考虑安全约束的光储发电系统联合双层优化配置方法及系统与流程

本发明涉及新能源发电系统优化配置领域，尤其涉及一种考虑安全约束的光储发电系统联合双层优化配置方法及系统。

背景技术：

1、光伏新能源发电具有清洁、低碳、绿色等优点，然而新能源出力易受气候条件影响，具有随机性、波动性和间歇性的特点，大规模新能源并网在促进能源转型的同时也给电网安全运行带来了挑战。由此，应用分布式发电技术，使分布式电源供电与大电网供电相互补充、协调是当前发展趋势。随着并网新能源装机规模不断增长，电网对灵活性调节资源的需求也越来越迫切，而新能源消纳能力与系统稳定之间的矛盾问题也日益凸显，新能源能力与系统稳定性之间往往难以达到平衡。

2、光储发电系统中储能电池能够实现电能的时空平移，在发电侧配置储能是平滑光伏功率的波动、缓解光伏消纳问题、还可以利用“低储高发”降低成本，进而提升配电网运行水平。然而，若储能电池充放电频繁或者过高的放电深度会迅速降低其循环寿命，影响储能电池的正常运行。同时，若储能接入电网的地点与容量不符合要求，也会影响储能的功能和效率和电网的可靠运行。因此，接入电网的光储发电系统的安装地点及容量配置会直接影响新能源消纳能力以及系统安全运行可靠性。

3、现有技术中光储发电系统协同优化配置通常是直接以光储发电系统的配置成本为优化目标，仅关注系统的配置成本，并不关注接入电网后配电网的安全运行与新能源消纳能力之间的权衡问题，因而无法在满足安全运行的情况下实现最大限度的利用新能源，造成能源浪费或者系统稳定性不佳等问题。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种实现方法简单、成本低、能源利用率高且安全可靠的考虑安全约束的光储发电系统联合双层优化配置方法及系统，能够实现对接入电网的光储发电系统配置方案进行优化控制，有效提高高比例光伏接入配电网的协调能力和消纳水平，降低光储发电系统配置的成本，同时确保系统安全可靠运行。

2、为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

3、一种考虑安全约束的光储发电系统联合双层优化配置方法，包括以下步骤：

4、步骤1：构建双层优化配置模型，所述双层优化配置模型包括用于分布式资源配置的规划配置层以及用于分布式资源控制的运行调控层，所述规划配置层、运行调控层均分别以配置成本最低为优化目标并设置安全约束条件，所述安全约束条件包括光储发电系统安全性指标满足预设安全性要求，所述规划配置层以光储发电系统接入位置和容量的配置为决策变量，根据运行调控层的实际出力优化光储发电系统接入位置和容量的配置，并将优化配置结果输出给所述运行调控层，所述运行调控层以光储发电系统出力大小作为决策变量，根据规划配置层优化得到的光储发电系统接入位置和容量调整实际出力，并将实际出力的调整结果反馈给所述规划配置层；

5、步骤2：输入配电网参数初始化所述规划配置层、运行调控层，对所述双层配优化置模型进行求解，得到光储发电系统接入位置和容量的最优配置结果以及光储发电系统安全性指标的结果输出。

6、进一步的，所述光储发电系统综合安全性指标为负荷安全供电率的统计值，所述负荷安全供电率为目标支路故障期间系统保持正常安全供电的负荷电量占系统总应供电量的比例。

7、进一步的，所述光储发电系统综合安全性指标为全时段所有支路故障的负荷安全供电率的平均值，计算公式为：

8、

9、

10、其中，cscs为负荷安全供电率的平均值；clss,b,t为t时段第n条支路故障的负荷安全供电率指标；td为故障持续的最后一个时段；φf,d为d时段停电负荷集合；γi为第i个负荷的重要因子；sd,i为d时段第i个负荷的容量，ssl,d,i为d时段第i个负荷含有可移除负荷的容量，δdf,d,i为d时段第i个负荷的停电时间；φs,d为d时段系统的负荷集合，δdd为d时段时长，n为支路的总数，t为总时段数。

