[發明專利]面向配電網可靠性和經濟性提升的智能軟開關規劃方法

有效

• 申請號: 201910719062.0
• 申請日: 2019-08-05
• 公開（公告）號: CN110490376B
• 公開（公告）日: 2023-04-07
• 發明（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

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

1)根據選定的配電系統，輸入如下系統參數信息：線路參數、負荷水平、網絡拓撲連接關系，系統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、貼現率、經濟使用年限、運行維護系數、損耗系數，故障側節點電壓約束值，各支路歷史年均故障次數、故障修復時長，分段開關動作時間、聯絡開關動作時間、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，系統基準電壓和基準功率初值；

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

3)依據步驟1)中輸入的參數，生成智能軟開關規劃場景，包括采用快速搜索和發現密度峰聚類方法生成配電網典型運行場景，采用考慮關聯約束的配電網支路故障率生成方法生成支路故障場景；

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

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、配電網年供電可靠性成本和配電網年損耗成本，以及系統可靠性指標。

2.根據權利要求1所述的面向配電網可靠性和經濟性提升的智能軟開關規劃方法，其特征在于，步驟2)所述的以配電系統年綜合成本最小為目標函數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為配電網年供電可靠性成本，f_L為配電網年損耗成本，分別由下式表示：

(1)智能軟開關年投資成本

式中，Ω_b為配電系統所有支路的集合；d為貼現率；y為智能軟開關的經濟使用年限；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；

(3)配電網年供電可靠性成本

式中，Ω_n表示系統中所有節點的集合；c^R為單位停電損失成本；E^ENS為系統電量不足指標；λ_k為支路k年均故障次數；T_k,i為節點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，節點i上負荷的供電恢復系數，μ_k,i∈{0,1}；為不采用智能軟開關進行供電恢復節點i上負荷的供電恢復系數，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1天損耗的期望值，包括網絡損耗和智能軟開關損耗；N_h為場景個數，N_t單個場景中時間斷面數，N_N為系統節點數；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下接在節點i上SOP在t時刻的損耗；Γ_h表示場景h的概率。

3.根據權利要求1所述的面向配電網可靠性和經濟性提升的智能軟開關規劃方法，其特征在于，步驟2)所述的網絡拓撲約束、系統潮流約束、系統運行約束、智能軟開關運行約束、多智能軟開關協調約束，以及智能軟開關規劃約束可表示為：

(5)網絡拓撲約束

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

(6)系統潮流約束

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時刻支路上節點i流向節點j的有功功率，Q_h,t,ij為場景h下t時刻支路上節點i流向節點j的無功功率；P_h,t,ji為場景h下t時刻支路上節點j流向節點i的有功功率，Q_h,t,ji為場景h下t時刻支路上節點j流向節點i的無功功率；P_h,t,ik為場景h下t時刻支路上節點i流向節點k的有功功率，Q_h,t,ik為場景h下t時刻支路上節點i流向節點k的無功功率；P_h,t,i為場景h下t時刻節點i上注入的有功功率，為場景h下t時刻節點i上智能軟開關注入的有功功率，為場景h下t時刻節點i上負荷消耗的有功功率；Q_h,t,i為場景h下t時刻節點i上注入的無功功率，為場景h下t時刻節點i上智能軟開關注入的無功功率，為場景h下t時刻節點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，節點i上負荷的供電恢復系數，μ_h,t,i∈{0,1}；

(7)系統運行約束

式中，U和分別為系統允許節點電壓上下限，為系統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時刻接在節點i上智能軟開關的損耗；為場景h下t時刻接在節點j上智能軟開關的損耗；為接在節點i上智能軟開關的損耗系數；為接在節點j上智能軟開關的損耗系數；為場景h下t時刻節點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)多智能軟開關協調約束

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為節點i的電壓幅值；Ω_SoP為智能軟開關規劃位置的集合；M為設定的常數；β_ij表示節點i和節點j的關系，β_ij＝1表示節點i是節點j的父節點，β_ij＝0表示節點i不是節點j的父節點；

(10)智能軟開關規劃約束

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