一种交直流配电网分布式电源承载力计算方法和装置与流程

本发明涉及配电网规划与优化配置，特别是涉及一种交直流配电网分布式电源承载力计算方法和装置。

背景技术：

1、近年来，5g技术、电动汽车、智能建筑技术发展迅速，带动了5g基站、电动汽车充电设施、智能建筑等新型基础设施的建设需求，同时也为配电网带来了大规模的新增用电需求。这些用电需求分布广、直流比重高、时序特性和可靠性差异明显，同时也更加关注能源使用效率，难以高效的应用于传统的交流配电系统，给配电系统的建设带来了需求与挑战。交直流柔性配电系统具有直流供电能力，同时具有很强的电网结构控制能力，并且其便于配置的储能装置具备良好的负荷调节能力，能够很好的适应这种负荷格局的变化；同时交直流柔性配电系统相比于交流配电系统能更好的适应分布式电源特性，承载高比例的分布式能源接入。

2、目前，对于计算配电网中分布式电源承载能力的计算模型，大多只考虑在传统交流配电系统中进行计算，缺少考虑基于能适应高比例分布式能源接入的交直流配电网建立计算模型，计算得出的分布式电源接入量偏小。少部分在交直流配电网中建立模型的计算方法，则没有考虑到智能软开关(sop)这一新型的电力电子设备对配电网的分布式电源承载能力的提升作用，计算得到的承载量仍有继续提高的可能。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是提供一种交直流配电网分布式电源承载力计算方法和装置，能够弥补当前其它配电网分布式电源规划设计方法的不足。

2、本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种交直流配电网分布式电源承载力计算方法，包括以下步骤：

3、将交直流配电网中智能软开关接入的总容量作为优化决策变量，以智能软开关建设成本与分布式电源接入总量的加权值最小为目标，构建外层sop规划层计算模型；

4、将交直流配电网中接入分布式电源的节点数量及位置、配电网运行控制时的各变量作为决策变量，以交直流配电网运行网损最小且分布式电源接入总量最大为目标，构建内层交直流配电网优化运行模型；

5、对所述外层sop规划层计算模型和内层交直流配电网优化运行模型进行求解，得到交直流配电网分布式电源的承载能力。

6、所述外层sop规划层计算模型的目标函数为：f外＝min(λ1esop-λ2spv)，其中，esop为交直流配电网中智能软开关的建设成本，表示为：csop为交直流配电网中接入的智能软开关总容量，表示为：nsop为交直流配电网中智能软开关的数量，为智能软开关接入的节点i接入的智能软开关容量，为智能软开关的单位购置安装成本，为智能软开关的单位后续维护成本，为智能软开关的单位损耗成本，为智能软开关的损耗率；spv为交直流配电网中接入的分布式电源总容量，表示为：n为交直流配电网中的节点数，si为节点i接入的分布式电源容量；λ1和λ2为加权系数。

7、所述外层sop规划层计算模型的约束条件为：其中，为智能软开关接入的节点i接入的智能软开关容量，为能软开关接入的节点i所能接入的最大智能软开关容量。

8、所述内层交直流配电网优化运行模型的目标函数为：其中，fij,t为t时间段内支路ij中电流的平方，rij为支路ij的电阻，nl为交直流配电网中支路的数量，spv为交直流配电网中接入的分布式电源总容量，表示为：n为交直流配电网中的节点数，si为节点i接入的分布式电源容量；λ3和λ4为加权系数。

