考虑多维不确定性的信息物理主动配电系统互动规划方法技术方案

本发明专利技术涉及考虑多维不确定性的信息物理主动配电系统互动规划方法，属于信息物理主动配电系统技术领域，从三个层面剖析了CPADS的整体架构组成，引出了通信链路失效对于CPADS的潜在威胁；充分考虑主动控制设备的选址或选型、投资约束和运行控制约束，计及潮流约束、系统安全约束等，实现了基于信息

Interactive planning method of Information Physics active distribution system considering multi-dimensional uncertainty

【技术实现步骤摘要】
考虑多维不确定性的信息物理主动配电系统互动规划方法


[0001]本专利技术属于信息物理主动配电系统
，具体涉及考虑多维不确定性的信息物理主动配电系统互动规划方法。

技术介绍

[0002]近年来，随着智能配电网建设不断推进发展，信息系统与配电物理系统持续加深耦合，信息流和能量流正趋向于协同互动，传统配电网正逐渐演变为信息
‑
物理主动配电系统(cyber
‑
physical active distribution system,CPADS)。信息系统的广泛普及和融合应用为配电网物理域实现主动控制以及消纳清洁能源提供了坚实的技术支撑。但与此同时，信息系统的固有缺陷特性以及当前所应用技术方案的尚未成熟也为电网带来了一系列来自信息域的不确定性，其与高渗透分布式电源带来的不确定性相互加持，正为配电网的规划与运行带来新的挑战。鉴于此，如何有机统筹配电系统考虑信息域
‑
物理域的多维不确定性，实现CPADS的协调规划和落地应用是当前亟需解决的关键科学问题。

