基于鲁棒优化和动态权重的配电网分布式电源承载力评估方法与流程

本发明属于电力系统领域，涉及配电网的规划运行领域，具体涉及一种基于鲁棒优化算法和动态权重的多场景配电网接入分布式电源承载力的评估方法。

背景技术：

1、随着我国电力体制的改革与能源结构的调整，分布式电源(distributedgeneration,dg)大规模接入配电网是不可阻挡的发展趋势。分布式可再生能源大规模接入电力系统，对配电网的规划和运行带来了电能质量、继电保护、电力系统灵活性等诸多问题。同时dg输出功率受外界环境影响，具有一定程度的波动与显著的不确定性，也会对电力系统的安全可靠性造成极大影响。分布式可再生能源的间歇性、波动性以及难预测性，也会加重接入分布式电源后配电网负荷的波动性，造成配电设备运行效率低，投资大等问题。因此，评估及优化中低压配电网接纳分布式电源的承载力，提高配电网的灵活性，有效降低高渗透率分布式电源带来的不利影响，是近年来国内外的研究热点。

2、现有的分布式电源承载力评估方法，从是否考虑分布式电源与负荷的不确定性因素出发，分为确定性方法和不确定性方法，目前承载力的研究往往只考虑配电网未突破安全约束时，能接入的分布式电源最大装机容量。本发明在此基础上还根据配电网承载力评估指标，侧重考虑了配电网优化运行质量，所提出的不同应用场景下中低压配电网分布式电源承载力多目标、多约束的精细化评价方法不仅确保了配电网的安全运行，同时实现了最大经济效益，符合工程实际情况。

技术实现思路

1、为解决上述现有技术存在的问题，本发明的目的是提供一种基于鲁棒优化和动态权重的配电网分布式电源承载力评估方法，能够应用于多场景下辐射型配电网接入高渗透率新能源时，评估计算能够接入分布式电源的最大容量，即配电网的承载力，同时对配电网分布式电源承载力进行统一的打分与评价，给出分布式电源最优接入方案。

2、为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、一种基于鲁棒优化和动态权重的配电网分布式电源承载力评估方法，其特征在于：该方法适用于在辐射型配电网接入高渗透率新能源时，计算出不同场景下配电网的承载力，同时对配电网分布式电源承载力进行统一的打分与评价，给出分布式电源最优接入方案；其步骤如下：

4、步骤1：确定在配电网中计划将要安装分布式电源的候选节点，分布式电源总装机容量、容量因数以及接入负荷功率的波动范围；获取配电网各线路参数，根据所给的配电网网架结构，进行潮流计算，得到各节点功率及电压；

5、步骤2：设置中低压配电网接入分布式电源承载力模型的目标函数优化目标为可配置节点的分布式电源装机容量和的最大值；确定配电网的安全运行约束：包括配电网潮流约束、上游功率交换约束、各节点电压约束、各载流量约束和有载变压器分接头的档位约束；

6、步骤3：考虑不同场景下的配电网的承载力，改变分布式电源的出力、容量因数以及负荷波动，对不同场景下承载力进行计算及分析，运用鲁棒优化算法得到不同场景下配电网可接入分布式电源的最大总装机容量，也就是配电网的承载力；同时得到接入分布式电源的最大总装机容量时的分布式电源接入方案；

7、步骤4：考虑接入分布式电源后两种最恶劣情况，即负荷最小，新能源出力最大；负荷最大，新能源出力最小时配电网的运行状态；分析两种最恶劣情况下各节点电压幅值情况，对承载力计算结果及分布式电源接入方案进行检验；

8、步骤5：求解配电网接入分布式电源后的潮流，计算配电网承载力评估指标，包括分布式电源接入渗透率、线路负载率、电压偏差率、主变压器最大负载率、配电网网损、反向负载率、短路电流及谐波电流，并对这些评估指标进行无量纲和归一化处理；

9、步骤6：在不同应用场景下分析各评估指标的重要程度，确定评估指标的动态权重，使用线性加权和法对配电网分布式电源承载力进行统一的打分与评价；

10、步骤7：将不同场景下配电网未接入分布式电源的综合分数与接入分布式电源后承载力的分数进行对比，选出最优分布式电源接入方案。

11、所述的步骤2中，配电网的安全运行约束如下：

12、(1)配电网潮流约束

13、

14、式中，vi为节点i的电压幅值，v0为根节点0的电压，vsub为变压器二次侧额定电压幅值，pj和qj′分别为节点j的有功功率和无功功率，n为除根节点0外所有节点的集合，rij和xij为从首节点到i节点与首节点到j节点两条支路重叠部分的电抗和电阻；

15、(2)各节点电压约束

16、

17、式中，vi,max、vi,min分别是配电系统安全运行规定的节点i的电压幅值的上、下限；

18、(3)上游功率交换约束

19、psub,min≤psub≤psub,max

20、qsub,min≤qsub≤qsub,max

21、式中，psub是配电网与上级电网交换的有功功率，qsub是配电网与上级电网交换的无功功率，psub,max、psub,min分别是上级电网允许交换的有功功率的上限和下限；qsub,max、qsub,min分别是上级电网允许交换的无功功率的上限和下限。

22、(4)各载流量约束

23、流过变压器或线路的功率受到其最大视在功率的限制，进行相应线性化后约束表达式为：

24、

25、

26、式中，psub和qsub分别是流过变压器的有功功率和无功功率；ssub,max是变压器允许流过的最大视在功率；si,max是线路i允许流过的最大视在功率，pi和qi分别是节点i的有功功率与无功功率；αc，βc，δc是这一系列线性化约束的系数；

