一种含光储配电网的网架结构优化方法技术

本发明专利技术公开了一种含光储配电网的网架结构优化方法，以供电企业和电力用户为主体，采用双层优化模型的方法，其中，上层优化模型以供电企业新建线路和光储系统的位置为决策变量，优化供电企业新建线路投资成本和运营成本；下层优化模型以用户配置光伏容量和储能容量为决策变量，优化用户光储投资成本和运营成本；利用本发明专利技术的网架结构优化方法进行优化，可降低供电企业的网损成本约60％，减少向上级电网购电成本约40％，并延缓线路改造周期，降低配电网建设成本。

【技术实现步骤摘要】
一种含光储配电网的网架结构优化方法
本专利技术属于配电网的网络架构优化
，特别地涉及一种含光储配电网的网架结构优化方法。
技术介绍
近些年，发展分布式光伏成为我国应对气候变化、保障能源安全的重要趋势。但分布式光伏大规模接入背景下供电企业与电力用户的利益不一致性给配电网运行控制和网架结构规划带来很大技术挑战。鉴于此，本专利技术设计了一种配电网网架结构优化方法，意在通过双层优化模型使供电企业和电力用户总成本最低。
技术实现思路
本申请的目的即是提供一种含光储配电网的网架结构优化方法。为实现本专利技术的目的，本专利技术提供了一种含光储配电网的网架结构优化方法，以供电企业和电力用户为主体，采用双层优化模型的方法，其中，上层优化模型以供电企业新建线路和光储系统的位置为决策变量，优化供电企业新建线路投资成本和运营成本；下层优化模型以用户配置光伏容量和储能容量为决策变量，优化用户光储投资成本和运营成本；下层优化模型将局部优化结果反馈至上层优化模型，上层优化模型再进行整体优化，如此迭代反复，最后完成整个优化过程。与现有技术相比，本专利技术的有益效果为，利用本专利技术的网架结构优化方法进行优化，可降低供电企业的网损成本约60％，减少向上级电网购电成本约40％，并延缓线路改造周期，降低配电网建设成本。附图说明图1所示为本申请一种含光储配电网的网架结构优化方法流程图。具体实施方式以下结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用属于“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、部件或者模块、组件和/或它们的组合。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。本专利技术提出一种配电网网架结构优化方法，通过双层优化模型使供电企业和电力用户总成本最低。1、建立乡村配电网网架结构优化上层优化模型目标函数考虑供电企业总成本最优的目标函数如下：式中，表示供电企业的总成本；表示线路投资成本，即供电企业在进行网架结构优化的过程中新建线路的投资成本，本专利技术中采用其等年值进行计算；表示网损成本，即配电网在运行过程中产生的网络损耗成本；表示购电成本，即供电企业向上级电网购置电能的购电成本；则表示电能交易成本，即供电企业与用户进行电能交易的成本，即若用户向配电网倒送功率，则供电企业向用户支付上网费用，若配电网向用户输送功率满足负荷需求，则供电企业可从用户侧获取售电收益。各项成本的具体计算公式见以下公式。式中，cnl表示投资建设单位长度线路的费用，表示第k条待新建线路的状态，1表示该线路被选择新建，0表示未被选择新建，lk表示第k条待新建线路的长度，Nb表示网络中待新建线路的总数，r表示贴现率。式中，closs表示单位网损电量的费用，表示第d天第t小时的系统网损功率。式中，cup表示供电企业向上级电网购电的单位购电电价，表示第i个负荷节点第d天第t小时的网供负荷功率，ΨLD表示负荷节点集合。式中，ΨPV表示安装光储系统的节点集合，表示节点i上的用户向电网购电的购电成本，表示节点i上的用户向电网倒送功率所获取的收益。2、建立乡村配电网网架结构优化上层优化模型约束条件配电网的网架结构优化是在保证配电网的安全可靠运行的前提下进行的，因此分布式发电优化配置问题需满足配电网的潮流约束、节点电压约束、传输功率约束以及环状供电消除约束。配电网络的潮流约束：式中：Pi、Qi为节点i处有功、无功注入；Ui、Uj为节点i、j电压幅值；Gij、Bij为支路ij的电导、电纳；θij为节点i、j间电压相角差。节点电压与潮流越限约束：为维护配电网的安全运行，配电网中各节点电压和各支路潮流不可超出其约束范围，但该约束并不严格，允许短时间某种程度上的过电压和潮流越限，对于该问题可以用机会约束条件解决：Uimin＜Ui＜Uimax(7)Pj＜Pjmax(8)其中，Ui为第i个节点的节点电压，Uimin、Uimax为其上下限；Pj为第j条支路的传输功率，表示其上限Pjmax。环状结构消除约束：配电线路在网架结构优化时需要满足“闭环设计、开环运行”的原则，因此，在进行配电网网架结构优化的过程中，应避免出现环状供电结构，具体表达式如下：其中，ΨLL表示环状结构所含支路集，ΨEL表示原有线路支路集，ΨNL表示待新建线路支路集，NLL表示支路集ΨLL中所含支路总数。变电站互连约束：正常运行状态下，同一负荷节点仅允许由一台主变进行供电，网络拓扑结构应避免出现多台主变同时向同一负荷节点供电的情况。其中，ΨSCL表示变电站两两相连的支路集合，ΨEL表示原有线路支路集，ΨNL表示待新建线路支路集，NSCL表示支路集ΨSCL中所含支路总数。围栏约束：任何带有负荷的节点，以及由该节点和其邻近节点构成的集合，应当有支路与大电网相连(构成一个树)，即满足围栏约束。该约束的数学形式在此略去。3、建立光储容量配置下层优化模型目标函数考虑用户总成本最优的目标函数如下：其中，nPV表示安装光储系统的用户总数；表示用户i的总成本；表示设备安装成本，即安装光伏或储能装置的成本费用，本专利技术采用等年值进行计算；表示设备置换成本，考虑到光伏与储能装置具有使用寿命，当达到使用寿命的终期时，需要及时进行置换，光伏或储能装置在整个投资周期内进行置换所花费的成本，记为设备置换成本，本专利技术采用等年值进行计算；表示设备维护成本，即设备运行过程中所需维护的成本费用。表示电能交易成本，当光储系统无法完全满足用户的用电需求时，用户需要通过向电网支付购电费用来获取所需电量；而当光储系统具有富余电量时，用户可将富余电量反送电网获取收益。在本专利技术中，用户与电网交易产生的费用或收益记为用户的电能交易成本。通过读入光伏功率和负荷功率的全年小时数据，以一小时为计算步长，产生功率平衡的年数据。在下一步中，以光伏和储能运行策略为基础，计算出由光伏和储能产生的倒送功率和由电网提供的负荷功率。需要注意的是，用户的电能交易成本与供电企业的电能交易成本互为相反数。表示光伏发电补贴，为鼓励用户安装光伏，政府通常会根据光伏发电量进行政策性补贴，这部分补贴记为用户的负成本。各项成本的具体计算公式如下：式中，表示节点i上的用户向电网购电的购电成本，表示节点i上的用户向电网倒送功率所获取的收益。式中，r表示贴现率，α表示设备残值占设备初值的百分比，Npv(i)表示光伏安装数，N本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种含光储配电网的网架结构优化方法，其特征在于，/n以供电企业和电力用户为主体，采用双层优化模型的方法，其中，上层优化模型以供电企业新建线路和光储系统的位置为决策变量，优化供电企业新建线路投资成本和运营成本；下层优化模型以用户配置光伏容量和储能容量为决策变量，优化用户光储投资成本和运营成本；下层优化模型将局部优化结果反馈至上层优化模型，上层优化模型再进行整体优化，如此迭代反复，最后完成整个优化过程。/n