技术实现思路

[0003]本专利技术目的在于提供考虑多维不确定性的信息物理主动配电系统互动规划方法，用于解决上述现有技术中存在的技术问题，信息系统的固有缺陷特性以及当前所应用技术方案的尚未成熟也为电网带来了一系列来自信息域的不确定性，其与高渗透分布式电源带来的不确定性相互加持，正为配电网的规划与运行带来新的挑战。
[0004]为实现上述目的，本专利技术的技术方案是：
[0005]考虑多维不确定性的信息物理主动配电系统互动规划方法，包括以下步骤：
[0006]S1、分析信息物理主动配电系统整体架构和通信链路失效情况；
[0007]S2、考虑主动控制设备的选址或选型、投资约束和运行控制约束；计及支路潮流约束、系统安全约束、变电站功率约束、分布式电源功率约束、失负荷约束、网络辐射性和连通性约束，实现基于信息
‑
物理强耦合交互的且旨在最小化年度投资
‑
运行综合成本的CPADS协调规划整体建模；
[0008]S3、对模型中所存在的调度决策变量、规划决策变量、通信链路有效性决策变量连续相乘的非线性项，基于big
‑
M法将进行逐层线性化；
[0009]S4、构建来自信息域和物理域的多维不确定性集合：基于以通信链路失效为代表的典型信息系统故障场景，提出考虑故障概率分布的信息域N
‑
k不确定性集合，而对于物理域中风力发电、光伏发电和负荷需求的不确定性则以盒式不确定性集合来表征；
[0010]S5、将CPADS协调规划模型重构为一个数据驱动下的两阶段鲁棒优化数学框架，并将其分解成一个主问题和两个分步子问题后借助CCG算法迭代求解，两个分步子问题分别用SP
‑
1和SP
‑
2表示，其中SP
‑
1旨在得到物理域最恶劣的场景，SP
‑
2旨在得到信息域最恶劣的场景。
[0011]进一步的，所述步骤S1中信息物理主动配电系统整体架构如下：
[0012]由信息系统和物理系统构成；其中，
[0013]信息系统分为三个层次结构：应用层、通信层和接入层；应用层包括配电自动化中心、数据采集与监控服务器、管理信息系统服务器；通信层包括无线Mesh网络、以太网无源光网络以及基于光纤同步数字体系或多业务传输平台的的环形主干网，其中主干网承接应用层和各个配电子站服务器；在智能终端的辅助下，接入层在维持物理系统中各类主动控制设备与上层信息系统之间的实时通信方面履行着重要的职责；
[0014]所述步骤S1中通信链路失效如下：
[0015]应用层和接口层之间的信息传输信道称之为通信链路，物理系统中主动控制设备的可用性被等效为接入层FRTU的工作状态，ILF对于物理系统的主动控制存在潜在威胁，信息域和物理域相互叠加的多维不确定性存在导致通信链路失效的可能性。
[0016]进一步的，所述步骤D2中CPADS协调规划模型的目标函数：
[0017]以总成本C
Total
最小化的目标函数，包含信息物理主动配电系统总投资成本C
Inv
和年总运行成本C
Ope
；
[0018]C
Total
＝C
Inv
+C
Ope
[0019](1)所述总投资成本包括主动控制设备、电容器组、开关的投资成本以及与各类主动控制设备相匹配FRTU的投资成本；
[0020][0021]式中：r为贴现率；TL
ESS
、TL
CB
、TL
Switch
分别表示ESS、CB和开关的经济使用年限；j为系统节点；l为设备型号标识；B
ESS
、B
CB
分别为待规划ESS和CB候选节点集合，E
Switch
为待规划开关候选支路集合；Ω
ESS
、Ω
Switch
分别为ESS和开关设备型号集合；c
CB
、c
FRTU,CB
、分别为ESS、CB、开关、ESS所需FRTU、CB所需FRTU和开关所需FRTU的单位投资成本；均为0
‑
1决策变量，其中和分别表示节点j处是否配置ESS和CB，表示支路ij处是否配置开关；表示节点j处配置CB的个数；
[0022](2)所述年总运行成本涉及网损成本、弃风成本、弃光成本以及失负荷成本；
[0023][0024]式中：β表示运行成本与投资成本之间的净现值转化因子；t为时段，T为时段集合，Δt表示单位时间间隔长度；表示支路ij的电流平方值；r
ij
表示支路ij的电阻；分别为风电出力、光伏出力和失负荷有功功率大小；分别为风电出力、光伏出力和失负荷有功功率大小；分别为风电光伏预测出力；分别为网损价格、弃风价格、弃光价格、失负荷补偿价
格。
[0025]进一步的，所述步骤S2中CPADS协调规划模型的投资约束：
[0026][0027]式中：第一个和第三个约束分别表示每一个ESS候选节点和开关候选支路处只能配置一种型号的ESS设备；第三个约束表示开关候选支路处只能配置一种型号的开关设备；第二个约束表示每一个CB候选节点处能配置的CB数目不能超过M
CB
；
[0028]所述步骤步骤S2中CPADS协调规划模型的运行控制约束包括ESS运行约束、CB运行约束和开关运行约束；其中，
[0029](1)ESS运行约束：
[0030][0031][0032][0033]式中：0
‑
1决策变量分别表示ESS充、放电状态；表示型号l的ESS在一个调度周期内充放电控制次数的上限；P
lESS
分别表示ESS充放电功率的上、下限；表示ESS的容量，分别表示l型号本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.考虑多维不确定性的信息物理主动配电系统互动规划方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、分析信息物理主动配电系统整体架构和通信链路失效情况；S2、考虑主动控制设备的选址或选型、投资约束和运行控制约束；计及支路潮流约束、系统安全约束、变电站功率约束、分布式电源功率约束、失负荷约束、网络辐射性和连通性约束，实现基于信息
‑
物理强耦合交互的且旨在最小化年度投资
‑
运行综合成本的CPADS协调规划整体建模；S3、对模型中所存在的调度决策变量、规划决策变量、通信链路有效性决策变量连续相乘的非线性项，基于big