11、进一步的，所述安全约束配置为：

12、cscs≥η

13、式中，cscs为所述光储发电系统综合安全性指标，η为系统综合安全性限值。

14、进一步的，所述双层优化配置模型还配置有光伏接入容量和位置约束、储能接入容量和位置约束中任意一种或多种约束条件；

15、所述光伏接入容量和位置约束为：

16、0≤spv,i≤μpv,ispvimax

17、

18、spv,i＝kpv,ispvn

19、其中，spv,i为节点i配置的光伏接入储能装置容量；μpv,i用于表示节点i是否接入光伏，当μpv,i＝0时，节点i没有接入光伏，当μpv,i＝1时，节点i接入光伏；spvmax为节点i配置光伏容量上限；npvmax为配电网中允许接入光伏的数量上限；kpv,i为节点i光伏逆变器配置数量；spvn为单台光伏逆变器的额定容量；

20、所述储能接入容量和位置约束为：

21、0≤se,i≤μe,iseimax

22、

23、

24、se,i＝ke,isen

25、其中，sei为节点i配置的储能装置容量；μe,i表示节点i是否配置储能，当μe,i＝0时，表示节点i没有配置储能，当μe,i＝1时，表示节点i配置储能；seimax为节点i配置储能装置的容量上限；se∑为配电网中允许接入储能装置的容量上限；nemax为配电网中允许接入的储能装置数量上限；ke,i为节点i储能配置容量是离散档位值的整数倍；sen为实际工程生产的储能容量离散档位值。

26、进一步的，所述运行调控层还设置有节点功率平衡约束、节点电压约束、光伏发电弃电约束、光伏出力约束、储能充放电约束中任意一种或多种；

27、所述节点功率平衡约束为：

28、

29、

30、其中，i,j为节点编号；ppv,i,t为光伏有功注入量；qpv,i,t为光伏无功注入量；pload,i,t为有功负荷；qload,i,t为无功负荷；vi,t为i节点电压；vj,t为j节点电压；j∈i表示节点j与节点i相连；gij为节点导纳矩阵的实部；bij为节点导纳矩阵的虚部；θij,t为节点i和节点j之间的相角差；

31、所述节点电压约束为：

32、

33、其中，vi,t为i节点电压；为电压下限值；为电压上限值；

34、所述光伏发电弃电约束为：

35、

36、

37、其中，λt表示清洁能源允许弃电比例；ppv,t表示光伏发电总预测功率；δppv,i,t为节点i有功出力变化量；ppv,i,t为i节点有功出力；

38、所述光伏出力约束为：

39、ppv,i,t,max＝spv,ipe,t

40、ppv,i,t≤ppv,i,t,max

41、其中，ppv,i,t,max为i节点最大有功出力；；pe,t为单位容量光伏出力；ppv,i,t为i节点有功出力；

42、所述储能充放电约束为：

43、ee,i,t+1＝ee,i,t(1-δe)+(pci,tηc-pdi,t/ηd)δt

44、eeimin≤eei,t≤eeimax

45、0≤pci,t≤yci,tpcimax

46、0≤pdi,t≤ydi,tpdimax

47、yci,t+ydi,t≤μe,i

48、ee,i,0＝ee,i,t

49、其中，ee,i,t为t时段节点i的蓄电池的存储点能量；δe为能量损失率；ηc为充电效率；ηd为放电效率；eeimax为节点i蓄电池最大储电量；eeimin为节点i蓄电池最小存储电量；pci,为t时段节点i的蓄电池的充电功率；pdi,t为t时段节点i的蓄电池的放电功率；pcimax为节点i的蓄电池的充电功率上限；pdimax为节点i的蓄电池的放电功率上限；yci,t为t时段节点i的蓄电池的充电状态；ydi,t表示t时段节点i的蓄电池的放电状态；ee,i,0为蓄电池在运行周期始时段存储电量；ee,i,t为蓄电池在运行周期末时段存储电量。

