一种考虑可靠性和经济性的光储直柔系统规划评估方法与流程

本发明涉及光储直柔系统规划，具体为一种考虑可靠性和经济性的光储直柔系统规划评估方法。

背景技术：

1、随着太阳能光伏发电、电动汽车充电站、直流数据中心等直流分布式发电(dcdg)以及光储直柔系统直流负荷的日益普及，传统的交流配电网系统(ac-dns)正在发生根本性的变化。电力电子设备的快速发展使光储直柔系统(pedf)比传统的ac-dns更高效、更灵活。

2、传统光储直柔系统规划模型以经济成本最小化为目标，虽然同时满足了节点电压、线路电流等安全约束。但随着光储直柔系统规模的不断扩大和用户对电能质量要求的不断提高，可靠性已成为光储直柔系统规划中需要考虑的关键因素。另外，传统的可靠性评估方法大多局限于固定的网络结构，依靠穷举枚举或启发式搜索来探索规划解决方案。在实际工程场景中，仅仅依靠这些方法，很难在多种规划方案中找到最优解。

3、为了解决上述问题，本发明提出一种基于显式拓扑变量优化双q策略的光储直柔系统规划可靠性评估方法。通过将网络拓扑的可靠性评估与潮流分析紧密结合，并采用线性化技术，将考虑拓扑变量的复杂可靠性评估和潮流分析重新表述为混合整数线性规划(milp)问题，进而提高模型的计算效率。最后，利用自适应ε-约束技术，生成最优帕累托边界(pareto边界)，实现为规划者在决策中规划平衡系统可靠性和成本效益提供决策支持。与传统方法相比，本发明所提方法能够在系统经济性和可靠性之间达到有效的平衡并实现了双目标的优化配置。

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：以解决上述背景中随着新能源的快速发展，光储直柔系统的可靠性评估过程变得越加复杂，传统的光储直柔系统可靠性评估方法由于光储直柔系统的日益复杂，已经不能为光储直柔系统结构的改进和方案的选择提供最优解。与传统的评估方法相比，本发明提供了一种新颖的光储直柔系统规划模型，在系统经济性和可靠性之间实现了有效的平衡，实现了双目标的优化配置。求解方法既高效又保证了准确性，还能够为包含大量直流组件的光储直柔系统提供有效的规划策略，为光储直柔系统规划在特定成本和可靠性要求下的规划提供了丰富的方案选择。

3、为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种考虑可靠性和经济性的光储直柔系统规划评估方法，包括：

4、建立光储直柔系统拓扑模型；

5、在拓扑模型基础上，构建目标函数；

6、根据目标函数，构建基于拓扑变量的显式可靠性评估；

7、依据可靠性评估，进行潮流约束；

8、基于潮流约束结果，进行节点电压和线路电流约束；

9、依据约束条件，进行径流性约束；

10、对模型进行优化，形成系统规划方案。

11、作为本发明所述的考虑可靠性和经济性的光储直柔系统规划评估方法的一种优选方案，其中：所述建立光储直柔系统拓扑模型包括收集光储直柔系统的拓扑数据；定义各节点的负荷特性；确定光储直柔系统中分散式资源的位置和容量参数；

12、所述构建目标函数包括使光储直柔系统同时满足总成本和所选可靠性度量rm实现最小，表示为，

13、minf＝[cpedf,rm]

14、cpedf＝cinv+cmo+cep

15、其中，rm表示所选可靠性度量，cpedf表示总成本，cinv表示投资成本，cmo表示运行维护成本，cep表示能源生产成本。

16、作为本发明所述的考虑可靠性和经济性的光储直柔系统规划评估方法的一种优选方案，其中：所述显式可靠性评估包括模拟系统中可能出现的故障情境，假设故障由特定事故引起，包括单点故障或多点故障，光储直柔系统将以径向结构正常运行，当故障发生时，分布式发电dg支持孤岛供电，同时忽略继电保护时间的影响；

17、制定期望未供电能量eens的计算方法，通过整合分支故障和节点设备故障导致的能量损失来计算系统的eens值，使用大m法，根据支路类型自动调整eens值，当选择某个支路时，设定特定条件来计算损耗，否则将损耗设为零，在计算eens时，考虑各支路的中断时间和功率减少情况；

