一种低压柔性互联装置双层规划选址定容方法和装置与流程

本发明涉及电力系统规划，特别是涉及一种低压柔性互联装置双层规划选址定容方法和装置。

背景技术：

1、基于全控型电力电子器件的柔性互联装置(flexible interconnection device，fid)的出现可以实现低压配网的功率快速转移，通过电压源型变流器(voltage sourceconverter，vsc)，使得光伏出力过剩台区将功率转移至距离相近的重载甚至过载台区。相较于传统调压和无功补偿手段，fid能够取代联络开关的作用，实现台区之间的功率互济和灵活互联。同时还可以实现连续调压且快速响应，并且能在一定程度上调节无功。但是fid价格昂贵且无功调节能力有限，因此如何在满足互联要求的前提下减少投资成为亟需解决的问题。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是提供一种低压柔性互联装置双层规划选址定容方法和装置，能够在台区运行最经济的前提下消纳更多的分布式电源。

2、本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种低压柔性互联装置双层规划选址定容方法，包括以下步骤：

3、获取所规划配电网络参数，建立目标配电网络和低压柔性互联装置的功率平衡方程以及电压平衡方程；

4、获取所需评估配电台区柔性互联需求，并根据所述配电台区柔性互联需求构建台区可连组合；

5、构建上层算法的目标函数，根据台区可连组合，采用粒子群算法产生当前台区柔性互联方案及台区柔性互联端口容量配置；

6、基于功率平衡方程和电压平衡方程构建下层算法的目标函数，根据所述当前台区柔性互联方案，将非线性约束为线性化，利用锥规划算法和求解器求解下层算法目标函数，得到最优运行方式；

7、根据所述最优运行方式计算粒子群中的粒子在当前运行方式下的适应度，并在满足条件时输出柔性互联装置最优规划结果。

8、所述功率平衡方程以及电压平衡方程包括柔性互联装置的有功功率流动模型和交流网络主要运行功率和电压模型；

9、所述柔性互联装置的有功功率流动模型为：其中，k表示柔性互联装置的端口数，表示t时刻柔性互联装置的第i个vsc端口所传输的有功功率，表示t时刻柔性互联装置的第i个vsc端口传输有功功率时造成的有功损耗，表示t时刻柔性互联装置的第i个vsc端口所传输的无功功率，表示柔性互联装置的第i个vsc端口的损耗系数；

10、所述交流网络主要运行功率和电压模型包括：

11、配网支路功率模型：

12、支路欧姆定律约束：

13、支路电流约束：

14、节点注入有功无功约束：

15、其中，pt,ji和qt,ji分别为t时刻节点j流入节点i的有功功率和无功功率，pt,ik和qt,ik分别为t时刻节点i流出到节点k的有功功率和无功功率，pt,i和qt,i分别为t时刻节点i的有功负荷和无功负荷，rji和xji分别为支路ij之间的线路电阻和电抗值，it,ji为t时刻支路ij上流过的电流值，ωb为所有支路的集合；ut,i和ut,j分别为t时刻节点i和节点j的电压值；和分别为t时刻节点i所接入的分布式电源有功出力和无功出力；和表示t时刻柔性互联装置的第i个vsc端口所传输的有功功率和无功功率。

16、所述获取所需评估配电台区柔性互联需求，并根据所述配电台区柔性互联需求构建台区可连组合，包括：

17、计算台区变压器最大负载率，并将台区变压器最大负载率超过负载率阈值的台区归入集合ωf1，将最大负载率未超过负载率阈值的台区归入集合ωt1；

18、计算台区最小净负荷，并将台区最小净负荷小于净负荷阈值的台区归入集合ωf2，将最小净负荷不小于净负荷阈值的台区归入集合ωt2；

19、将集合ωf1与集合ωt1、集合ωf2与ωt2中的台区进行配对，筛选出满足台区联络距离约束的可联组合，构成配网的台区可联组合集合ω。

20、所述台区变压器最大负载率通过计算得到，其中，timax为台区变压器最大负载率，pt,i和qt,i分别为t时刻节点i的有功负荷和无功负荷，表示t时刻节点i台区分布式电源有功出力最大值，si,t表示节点i台区变压器的容量。

21、所述台区最小净负荷通过计算得到，其中，pi,pure为台区最小净负荷，pt,i为t时刻节点i的有功负荷，表示t时刻节点i台区分布式电源有功出力最大值。

22、所述上层算法以配电网年综合费用最小构建目标函数，所述目标函数为：minc＝ci+cma+cb，其中，c为配电网年综合费用，ci为柔性互联装置年投资建设成本，表示为：cma为柔性互联装置年维护成本，表示为：cb为台区配电网从上级电网购电成本，表示为：其中，s为贴现率，tvsc和tline分别为vsc和直流线缆的最佳经济使用年限，n表示节点台区数量，为第i个台区的vsc单位容量投资额，为第i个台区的vsc安装容量，xm表示台区可连组合集合ω中能够进行柔性互联的第m个组合是否进行柔性互联，lm表示第m个组合的柔性互联中直流线缆的长度；表示单位长度直流线缆的安装成本，λ为年运行维护费用，为vsc单位容量的年运行维护成本，ξt为分时电价，pt,i为t时刻节点i的有功负荷，pt,loss为t时刻线路传输功率损耗，t为规划周期，δt为规划最小区间；

