一种直流配电网的运行优化方法和系统与流程

1.本发明涉及储能技术协助大规模光伏电站并网领域，具体涉及一种直流配电网的运行优化方法和系统。


背景技术：

2.随着化石能源紧缺问题和环境恶化等突出问题的逐渐加剧，可再生能源发电技术获得了发展的重要时机。
3.据能源局数据统计，以光伏发电为代表的可再生能源发电正经历着快速发展的阶段。但与此同时，光伏出力的随机性、间歇性及消纳能力不协调等特点，导致配电网的稳定安全运行面临着很大威胁。
4.为应对高比例光伏发电并网，合理探讨并评估配电网对光伏的输送调节能力具有重要意义。
5.传统的光伏发电容量配置及运行优化一般是以独立式光伏发电系统为研究对象，通过选取光伏阵列数量最小值为最优目标进行的系统最小配置问题的设计，或者单独考虑储能设备相关因素如蓄电池的置换成本等作为约束条件进行的优化，是基于独立发电系统而不考虑外部条件及并网条件等层面的优化方法。
6.基于此，考虑到光伏发电发展过程中存在的电源结构布局与电网消纳能力不协调等突出问题，已经有一些研究由单一优化光伏发电系统内部算法等拓展到了考虑光伏电站选址等要素对容量配置的影响层面，更全面的完善了基于环境因素约束下的光伏发电容量配置算法，以缓解供需压力及进一步减少弃光等资源浪费现象。
7.但是，其考虑的因素比较单一，其优化效果达不到最佳；
8.因此，为使的电网供需压力及弃光等资源浪费现象都得到有效的改进，亟待提出一种直流配电网的运行优化方法。


技术实现要素：

9.针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种直流配电网的运行优化方法和系统，该方法综合考虑柔性直流中各个换流站、输电线路、光伏模块以及储能模块的运行对运行优化的影响，使得运行优化的结果更为贴合实际，优化结果更为科学，最大程度发挥光伏模块作用和柔性直流系统的输送能力。
10.本发明的目的是采用下述技术方案实现的：
11.本发明提供一种直流配电网的运行优化方法，其改进之处在于，所述方法包括：
12.获取优化周期各时刻与各送端换流站连接的光伏模块的预测出力和优化周期各时刻各受端换流站处的负荷需求；
13.将所述预测出力和所述负荷需求代入预先建立的运行优化模型中，求解所述运行优化模型，得到优化周期各时刻优化变量的最优值；
14.其中，所述优化变量包括：与各送端换流站连接的光伏模块的配置容量、与各送端
换流站连接的光伏模块的出力、与各送端换流站连接的储能模块的运行功率、与各受端换流站连接的储能模块的运行功率和各受端换流站提供给负荷的有功功率；
15.所述预先建立的运行优化模型是以受端换流站的下线功率之和最大为目标构建的。
16.优选的，所述受端换流站的下线功率为受端换流站提供给负荷的有功功率以及受端换流站提供给与其连接的储能模块的有功功率的加和。
17.优选的，按下式确定所述预先建立的运行优化模型的目标函数：
[0018][0019]
式中，f为预先建立的运行优化模型的目标函数值，为优化周期第t个时刻直流配网中受端换流站d的下线功率，d∈i
out
，i
out
为直流配网中全部受端换流站构成的集合，t∈(1～t)，t为优化周期中包括的时刻总数。
[0020]
进一步的，所述预先建立的运行优化模型的目标函数的约束条件，包括：
[0021]
电力平衡约束条件、换流站容量约束条件、光伏模块发电约束条件、储能模块运行约束条件、负荷约束条件和输出功率约束条件。
[0022]
进一步的，按下式确定电力平衡约束条件：
[0023][0024]
式中，为优化周期第t个时刻直流配网中送端换流站a的上线功率，l
στ
为直流配网中换流站σ与换流站τ之间的输电线路，为优化周期第t个时刻直流配网中换流站σ与换流站τ之间的输电线路上的功率损耗，ib→a(t)为优化周期第t个时刻换流站b提供给送端换流站a的有功功率，ia→c(t)为优化周期第t个时刻送端换流站a提供给换流站c的有功功率，b∈j
a,in
(t)，j
a,in
