[發(fā)明專利]一種含新能源場(chǎng)站的配電網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)優(yōu)化方法及系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202310707134.6
• 申請(qǐng)日: 2023-06-15
• 公開（公告）號(hào): CN116454894B
• 公開（公告）日: 2023-09-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 閃鑫;李得民;王毅;韋磊;楊科;邱進(jìn)哲;彭龍;陸娟娟;曹國(guó)芳;朱紅;羅玉春;郭帆;許洪華;陳冰松;胡子健;許翔泰;馮秋俠;翟曉宇
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 國(guó)電南瑞科技股份有限公司;國(guó)網(wǎng)江蘇省電力有限公司南京供電分公司;國(guó)網(wǎng)江蘇省電力有限公司
• 主分類號(hào): H02J3/06
• 分類號(hào): H02J3/06;H02J3/46;H02J3/28;G06N3/126;G06Q10/0631;G06Q50/06
• 代理公司: 南京禹為知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 32272
• 代理人: 齊佳美

1.一種含新能源場(chǎng)站的配電網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)優(yōu)化方法，其特征在于，包括：

根據(jù)配電網(wǎng)的典型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，獲取含新能源場(chǎng)站的配電網(wǎng)拓?fù)鋯卧挠泄ζ胶夥匠碳巴負(fù)浼s束；

所述配電網(wǎng)拓?fù)鋯卧挠泄ζ胶夥匠碳巴負(fù)浼s束的獲取包括，

配電網(wǎng)的典型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的接線類型包括單電源供電接線方式、串供接線方式、T型串供接線方式和H型串供接線方式；

含新能源場(chǎng)站的單電源供電接線方式為單電源點(diǎn)變電站通過出線開關(guān)串接若干個(gè)分段開關(guān)，負(fù)荷通過分段開關(guān)接點(diǎn)處連入配電網(wǎng)，新能源場(chǎng)站位于第l個(gè)與l+1個(gè)開關(guān)之間，站內(nèi)的可再生能源機(jī)組為風(fēng)力發(fā)電機(jī)與光伏發(fā)電裝置，所述新能源場(chǎng)站配備一定容量的儲(chǔ)能裝置平抑可再生能源機(jī)組的出力波動(dòng)，為提高新能源消納能力，可再生能源機(jī)組出力優(yōu)先供給負(fù)荷，再給儲(chǔ)能裝置充電，且僅允許儲(chǔ)能裝置吸收可再生能源機(jī)組的盈余功率，即禁止電源點(diǎn)變電站給儲(chǔ)能裝置充電；

當(dāng)所有開關(guān)均為運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，所述單電源供電接線方式的有功平衡方程表示為：

其中，表示t時(shí)段電源點(diǎn)變電站A的輸出功率，表示t時(shí)段風(fēng)力發(fā)電機(jī)的出力，表示t時(shí)段光伏發(fā)電裝置的出力，表示t時(shí)段儲(chǔ)能裝置的充放電功率，為正表示儲(chǔ)能放電，為負(fù)表示儲(chǔ)能充電，構(gòu)成新能源場(chǎng)站在t時(shí)段的組合出力，表示t時(shí)段開關(guān)節(jié)點(diǎn)i處的負(fù)荷，N表示總開關(guān)數(shù)；

新能源場(chǎng)站需滿足的約束包括：

其中，表示風(fēng)機(jī)的額定最大出力，表示光伏發(fā)電裝置的額定最大出力，表示儲(chǔ)能裝置的額定最大充放電值，和表示儲(chǔ)能裝置可用容量的下限、上限值，E^t-1表示儲(chǔ)能裝置在t-1時(shí)段的可用容量，Δt表示t時(shí)段的持續(xù)時(shí)間；

將所述單電源供電接線方式的有功平衡方程加入開關(guān)狀態(tài)得到其中，表示開關(guān)i在t時(shí)段處于運(yùn)行狀態(tài)，為斷開狀態(tài)，為保證所有負(fù)荷均有電源點(diǎn)供電，由開關(guān)狀態(tài)表示含新能源場(chǎng)站的單電源供電接線方式需滿足的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)約束包括

含新能源場(chǎng)站的串供接線方式為兩端電源點(diǎn)變電站通過出線開關(guān)串接，中間的饋電線路分布著若干分段開關(guān)，兩端的電源點(diǎn)變電站分別編號(hào)為A1、A2，新能源場(chǎng)站位于第l個(gè)與l+1個(gè)開關(guān)之間；

