PRI)合 作开发的两款仿真软件Hybrids和HOMER中，提出十几种独立微电网系统和主动配电网固 定运行策略，包括平滑功率策略（traditional power smoothing, TPS)、硬充电策略化ard cycle charge,肥C)等，较为全面地概括了独立微电网系统和主动配电网固定策略控制模 式。国内文献《主动配电网技术及其进展》研究了主动配电网的定义及其特征，分析了主动 配电网的研究现状及其关键技术，包括；含间歇式可再生能源及储能装置的主动配电网综 合规划技术、基于配电网主动机制的分布自治与全局优化相结合的协调控制技术、功率及 能量灵活可调的主动配电网全局优化能量管理技术W及主动配电网多目标经济性评估等。 文献《主动配电网优化调度策略研究》提出了一种考虑主动配电网特性W及分布式能源特 性的优化调度模型，该模型W-个完整调度周期的运行成本最低为目标函数，W可控分布 式能源W及联络开关作为控制手段，考虑不同时段电价W及联络开关调整对于运行成本的 影响，并确保储能系统在整个调度周期的能量守恒W及容量约束。文献《主动配电网计划孤 岛与日前调度方法研究》围绕分布式电源及微电网在不同渗透率下对输配电网网损影响、 正常运行时主动配电网对分布式电源和微电网的日前优化调度方法、配电网故障隔离后利 用分布式电源和微电网进行恢复供电的计划孤岛划分调度模型等问题进行了深入研究。 对于主动配电网并网型和独立型的容量设计优化方面，其发电模型比较简单，大 部分仅具有负荷跟踪，循环充电该两种简单的控制策略，且优化配置过程过于偏重系统经 济成本，可再生能源优势得不到充分发挥。文献《主动配电网还是有源配电网》提出主动配 电网引起了电力业界W及社会的广泛关注，成为电力技术研究的热点，没有但具体阐述主 动配电网的分布式电源容量优化模型、电网配置和有源配电网具体结构。文献《主动配电网 规划关键问题与研究展望》首先简要介绍了主动配电网的技术特点及内涵理念；其次，结合 国内外相关示范工程，阐述了主动配电网的技术可行性及其低碳潜力；提出了基于国内外 研究现状，从电力负荷预测、规划资源特性、集成设计模式、优化规划方法及成本效益分析 等5个方面提出了该领域的关键问题和未来主要研究方向，并深入国内外分析当前亟需研 究和解决的技术难点。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术提供一种主动配电网优化配置结构，本专利技术特征是，由 主动配电网优化系统，燃油发电机组、风力发电、光伏发电和蓄电池储能、EV充电粧、AMI、负 荷，分别通过各自的变流器接入配电网络组成，并通过公共连接点（PCC)接入大电网；所述 主动配电网优化系统通过对所述主动配电网的控制，能够实现主动配电网的孤岛和并网运 行； 所述主动配电网优化系统为采用双层优化结构设计，顶层为容量优化，用于寻找 主动配电网系统最优配置模式，包括系统各设备类型、台数和容量，底层为调度优化，用于 计算系统主动配电网最优运行方案。顶层决策输出容量优化结果至底层，底层决策输出调 度优化结果至顶层，从而实现上下层决策的相互作用。顶层和底层均有各自的目标函数和 约束条件，顶层目标函数由经济性和环保性组成，约束条件为系统投资约束；底层目标函数 由经济性组成，约束条件为设备运行约束。 本专利技术一种主动配电网优化配置结构的配置方法，采用的主动配电网优化系统配 置方法的数学模型表述为式（1)和式（2):本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种主动配电网优化配置结构，其特征是，由主动配电网优化系统，燃油发电机组、风力发电、光伏发电和蓄电池储能、EV充电桩、AMI、负荷，分别通过各自的变流器接入配电网络组成，并通过公共连接点接入大电网；所述主动配电网优化系统通过对所述主动配电网的控制，能够实现主动配电网的孤岛和并网运行；所述主动配电网优化系统为采用双层优化结构设计，顶层为容量优化，用于寻找主动配电网系统最优配置模式，包括系统各设备类型、台数和容量，底层为调度优化，用于计算系统主动配电网最优运行方案；顶层决策输出容量优化结果至底层，底层决策输出调度优化结果至顶层，从而实现上下层决策的相互作用；顶层和底层均有各自的目标函数和约束条件，顶层目标函数由经济性和环保性组成，约束条件为系统投资约束；底层目标函数由经济性组成，约束条件为设备运行约束。

【技术特征摘要】