23、所述上层算法的约束条件包括台区vsc接入容量约束，所述台区vsc接入容量约束为：其中，为第i个台区的vsc安装容量最大值，m为非负的整数变量；svsc为vsc最小优化安装容量。

24、所述下层算法考虑低压柔性互联配电网的运行效率和电压水平，以运行总成本和电压偏差的加权和f最小构建目标函数，所述目标函数为：minf＝α1f1+α2f2，其中，α1和α2为权重系数，f1为系统网损成本，表示为：f2为电压偏差，表示为：其中，ξt为分时电价，rij为支路ij之间的线路电阻，it,ij为t时刻支路ij上流过的电流值，表示t时刻柔性互联装置的第i个vsc端口传输有功功率时造成的有功损耗，ut,i为t时刻节点i的电压值，un为配电系统额定电压，ω为台区可连组合集合，t为规划周期，δt为规划最小区间，n表示节点台区数量；

25、所述下层算法的约束条件包括柔性互联装置的无功约束、柔性互联装置的容量约束和线路安全性约束；所述柔性互联装置的无功约束表示为：所述柔性互联装置的容量约束表示为：线路安全性约束表示为：其中，和表示t时刻柔性互联装置的第i个vsc端口所传输的有功功率和无功功率，和分别表示柔性互联装置的第i个vsc端口所传输的无功功率的最小值和最大值，表示柔性互联装置的第i个vsc端口的安装容量，uimin和uimax分别为节点i电压的最小值和最大值，iijmax为支路ij上流过的电流的最大值。

26、所述将非线性约束为线性化具体为：引入变量xt,i和yt,ij分别表示和使系统网损成本f1以及线路安全性约束转为线性化，通过两边平方的方式使柔性互联装置的容量约束转为线性化，引入节点电压偏差变量表示使电压偏差f2转为线性化。

27、本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种低压柔性互联装置双层规划选址定容装置，包括：

28、建立模块，用于获取所规划配电网络参数，建立目标配电网络和低压柔性互联装置的功率平衡方程以及电压平衡方程；

29、构建模块，用于获取所需评估配电台区柔性互联需求，并根据所述配电台区柔性互联需求构建台区可连组合；

30、上层解算模块，用于构建上层算法的目标函数，根据台区可连组合，采用粒子群算法产生当前台区柔性互联方案及台区柔性互联端口容量配置；

31、下层解算模块，用于基于功率平衡方程和电压平衡方程构建下层算法的目标函数，根据所述当前台区柔性互联方案，将非线性约束为线性化，利用锥规划算法和求解器求解下层算法目标函数，得到最优运行方式；

32、输出模块，用于根据所述最优运行方式计算粒子群中的粒子在当前运行方式下的适应度，并在满足条件时输出柔性互联装置最优规划结果。

33、所述功率平衡方程以及电压平衡方程包括柔性互联装置的有功功率流动模型和交流网络主要运行功率和电压模型；

34、所述柔性互联装置的有功功率流动模型为：其中，k表示柔性互联装置的端口数，表示t时刻柔性互联装置的第i个vsc端口所传输的有功功率，表示t时刻柔性互联装置的第i个vsc端口传输有功功率时造成的有功损耗，表示t时刻柔性互联装置的第i个vsc端口所传输的无功功率，表示柔性互联装置的第i个vsc端口的损耗系数；

35、所述交流网络主要运行功率和电压模型包括：

36、配网支路功率模型：

37、支路欧姆定律约束：

38、支路电流约束：

39、节点注入有功无功约束：

40、其中，pt,ji和qt,ji分别为t时刻节点j流入节点i的有功功率和无功功率，pt,ik和qt,ik分别为t时刻节点i流出到节点k的有功功率和无功功率，pt,i和qt,i分别为t时刻节点i的有功负荷和无功负荷，rji和xji分别为支路ij之间的线路电阻和电抗值，it,ji为t时刻支路ij上流过的电流值，ωb为所有支路的集合；ut,i和ut,j分别为t时刻节点i和节点j的电压值；和分别为t时刻节点i所接入的分布式电源有功出力和无功出力；和表示t时刻柔性互联装置的第i个vsc端口所传输的有功功率和无功功率。