當(dāng)?shù)趈個(gè)開關(guān)為斷開狀態(tài)，其余開關(guān)為運(yùn)行狀態(tài)，此時(shí)新能源場(chǎng)站依然處于并網(wǎng)模式，所述串供接線方式的有功平衡方程表示為其中，和分別表示電源點(diǎn)變電站A1、A2在t時(shí)段的輸出功率；

當(dāng)?shù)趈個(gè)開關(guān)、第r個(gè)開關(guān)為斷開狀態(tài)，且r≤l≤j，其余開關(guān)為運(yùn)行狀態(tài)，此時(shí)新能源場(chǎng)站處于離網(wǎng)模式，所述串供接線方式的有功平衡方程表示為

為保證所有開關(guān)節(jié)點(diǎn)處的負(fù)荷均有電源點(diǎn)供電，串供接線方式需滿足的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)約束包括含新能源場(chǎng)站的T型串供接線方式為三個(gè)電源點(diǎn)變電站A1、A2、A3分別通過出線開關(guān)、分段開關(guān)構(gòu)成的“T”字型接線方式，T接點(diǎn)位于第l個(gè)開關(guān)與第l+1個(gè)、第N+m個(gè)開關(guān)之間，則A1到T接點(diǎn)間有l(wèi)個(gè)開關(guān)，A2到T接點(diǎn)間有N-l個(gè)開關(guān)，A3到T接點(diǎn)間有m個(gè)開關(guān)，在T型串供接線方式下，新能源場(chǎng)站可位于T接點(diǎn)，也可不位于T接點(diǎn)，而是位于某條支路的第h個(gè)開關(guān)與第h+1個(gè)開關(guān)之間；

對(duì)于新能源場(chǎng)站位于T接點(diǎn)的接線方式，當(dāng)兩條支路上的分段開關(guān)斷開，即第j個(gè)開關(guān)與第r個(gè)開關(guān)為斷開狀態(tài)，其余開關(guān)為運(yùn)行狀態(tài)，導(dǎo)致T接點(diǎn)側(cè)兩條支路與新能源場(chǎng)站斷開，僅剩一條支路連接新能源場(chǎng)站，則所述T型串供接線方式的有功平衡方程表示為

需滿足的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)約束包括

對(duì)于新能源場(chǎng)站位于T接點(diǎn)的接線方式，當(dāng)三條支路上的分段開關(guān)斷開，即第j個(gè)、第r個(gè)開關(guān)和第k個(gè)開關(guān)為斷開狀態(tài)，其余開關(guān)為運(yùn)行狀態(tài)，導(dǎo)致T接點(diǎn)側(cè)三條支路均與新能源場(chǎng)站斷開，則所述T型串供接線方式的有功平衡方程表示為

需滿足的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)約束包括

對(duì)于新能源場(chǎng)站不位于T接點(diǎn)的接線方式，當(dāng)兩條支路上的分段開關(guān)斷開，即第j個(gè)開關(guān)與第r個(gè)開關(guān)為斷開狀態(tài)，其余開關(guān)為運(yùn)行狀態(tài)，導(dǎo)致T接點(diǎn)側(cè)兩條支路與新能源場(chǎng)站斷開，此時(shí)僅剩一條支路連接新能源場(chǎng)站，則所述T型串供接線方式的有功平衡方程表示為

需滿足的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)約束包括

對(duì)于新能源場(chǎng)站不位于T接點(diǎn)的接線方式，當(dāng)三條支路上的分段開關(guān)斷開，即第j個(gè)開關(guān)、第r個(gè)開關(guān)、第k個(gè)開關(guān)為斷開狀態(tài)，其余開關(guān)為運(yùn)行狀態(tài)，導(dǎo)致T接點(diǎn)側(cè)三條支路均與新能源場(chǎng)站斷開，則所述T型串供接線方式的有功平衡方程表示為

需滿足的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)約束包括

含新能源場(chǎng)站的H型串供接線方式為四個(gè)電源點(diǎn)變電站A1、A2、A3、A4通過出線開關(guān)與分段開關(guān)構(gòu)成含新能源場(chǎng)站的“H”字型接線方式，H接點(diǎn)位于第l個(gè)開關(guān)與l+1個(gè)開關(guān)、第N+q個(gè)開關(guān)與N+q+1個(gè)開關(guān)之間，則A1到H接點(diǎn)間有l(wèi)個(gè)開關(guān)，A2到H接點(diǎn)間有N-l個(gè)開關(guān)，A3到H接點(diǎn)間有q個(gè)開關(guān)，A4到H接點(diǎn)間有m-q個(gè)開關(guān)，所述新能源場(chǎng)站可位于H接點(diǎn)，也可不位于H接點(diǎn)，而是位于某條支路的第h個(gè)開關(guān)與第h+1個(gè)開關(guān)之間；

