基于混合整数线性规划的主动配电网联合优化算法制造技术

本发明专利技术公开了基于混合整数线性规划的主动配电网联合优化算法，包括：对主动配电网规划中的不确定性因素进行建模；输入主动配电网规划中的基础数据；构造以综合成本最小为目标函数，并满足各项约束条件的主动配电网综合规划模型；将非线性的主动配电网综合规划模型线性化，采用混合整数线性优化算法进行模型求解。本发明专利技术将主动配电网规划这个复杂的大规模混合整数非线性规划问题通过线性化方法转化为混合整数线性规划问题，从而可依托成熟的MILP商用求解器进行求解，大大简化了主动配电网规划问题的求解难度，提高了模型求解的效率和可靠度。

【技术实现步骤摘要】
基于混合整数线性规划的主动配电网联合优化算法
本专利技术涉及电力系统配电网
，特别是涉及基于混合整数线性规划的主动配电网分布式电源(distributedgeneration,DG)容量与线路选型的联合优化算法。
技术介绍
主动配电网是通过灵活的网络拓扑结构来管理潮流以便对分布式能源进行主动控制和主动管理的配电系统。它能增加系统对分布式能源接纳能力、提高系统对于可再生能源消纳水平、提高配电系统资产利用效率并减缓其升级投资，同时改善供电质量及供电可靠性。配电网规划是为了满足未来年负荷增长和电网发展的要求，确定何时、何地、建设何种类型的线路、变电站以及分布式能源等设备。配电网规划结果直接影响配电网投资、收益以及系统运行的安全性、可靠性、稳定性。主动配电网规划中优化变量较多，且分布式电源输出功率受气象条件影响存在较大的不确定性，增加了主动配电网规划的复杂程度，属于大规模混合整数非线性求解问题。目前国内外关于主动配电网规划的研究中大多采用人工智能算法，优化过程中需要进行大量潮流计算，大大增加了计算量，导致计算时间长，且难以保证得到全局最优解，难以满足实际工程中对主动配电网规划的需要。综上所述，现有技术中对于主动配电网优化算法问题，尚缺乏有效的解决方案。
技术实现思路
为了解决现有技术的不足，本专利技术的目的是提供了基于混合整数线性规划的主动配电网联合优化算法，本专利技术采用混合整数线性规划的方法，降低了优化问题的复杂程度和求解难度，并可得到全局最优解，提高了主动配电网规划问题的求解效率和精度，能够实现同时对主动配电网线路的选型和DG的定容进行规划。基于混合整数线性规划的主动配电网联合优化算法，包括：对主动配电网规划中的不确定性因素进行建模；输入主动配电网规划中的基础数据；构造以综合成本最小为目标函数，并满足各项约束条件的主动配电网综合规划模型；将非线性的主动配电网综合规划模型线性化，采用混合整数线性优化算法进行模型求解。进一步的，对主动配电网规划中的不确定性因素进行建模，具体为：根据电网规划年限内的负荷预测数据和地区环境因素统计数据(风速，光照等)，对规划年限内的每一年生成4个代表该年配电网各个季度的典型日场景。在每个典型日场景中，划分为24个规划时段，每一时段间隔为一个小时，假设负荷预测数据和风速、光照等环境参数在各个时段内保持不变。其中，各典型日场景的负荷预测数据根据配电网负荷预测技术得出，风速、光照等环境参数由地区历史风速和光照数据统计得出。进一步的，所述主动配电网综合规划模型的综合成本对应的目标函数表示为：minTC＝CDG_inv+CL_inv+Cgrid+CDG_oper+Closs+CLOL其中，TC(Totalcost)为规划成本折算到一年的总费用，共包含分布式电源DG折算到一年的投资成本CDG_inv，线路的投资成本CL_inv，上级电网等效发电机组的运行成本Cgrid，分布式电源DG运行成本CDG_oper，网损成本Closs、失负荷惩罚成本CLOL六个部分，本申请中将上级电网等效为一台发电机，运行可变成本为电价，出力上限为变电站出口变压器容量的上限。