一种计及碳成本的主动配电网规划方法及系统与流程

本发明涉及配电系统扩展规划，具体为一种计及碳成本的主动配电网规划方法及系统。

背景技术：

1、二氧化碳作为人类活动产生的主要温室气体，一直在推动全球气候变化。在国家“双碳”目标和整县光伏开发的背景下，随着对环境问题和气候变化的关注度不断提高，分布式能源资源以及电动汽车因其环保、节能、低碳等特点而受到越来越多的关注和支持，以支持电力系统的脱碳。分布式光伏以及电动汽车充电站密集接入是未来配电网扩展的趋势。因此，基于绿色环境的配电网系统成为未来配电系统中实现低碳直至脱碳的关键。

2、目前，配电网规划的方法主要是考虑供电可靠性及经济性约束下的资源优化配置。对配电网规划的研究主要是以配电网的经济性、安全性或可靠性为目标函数以建立包含配置和运行的双层模型进行求解。研究方法主要采用解析类算法、智能类算法和双层优化算法，对双层模型进行分开求解，通过上下层不断循环迭代来求解模型。

3、由于分布式能源出力不可控、居民对电动汽车的需求变化、新能源价格的波动，配电系统扩展规划的不确定性增加了。这不仅影响配电系统规划的成本预估，同时，导致的碳排放量变化还有可能对环境产生破坏。因此，配电系统扩展规划应该同时考虑规划成本和碳排放量带来的风险。因此，亟待提供一种不确定性风险背景下计及碳成本的主动配电网规划方法。

技术实现思路

1、鉴于上述存在的问题，提出了本发明。

2、因此，本发明解决的技术问题是：配电系统扩展规划的不确定性增加，不仅影响配电系统规划的成本预估，同时，导致的碳排放量变化还有可能对环境产生破坏。因此，配电系统扩展规划应该同时考虑规划成本和碳排放量带来的风险。

3、为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种计及碳成本的主动配电网规划方法，包括：采集电网数据，建立配电系统规划模型。

4、根据所述配电系统规划模型得到目标函数。

5、设置约束条件，根据所述目标函数以及所述约束条件，建立场景驱动的两阶段随机混合整数线性规划模型。

6、作为本发明所述的计及碳成本的主动配电网规划方法方法的一种优选方案，其中：所述配电系统规划模型包括，目标函数包括规划成本和碳排放成本以及与二者相关的风险量化成本，表示为：

7、

8、其中，gc表示规划成本，kt表示投资成本，yc表示运营成本，r表示利率，s表示每个规划的年限，p表示规划周期。

9、其中，ktp表示规划周期p时的投资成本，表示为：

10、

11、其中，表示在总线d上的变电站成本，表示在规划周期p时建造变电站的二进制变量，表示在线路ij上安装z类型导线的成本，nij表示线路ij，表示在规划周期p时投资z类型导线的二进制变量，表示在线路v上建设光伏单元的成本，表示在规划周期p时线路v上光伏单元成本的整数变量，表示在规划周期p时线路e上建造电动汽车充电站成本的二进制变量，表示在建设f类电动汽车充电器成本，表示在规划周期p时同时在线路e上建设f类电动汽车充电器成本的整数变量，表示在线路a上建设储能设备的成本，表示在规划周期p时在线路a上建设储能设备成本的整数变量。

12、其中，ycp表示规划周期p时的运营成本，表示为：

13、

14、其中，πt表示场景t的发生概率，dt表示场景t持续的时间，f(r,s)表示当前的年化成本，表示场景t下规划周期p时，变压器总线d上的有功功率，kyw,pv光伏单元的运维成本，表示场景t下规划周期p时，光伏总线v上的有功功率，kyw,es1储能单元吸收功率时的运维成本，表示场景t下规划周期p时，储能总线e上的储能单元吸收的有功功率，kyw,es2储能单元提供功率时的运维成本，表示场景t下规划周期p时，储能总线e上的储能单元提供的有功功率。

15、作为本发明所述的计及碳成本的主动配电网规划方法的一种优选方案，其中：所述得到目标函数包括，

16、minzcfx＝gc+cs+βgtjfxg+βktjfxk

17、其中，βg表示预期成本的折中的权重，βk表示风险规避的折中的权重。

18、tjfxg表示与规划成本相关的条件风险价值，表示为：

19、

20、其中，fxg表示规划成本相关的风险价值，α表示一个随机的概率，表示规划成本和风险价值之间的差值的连续变量。

21、tjfxk表示与碳成本相关的条件风险价值，表示为：

22、

23、其中，fxk表示与碳成本相关的风险价值，表示碳成本和风险价值之间的差值的连续变量。

24、cs表示碳排放成本，表示为：

25、

26、其中，表示碳排放量。表示电网提供的二氧化碳排放率。表示场景t、周期p、线路o上的有功功率。

27、作为本发明所述的计及碳成本的主动配电网规划方法的一种优选方案，其中：所述设置约束条件包括，风险条件值约束、配电系统稳态运行约束、配电系统运行约束、对变电站和线路投资的约束、光伏单元发电约束、对电车充电桩投资的约束、对储能系统投资的约束和辐射约束。

28、作为本发明所述的计及碳成本的主动配电网规划方法的一种优选方案，其中：所述风险条件值约束包括，限制预期规划成本与预测碳成本不大于实际规划成本与碳成本：

29、

30、其中，表示预期规划成本，

31、

32、其中，表示预期碳成本，

33、所述配电系统稳态运行约束表示配电系统的稳态运行时的功率平衡、基尔霍夫电压第二定律：

34、

35、其中，pji,z,t,p表示场景t、线路ji、z类线路导体、周期p时的有功功率，rz表示z类线路导体的电阻，lij表示线路ij的长度，表示场景t、线路ji、z类线路导体、周期p时电流的平方，表示总线i、周期p时的需求有功功率，表示场景t、周期p时的需求因子，表示总线i、场景t、周期p时的电动汽车充电站需求。