18、考虑孤岛运行假设，若dg容量足以补偿负载需求，则功率减少设为零；否则，功率减少设为需求与dg容量之差，以反映dg对减少未供应能源的贡献；

19、应用虚拟基尔霍夫电流定律kcl，计算支路下游负荷需求和支路下游可用的分布式发电功率，负荷需求被分为正负两部分，并根据节点和变电站的ac/dc特性进行调整；

20、形成系统平均中断频率指数saifi和系统平均中断持续时间指数saidi，saifi通过计算分支和节点故障导致的客户中断次数，并根据下游需求与可用dg功率的比较，确定因支路故障影响的客户数量，若dg容量充足，则满足所有客户需求；否则，按比例计算受影响的客户数量；

21、saidi通过计算分支和节点故障的修复时间来确定客户中断的持续时间，通过虚拟kcl确定分支下游客户数量，确保需求和容量计算的一致性，最终总结因节点相关设备故障导致的年度客户中断总量。

22、作为本发明所述的考虑可靠性和经济性的光储直柔系统规划评估方法的一种优选方案，其中：所述进行潮流约束包括使用第一和第二约束潮流条件给出不同类型支路的电压平衡方程，a型支路根据线路阻抗和电流计算电压降，b型支路根据连接节点类型进行电压调整；

23、设定节点电压，节点电压根据节点类型设定，对于直流节点直接使用电压值，对于交流节点通过电压源转换器vsc转换为直流侧电压；

24、对于直流节点，使用第三约束潮流条件保证电流均衡，包括出线电流、负载消耗和分布式发电提供的电流；

25、对于交流节点，使用第四约束潮流条件，考虑电流转换、负载需求和发电输入，通过vsc进行电压转换；

26、对b类线路连接的交流节点，使用第五约束潮流条件解决特定电流流出情况；

27、使用第六约束潮流条件确保变电站节点的电流平衡。

28、作为本发明所述的考虑可靠性和经济性的光储直柔系统规划评估方法的一种优选方案，其中：所述第一约束潮流条件表示为，

29、

30、其中，ai,b为节点i支路b关联矩阵；ωb为所有支路的集合。

31、所述第二约束潮流条件表示为，

32、

33、其中，kc为变换器常数；mc变换器调制指数；m为一个大数。

34、所述第三约束潮流条件表示为，

35、

36、其中，和分别为节点i处的交流负载需求和直流负载需求；ηrec为整流器效率；ηinv为逆变器效率；和分别为节点i处的交流发电机功率和直流发电机功率；为直流节点i二进制变量。

37、所述第四约束潮流条件表示为，

38、

39、其中，ωnd为所有负载节点集合。

40、所述第五约束潮流条件表示为，

41、

42、所述第六约束潮流条件表示为，

43、

44、其中，ωns为所有变电站节点集合；ps为变电站s的输出功率。

45、作为本发明所述的考虑可靠性和经济性的光储直柔系统规划评估方法的一种优选方案，其中：所述进行节点电压和线路电流约束表示为，

46、

47、其中，为a型分支的二元变量；ωn为所有节点集合。

48、作为本发明所述的考虑可靠性和经济性的光储直柔系统规划评估方法的一种优选方案，其中：所述进行径流性约束包括使所选分支的总数匹配系统中的总节点数减去变电站的节点数保证系统中保持径向配置，表示为，

49、

50、其中，yb为分支b的二元投资变量。

51、作为本发明所述的考虑可靠性和经济性的光储直柔系统规划评估方法的一种优选方案，其中：所述对模型进行优化包括使用线性化技术处理非线性元素，将原始问题转化为混合整数线性规划milp)框架，使得双目标apedf规划模型重塑为双目标milp形式；

52、使用自适应ε-约束算法，对冗余的步骤进行优化，导航至帕累托pareto)边界，提高计算效率。

53、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考虑可靠性和经济性的光储直柔系统规划评估方法的步骤。

54、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考虑可靠性和经济性的光储直柔系统规划评估方法的步骤。

55、本发明的有益效果：本发明提供的考虑可靠性和经济性的光储直柔系统规划评估方法在传统的评估方法的基础上，提出了一种新颖的光储直柔园区规划模型，有效解决了在新能源快速发展背景下，传统的光储直柔系统可靠性评估方法由于光储直柔系统的日益复杂，已经不能为光储直柔系统结构的改进和方案的选择提供最优解的问题。本技术中的方法在系统经济性和可靠性之间实现了有效的平衡，且实现了双目标的优化配置。求解方法既高效又保证了准确性，还能够为包含大量直流组件的光储直柔系统提供有效的规划策略，为光储直柔系统规划在特定成本和可靠性要求下的规划提供了丰富的方案选择。