进一步的，所述目标函数中分布式电源DG折算到一年的投资成本CDG_inv的计算式为：其中，i为新建的分布式电源的索引，NDG为新增分布式电源的个数，为第i个分布式电源投资成本的折算系数，即折旧率，用以将分布式电源的初始投资成本折算到其寿命内的每一年。是第i个分布式电源的规划建设容量。r是分布式电源的折旧率或投资者的内部回报率，ni是第i个分布式电源的使用寿命，单位是年。进一步的，所述目标函数中线路的投资成本CL_inv与线路的输电能力和长度密切相关，对CL的计算采用如下计算式：其中，i为新建的线路的索引，Nl为线路的条数，为第i条线路的投资成本的折算系数，即折旧率，用以将线路的初始投资成本折算到其寿命内的每一年，Ci是第i条线路单位长度(1km)建设成本，Li是第i条线路的长度，r是分布式电源的折旧率或投资者的内部回报率，nli是第i条线路的使用寿命，单位是年。进一步的，10kV中压配电网中常用的架空线路型号有LGJ-120，LGJ-150，LGJ-185，LGJ-240等。本模型中，假设规划的配电网中每两个节点ij之间的待建线路都有这四种型号可供选择(实际工程中可有更多种选择类型)，现要规划出每一条配网线路的最佳型号。设线路l的导纳Yl＝Gl+jBl，最大允许通过功率即线路容量为Cl，令：Yl＝Yl1·L·bl1+Yl2·L·bl2+Yl3·L·bl3+Yl4·L·bl4bl1+bl2+bl3+bl4＝1bli∈(0,1),i＝1,2,3,4其中，Yl1,Yl2,Yl3,Yl4分别为LGJ-120，LGJ-150，LGJ-185，LGJ-240四种型号的线路每公里长度的导纳，bli为0，1变量，表示对于每一条线路来说，这四种线路型号只能选择其中的一种。引入0,1变量bli后，线路l的线路容量Cl可表示为：Cl＝Cl1·bl1+Cl2·bl2+Cl3·bl3+Cl4·bl4其中，Cli分别表示LGJ-120，LGJ-150，LGJ-185，LGJ-240四种线路型号最大允许通过功率，即线路容量大小。该式表示对于每一条线路，其容量能且只能从规定的四种线路型号里选择一种。对于不同型号的线路，其容量Cl、单位长度建设成本Ci以及折旧率均不相同，0,1变量bli的引入会影响线路的投资成本CL_inv以及相应的线路容量等约束，使数学模型变为混合整数非线性规划模型。进一步的，所述目标函数中上级电网等效发电机组的运行成本Cgrid的计算公式为：其中，πt为电价，Pgrid(t)为t时刻上级电网(变电站)功率流入点流入馈线的功率，乘以365代表从一天折算到一年。进一步的，所述目标函数中分布式电源DG运行成本CDG_oper通过下式进行计算：式中，NDG新增分布式电源的个数，Ci,t为第i台分布式电源的运行可变成本系数，即发1kWh的电的成本，PDGi，t为第i台分布式电源在t时刻的输出功率。进一步的，所述目标函数中对于网损成本Closs的计算可采用下式：其中，Ploss(t)为配网系统t时刻的线损功率，πt为电价。进一步的，所述目标函数中的失负荷成本CLOL表征了主动配电网发生预想事故后，主动配电网内部的失负荷造成的损失；失负荷惩罚成本CLOL计算公式如下：式中，VOLLi,t是第i个节点第t个时刻的失负荷惩罚系数，LOLi,t指t时段第i节点的失负荷量大小。Ni为配电网中节点的总数目。进一步的，所述主动配电网规划模型的约束条件包括：分布式电源出力限制、分布式电源接入点的接入容量限制、配网系统总功率平衡式、节点功率平衡式、支路容量约束、电动汽车相关约束，其中，电动汽车相关约束，包括：电动汽车的充放电功率约束、储能单元的能量限制约束及电动汽车充放电能量约束。