41、所述构建模块包括：

42、第一计算分类单元，用于计算台区变压器最大负载率，并将台区变压器最大负载率超过负载率阈值的台区归入集合ωf1，将最大负载率未超过负载率阈值的台区归入集合ωt1；

43、第二计算分类单元，用于计算台区最小净负荷，并将台区最小净负荷小于净负荷阈值的台区归入集合ωf2，将最小净负荷不小于净负荷阈值的台区归入集合ωt2；

44、配对筛选单元，用于将集合ωf1与集合ωt1、集合ωf2与ωt2中的台区进行配对，筛选出满足台区联络距离约束的可联组合，构成配网的台区可联组合集合ω。

45、所述第一计算分类单元通过计算台区变压器最大负载率，其中，timax为台区变压器最大负载率，pt,i和qt,i分别为t时刻节点i的有功负荷和无功负荷，表示t时刻节点i台区分布式电源有功出力最大值，si,t表示节点i台区变压器的容量。

46、所述第二计算分类单元通过计算台区最小净负荷，其中，pi,pure为台区最小净负荷，pt,i为t时刻节点i的有功负荷，表示t时刻节点i台区分布式电源有功出力最大值。

47、所述上层解算模块构建上层算法的目标函数时，以配电网年综合费用最小构建目标函数，所述目标函数为：minc＝ci+cma+cb，其中，c为配电网年综合费用，ci为柔性互联装置年投资建设成本，表示为：cma为柔性互联装置年维护成本，表示为：cb为台区配电网从上级电网购电成本，表示为：其中，s为贴现率，tvsc和tline分别为vsc和直流线缆的最佳经济使用年限，n表示节点台区数量，为第i个台区的vsc单位容量投资额，为第i个台区的vsc安装容量，xm表示台区可连组合集合ω中能够进行柔性互联的第m个组合是否进行柔性互联，lm表示第m个组合的柔性互联中直流线缆的长度；表示单位长度直流线缆的安装成本，λ为年运行维护费用，为vsc单位容量的年运行维护成本，ξt为分时电价，pt,i为t时刻节点i的有功负荷，pt,loss为t时刻线路传输功率损耗，t为规划周期，δt为规划最小区间；

48、所述上层算法的约束条件包括台区vsc接入容量约束，所述台区vsc接入容量约束为：其中，为第i个台区的vsc安装容量最大值，m为非负的整数变量；svsc为vsc最小优化安装容量。

49、所述下层解算模块构建下层算法的目标函数时，考虑低压柔性互联配电网的运行效率和电压水平，以运行总成本和电压偏差的加权和f最小构建目标函数，所述目标函数为：minf＝α1f1+α2f2，其中，α1和α2为权重系数，f1为系统网损成本，表示为：f2为电压偏差，表示为：其中，ξt为分时电价，rij为支路ij之间的线路电阻，it,ij为t时刻支路ij上流过的电流值，表示t时刻柔性互联装置的第i个vsc端口传输有功功率时造成的有功损耗，ut,i为t时刻节点i的电压值，un为配电系统额定电压，ω为台区可连组合集合，t为规划周期，δt为规划最小区间，n表示节点台区数量；

50、所述下层算法的约束条件包括柔性互联装置的无功约束、柔性互联装置的容量约束和线路安全性约束；所述柔性互联装置的无功约束表示为：所述柔性互联装置的容量约束表示为：线路安全性约束表示为：其中，和表示t时刻柔性互联装置的第i个vsc端口所传输的有功功率和无功功率，和分别表示柔性互联装置的第i个vsc端口所传输的无功功率的最小值和最大值，表示柔性互联装置的第i个vsc端口的安装容量，uimin和uimax分别为节点i电压的最小值和最大值，iijmax为支路ij上流过的电流的最大值。

51、所述下层解算模块将非线性约束为线性化具体为：引入变量xt,i和yt,ij分别表示和使系统网损成本f1以及线路安全性约束转为线性化，通过两边平方的方式使柔性互联装置的容量约束转为线性化，引入节点电压偏差变量表示使电压偏差f2转为线性化。

52、本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述低压柔性互联装置双层规划选址定容方法的步骤。

53、本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述低压柔性互联装置双层规划选址定容方法的步骤。

54、有益效果

55、由于采用了上述的技术方案，本发明与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：本发明基于台区柔性互联需求，考虑台区变压器最大负载率和台区最小净负荷的匹配，构建台区可连组合的集合，在基于台区可连组合的集合得到当前台区柔性互联方案及台区柔性互联端口容量配置，再通过优化算法得到柔性互联装置最优规划结果，通过该方式得到的规划结果能够缓解台区之间负载不平衡问题，在尽可能减少投资额的情况下，用有限的低压柔性互联装置实现低压台区之间的柔性互联，减小了台区过剩功率倒送至上级电网造成的网损，减少了电网因分布式能源大量接入而产生的额外运行成本。