考虑多主体的分布式电源最优接入位置与容量规划方法与流程

本发明涉及一种分布式电源最优接入位置与容量规划方法。特别是涉及一种适用于配电网规划中分布式电源接入工作的考虑多主体的分布式电源最优接入位置与容量规划方法。

背景技术：

随着社会经济的发展，电力需求日益增长、能源问题愈加严峻，以“大电网、大电厂、高电压”为主要特征的供电模式暴露出自身存在的弊端。为改善这种情况，缓解能源危机和环境污染问题，多个地区的电网开始出台措施鼓励用户侧分布式电源在配电网的接入，分布式电源在配电网的接入量大幅上升，给配电网的规划带来了机遇和挑战。分布式电源通过在负荷端附近建立小规模电源，采用与大电网相结合的供电模式，可缓解传统发电模式产生的电能质量、可靠性、环境保护等诸多问题。但随着dg并入配电网数量逐渐增多，配电网由单电源模式变为多电源模式，改变了系统潮流的特性，对系统潮流和稳态电压分布产生了很大的影响。因此，需要确定分布式电源的最优接入容量，在避免系统线路潮流、稳态电压越限的同时，保证整体系统运行的经济性，充分发挥分布式电源接入带来的系统优势。

目前的方法多只考虑了配电网这一个主体，在规划和运行模型中都认为配电网系统可以直接决定dg的位置和容量，并且只要系统整体的收益最大，就认为分布式电源的接入方案最优。但是伴随着市场化进程和分布式电源的普及，配电网中分布式电源多由用户自主接入，其接入容量多出于自身利益考虑，每一个用户即为一个主体。因此，仅从配电网角度进行最优位置与容量的规划方法难以满足多主体的现状。

分布式电源接入规划中存在多个主体，且往往由配电网决定分布式电源适宜接入的节点，由用户选择能够接入的容量。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是，提供一种能够实现配电网和用户等多方利益最大化的考虑多主体的分布式电源最优接入位置与容量规划方法。

本发明所采用的技术方案是：一种考虑多主体的分布式电源最优接入位置与容量规划方法，包括如下步骤：

1)建立分布式电源模型，即分布式电源光伏发电系统出力的预测模型；

2)建立配电网为主体的外层优化模型；

3)建立用户为主体的内层优化模型；

4)建立基于遗传算法的分布式电源最优接入位置与容量求解算法。

步骤1)所述的分布式电源模型为：

p＝ni×a×η0[1-γ(tp-tγ)](1)

式中，n为电池板组件数量，i为光伏电池板倾斜面上的辐照强度，a为单个电池组件的面积，η0为参考温度下的组件效率，γ为光伏组件温度系数，tp为某时刻的温度值，tγ为参考温度。

步骤2)所述的配电网为主体的外层优化模型目标函数和约束条件，约束条件包括配电网潮流约束、节点电压约束与潮流越限约束，其中：

(2.1)目标函数如下：

cup＝closs+ctr(2)

式中，cup为外层目标函数，closs为网损成本，ctr为配电网与用户交易的收益；其中网损成本公式具体如下：

式中，closs为网损的计算电价，ploss(t)为t时段的网损功率；

配电网与用户交易的收益公式如下：

式中，n为用户编号，n为总用户数，ctrn为配电网与用户n的交易收益，csen为配电网向用户n的售电费用，cman为配电网向用户n支付的购电费用，cse为向用户售电电价，psen(t)为t时段向用户n售电功率，cma为从用户购电电价，pman(t)为t时段从用户n购电功率；

(2.2)配电网潮流约束：

式中，pi、qi为节点i处有功、无功注入功率，vi、vj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；

(2.3)节点电压约束：

vimin≤vi≤vimax(7)

式中，vimin、vimax为节点i的电压上下限，vi为节点i的电压幅值；

(2.4)潮流越限约束：

pk≤pkmax(8)

式中，pk为线路k的传输容量，pkmax是线路k的传输功率极限。

步骤3)中

所述的目标函数为：

ccu＝ceqn+cwen-ctrn(9)

式中，ccu为用户成本，ceqn为用户n的分布式电源购入成本，cwen为用户n的分布式电源运维费用，ctrn为配电网与用户n的交易收益；用户n的分布式电源购入成本ceqn为：

