交直流混合配用电系统的优化方法技术方案

一种交直流混合配用电系统的优化方法，包括以下步骤：将系统划分为交流供电分区和直流供电分区，按照接入要求确定各供电分区的供电电压等级、电能质量要求、可靠性水平以及供电功率要求；依据系统分区，以及系统电源数量，确定电力电子变压器需求数量，建立系统分区供电网络结构，初步设计电力电子变压器各端口容量；建立三层优化模型对系统进行优化，第一层为电力电子变压器各端口容量的优化，第二层为网络供电路径优化，第三层为电源‑负荷‑储能分区优化；进行三层模型的迭代求解，直至迭代结束。本发明专利技术实现了交直流混合配电系统中各种源、荷、储资源，配电网络的协同规划，满足系统多种分布式电源、储能的接入，以及电力电子变压器的应用需求。

Optimal Method of AC/DC Hybrid Distribution System

【技术实现步骤摘要】
交直流混合配用电系统的优化方法
本专利技术涉及配电网规划技术，具体地说，涉及交直流混合配用电系统的优化方法。
技术介绍
与传统配电变压器相比，电力电子变压器具有潮流控制能力，同时可定制输出电压，其应用可对当前配电网的形态和运行方式产生深刻影响。未来配电网中将存在大量分布式电源、储能设备、交直流负荷，具有不同接入要求，同时配电网潮流的不确定性大大增强。电力电子变压器将成为未来配电网的能量路由器，其可为源、荷、储提供定制化接入服务，同时可提升配电网运行控制能力，有效促进配电网对分布式可再生能源的接入。同时，电力电子变压器可使配电网在提高供电质量、增强供电能力等方面具有更好的性能，减少配用电系统电源变换环节，降低电能损耗和运行成本。电力电子变压器的应用，使传统的单一交流配电网络发展为交直流混合的配电网络，形成交流和直流系统的互补优势。传统配电网呈辐射结构，配电网规划设计方法采用从高电压等级向低电压级，逐级进行电力平衡分析，进而进行配电设施的规划和设计。现有规划设计方法无法满足基于电力电子变压器的交直流混合配用电系统发展需求。本专利提出优化设计方法突破了原配电网中以负荷需求为目标，逐电压等级进行配电设施选址定容的方法，针对以电力电子变压器为核心的交直流混合配用电系统，提出优化设计方法。本专利所提出方法充分利用了电力电子变压器柔性互联、调控能力强的特点，实现交直流混合的分布式可再生能源系统优化配置，提升交直流配电设施利用率，降低系统投资，提升可再生能源接入和利用水平。
技术实现思路
为解决以上问题，本专利技术提供一种交直流混合配用电系统的优化方法，包括以下步骤：步骤1：交直流供电分区设计：统计系统中电源、负荷、储能的分布位置、容量、接入电压形式、电压等级，并根据统计情况将系统划分为至少一个交流供电分区和/或至少一个直流供电分区，并按照接入要求确定各供电分区的供电电压等级、电能质量要求、可靠性水平以及供电功率要求；步骤2：基于电力电子变压器的供电结构设计：依据系统分区，以及系统电源数量，确定电力电子变压器需求数量，建立系统分区供电网络结构，初步设计电力电子变压器各端口容量；步骤3：系统三层优化建模：建立三层优化模型对系统进行优化，第一层为电力电子变压器各端口容量的优化，第二层为网络供电路径优化，第三层为电源-负荷-储能分区优化；步骤4：进行三层模型的迭代求解：第一层模型将电力电子变压器端口容量配置传递给第二层和第三层，第二层根据第一层的端口容量配置获得端口转移功率需求和网络供电分区结构，第三层从第一层获得端口容量配置，从第二层获得网络供电分区结构，第三层对给定分区结构下的系统进行电源、负荷、储能优化接入，向第二层返回分区供电需求功率，第二层根据分区供电需求功率获得每个端口的功率并返给第一层，第一层继续对各端口容量进行配置，直至迭代结束；步骤5:迭代终止条件判断：当迭代次数达到给定数值时或电力电子变压器的配置结果满足误差要求时,结束计算。优选地，步骤1中，按照下式计算各分区的供电功率需求：P(pg-pl-pes＜pd-)＞α，P(pl+pes-pg＜pd+)＞β其中，pg为分区中各分布式电源发出的总发电功率；pl为各负荷总用电功率；pes为储能总充电/放电功率；P(pg-pl-pes＜pd-)表示该分区向上级电网送出功率小于pd-的概率；pd-为分区的反向供电容量,即可向上级电网送出的最大功率；P(pl+pes-pg＜pd+)为上级电网向该分区送出功率小于pd+的概率；pd+为分区的正向供电容量,即上级电网可向该分区提供的最大功率；α、β为给定置信水平。优选地，上述步骤2中，先将每个区的并网点定义为一个电力电子变压器输出端口，电力电子变压器的数量按下式确定：其中，Narea为系统供电分区数量；Nsource为系统外部供电电源数量；表示向上取整，然后，依据各分区的空间位置分布，按照就近原则，部署电力电子变压器，将各分区的并网点与电力电子变压器的输出端口建立连接，将电源与电力电子变压器的输入端口建立连接，电力电子变压器之间通过输出端口的互联开关形成环形供电网络结构。