1. 一种主动配电网优化配置结构，其特征是，由主动配电网优化系统，燃油发电机组、 风力发电、光伏发电和蓄电池储能、EV充电桩、AMI、负荷，分别通过各自的变流器接入配电 网络组成，并通过公共连接点接入大电网；所述主动配电网优化系统通过对所述主动配电 网的控制，能够实现主动配电网的孤岛和并网运行； 所述主动配电网优化系统为采用双层优化结构设计，顶层为容量优化，用于寻找主动 配电网系统最优配置模式，包括系统各设备类型、台数和容量，底层为调度优化，用于计算 系统主动配电网最优运行方案；顶层决策输出容量优化结果至底层，底层决策输出调度优 化结果至顶层，从而实现上下层决策的相互作用；顶层和底层均有各自的目标函数和约束 条件，顶层目标函数由经济性和环保性组成，约束条件为系统投资约束；底层目标函数由经 济性组成，约束条件为设备运行约束。2. 根据权利要求1所述的一种主动配电网优化配置结构的配置方法，其特征是，采用 的主动配电网优化系统配置方法的数学模型表述为式（1)和式（2):式中，F(_)为顶层优化的目标函数，X为顶层优化的决策向量，G(_)为顶层优化所需 满足的约束条件，f(*)为底层优化的目标函数，y为底层优化的决策向量，g(*)为底层优 化所需满足的约束条件。3. 根据权利要求1所述的一种主动配电网优化配置结构的配置方法，其特征是，顶层 容量优化和底层调度优化方法具体步骤如下： 一）、顶层容量优化方法 顶层容量优化所述目标函数的经济性和环保性作为评估系统优劣的指标，表述为式 (3)： J1 = min (F1, F2) (3) 1).全寿命周期经济现值 主动配电网的全寿命周期经济现值由式（4)计算式中，1表示年数，r表示资本的年利率； 系统等年值费用由设备投资等年值费用和系统年运行和设备维护费用组成，计算如下 式（6): Ctann - Cfac+C〇pe+C〇M (6) 式中，Ctmn指项目投资等年值费用，Cfa。指设备投资等年值，指系统年运行费用，Q m指设备年维护费用； 设备投资等年值费用使用式（7)计算：式中，Cu指设备i初始投资费用，Ii为设备i运行寿命期望值； 系统年运行费用包括系统购电费用、燃料购买费用和卖电收益，计算如式（8): Cope = CE+CF-CS (8) 式中，Ce指系统年购电费用，Cf指系统年购买燃料费用，Cs指年卖电收益； 2) .污染物排放 燃油发电机组以燃油作为主要燃料，其污染物包括CO、CO2、燃料中未燃烧尽的碳氢化 合物、硫化物和一氧化氮；污染物的排放量与燃料消耗量直接相关，主动配电网年排放水平 等于年燃料消耗量乘以其气体排放系数； F2 = (cTt：f* + CTcv + CT/，C + (T；W + CTs )V|.. (9) 其中：〇 ?2、O ' O ' O N°、〇s分别代表各污染物的排放系数；VF代表燃油发电机组的 年消耗燃料量； 3) .约束条件 由于主动配电网系统为多目标优化，为保证系统优化目标在可接受范围内，限制系统 目标函数在一定区间内，如式（10) Fi < Fi^fflax i = 1, 2 (10) 4) .系统优化 主动配电网系统中的燃油发电机组类型DGtyrre，燃油发电机组台数DGnmto，风力发电类 型WTtyrre，风机台数WTnmto，光伏电池容量PVcapacdty,蓄电池储能容量BAT eapacdty和变流器容量 CONcapacdty为优化变量；定义优化变量为式（11): X =「DG DG WT WT PV RAT r〇N 1 (]]) 八 LL^type，L^number，n 丄 type，n 丄 number，丄 V capacity，1 丄 capacity，丄、capacity」 \ 丄丄/ 二）、底层调度优化方法 1) ?目标函数 调度优化模型选取每一日为调度尺度，实现系统的动态经济调度，以系统日运行费用 最低为目标函数，包括日购电费用、日燃料购买费用、日卖电收益，如式（12); J2 = min(Ce+Cf+Cs) (12) 式中，(；指系统日购电费用，Cf指系统日燃料购买费用，Cs指系统日卖电收益； 2) .约束条件 2. 1)功率平衡约束方程如式（13) Pg-Ps+Pdg+Pcon = Pl_Ppv_Pwt+Pev (13) 式中，Pe指电网购电功率，Ps指电网卖电功率，PDe指燃油发电机功率，P ra指变流器功 率，整流为负，逆变为正，指负荷功率，Ppv指光伏发电功率，Pwt指风机发电功率，P ev指充 电汽车充电桩消耗功率； 2. 2)设备性能约束 ①燃油发电机 采用线性功率燃料曲线描述燃油发电机发电量和燃料消耗量之间的关系，如式（14) 所示： F = F0 ? YgeJF1 ? Pgen (14) 其中：Ftl是燃料曲线的截距系数A是燃料曲线的斜率；Ygm是发电机的额定容量； 由于燃油发电机运行于低负载率时效率较低，为使燃气发电机以高效率运行，燃油发 电机出力应满足如下约束： Pdg, IIiinuDG < Pdg < Pdg, max uDG (15) 其中，Pdc,mijn Pdc,max分别是燃油发电机出力的最小有功功率和最大有功功率，y DC是 二进制变量，标志燃油发电机的启停，〇表述关机，1表述开机； ② 蓄电池储能性能约束 蓄电池作为储能设备，其能量存储就有时间上的耦合性...

【专利技术属性】
技术研发人员：沈鑫，闫永梅，曹敏，丁心志，王昕，李月梅，张林山，
申请(专利权)人：云南电网公司电力科学研究院，
类型：发明
国别省市：云南;53