式中，r为贴现率，lpvn为用户n分布式电源的安装数量，cpv为单个分布式电源安装成本，h为分布式电源的使用年限；

约束条件为倒送功率约束：

pman(t)≤pnmax(11)

式中，pman(t)为t时段配电网从用户n购电功率，pnmax为用户n倒送功率上限。

步骤5)包括：

(5.1)外层变量编码：对分布式电源位置和对应的倒送功率限值分别进行二进制编码；

(5.2)将外层变量输入内层，并对分布式电源接入容量采用二进制编码，作为内层编码；

(5.3)将内层编码作为基于非合作博弈的内层优化模型初始状态；

(5.4)进行内层的博弈求解得到均衡值，根据得到的均衡值计算内层目标函数和适应度；

(5.5)外层寻优：根据内层得到的目标函数更新外层的目标函数和适应度，对外层变量编码进行选择、交叉、变异和精英保留；

(5.6)收敛判定：若满足设定的收敛条件，则输出最优方案，即为分布式电源的最优接入位置和容量，否则返回第(5.3)步。

第(5.4)步所述的进行内层的博弈求解得到均衡值包括：

(5.41)根据外层给定的可接入位置，随机选择内层的均衡点初始状态；采用二进制编码的方法设定各用户分布式电源接入容量，产生初始种群；

(5.42)各用户独立优化决策，采用遗传算法进行寻优，得到每个用户独立的优化结果；

(5.43)分别以每个用户为主体，设定其他用户状态为上一轮的优化结果，对多个用户接入容量组成的个体进行选择、交叉、变异迭代，得到每个用户新一轮的最优策略；

(5.44)将各用户的最优策略结果合并，代入opendss软件进行潮流计算，并判定是否满足配电网潮流约束、节点电压约束和潮流越限约束，是则返回第(4.1)步；满足则进入下一步；

(5.45)nash均衡判定：若各用户在相邻2轮得到的最优策略相同，则优化结束，得到的结果即为非合作博弈下的nash均衡点，否则返回第(4.3)步。

第(5.44)步所述的代入opendss软件进行潮流计算包括：

(a)在opendss中输入电路信息，包括主电源、变压器、线路、负荷、开关、分布式电源和电压潮流监视器；

(b)利用matlab中的启动语句驱动opendss接口，调用已编辑好的opendss电路；

(c)向opendss电路输入分布式电源曲线，并解电路；

(d)输出电压潮流监视器中的各节点时序电压和各线路的时序潮流结果。

本发明的考虑多主体的分布式电源最优接入位置与容量规划方法，能够准确搭建分布式电源模型，综合考虑多方利益，通过双层优化和多主体博弈确定分布式电源的最优接入容量和接入位置。本发明可以为分布式电源在配电网的最优接入提供重要依据，是实现有源配电网优化规划的重要基础。以此为基础进行配电网的规划，能够减少分布式电源给配电网带来的不利影响，促进配电网高效、经济、优质运行。有利于提升城市配电网规划水平，促进城市有源配电网的合理发展。

附图说明

图1是本发明考虑多主体的分布式电源最优接入位置与容量规划方法的流程图。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明的考虑多主体的分布式电源最优接入位置与容量规划方法做出详细说明。

如图1所示，本发明的考虑多主体的分布式电源最优接入位置与容量规划方法，包括如下步骤：

1)建立分布式电源模型，即分布式电源光伏发电系统出力的预测模型；

所述的分布式电源模型为：

p＝ni×a×η0[1-γ(tp-tγ)](1)

式中，n为电池板组件数量，i为光伏电池板倾斜面上的辐照强度，a为单个电池组件的面积，η0为参考温度下的组件效率，γ为光伏组件温度系数，tp为某时刻的温度值，tγ为参考温度。

2)建立配电网为主体的外层优化模型；

外层优化以配电网为主体，优化变量为分布式电源的接入位置和用户每个节点的倒送功率限值。由于配电网的规划目的是使自身的综合利益最大化，目标函数包括网损成本、配电网向用户支付的购电费用、向用户售电费用。

所述的配电网为主体的外层优化模型目标函数和约束条件，约束条件包括配电网潮流约束、节点电压约束与潮流越限约束，其中：

(2.1)目标函数如下：

cup＝closs+ctr(2)