(t)为与送端换流站a连接且优化周期第t个时刻向送端换流站a提供有功功率的所有换流站的集合，c∈j
a,out
(t)，j
a,out
(t)为与送端换流站a连接且优化周期第t个时刻由送端换流站a提供有功功率的所有换流站的集合，为优化周期第t个时刻与送端换流站a连接的光伏模块提供给送端换流站a的有功功率，为优化周期第t个时刻与送端换流站a连接的储能模块提供给送端换流站a的有功功率，id→e(t)为优化周期第t个时刻受端换流站d提供给换流站e的有功功率，if→d(t)为优化周期中第t个时刻换流站f提供给受端换流站d的有功功率，f∈j
d,in
(t)，j
d,in
(t)为与受端换流站d连接且优化周期第t个时刻向受端换流站d提供有功功率的所有换流站的集合，e∈j
d,out
(t)，j
d,out
(t)为与受端换流
站d连接且优化周期第t个时刻由受端换流站d提供有功功率的所有换流站的集合，为优化周期第t个时刻受端换流站d提供给负荷的有功功率，为优化周期第t个时刻受端换流站d提供给与其连接的储能模块的有功功率，σ,τ∈i
in
∪i
out
，a∈i
in
，i
in
为直流配网中全部送端换流站构成的集合，l
στ
∈l
pd
，l
pd
为直流配网中输电线路的集合；
[0025]
其中，换流站σ、换流站τ、换流站b、换流站c、换流站e为受端换流站或者送端换流站；
[0026]
按下式确定换流站容量约束条件：
[0027][0028]
式中，为送端换流站a的最大换流容量，为受端换流站d的最大换流容量；
[0029]
按下式确定光伏模块发电约束条件：
[0030][0031]
式中，为优化周期第t个时刻与送端换流站a连接的光伏模块的出力，为与送端换流站a连接的光伏模块的配置容量，为优化周期第t个时刻与送端换流站a连接的光伏模块的预测出力归一化值，β为光伏模块的弃电率，为优化周期第t个时刻由与送端换流站a连接的光伏模块提供给与送端换流站a连接的储能模块的有功功率；
[0032]
按下式确定储能模块运行约束条件：
[0033][0034]
式中，为与换流站σ连接的储能模块的放电功率下限值，为优化周期第t
个时刻与换流站σ连接的储能模块的放电功率，为与换流站σ连接的储能模块的放电功率上限值，为与换流站σ连接的储能模块的充电功率下限值，为优化周期第t个时刻与换流站σ连接的储能模块的充电功率，为与换流站σ连接的储能模块的充电功率上限值，n为储能模块的年利用率，为优化周期第t个时刻与换流站σ连接的储能模块的运行功率，x
σ
(t)为优化周期第t个时刻与换流站σ连接的储能模块的放电系数，y
σ
(t)为优化周期第t个时刻与换流站σ连接的储能模块的充电系数；
[0035]
其中，当与换流站σ连接的储能模块放电时x
σ
(t)＝1，否则x
σ
(t)＝0；
[0036]
当与换流站σ连接的储能模块充电时y
σ
(t)＝1，否则y
σ
(t)＝0；
[0037]
按下式确定负荷约束条件：
[0038][0039]
式中，为优化周期第t个时刻与受端换流站d连接的储能模块提供给负荷的有功功率，为优化周期第t个时刻受端换流站d处的负荷需求归一化值，为优化周期第t个时刻受端换流站d处的负荷需求最大允许值，为优化周期第t个时刻受端换流站d处的负荷供给向上偏差值，为优化周期第t个时刻受端换流站d处的负荷供给向下偏差值，ε为最大允许偏差率；
[0040]
按下式确定输出功率约束条件：
[0041][0042]
式中，p
n-1
(t)为优化周期第t个时刻只有n-1个送端换流站正常工作的直流配电网的输送功率，n为直流配电网中包括的送端换流站的总数。
[0043]
进一步的，按下式确定
[0044][0045]
式中，为优化周期第t个时刻直流配网中换流站σ与换流站τ之间的输电线路的电压，ρ为导线材料的电阻率，s为导线材料的额定截面积，l
σ,τ
为直流配网中换流站σ与换流站τ之间的输电线路的长度。
[0046]
