[發(fā)明專利]面向配電網(wǎng)可靠性和經(jīng)濟性提升的智能軟開關規(guī)劃方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201910719062.0
• 申請日: 2019-08-05
• 公開（公告）號: CN110490376B
• 公開（公告）日: 2023-04-07
• 發(fā)明（設計）人: 趙金利;陳昊;王成山;冀浩然;于浩;宋關羽;李鵬
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: G06Q10/04
• 分類號: G06Q10/04;G06Q50/06
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 杜文茹

1.一種面向配電網(wǎng)可靠性和經(jīng)濟性提升的智能軟開關規(guī)劃方法，其特征在于，包括如下步驟：

1)根據(jù)選定的配電系統(tǒng)，輸入如下系統(tǒng)參數(shù)信息：線路參數(shù)、負荷水平、網(wǎng)絡拓撲連接關系，系統(tǒng)運行電壓水平和支路電流限制，智能軟開關待選位置、單位配置容量及投資成本、貼現(xiàn)率、經(jīng)濟使用年限、運行維護系數(shù)、損耗系數(shù)，故障側節(jié)點電壓約束值，各支路歷史年均故障次數(shù)、故障修復時長，分段開關動作時間、聯(lián)絡開關動作時間、智能軟開關供電恢復時間，單位停電損失成本，年負荷水平變化曲線，系統(tǒng)基準電壓和基準功率初值；

2)建立考慮配電網(wǎng)供電可靠性成本和運行經(jīng)濟性成本的智能軟開關雙層規(guī)劃模型，其中上層規(guī)劃以配電系統(tǒng)年綜合成本最小為目標函數(shù)，包含智能軟開關年投資和運行維護成本、配電網(wǎng)年供電可靠性成本和配電網(wǎng)年損耗成本，考慮智能軟開關規(guī)劃約束；下層包括配電網(wǎng)可靠性提升子問題和運行優(yōu)化子問題，其中可靠性提升子問題以配電網(wǎng)年供電可靠性成本最小為目標函數(shù)，考慮網(wǎng)絡拓撲約束、系統(tǒng)潮流約束、系統(tǒng)運行約束、智能軟開關運行約束、多智能軟開關協(xié)調(diào)約束以及支路故障率關聯(lián)約束，運行優(yōu)化子問題以配電網(wǎng)年損耗成本最小為目標函數(shù)，考慮網(wǎng)絡拓撲約束、系統(tǒng)潮流約束、系統(tǒng)運行約束、智能軟開關運行約束；

3)依據(jù)步驟1)中輸入的參數(shù)，生成智能軟開關規(guī)劃場景，包括采用快速搜索和發(fā)現(xiàn)密度峰聚類方法生成配電網(wǎng)典型運行場景，采用考慮關聯(lián)約束的配電網(wǎng)支路故障率生成方法生成支路故障場景；

4)依據(jù)步驟3)得到的智能軟開關規(guī)劃場景，采用智能算法與二階錐規(guī)劃相結合的混合算法求解智能軟開關雙層規(guī)劃模型，上層規(guī)劃采用模擬退火算法，下層采用二階錐規(guī)劃方法進行求解；

5)輸出步驟4)的求解結果，包括智能軟開關規(guī)劃位置和容量配置方案，智能軟開關年投資和運行維護成本、配電網(wǎng)年供電可靠性成本和配電網(wǎng)年損耗成本，以及系統(tǒng)可靠性指標。

2.根據(jù)權利要求1所述的面向配電網(wǎng)可靠性和經(jīng)濟性提升的智能軟開關規(guī)劃方法，其特征在于，步驟2)所述的以配電系統(tǒng)年綜合成本最小為目標函數(shù)f表示為：

minf＝f_I+f_O+f_R+f_L

式中，f_I為智能軟開關年投資成本，f_o為智能軟開關年運行維護成本，f_R為配電網(wǎng)年供電可靠性成本，f_L為配電網(wǎng)年損耗成本，分別由下式表示：

(1)智能軟開關年投資成本

式中，Ω_b為配電系統(tǒng)所有支路的集合；d為貼現(xiàn)率；y為智能軟開關的經(jīng)濟使用年限；為安裝在支路ij上智能軟開關的容量，c^SOP為單位容量投資成本；

(2)智能軟開關年運行維護成本

式中，η為年運行維護費用系數(shù)；

(3)配電網(wǎng)年供電可靠性成本

式中，Ω_n表示系統(tǒng)中所有節(jié)點的集合；c^R為單位停電損失成本；E^ENS為系統(tǒng)電量不足指標；λ_k為支路k年均故障次數(shù)；T_k,i為節(jié)點i上的負荷在支路k故障下的停電時間；為支路k故障下節(jié)點i上負荷消耗的有功功率；μ_k,i為支路k故障下采用智能軟開關進行供電恢復后，節(jié)點i上負荷的供電恢復系數(shù)，μ_k,i∈{0,1}；為不采用智能軟開關進行供電恢復節(jié)點i上負荷的供電恢復系數(shù)，t_l為通過修復故障支路進行供電恢復所需時間；t_sw為采用隔離開關切除故障支路進行供電恢復所需時間；t_op為采用智能軟開關進行供電恢復所需時間；