【技术特征摘要】
1.一种含光储配电网的网架结构优化方法，其特征在于，
以供电企业和电力用户为主体，采用双层优化模型的方法，其中，上层优化模型以供电企业新建线路和光储系统的位置为决策变量，优化供电企业新建线路投资成本和运营成本；下层优化模型以用户配置光伏容量和储能容量为决策变量，优化用户光储投资成本和运营成本；下层优化模型将局部优化结果反馈至上层优化模型，上层优化模型再进行整体优化，如此迭代反复，最后完成整个优化过程。


2.根据权利要求1所述的一种含光储配电网的网架结构优化方法，其特征在于，
所述方法具体包括如下步骤：
(1)上层优化模型编码：对待新建线路以及光伏储能的安装位置进行二进制编码，随机产生上层优化模型初始粒子群；
(2)更新上层优化模型初始粒子群，并作为基础参数输入下层优化模型开始优化；
(3)下层优化模型编码：对光伏和储能装置的安装个数进行整数编码，随机产生下层优化模型初始粒子群；
(4)更新下层优化模型粒子群，并作为博弈均衡点的初值输入至Nash博弈模型中；
(5)进行博弈求解，找到博弈均衡点并计算适应度值，更新下层优化模型目标函数的极值；
(6)判断是否满足下层优化模型收敛条件，若满足进入步骤(7)，否则返回步骤(4)；
(7)根据下层优化模型优化结果计算上层优化模型目标函数适应度值，并更新上层优化模型粒子群的全局极值；
(8)判断是否满足上层优化模型收敛条件，若满足进入步骤(9)，否则返回步骤(2)；
(9)输出最优方案。


3.根据权利要求1或2所述的一种含光储配电网的网架结构优化方法，其特征在于，
上层优化模型目标函数如下：



式中，表示供电企业的总成本；表示线路投资成本，即供电企业在进行网架结构优化的过程中新建线路的投资成本；表示网损成本，即配电网在运行过程中产生的网络损耗成本；表示购电成本，即供电企业向上级电网购置电能的购电成本；则表示电能交易成本，即供电企...

【专利技术属性】
技术研发人员：张宇泽，仝新宇，孙明军，杨乔川，索大翔，宋兴旺，任桂田，王旭东，张杰，张黎元，沈妍，李志鹏，王云昊，刘宪栩，李晓永，
申请(专利权)人：国网天津市电力公司，国家电网有限公司，
类型：发明
国别省市：天津;12