9、所述内层交直流配电网优化运行模型的约束包括：

10、交流支路有功约束，表示为：

11、交流支路无功约束，表示为：

12、交流支路端电压约束，表示为：

13、交流支路电流约束，表示为：

14、交流支路二阶锥约束，表示为：

15、直流支路有功约束，表示为：

16、直流支路端电压约束，表示为：

17、直流支路电流约束，表示为：

18、直流支路二阶锥约束，表示为：

19、电压平方约束，表示为：vmin≤v≤vmax；

20、电流平方约束，表示为：fmin≤f≤fmax；

21、智能软开关交流侧容量约束，表示为：

22、智能软开关直流侧容量约束，表示为：

23、其中，pi′j′,t为t时间段内交流支路i′j′中流过的有功功率，pj′k′,t为t时间段内交流支路j′k′中流过的有功功率，ri′j′为交流支路i′j′的电阻，fi′j′,t为t时间段内交流支路j′k′中电流的平方，为t时间段内交流支路节点j′处接入的分布式电源的出力，为t时间段内交流支路节点j′处负荷所消耗的有功功率；qi′j′,t为t时间段内交流支路i′j′中流过的无功功率，qj′k′,t为t时间段内交流支路j′k′中流过的无功功率，xi′j′为交流支路i′j′的电抗，为t时间段内交流支路节点j′处接入的分布式电源的无功功率，为t时间段内交流支路节点j′处负荷所消耗的无功功率；vj′,t为t时间段内交流支路节点j′的电压平方，vi′,t为t时间段内交流支路节点i′的电压平方，fi′j′,t为t时间段内交流支路i′j′中电流的平方；pi″j″,t为t时间段内直流支路i″j″中流过的有功功率；pj″k″,t为t时间段内直流支路j″k″中流过的有功功率，ri″j″为直流支路i″j″的电阻，fi″j″,t为t时间段内直流支路i″j″中电流的平方，为t时间段内直流支路节点j″处接入的分布式电源的出力，为t时间段内直流支路节点j″处负荷所消耗的有功功率；vj″,t为t时间段内直流支路节点j″的电压平方，vi″,t为t时间段内直流支路节点i″的电压平方，fi″j″,t为t时间段内直流支路i″j″中电流的平方；v表示节点的电压平方，vmin表示节点的最小电压平方，vmax表示节点的最大电压平方；f表示支路电流平方，fmin表示支路的最小电流平方，fmax表示支路的最大电流平方；为t时间段与智能软开关交流侧相连的节点i′处的智能软开关所传输的有功功率，为t时间段与智能软开关交流侧相连的节点i′处的智能软开关所传输的无功功率，为智能软开关接入的节点i′接入的智能软开关容量；为t时间段与智能软开关直流侧相连的节点j″处的智能软开关所传输的有功功率，为智能软开关接入的节点i″接入的智能软开关容量。

24、所述对所述外层sop规划层计算模型和内层交直流配电网优化运行模型进行求解，得到交直流配电网分布式电源的承载能力，具体包括：

25、采用粒子群算法对各点接入的智能软开关容量大小进行优化，对外层sop规划层计算模型进行求解，得到智能软开关初始容量配置方案以及第一分布式电源接入最大容量；

26、将所述智能软开关初始容量配置方案导入所述内层交直流配电网优化运行模型，采用预设求解器对所述内层交直流配电网优化运行模型进行求解，得到第二分布式电源接入最大容量；

27、将所述第一分布式电源接入最大容量与所述第二分布式电源接入最大容量进行比较，若两者之差在误差范围内，则结束迭代，否则重复上述步骤。

28、本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种交直流配电网分布式电源承载力计算装置，包括：

29、第一构建模块，用于将交直流配电网中智能软开关接入的总容量作为优化决策变量，以智能软开关建设成本与分布式电源接入总量的加权值最小为目标，构建外层sop规划层计算模型；

30、第二构建模块，用于将交直流配电网中接入分布式电源的节点数量及位置、配电网运行控制时的各变量作为决策变量，以交直流配电网运行网损最小且分布式电源接入总量最大为目标，构建内层交直流配电网优化运行模型；

31、求解模块，用于对所述外层sop规划层计算模型和内层交直流配电网优化运行模型进行求解，得到交直流配电网分布式电源的承载能力。

32、所述外层sop规划层计算模型的目标函数为：f外＝min(λ1esop-λ2spv)，其中，esop为交直流配电网中智能软开关的建设成本，表示为：csop为交直流配电网中接入的智能软开关总容量，表示为：nsop为交直流配电网中智能软开关的数量，为智能软开关接入的节点i接入的智能软开关容量，为智能软开关的单位购置安装成本，为智能软开关的单位后续维护成本，为智能软开关的单位损耗成本，为智能软开关的损耗率；spv为交直流配电网中接入的分布式电源总容量，表示为：n为交直流配电网中的节点数，si为节点i接入的分布式电源容量；λ1和λ2为加权系数。

33、所述外层sop规划层计算模型的约束条件为：其中，为智能软开关接入的节点i接入的智能软开关容量，为能软开关接入的节点i所能接入的最大智能软开关容量。

34、所述内层交直流配电网优化运行模型的目标函数为：其中，fij,t为t时间段内支路ij中电流的平方，rij为支路ij的电阻，nl为交直流配电网中支路的数量，spv为交直流配电网中接入的分布式电源总容量，表示为：n为交直流配电网中的节点数，si为节点i接入的分布式电源容量；λ3和λ4为加权系数。