优选地，上述步骤3中，第一层为电力电子变压器端口容量优化，第一层模型中，根据所有电力电子变压器的端口容量成本总合最低构建第一目标函数MinCPET：其中Ω为电力电子变压器的集合；Φ(i)为第i台电力电子变压器的端口集合；PH,i、λH,i为第i台电力电子变压器高压端口的容量和单位成本；PL,i,n、λL,i,n表示第i台电力电子变压器第n个低压端口的容量和单位成本，其中，第一层模型的约束条件包括：电力电子变压器各端口的最大最小容量限制，电力电子端口功率平衡关系、端口下储能的充放约束、可再生能源最大出力约束和负荷可削减容量的约束，其中，电力电子变压器的结构决定各输出端口的容量总和不大于输入端口的容量，即：各低压端口下电源-负荷-储能的净功率在端口容量范围内，即：-PL,i,n≤PES,i,n,t+Pload,i,n,t-Pre,i,n,t≤PL,i,n电力电子变压器端口功率平衡关系：其中，PES,i,n,t、Pload,i,n,t、Pre,i,n,t分别为第i台电力电子变压器第n个低压端口下储能、负荷、可再生能源发在t时段下的功率；PH,i,n,t为第i台电力电子变压器高压端口在t时段下的端口输入功率；t∈T，T为计算时段集合；Ploss,i,n,t为第i台电力电子变压器第n个低压端口在t时段下的损失功率；PL,i,n,t为第i台电力电子变压器第n个低压端口在t时段下的输出功率。优选地，第二层为N-1故障下系统供电路径优化，对于包含Npet个(Npet＞1)电力电子变压器的系统，具有Npet个N-1故障，各故障下，相应电力电子变压器各低压端口下的各类设备将由其他电力电子变压器输出端口转供，此时，根据最优供电路径以路径损耗最低构建第二目标函数MinLtrans：其中k∈Δ，Δ为第i个电力电子变压器故障时第n个供电端口的可转移供电路径集合；Ploss,i,n,k,t为第t时段第k个可转移供电路径下的传输功率损耗，通过系统潮流计算获得。优选地，可转移供电路径约束由系统的网络供电分区结构决定，并受电力电子变压器容量的约束，即：-PL,j,m≤PES,i,n,t+Pload,i,n,t-Pre,i,n,t+PES,j,m,t+Pload,j,m,t-Pre,j,m,t≤PL,j,m其中，PL,j,m为所转移到的第j个电力电子变压器第m个低压供电端口的容量；PES,i,n,t+Pload,i,n,t-Pre,i,n,t分别为第i台电力电子变压器第n个低压端口下储能、负荷、可再生能源发在t时段下的功率；PES,j,m,t、Pload,j,m,t、Pre,j,m,t分别为第j台电力电子变压器第m个低压端口下储能、负荷、可再生能源发在t时段下的功率，决定了该时段端口转移功率需求。优选地，第三层为电源、负荷的优化分区，电源、负荷优化分区是对待接入的电源、负荷设备的分区进行优化，根据分区供电需求均衡为目的构建第三目标函数MinPdev：其中，PD,s为第s个分区的供电功率需求；为各分区的功率需求的平均值，并且，PD,s满足以下约束关系，其中，表示第s个分区供电功率需求的概率；γ为本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种交直流混合配用电系统的优化方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：交直流供电分区设计：统计系统中电源、负荷、储能的分布位置、容量、接入电压形式、电压等级，并根据统计情况将系统划分为至少一个交流供电分区和/或至少一个直流供电分区，并按照接入要求确定各供电分区的供电电压等级、电能质量要求、可靠性水平以及供电功率要求；步骤2：基于电力电子变压器的供电结构设计：依据系统分区，以及系统电源数量，确定电力电子变压器需求数量，建立系统分区供电网络结构，初步设计电力电子变压器各端口容量；步骤3：系统三层优化建模：建立三层优化模型对系统进行优化，第一层为电力电子变压器各端口容量的优化，第二层为网络供电路径优化，第三层为电源‑负荷‑储能分区优化；步骤4：进行三层模型的迭代求解：第一层模型将电力电子变压器端口容量配置传递给第二层和第三层，第二层根据第一层的端口容量配置获得端口转移功率需求和网络供电分区结构，第三层从第一层获得端口容量配置，从第二层获得网络供电分区结构，第三层对给定分区结构下的系统进行电源、负荷、储能优化接入，向第二层返回分区供电需求功率，第二层根据分区供电需求功率获得每个端口的功率并返给第一层，第一层继续对各端口容量进行配置，直至迭代结束；步骤5:迭代终止条件判断：当迭代次数达到给定数值时或电力电子变压器的配置结果满足误差要求时,结束计算。...