36、

37、其中，qwi,z,t,p表示场景t、线路wi、z类线路导体、周期p时的无功功率，qij,z,t,p表示场景t、线路ji、z类线路导体、周期p时的无功功率，gz表示z类线路导体的电抗，表示场景t、总线i、周期p时的无功功率，表示场景t、总线i、周期p时光伏单元发出的无功功率，表示总线i、周期p时的需求无功功率。

38、

39、其中，表示在总线i、场景t、规划周期p时的电压平方值，表示在总线j、场景t、规划周期p时的电压平方值，表示导体z的阻抗平方值。

40、

41、其中，表示线路ij、场景t、规划周期m时的电流平方值，表示线路所有线路导体z上的传输总有功功率，表示线路所有线路导体z上的传输总有功功率。

42、所述配电系统运行约束表示定义线路传输的有功和无功功率幅值限制、电流在总线上和线路上的幅值限制、有功和无功功率的潮流方向限制、变电站提供的表面功率幅值限制：

43、

44、其中，表示电压下限值，表示电压下限值。

45、

46、其中，表示电流上限值，nij,z,p表示线路ij，z类线路导体、在周期p时配电系统运行变量。

47、

48、其中，|pij,z,t,p|表示场景t、线路ji、z类线路导体、周期p时的有功功率绝对值，|qij,z,t,p|表示场景t、线路ji、z类线路导体、周期p时的无功功率绝对值。

49、

50、其中，表示每条线上的潮流方向。

51、

52、

53、

54、其中，表示线路o、场景t、周期p时变电站提供的表面功率平方值，τ表示时间块。

55、

56、其中，表示总线i上变电站提供的表面功率，表示总线f上变电站提供的表面功率。

57、

58、

59、其中，eij,t,p表示在线路ij、场景t、周期p时计算压降的连续型变量，表示eij,t,p的绝对值上限。

60、作为本发明所述的计及碳成本的主动配电网规划方法的一种优选方案，其中：所述对变电站和线路投资的约束包括，

61、

62、其中，表示在线路ij使用z类导体、周期m时对线路投资的二进制变量。

63、

64、其中，表示在线路ij使用z类导体、周期p时对线路投资的二进制变量。

65、

66、其中，表示在线路o、周期p时建设变电站的二进制变量。

67、所述光伏单元发电约束，表示对光伏单元的投资和运营成本约束：

68、

69、其中，表示在线路v、周期p时建造光伏单元的数量，表示在线路v上建造光伏的最大数量。

70、

71、

72、其中，表示场景t时的光伏需求。

73、作为本发明所述的计及碳成本的主动配电网规划方法的一种优选方案，其中：所述对电车充电桩投资的约束包括，保证一条总线上只安装一个充电站，且限制每个充电站中充电器的数量，同时保证电车的充电需求不会超过电车充电站的最大承载力：

74、

75、其中，表示在线路f、周期p时安装电车充电桩的成本变量。

76、

77、其中，表示在线路f、周期p时安装z类充电桩的数量，表示安装z类充电桩的最大数量。

78、

79、其中，表示在线路f、场景t、周期p时的电车充电站需求。

80、

81、其中，表示在场景t、周期p下对电动汽车的需求。

82、所述对储能系统投资的约束限制了每条总线上安装储能系统的数量，根据换流器限制储能设备的充放电功率：

83、

84、其中，表示在线路e、周期p时安装储能系统的数量，表示在线路e上安装储能系统的最大数量。

85、

86、其中，表示线路e、场景t、周期p下储能系统的充电功率。

87、

88、其中，表示线路e、场景t、周期p下储能系统的放电功率。

89、

90、其中，ψes1、ψes2分别表示储能系统的充、放电效率。tω表示场景t下时间块ω。

91、所述辐射约束保证配电网的径向运行、确定连接到变电站的分支将始终向前运行、确定每个需求总线必须只连接到正向方向上的一条线路：

92、

93、

94、

95、其中，表示线路ij、周期p时与后向相关联的变量，表示线路kj、周期p时与前向相关联的变量。

96、一种计及碳成本的主动配电网规划系统，其特征在于：包括，

97、建立配电系统规划模型模块，采集电网数据，建立配电系统规划模型。

98、求解模块，根据所述配电系统规划模型得到目标函数。

99、建立场景驱动的两阶段随机混合整数线性规划模型模块，设置约束条件，根据所述目标函数以及所述约束条件，建立场景驱动的两阶段随机混合整数线性规划模型。

100、一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上所述的方法的步骤。

101、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如上所述的方法的步骤。

102、本发明的有益效果：本发明方法，提出一种大规模分布式电源以及电动汽车充电站并网背景下基于条件风险价值的风险量化方法，兼顾规划的经济性及配电系统的碳排放量；提出了场景驱动的两阶段随机混合整数线性规划模型，模型可以充分考虑分布式电源、负荷、电动汽车充电需求、能源价格等对规划结果的影响；进一步考虑的长期不确定性背景下的负荷和碳成本变动，提高了规划结果的实际可操作性。充分考虑风险条件值、配电系统稳态运行、变电站和线路的投资、光伏发电单元、电车充电桩投资、储能系统投资以及放射性等约束条件的模型，得到配电系统扩建规划的最优策略，实现了一种不确定性风险背景下计及碳成本的主动配电网规划方法。