對(duì)于新能源場(chǎng)站位于H接點(diǎn)的接線方式，當(dāng)三條支路上的分段開關(guān)斷開，即第j個(gè)開關(guān)、第r個(gè)開關(guān)、第p個(gè)開關(guān)為斷開狀態(tài)，其余開關(guān)為運(yùn)行狀態(tài)，導(dǎo)致H接點(diǎn)側(cè)三條支路與新能源場(chǎng)站斷開，此時(shí)僅剩一條支路連接新能源場(chǎng)站，則所述H型串供接線方式的有功平衡方程表示為

需滿足的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)約束包括

對(duì)于新能源場(chǎng)站位于H接點(diǎn)的接線方式，當(dāng)四條支路上的分段開關(guān)斷開，即第j個(gè)開關(guān)、第r個(gè)開關(guān)、第k個(gè)開關(guān)、第v個(gè)開關(guān)為斷開狀態(tài)，其余開關(guān)為運(yùn)行狀態(tài)，導(dǎo)致H接點(diǎn)側(cè)四條支路均與新能源場(chǎng)站斷開，則所述H型串供接線方式的有功平衡方程表示為

需滿足的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)約束包括

對(duì)于新能源場(chǎng)站不位于H接點(diǎn)的接線方式，當(dāng)三條支路上的三個(gè)分段開關(guān)斷開，即第j個(gè)開關(guān)、第r個(gè)開關(guān)、第p個(gè)開關(guān)為斷開狀態(tài)，其余開關(guān)為運(yùn)行狀態(tài)，導(dǎo)致H接點(diǎn)側(cè)三條支路與新能源場(chǎng)站斷開，此時(shí)僅剩一條支路連接新能源場(chǎng)站，則所述H型串供接線方式的有功平衡方程表示為

需滿足的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)約束包括

對(duì)于新能源場(chǎng)站不位于H接點(diǎn)的接線方式，當(dāng)三條支路上的四個(gè)分段開關(guān)斷開，即第j個(gè)開關(guān)、第r個(gè)開關(guān)、第k個(gè)開關(guān)、第v個(gè)開關(guān)為斷開狀態(tài)，其余開關(guān)為運(yùn)行狀態(tài)，其中新能源場(chǎng)站兩側(cè)的開關(guān)均斷開，且這兩個(gè)開關(guān)均位于同一條支路上，此時(shí)四個(gè)電源點(diǎn)變電站均與新能源場(chǎng)站斷開，則所述H型串供接線方式的有功平衡方程表示為

需滿足的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)約束包括

對(duì)于新能源場(chǎng)站不位于H接點(diǎn)的接線方式，當(dāng)四條支路上的分段開關(guān)斷開，即第j個(gè)開關(guān)、第r個(gè)開關(guān)、第k個(gè)開關(guān)、第v個(gè)開關(guān)為斷開狀態(tài)，其余開關(guān)為運(yùn)行狀態(tài)，導(dǎo)致H接點(diǎn)側(cè)四條支路均與新能源場(chǎng)站斷開，則所述H型串供接線方式的有功平衡方程表示為

需滿足的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)約束包括

根據(jù)實(shí)際配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)和所述有功平衡方程及拓?fù)浼s束，獲取拓?fù)鋯卧M合的有功平衡方程；

通過所述拓?fù)鋯卧M合的有功平衡方程和配電網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)優(yōu)化的成本，以優(yōu)化轉(zhuǎn)供總成本最小為目標(biāo)建立配電網(wǎng)優(yōu)化轉(zhuǎn)供模型；

采用改進(jìn)型非劣排序遺傳算法求解所述配電網(wǎng)優(yōu)化轉(zhuǎn)供模型，獲取調(diào)整配電網(wǎng)運(yùn)行方式的最優(yōu)轉(zhuǎn)供方案；

所述配電網(wǎng)優(yōu)化轉(zhuǎn)供模型的建立包括，

考慮調(diào)整配電網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的開關(guān)動(dòng)作成本、用戶用電成本以及負(fù)荷側(cè)管理成本，以優(yōu)化轉(zhuǎn)供總成本最小為目標(biāo)建立配電網(wǎng)優(yōu)化轉(zhuǎn)供模型；