35、所述内层交直流配电网优化运行模型的约束包括：

36、交流支路有功约束，表示为：

37、交流支路无功约束，表示为：

38、交流支路端电压约束，表示为：

39、交流支路电流约束，表示为：

40、交流支路二阶锥约束，表示为：

41、直流支路有功约束，表示为：

42、直流支路端电压约束，表示为：

43、直流支路电流约束，表示为：

44、直流支路二阶锥约束，表示为：

45、电压平方约束，表示为：vmin≤v≤vmax；

46、电流平方约束，表示为：fmin≤f≤fmax；

47、智能软开关交流侧容量约束，表示为：

48、智能软开关直流侧容量约束，表示为：

49、其中，pi′j′,t为t时间段内交流支路i′j′中流过的有功功率，pj′k′,t为t时间段内交流支路j′k′中流过的有功功率，ri′j′为交流支路i′j′的电阻，fi′j′,t为t时间段内交流支路j′k′中电流的平方，为t时间段内交流支路节点j′处接入的分布式电源的出力，为t时间段内交流支路节点j′处负荷所消耗的有功功率；qi′j′,t为t时间段内交流支路i′j′中流过的无功功率，qj′k′,t为t时间段内交流支路j′k′中流过的无功功率，xi′j′为交流支路i′j′的电抗，为t时间段内交流支路节点j′处接入的分布式电源的无功功率，为t时间段内交流支路节点j′处负荷所消耗的无功功率；vj′,t为t时间段内交流支路节点j′的电压平方，vi′,t为t时间段内交流支路节点i′的电压平方，fi′j′,t为t时间段内交流支路i′j′中电流的平方；pi″j″,t为t时间段内直流支路i″j″中流过的有功功率；pj″k″,t为t时间段内直流支路j″k″中流过的有功功率，ri″j″为直流支路i″j″的电阻，fi″j″,t为t时间段内直流支路i″j″中电流的平方，为t时间段内直流支路节点j″处接入的分布式电源的出力，为t时间段内直流支路节点j″处负荷所消耗的有功功率；vj″,t为t时间段内直流支路节点j″的电压平方，vi″,t为t时间段内直流支路节点i″的电压平方，fi″j″,t为t时间段内直流支路i″j″中电流的平方；v表示节点的电压平方，vmin表示节点的最小电压平方，vmax表示节点的最大电压平方；f表示支路电流平方，fmin表示支路的最小电流平方，fmax表示支路的最大电流平方；为t时间段与智能软开关交流侧相连的节点i′处的智能软开关所传输的有功功率，为t时间段与智能软开关交流侧相连的节点i′处的智能软开关所传输的无功功率，为智能软开关接入的节点i′接入的智能软开关容量；为t时间段与智能软开关直流侧相连的节点j″处的智能软开关所传输的有功功率，为智能软开关接入的节点i″接入的智能软开关容量。

50、所述求解模块包括：

51、第一求解单元，用于采用粒子群算法对各点接入的智能软开关容量大小进行优化，对外层sop规划层计算模型进行求解，得到智能软开关初始容量配置方案以及第一分布式电源接入最大容量；

52、第二求解单元，用于将所述智能软开关初始容量配置方案导入所述内层交直流配电网优化运行模型，采用预设求解器对所述内层交直流配电网优化运行模型进行求解，得到第二分布式电源接入最大容量；

53、比较单元，用于将所述第一分布式电源接入最大容量与所述第二分布式电源接入最大容量进行比较，若两者之差在误差范围内，则结束迭代，否则重复所述第一求解单元和第二求解单元的操作。

54、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交直流配电网分布式电源承载力计算方法的步骤。

55、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交直流配电网分布式电源承载力计算方法的步骤。

56、有益效果

57、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：本发明基于交直流配电网建立优化计算模型，更符合未来配电网的发展趋势，相比于传统交流配电网，其所能承载的分布式电源容量更大。本发明在新型交直流配电网的基础上，考虑了sop在配电网中的作用，sop可以代替传统联络开关，控制潮流的流动，既能显著降低配电网的网损，又能实现线路间的源荷互济，为分布式电源接入的方案提供更多选择。本发明能够弥补当前其它分布式电源承载能力计算方法的不足，有利于更深度、全面的挖掘配电网对分布式电源的承载潜力，同时适应未来配电网发展趋势，更具有前瞻性与先进性。