‑
M法将进行逐层线性化；S4、构建来自信息域和物理域的多维不确定性集合：基于以通信链路失效为代表的典型信息系统故障场景，提出考虑故障概率分布的信息域N
‑
k不确定性集合，而对于物理域中风力发电、光伏发电和负荷需求的不确定性则以盒式不确定性集合来表征；S5、将CPADS协调规划模型重构为一个数据驱动下的两阶段鲁棒优化数学框架，并将其分解成一个主问题和两个分步子问题后借助CCG算法迭代求解，两个分步子问题分别用SP
‑
1和SP
‑
2表示，其中SP
‑
1旨在得到物理域最恶劣的场景，SP
‑
2旨在得到信息域最恶劣的场景。2.如权利要求1所述的考虑多维不确定性的信息物理主动配电系统互动规划方法，其特征在于，所述步骤S1中信息物理主动配电系统整体架构如下：由信息系统和物理系统构成；其中，信息系统分为三个层次结构：应用层、通信层和接入层；应用层包括配电自动化中心、数据采集与监控服务器、管理信息系统服务器；通信层包括无线Mesh网络、以太网无源光网络以及基于光纤同步数字体系或多业务传输平台的的环形主干网，其中主干网承接应用层和各个配电子站服务器；在智能终端的辅助下，接入层在维持物理系统中各类主动控制设备与上层信息系统之间的实时通信方面履行着重要的职责；所述步骤S1中通信链路失效如下：应用层和接口层之间的信息传输信道称之为通信链路，物理系统中主动控制设备的可用性被等效为接入层FRTU的工作状态，ILF对于物理系统的主动控制存在潜在威胁，信息域和物理域相互叠加的多维不确定性存在导致通信链路失效的可能性。3.如权利要求2所述的考虑多维不确定性的信息物理主动配电系统互动规划方法，其特征在于，所述步骤D2中CPADS协调规划模型的目标函数：以总成本C
Total
最小化的目标函数，包含信息物理主动配电系统总投资成本C
Inv
和年总运行成本C
Ope
；C
Total
＝C
Inv
+C
Ope
(1)所述总投资成本包括主动控制设备、电容器组、开关的投资成本以及与各类主动控制设备相匹配FRTU的投资成本；
式中：r为贴现率；TL
ESS
、TL
CB
、TL
Switch
分别表示ESS、CB和开关的经济使用年限；j为系统节点；l为设备型号标识；B
ESS
、B
CB
分别为待规划ESS和CB候选节点集合，E
Switch
为待规划开关候选支路集合；Ω
ESS
、Ω
Switch
分别为ESS和开关设备型号集合；c
CB
、c
FRTU,CB
、分别为ESS、CB、开关、ESS所需FRTU、CB所需FRTU和开关所需FRTU的单位投资成本；均为0
‑
1决策变量，其中和分别表示节点j处是否配置ESS和CB，表示支路ij处是否配置开关；表示节点j处配置CB的个数；(2)所述年总运行成本涉及网损成本、弃风成本、弃光成本以及失负荷成本；式中：β表示运行成本与投资成本之间的净现值转化因子；t为时段，T为时段集合，Δt表示单位时间间隔长度；表示支路ij的电流平方值；r
ij
表示支路ij的电阻；分别为风电出力、光伏出力和失负荷有功功率大小；分别为风电出力、光伏出力和失负荷有功功率大小；分别为风电光伏预测出力；分别为网损价格、弃风价格、弃光价格、失负荷补偿价格。4.如权利要求3所述的考虑多维不确定性的信息物理主动配电系统互动规划方法，其特征在于，所述步骤S2中CPADS协调规划模型的投资约束：式中：第一个和第三个约束分别表示每一个ESS候选节点和开关候选支路处只能配置一种型号的ESS设备；第三个约束表示开关候选支路处只能配置一种型号的开关设备；第二个约束表示每一个CB候选节点处能配置的CB数目不能超过M
CB
；所述步骤步骤S2中CPADS协调规划模型的运行控制约束包括ESS运行约束、CB运行约束和开关运行约束；其中，(1)ESS运行约束：
式中：0
‑
1决策变量分别表示ESS充、放电状态；表示型号l的ESS在一个调度周期内充放电控制次数的上限；P
lESS
分别表示ESS充放电功率的上、下限；表示ESS的容量，分别表示l型号的ESS容量上、下限；分别表示ESS充、放电系数；0
‑
1决策变量表示节点j处ESS的FRTU在第t时段通信链路的有效性，表示发生通信链路失效，则表示无ILF发生，即通信链路有效；(2)CB运行约束：(2)CB运行约束：(2)CB运行约束：式中：表示CB投运组数；表示每组CB的单位无功补偿功率；0
‑
1决策变量分别表示CB增、减控制状态，表示增加一个单位的CB投运，反之；表示CB在一个调度周期内控制次数的上限；0
‑
1决策变量表示节点j处CB的FRTU在第t时段通信链路的有效性；(3)开关运行约束：(3)开关运行约束：式中：0
‑
1决策变量分别表示开关开、断控制状态，表示开关
闭合，反之；表示型号l的开关在一个调度周期内控制次数的上限；0
‑
1决策变量表示支路ij处开关的FRTU在第t时段通信链路的有效性。5.如权利要求4所述的考虑多维不确定性的信息物理主动配电系统互动规划方法，其特征在于，所述步骤步骤S2中对模型中所存在的调度决策变量、规划决策变量、通信链路有效性决策变量连续相乘的非线性项，基于big
‑
M法的线性化过程如下：(1)首先，引入新的0
‑
1变量：然后，令：然后，令：最后，转化为线性表达：(2)首先，引入新的0
‑
1变量：整数变量：然后，令：然后，令：然后，令：最后，转化为线性表达：(3)首先，引入新的0
‑
1变量：然后，令：
最后，转化为线性表达：(4)以上非线性项可通过big
‑
M法进一步线性化，以为例，线性化过程如下：6.如权利要求5所述的考虑多维不确定性的信息物理主动配电系统互动规划方法，其特征在于，所述步骤S4中信息域N
‑
k不确定性集合：(1)全终端不确定性集合：式中：分别为ESS、...

【专利技术属性】
技术研发人员：高红均，吕小东，贺帅佳，王仁浚，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：