27、(5)有载变压器(oltc)分接头的档位约束

28、tp,min≤tp,t≤tp,max

29、式中tp,min和tp,max分别为有载变压器可调变比的上下限。

30、所述的步骤3中，不断改变分布式电源总装机容量、容量因数以及接入负荷功率的波动范围，考虑了多场景下的配电网分布式电源承载力，并进行对比分析研究。

31、所述的步骤5中，计算配电网承载力评估指标，具体如下：

32、(1)分布式电源接入渗透率：反映配电网系统内分布式电源装机容量的饱和程度，体现区域配电网的分布式电源装机容量极大值；

33、

34、式中：pr为分布式电源接入渗透率，pgl为分布式电源最大有功功率，plmax为配电网最大负载有功功率；

35、(2)线路负载率：反映线路在分布式电源接入后是否存在过载情况，规划设计方案是否满足负载率需求；

36、

37、式中：fload,l为线路负载率，pl，t为t时刻线路l的传输有功功率，pl,max为线路l的最大可传输有功功率；

38、(3)电压偏差率：考虑无功功率就地平衡和分布式电源接入前后电网电压不越限，根据分布式电源接入后的各级母线电压偏差进行计算；

39、

40、式中：δu为电压偏差率，un为各级母线额定电压；δp、δq分别为分布式电源注入的有功功率和无功功率增量；rl、xl分别为电网阻抗的电阻和电抗分量；

41、(4)主变压器最大负载率：反映线路上一电压等级的变压器在分布式电源接入后是否存在过载情况，规划设计方案是否满足负载率需求；

42、

43、将系统接入的分布式电源等效为负荷，式中：fload,t为主变压器最大负载率，是第j个负荷的最大值，是j个负荷的功率因数，m是变压器上的负荷总数，st是变压器允许的最大传输有功功率；

44、(5)配电网网损：用配电网网损指标评价配电网运行的经济性；配电网网损率是指配电网的有功功率损耗占供入功率的百分数，公式如下：

45、

46、式中：l,t分别是支路和配变集合；ii是第i条支路的电流幅值，ij是第j个配变支路的电流幅值；ri是第i条支路的电阻；rj是第j个变压器支路的电阻；pgmax是线路的供给功率值；

47、(6)反向负载率

48、t时刻的反向负载率λ(t)，按以下公式计算。

49、

50、式中：pd(t)为变压器或线路供电范围内分布式电源t时刻的出力；pc(t)为分布式电源以外其他电源t时刻出力；pl(t)为t时刻用电负荷；t的时间分辨率通常为15min；se为变压器或线路实际运行限值；

51、当系统接入分布式电源渗透率大于1时，系统对上级电网进行反送电，此时t时刻的反向负载率按以下公式计算。

52、

53、其中pr(t)为系统反送功率，se为变压器或线路实际运行限值；

54、(7)短路电流

55、短路电流校核以分布式电源接入后，系统各级母线短路电流均不超过短路电流限值为原则；if为系统最大运行方式下的母线短路电流值，按母线大方式短路容量来确定；

56、(8)谐波电流

57、谐波校核以系统中分布式电源接入电网节点谐波电流值、间谐波电压含有率不越限为原则；谐波校核对象包括分布式电源提供的谐波电流和间谐波电压有可能影响的所有节点。

58、所述的步骤5中，配电网分布式电源承载能力评价指标体系包括正向指标与负向指标，正向指标为分布式电源接入渗透率，负向指标为电压偏差率、配电网网损、线路负载率、主变压器最大负载率、反向负载率、平均短路电流和谐波电流；使用min-max归一化方法，具体如下：

59、若评价指标为正向指标，即指标值越大越好

60、

61、若评价指标为负向指标，即指标值越小越好：

62、

63、式中，fi、fi'分别表示指标i的实际计算结果和归一化处理后的取值；fimax、fimin分别表示评价指标i的最大值和最小值；所有的评价指标计算结果转换为[0,1]内。

64、配电网接入分布式电源以一个完整的运行系统为研究对象，需要权衡各个单目标的评估结果，使其总体评估结果实现最优，是一个多目标评估问题；

65、设一个8维权系数向量c＝(c1,c2,…,c8)t能将每个指标按其重要性进行加权，使评估结果达到最优,即8维指标向量f＝[f1(x)，f2(x)，…，f8(x)]t的最优求解转变为目标函数：

66、

67、将多个指标经过无量纲和归一化处理过程转化成了单指标评估问题，得到一个统一的承载力评估结果，这一方法称为线性加权和法；其中，权系数向量c＝(c1,c2,…,c8)t为单目标问题的待求量，权系数之和为1，权系数越大表示该指标在多目标中的重要程度越高；

68、采用评估指标fi(x)两两重要程度的对比结果，利用图论的方法直接计算权系数向量，避免了权系数确定不合理的情况；

69、首先构造有向图g：

70、(1)取n个指标fi(i＝1,2,…,n)作g的顶点；

71、(2)如fi＞fj(i≠j)，则由fi到fj作两个有向弧；

72、(3)如果fi～fj(i≠j)，则在fi与fj之间做两条方向相反的有向弧；

73、对每个顶点fi做一条从fi出发又回到fi的有向弧。

74、本发明考虑了分布式电源及负载的不确定因素，以及可能发生的电压越限、潮流约束等问题，确保了配电网的安全运行，同时考虑了配电网接入分布式电源后的优化运行质量，实现了最大经济效益。本发明对配电网分布式电源承载力进行统一的打分与评价，给出一套不同应用场景下中低压配电网分布式电源承载力多目标、多约束的精细化评价方法。