式中，cup为外层目标函数，closs为网损成本，ctr为配电网与用户交易的收益；其中网损成本公式具体如下：

式中，closs为网损的计算电价，ploss(t)为t时段的网损功率；

配电网与用户交易的收益公式如下：

式中，n为用户编号，n为总用户数，ctrn为配电网与用户n的交易收益，csen为配电网向用户n的售电费用，cman为配电网向用户n支付的购电费用，cse为向用户售电电价，psen(t)为t时段向用户n售电功率，cma为从用户购电电价，pman(t)为t时段从用户n购电功率；

(2.2)配电网潮流约束：

式中，pi、qi为节点i处有功、无功注入功率，vi、vj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；

(2.3)节点电压约束：

vimin≤vi≤vimax(7)

式中，vimin、vimax为节点i的电压上下限，vi为节点i的电压幅值；

(2.4)潮流越限约束：

pk≤pkmax(8)

式中，pk为线路k的传输容量，pkmax是线路k的传输功率极限。

3)建立用户为主体的内层优化模型；

内层主体为各用户，优化变量为分布式电源的接入容量，用户都以各自利益最大化为目标，建立目标函数和约束条件。其中

所述的目标函数为：

ccu＝ceqn+cwen-ctrn(9)

式中，ccu为用户成本，ceqn为用户n的分布式电源购入成本，cwen为用户n的分布式电源运维费用，ctrn为配电网与用户n的交易收益；用户n的分布式电源购入成本ceqn为：

式中，r为贴现率，lpvn为用户n分布式电源的安装数量，cpv为单个分布式电源安装成本，h为分布式电源的使用年限；

约束条件为倒送功率约束：

pman(t)≤pnmax(11)

式中，pman(t)为t时段配电网从用户n购电功率，pnmax为用户n倒送功率上限。

4)建立基于遗传算法的分布式电源最优接入位置与容量求解算法

本发明所述问题涉及配电网和用户，由配电网选择分布式电源接入位置及其功率倒送限值、用户侧运营商决定分布式电源接入容量，分别为决策过程中的外层和内层。具体包括：

(4.1)外层变量编码：对分布式电源位置和对应的倒送功率限值分别进行二进制编码；

(4.2)将外层变量输入内层，并对分布式电源接入容量采用二进制编码，作为内层编码；

(4.3)将内层编码作为基于非合作博弈的内层优化模型初始状态；

(4.4)进行内层的博弈求解得到均衡值，根据得到的均衡值计算内层目标函数和适应度；

所述的进行内层的博弈求解得到均衡值包括：

(4.41)根据外层给定的可接入位置，随机选择内层的均衡点初始状态；采用二进制编码的方法设定各用户分布式电源接入容量，产生初始种群；

(4.42)各用户独立优化决策，采用遗传算法进行寻优，得到每个用户独立的优化结果；

(4.43)分别以每个用户为主体，设定其他用户状态为上一轮的优化结果，对多个用户接入容量组成的个体进行选择、交叉、变异迭代，得到每个用户新一轮的最优策略；

(4.44)将各用户的最优策略结果合并，代入opendss软件进行潮流计算，并判定是否满足配电网潮流约束、节点电压约束和潮流越限约束，是则返回第(4.1)步；满足则进入下一步；

所述的代入opendss软件进行潮流计算包括：

(a)在opendss中输入电路信息，包括主电源、变压器、线路、负荷、开关、分布式电源和电压潮流监视器；

(b)利用matlab中的启动语句驱动opendss接口，调用已编辑好的opendss电路；

(c)向opendss电路输入分布式电源曲线，并解电路；

(d)输出电压潮流监视器中的各节点时序电压和各线路的时序潮流结果。

(4.45)nash均衡判定：若各用户在相邻2轮得到的最优策略相同，则优化结束，得到的结果即为非合作博弈下的nash均衡点，否则返回第(4.3)步。

(4.5)外层寻优：根据内层得到的目标函数更新外层的目标函数和适应度，对外层变量编码进行选择、交叉、变异和精英保留；

(4.6)收敛判定：若满足设定的收敛条件，则输出最优方案，即为分布式电源的最优接入位置和容量，否则返回第(4.3)步。