所述開關(guān)動(dòng)作成本的目標(biāo)函數(shù)C₁的計(jì)算包括，

其中，N_s表示開關(guān)總數(shù)，c_s表示開關(guān)動(dòng)作一次對(duì)應(yīng)的成本系數(shù)，和表示開關(guān)i在t時(shí)段動(dòng)作前、后的狀態(tài)；

所述用戶用電成本的目標(biāo)函數(shù)C₂的計(jì)算包括，

其中，表示t時(shí)段向電網(wǎng)購(gòu)電的電價(jià)，表示t時(shí)段開關(guān)節(jié)點(diǎn)i處的電力用戶向電源點(diǎn)變電站的購(gòu)電值，c_bess表示儲(chǔ)能單位充放電功率成本系數(shù)，N_L表示節(jié)點(diǎn)總數(shù)；

所述負(fù)荷側(cè)管理成本的目標(biāo)函數(shù)C₃的計(jì)算包括，

其中，c_L表示負(fù)荷側(cè)管理的成本系數(shù)；

以所述開關(guān)動(dòng)作成本、用戶用電成本以及負(fù)荷側(cè)管理成本之和最小化為優(yōu)化目標(biāo)建立的目標(biāo)函數(shù)為minF＝C₁+C₂+C₃；

所述配電網(wǎng)優(yōu)化轉(zhuǎn)供模型需滿足的約束包括前述新能源場(chǎng)站需滿足的約束、配電網(wǎng)經(jīng)負(fù)荷側(cè)管理后的有功平衡約束、各電源點(diǎn)和饋線需滿足的約束，以及配電網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)約束；

所述各電源點(diǎn)和饋線需滿足的約束的計(jì)算包括，

其中，表示電源點(diǎn)變電站A_i允許的輸出功率，表示電源點(diǎn)變電站A_i允許的最大輸出功率，表示開關(guān)節(jié)點(diǎn)i對(duì)應(yīng)饋線允許的最大傳輸功率；

所述配電網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)約束的計(jì)算包括，

其中，H₁表示配電網(wǎng)拓?fù)鋵?duì)應(yīng)的等式約束，H₂和H₃表示配電網(wǎng)拓?fù)鋵?duì)應(yīng)的不等式約束；

所述采用改進(jìn)型非劣排序遺傳算法求解所述配電網(wǎng)優(yōu)化轉(zhuǎn)供模型包括，

獲取當(dāng)前配電網(wǎng)的運(yùn)行數(shù)據(jù)，包括變電站可用容量、當(dāng)前負(fù)荷值、新能源場(chǎng)站中風(fēng)機(jī)、光伏出力及儲(chǔ)能裝置可用容量；

獲取所述配電網(wǎng)中開關(guān)與變電站、新能源場(chǎng)站、負(fù)荷之間的拓?fù)潢P(guān)系，生成各接線方式對(duì)應(yīng)的開關(guān)拓?fù)浼s束；

結(jié)合所述配電網(wǎng)各拓?fù)鋯卧挠泄β势胶怅P(guān)系，生成電源點(diǎn)變電站的系數(shù)矩陣G^t、新能源場(chǎng)站的系數(shù)矩陣R^t和所有開關(guān)構(gòu)成的向量的系數(shù)矩陣L^t；獲取所述配電網(wǎng)在t時(shí)段進(jìn)行轉(zhuǎn)供前的線路開關(guān)狀態(tài)組合

采用改進(jìn)型非劣排序遺傳算法求解優(yōu)化目標(biāo)，首先隨機(jī)生成個(gè)體規(guī)模為100的初始種群I，并根據(jù)優(yōu)化目標(biāo)值F進(jìn)行非支配排序，然后采用錦標(biāo)賽選擇法，從I中選擇父代種群O，交叉、變異得到子代種群Z，計(jì)算子代種群的優(yōu)化目標(biāo)值F，將子代種群Z與父代種群O合并為中間種群M，對(duì)M非支配排序，形成規(guī)模為100的種群I＇，代替I，最后判斷是否達(dá)到最大迭代次數(shù)，若未達(dá)到，再繼續(xù)執(zhí)行前述交叉、變異、合并中間種群、非支配排序的步驟，若達(dá)到最大迭代次數(shù)，選擇使優(yōu)化目標(biāo)值最小的結(jié)果作為所述配電網(wǎng)優(yōu)化轉(zhuǎn)供模型的最優(yōu)解；

按照最優(yōu)求解結(jié)果調(diào)整配電網(wǎng)運(yùn)行方式，優(yōu)化轉(zhuǎn)供過程結(jié)束。