(4)配電網(wǎng)年損耗成本

f_L＝365·c^P·E^LOSS

式中，c^P為單位電價；E^LOSS表示整個配電系統(tǒng)1天損耗的期望值，包括網(wǎng)絡損耗和智能軟開關損耗；N_h為場景個數(shù)，N_t單個場景中時間斷面數(shù)，N_N為系統(tǒng)節(jié)點數(shù)；r_ij為支路ij的電阻值，為場景h下支路ij在t時刻電流幅值的平方；為場景h下接在節(jié)點i上SOP在t時刻的損耗；Γ_h表示場景h的概率。

3.根據(jù)權利要求1所述的面向配電網(wǎng)可靠性和經(jīng)濟性提升的智能軟開關規(guī)劃方法，其特征在于，步驟2)所述的網(wǎng)絡拓撲約束、系統(tǒng)潮流約束、系統(tǒng)運行約束、智能軟開關運行約束、多智能軟開關協(xié)調(diào)約束，以及智能軟開關規(guī)劃約束可表示為：

(5)網(wǎng)絡拓撲約束

α_h,t,ij＝β_h,t,ij+β_h,t,ji,ij∈Ω_b

α_h,t,ij∈{0,1},ij∈Ω_b

β_h,t,ij∈{0,1},ij∈Ω_b

式中，Ω_b為配電系統(tǒng)所有支路的集合；Ω₀表示系統(tǒng)中源節(jié)點的集合；Ω_n表示系統(tǒng)中所有節(jié)點的集合；α_h,t,ij表示場景h下t時刻支路ij的開關狀態(tài)，α_h,t,ij＝0表示支路ij處于斷開狀態(tài)，α_h,t,ij＝1表示支路ij處于閉合狀態(tài)；β_h,t,ij表示場景h下t時刻節(jié)點i和節(jié)點j的關系，β_h,t,ij＝1表示節(jié)點i是節(jié)點j的父節(jié)點，β_h,t,ij＝0表示節(jié)點i不是節(jié)點j的父節(jié)點；β_h,t,ji表示場景h下t時刻節(jié)點j和節(jié)點i的關系，β_h,t,ji＝1表示節(jié)點j是節(jié)點i的父節(jié)點，β_h,t,ji＝0表示節(jié)點j不是節(jié)點i的父節(jié)點；

(6)系統(tǒng)潮流約束

式中，r_ji為支路ji的電阻值，x_ij為支路ij的電抗；r_ij為支路ij的電阻值，x_ji為支路ji的電抗；表示場景h下t時刻節(jié)點i的電壓幅值的平方；為場景h下t時刻支路ij電流幅值的平方；為場景h下t時刻節(jié)點j電壓幅值的平方；P_h,t,ij為場景h下t時刻支路上節(jié)點i流向節(jié)點j的有功功率，Q_h,t,ij為場景h下t時刻支路上節(jié)點i流向節(jié)點j的無功功率；P_h,t,ji為場景h下t時刻支路上節(jié)點j流向節(jié)點i的有功功率，Q_h,t,ji為場景h下t時刻支路上節(jié)點j流向節(jié)點i的無功功率；P_h,t,ik為場景h下t時刻支路上節(jié)點i流向節(jié)點k的有功功率，Q_h,t,ik為場景h下t時刻支路上節(jié)點i流向節(jié)點k的無功功率；P_h,t,i為場景h下t時刻節(jié)點i上注入的有功功率，為場景h下t時刻節(jié)點i上智能軟開關注入的有功功率，為場景h下t時刻節(jié)點i上負荷消耗的有功功率；Q_h,t,i為場景h下t時刻節(jié)點i上注入的無功功率，為場景h下t時刻節(jié)點i上智能軟開關注入的無功功率，為場景h下t時刻節(jié)點i上負荷消耗的無功功率；μ_h,t,i為場景h下t時刻采用智能軟開關進行供電恢復后，節(jié)點i上負荷的供電恢復系數(shù)，μ_h,t,i∈{0,1}；

(7)系統(tǒng)運行約束

式中，U和分別為系統(tǒng)允許節(jié)點電壓上下限，為系統(tǒng)最大允許支路電流值；

(8)智能軟開關運行約束

式中，為場景h下t時刻節(jié)點j上智能軟開關注入的有功功率；為場景h下t時刻接在節(jié)點i上智能軟開關的損耗；為場景h下t時刻接在節(jié)點j上智能軟開關的損耗；為接在節(jié)點i上智能軟開關的損耗系數(shù)；為接在節(jié)點j上智能軟開關的損耗系數(shù)；為場景h下t時刻節(jié)點j上智能軟開關注入的無功功率；為安裝在支路ij上智能軟開關的容量；

(9)多智能軟開關協(xié)調(diào)約束

式中，表示供電恢復過程中安裝在支路l的智能軟開關于節(jié)點i處換流器是否采用電壓控制輔助變量，時表示該側換流器處于電壓支撐模式，時表示該側換流器不處于電壓支撐模式；U₀為智能軟開關供電恢復策略中的故障側電壓約束值；U_i為節(jié)點i的電壓幅值；Ω_SoP為智能軟開關規(guī)劃位置的集合；M為設定的常數(shù)；β_ij表示節(jié)點i和節(jié)點j的關系，β_ij＝1表示節(jié)點i是節(jié)點j的父節(jié)點，β_ij＝0表示節(jié)點i不是節(jié)點j的父節(jié)點；

(10)智能軟開關規(guī)劃約束

式中，s^module為智能軟開關單位配置容量；m_ij為非負整數(shù)，表示安裝在支路ij上智能軟開關單位配置容量的數(shù)量。