【技术特征摘要】
1.一种交直流混合配用电系统的优化方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：交直流供电分区设计：统计系统中电源、负荷、储能的分布位置、容量、接入电压形式、电压等级，并根据统计情况将系统划分为至少一个交流供电分区和/或至少一个直流供电分区，并按照接入要求确定各供电分区的供电电压等级、电能质量要求、可靠性水平以及供电功率要求；步骤2：基于电力电子变压器的供电结构设计：依据系统分区，以及系统电源数量，确定电力电子变压器需求数量，建立系统分区供电网络结构，初步设计电力电子变压器各端口容量；步骤3：系统三层优化建模：建立三层优化模型对系统进行优化，第一层为电力电子变压器各端口容量的优化，第二层为网络供电路径优化，第三层为电源-负荷-储能分区优化；步骤4：进行三层模型的迭代求解：第一层模型将电力电子变压器端口容量配置传递给第二层和第三层，第二层根据第一层的端口容量配置获得端口转移功率需求和网络供电分区结构，第三层从第一层获得端口容量配置，从第二层获得网络供电分区结构，第三层对给定分区结构下的系统进行电源、负荷、储能优化接入，向第二层返回分区供电需求功率，第二层根据分区供电需求功率获得每个端口的功率并返给第一层，第一层继续对各端口容量进行配置，直至迭代结束；步骤5:迭代终止条件判断：当迭代次数达到给定数值时或电力电子变压器的配置结果满足误差要求时,结束计算。2.如权利要求1所述的交直流混合配用电系统的优化方法，其特征在于，步骤1中，按照下式计算各分区的供电功率需求：P(pg-pl-pes＜pd-)＞α，P(pl+pes-pg＜pd+)＞β其中，pg为分区中各分布式电源发出的总发电功率；pl为各负荷总用电功率；pes为储能总充电/放电功率；P(pg-pl-pes＜pd-)表示该分区向上级电网送出功率小于pd-的概率；pd-为分区的反向供电容量,即可向上级电网送出的最大功率；P(pl+pes-pg＜pd+)为上级电网向该分区送出功率小于pd+的概率；pd+为分区的正向供电容量,即上级电网可向该分区提供的最大功率；α、β为给定置信水平。3.如权利要求1所述的交直流混合配用电系统的优化方法，其特征在于，上述步骤2中，先将每个区的并网点定义为一个电力电子变压器输出端口，电力电子变压器的数量按下式确定：其中，Narea为系统供电分区数量；Nsource为系统外部供电电源数量；表示向上取整，然后，依据各分区的空间位置分布，按照就近原则，部署电力电子变压器，将各分区的并网点与电力电子变压器的输出端口建立连接，将电源与电力电子变压器的输入端口建立连接，电力电子变压器之间通过输出端口的互联开关形成环形供电网络结构。4.如权利要求1所述的交直流混合配用电系统的优化方法，其特征在于，上述步骤3中，第一层为电力电子变压器端口容量优化，第一层模型中，根据所有电力电子变压器的端口容量成本总合最低构建第一目标函数MinCPET：其中Ω为电力电子变压器的集合；Φ(i)为第i台电力电子变压器的端口集合；PH,i、λH,i为第i台电力电子变压器高压端口的容量和单位成本；PL,i,n、λL,i,n表示第i台电力电子变压器第n个低压端口的容量和单位成本，其中，第一层模型的约束条件包括：电力电子变压器各端口的最大最小容量限制，电力电子端口功率平衡关系、端口下储能的充放约束、可再生能源最大出力约束和负荷可削减容量的约束，其中，电力电子变压器的结构决定各输出端口的容量总和不大于输入端口的容量，即：各低压端口下电源-负荷-储能的净功率在端口容量范围内，即：-PL,i,n≤PES,i,n,t+Pload,i,n,t-Pre,i,n,t≤PL,i,n...

【专利技术属性】
技术研发人员：程林，田立亭，江轶，万宇翔，齐宁，黄强，袁晓冬，张宸宇，
申请(专利权)人：清华大学，国网江苏省电力有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11