[发明专利]一种配电网拓扑动态演化过程的优化方法和系统

说明书

本发明公开了一种配电网拓扑动态演化过程的优化方法和系统，属于配电网规划领域。本发明将受多种因素驱动的配电网拓扑最优动态演化问题转化为高维混合整数线性规划问题，具体地，用二值整数变量描述设备的投资决策，即可再生能源发电装置、储能系统和变压器的选址定容，以及线路和节点的直流化演化过程；用连续型变量描述配电网的运行状态，并受线性化的交直流潮流方程和变压器输出功率方程约束；通过求解高维混合整数线性规划问题，可以直观地给出未来配电网拓扑经济、可行的最优动态演化路径，克服了同时考虑RDG、ESS、直流配电技术和电动汽车的难题。

技术领域

本发明属于配电网规划领域，更具体地，涉及一种配电网拓扑动态演化过程的优化方法和系统。

背景技术

受技术条件及其经济性的影响，配电网从原始的直流配电方式转变为现在的交流配电方式，并向交直流混联配电方式转变。

出于环境保护的需要，配电系统的电源侧正包含更多的可再生能源发电装置以提高可再生能源发电量的占比。除开发可再生能源外，应用日益广泛的电动汽车也被视为保护环境的重要途径，而且可以消纳可再生能源产生的部分电能。可再生能源和电动汽车大量接入配电网虽然降低了化石能源的消费，但使配电系统源荷两侧的不确定性增加。为应对这种不确定性和增长的直流负荷，直流配电技术被引入配电系统中。储能系统是另外一种正在发展的灵活性资源，可以被用来平抑可再生能源和负荷的不确定性。

在可再生能源、电动汽车、直流配电技术和储能系统等技术条件交互影响的背景下，配电网拓扑结构演化的目标是以最小的经济成本建立高可再生能源发电量渗透率的配电系统。有学者基于演化经济学的思想分析技术创新和能源系统的演变过程，其研究对象具有抽象性和一般性，但是难以直接阐明配电网的演化过程。有学者基于复杂网络理论研究电网的生长演化过程，以电力电量平衡和一定供电半径区域内负荷的集中程度作为是否新建厂站的条件，但没有考虑可再生能源发电装置和储能系统等技术的引入。有学者采用基于能量流的模型研究未来能源系统的演化过程，但没有具体描述配电网的拓扑结构。

因此，有必要提出一种同时考虑配电网拓扑结构、可再生能源发电装置、储能系统、直流配电线路和电动汽车的多种技术协调配合的配电网拓扑结构演化方法，以实现可行且经济最优的拓扑结构演化路径。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种配电网拓扑动态演化过程的优化方法和系统，其目的在于同时考虑多种技术协调配合的情况下实现可行且经济最优的拓扑演化路径。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种配电网拓扑动态演化过程的优化方法，包括：

S1.构建配电网拓扑最优动态演化的双层优化模型：所述双层优化模型包括上层优化结构和下层优化结构；

上层优化结构，以演化过程总费用最小为优化目标，以电源和调节设备的安装地点和容量作为第一决策变量，将连续的动态演化过程离散化为多个演化阶段，并将各阶段拓扑结构之间的时空耦合作为约束条件；其中，第一决策变量采用二值整数变量描述；演化过程总费用包括设备投资费用和系统运行费用；

下层优化结构，以运行费用最小为优化目标，以配电网的运行状态作为第二决策变量，以可再生能源发电量占比、线性化的交直流潮流方程以及电源输出功率作为约束条件；配电网的运行状态采用连续型变量描述；

上层优化结构为下层优化结构提供拓扑结构信息，下层优化结构为上层优化结构提供最小运行费用数据；

S2.求解上述双层优化模型，得到在可再生能源占比一定的条件下，演化过程总费用最小的配电网拓扑动态演化过程。

进一步地，第一决策变量包括可再生能源发电装置、储能系统和变电站的安装地点和容量。

进一步地，将用于描述第一决策变量的二值整数编码至遗传算法中的染色体上。