50、进一步的，以配置成本、储能配置成本和弃光惩罚成本的总和最小构建所述双层优化配置模型的目标函数，计算表达式为：

51、min f＝cpv+cess+ccur

52、

53、

54、

55、其中：cpv为光伏配置成本，cess为储能配置成本，ccur为弃光惩罚成本；zpv为光伏接入候选节点集合，zess为储能接入候选节点集合；kpv为单位光伏装机容量成本；epv,i为i节点光伏容量；ce为储能安装成本，cp为充放电成本、cm为运维成本、cb为回收成本；ke为单位储能安装成本，kp为单位功率成本，km为单位功率运维成本，kb为单位回收成本；en,i为i节点储能额定容量，pn,i为i节点额定功率，ce,i为节点i的储能安装成本，kcur为弃电惩罚价格；δppv,i为光伏弃电量。

56、进一步的，步骤2中，对所述双层配优化置模型采用粒子群优化算法进行求解，包括以下步骤：

57、步骤2.1.输入配电网参数；

58、步骤2.2.使用输入的配电网参数初始化粒子的位置和速度，即所述规划配置层中光储发电系统接入位置和容量，并将所规划配置层输出的光储发电系统接入位置和容量作为运行调控层的输入；

59、步骤2.3.运行调控层以安全约束条件、规划配置层当前输出的优化配置结果为输入，根据优化目标对光储发电系统的出力进行求解，根据求解结果调整光储发电系统的实际出力，并将调整结果反馈给规划配置层；

60、步骤2.4.规划配置层接收当前运行调控层的反馈结果，根据运行调控层的反馈结果、优化目标以及安全约束条件，更新光储发电系统接入位置和容量；

61、步骤2.5.根据规划配置层的更新结果更新粒子种群；

62、步骤2.6.重复执行步骤2.3～2.5步骤，直至满足收敛条件，得到光储发电系统接入位置和容量的最优配置结果以及光储发电系统安全性指标的结果输出。

63、一种考虑安全约束的光储发电系统联合双层优化配置系统，包括：

64、双层优化配置模型构建模块，所述双层优化配置模型包括用于分布式资源配置的规划配置层以及用于分布式资源控制的运行调控层，所述规划配置层、运行调控层均分别以配置成本最低为优化目标并设置安全约束条件，所述安全约束条件包括光储发电系统安全性指标满足预设安全性要求，所述规划配置层以光储发电系统接入位置和容量的配置为决策变量，根据运行调控层的实际出力优化光储发电系统接入位置和容量的配置，并将优化配置结果输出给所述运行调控层，所述运行调控层以光储发电系统出力大小作为决策变量，根据规划配置层优化得到的光储发电系统接入位置和容量调整实际出力，并将实际出力的调整结果反馈给所述规划配置层；

65、模型求解模块，用于输入配电网参数初始化所述规划配置层、运行调控层，对所述双层配优化置模型进行求解，得到光储发电系统接入位置和容量的最优配置结果以及光储发电系统安全性指标的结果输出。

66、一种计算机系统，包括处理器以及存储器，所述存储器用于存储计算机程序，所述处理器用于执行所述计算机程序以执行如上述方法。

67、与现有技术相比，本发明的优点在于：

68、1、本发明将光储发电优化配置问题构建为包含规划配置层和运行调控层的双层优化结构，规划配置层通过优化光储发电的接入位置和容量来指导运行调控层实际的出力调度的可行范围和执行方式，运行调控层通过实际出力调整反馈给规划配置层，从而使规划配置层的决策变量得以调整，进而得到光储发电的接入容量、接入位置和控制光储发电出力大小的最优的配置方案，实现对光储配置方案的优化控制，能够有效提高高比例光伏接入配电网的协调能力和消纳水平，降低光储发电系统配置的成本，同时维持电网运行的安全稳定性。

69、2、本发明在构建的双层优化模型中引入系统综合安全指标作为约束条件对优化结果进行限制，能够确保光储发电系统接入配电网后配电网的安全运行，实现对系统运行安全性和系统配置成本的双重优化。