进一步的，所述将非线性的主动配电网综合规划模型线性化，采用混合整数线性优化算法进行模型求解中，通过线性化方法将非线性约束转化为线性化表示，从而使主动配电网规划非线性模型转化为混合整数线性化模型来求解。具体线性化求解方法如下：首先将配网系统的网损进行线性化处理，包括采用分段线性化技术和绝对值线性化技术；根本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于混合整数线性规划的主动配电网联合优化算法，其特征是，包括：对主动配电网规划中的不确定性因素进行建模；输入主动配电网规划中的基础数据；构造以综合成本最小为目标函数，并满足各项约束条件的主动配电网综合规划模型；将非线性的主动配电网综合规划模型线性化，采用混合整数线性优化算法进行模型求解。

【技术特征摘要】
1.基于混合整数线性规划的主动配电网联合优化算法，其特征是，包括：对主动配电网规划中的不确定性因素进行建模；输入主动配电网规划中的基础数据；构造以综合成本最小为目标函数，并满足各项约束条件的主动配电网综合规划模型；将非线性的主动配电网综合规划模型线性化，采用混合整数线性优化算法进行模型求解。2.如权利要求1所述的基于混合整数线性规划的主动配电网联合优化算法，其特征是，对主动配电网规划中的不确定性因素进行建模，具体为：根据电网规划年限内的负荷预测数据和地区环境因素统计数据，对规划年限内的每一年生成4个代表该年配电网各个季度的典型日场景，在每个典型日场景中，划分为24个规划时段，每一时段间隔为一个小时，假设负荷预测数据和风速、光照等环境参数在各个时段内保持不变，其中，各典型日场景的负荷预测数据根据配电网负荷预测技术得出，环境参数由地区历史风速和光照数据统计得出。3.如权利要求1所述的基于混合整数线性规划的主动配电网联合优化算法，其特征是，所述主动配电网综合规划模型的综合成本对应的目标函数表示为：minTC＝CDG_inv+CL_inv+Cgrid+CDG_oper+Closs+CLOL其中，TC(Totalcost)为规划成本折算到一年的总费用，共包含分布式电源DG折算到一年的投资成本CDG_inv，线路的投资成本CL_inv，上级电网等效发电机组的运行成本Cgrid，分布式电源DG运行成本CDG_oper，网损成本Closs、失负荷惩罚成本CLOL六个部分，本申请中将上级电网等效为一台发电机，运行可变成本为电价，出力上限为变电站出口变压器容量的上限。4.如权利要求3所述的基于混合整数线性规划的主动配电网联合优化算法，其特征是，所述目标函数中分布式电源DG折算到一年的投资成本CDG_inv的计算式为：其中，i为新建的分布式电源的索引，NDG为新增分布式电源的个数，为第i个分布式电源投资成本的折算系数，即折旧率，用以将分布式电源的初始投资成本折算到其寿命内的每一年，是第i个分布式电源的规划建设容量，r是分布式电源的折旧率或投资者的内部回报率，ni是第i个分布式电源的使用寿命，单位是年。5.如权利要求3所述的基于混合整数线性规划的主动配电网联合优化算法，其特征是，所述目标函数中线路的投资成本CL_inv与线路的输电能力和长度密切相关，对CL_inv的计算采用如下计算式：其中，i为新建的线路的索引，Nl为线路的条数，为第i条线路的投资成本的折算系数，即折旧率，用以将线路的初始投资成本折算到其寿命内的每一年，Ci是第i条线路的规划建设容量，Li是第i条线路的长度，r是...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴衍达，陈波涛，李晓，王明强，徐珂，侯广松，王洋，踪凯，邓帅，
申请(专利权)人：国网山东省电力公司菏泽供电公司，国家电网公司，
类型：发明
国别省市：山东,37