进一步的，所述预先建立的运行优化模型的目标函数的约束条件，还包括：
[0047]
输电线路损耗约束条件和输电线路容量约束条件。
[0048]
进一步的，按下式确定输电线路损耗约束条件：
[0049][0050]
式中，i
σ
→
τ
(t)为优化周期第t个时刻换流站σ提供给换流站τ的有功功率，为优化周期第t个时刻换流站τ接收到由换流站σ提供的有功功率，i
τ
→
σ
(t)为优化周期第t个时刻换流站τ提供给换流站σ的有功功率，为优化周期第t个时刻换流站σ接收到由换流站τ提供的有功功率；
[0051]
按下式确定输电线路容量约束条件：
[0052][0053]
式中，i
στ
(t)为优化周期第t个时刻直流配网中换流站σ与换流站τ之间的输电线路上传输的有功功率，为直流配网换流站σ与换流站τ之间的输电线路的最大传输容量。
[0054]
本发明提供一种直流配电网的运行优化系统，其改进之处在于，所述系统包括：
[0055]
获取模块，用于获取优化周期各时刻与各送端换流站连接的光伏模块的预测出力和优化周期各时刻各受端换流站处的负荷需求；
[0056]
优化求解模块，用于将所述预测出力和所述负荷需求代入预先建立的运行优化模型中，求解所述运行优化模型，得到优化周期各时刻优化变量的最优值；
[0057]
其中，所述优化变量包括：与各送端换流站连接的光伏模块的配置容量、与各送端换流站连接的光伏模块的出力、与各送端换流站连接的储能模块的运行功率、与各受端换流站连接的储能模块的运行功率和各受端换流站提供给负荷的有功功率；
[0058]
所述预先建立的运行优化模型是以受端换流站的下线功率之和最大为目标构建的。
[0059]
优选的，所述受端换流站的下线功率为受端换流站提供给负荷的有功功率以及受端换流站提供给与其连接的储能模块的有功功率的加和。
[0060]
与最接近的现有技术相比，本发明具有的有益效果：
[0061]
本发明提供的技术方案，获取优化周期各时刻与各送端换流站连接的光伏模块的预测出力和优化周期各时刻各受端换流站处的负荷需求；将所述预测出力和所述负荷需求代入预先建立的运行优化模型中，求解所述运行优化模型，得到优化周期各时刻优化变量的最优值。该方案综合考虑柔性直流中各个换流站、输电线路、光伏模块以及储能模块的运行对运行优化的影响，使得运行优化的结果更为贴合实际，优化结果更为科学，最大程度发挥光伏模块作用和柔性直流系统的输送能力。
附图说明
[0062]
图1是一种直流配电网的运行优化方法流程图；
[0063]
图2是一种直流配电网的运行优化系统结构图；
[0064]
图3是本发明实施例中送端换流站示意图；
[0065]
图4是本发明实施例中受端换流站示意图；
[0066]
图5是本发明实施例中输电线路示意图。
具体实施方式
[0067]
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。
[0068]
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
[0069]
实施例1：
[0070]
本发明提供一种直流配电网的运行优化方法，如图1所示，所述方法包括：
[0071]
步骤101，获取优化周期各时刻与各送端换流站连接的光伏模块的预测出力和优化周期各时刻各受端换流站处的负荷需求；
[0072]
步骤102，将所述预测出力和所述负荷需求代入预先建立的运行优化模型中，求解所述运行优化模型，得到优化周期各时刻优化变量的最优值；
[0073]
其中，所述优化变量包括：与各送端换流站连接的光伏模块的配置容量、与各送端换流站连接的光伏模块的出力、与各送端换流站连接的储能模块的运行功率、与各受端换流站连接的储能模块的运行功率和各受端换流站提供给负荷的有功功率；
[0074]
所述预先建立的运行优化模型是以受端换流站的下线功率之和最大为目标构建的。
[0075]
具体的，所述受端换流站的下线功率为受端换流站提供给负荷的有功功率以及受端换流站提供给与其连接的储能模块的有功功率的加和。
[0076]
具体的，按下式确定所述预先建立的运行优化模型的目标函数：
[0077][0078]
式中，f为预先建立的运行优化模型的目标函数值，为优化周期第t个时刻直流配网中受端换流站d的下线功率，d∈i
out
，i
out
为直流配网中全部受端换流站构成的集合，t∈(1～t)，t为优化周期中包括的时刻总数。
[0079]
进一步的，所述预先建立的运行优化模型的目标函数的约束条件，包括：
[0080]
电力平衡约束条件、换流站容量约束条件、光伏模块发电约束条件、储能模块运行约束条件、负荷约束条件和输出功率约束条件。
[0081]
进一步的，按下式确定电力平衡约束条件：
[0082][0083]
式中，为优化周期第t个时刻直流配网中送端换流站a的上线功率，l
στ
为直流
配网中换流站σ与换流站τ之间的输电线路，为优化周期第t个时刻直流配网中换流站σ与换流站τ之间的输电线路上的功率损耗，ib→a(t)为优化周期第t个时刻换流站b提供给送端换流站a的有功功率，ia→c(t)为优化周期第t个时刻送端换流站a提供给换流站c的有功功率，b∈j
a,in
(t)，j
a,in
(t)为与送端换流站a连接且优化周期第t个时刻向送端换流站a提供有功功率的所有换流站的集合，c∈j
a,out
(t)，j
a,out
(t)为与送端换流站a连接且优化周期第t个时刻由送端换流站a提供有功功率的所有换流站的集合，为优化周期第t个时刻与送端换流站a连接的光伏模块提供给送端换流站a的有功功率，为优化周期第t个时刻与送端换流站a连接的储能模块提供给送端换流站a的有功功率，id→e(t)为优化周期第t个时刻受端换流站d提供给换流站e的有功功率，if→d(t)为优化周期中第t个时刻换流站f提供给受端换流站d的有功功率，f∈j
d,in
(t)，j
d,in
(t)为与受端换流站d连接且优化周期第t个时刻向受端换流站d提供有功功率的所有换流站的集合，e∈j
d,out
(t)，j
d,out
(t)为与受端换流站d连接且优化周期第t个时刻由受端换流站d提供有功功率的所有换流站的集合，为优化周期第t个时刻受端换流站d提供给负荷的有功功率，为优化周期第t个时刻受端换流站d提供给与其连接的储能模块的有功功率，σ,τ∈i
in
∪i
out
，a∈i
in
，i
in
为直流配网中全部送端换流站构成的集合，l
στ
∈l
pd
，l
pd
为直流配网中输电线路的集合；
[0084]
其中，换流站σ、换流站τ、换流站b、换流站c、换流站e为受端换流站或者送端换流站；
[0085]
按下式确定换流站容量约束条件：
[0086][0087]
式中，为送端换流站a的最大换流容量，为受端换流站d的最大换流容量；
[0088]
按下式确定光伏模块发电约束条件：
[0089][0090]
式中，为优化周期第t个时刻与送端换流站a连接的光伏模块的出力，为与送端换流站a连接的光伏模块的配置容量，为优化周期第t个时刻与送端换流站a连接的光伏模块的预测出力归一化值，β为光伏模块的弃电率，为优化周期第t个时刻由与送端换流站a连接的光伏模块提供给与送端换流站a连接的储能模块的有功功率；
[0091]
按下式确定储能模块运行约束条件：
[0092][0093]
式中，为与换流站σ连接的储能模块的放电功率下限值，为优化周期第t个时刻与换流站σ连接的储能模块的放电功率，为与换流站σ连接的储能模块的放电功率上限值，为与换流站σ连接的储能模块的充电功率下限值，为优化周期第t个时刻与换流站σ连接的储能模块的充电功率，为与换流站σ连接的储能模块的充电功率上限值，n为储能模块的年利用率，为优化周期第t个时刻与换流站σ连接的储能模块的运行功率，x
σ
(t)为优化周期第t个时刻与换流站σ连接的储能模块的放电系数，y
σ
(t)为优化周期第t个时刻与换流站σ连接的储能模块的充电系数；
[0094]
其中，当与换流站σ连接的储能模块放电时x
σ
(t)＝1，否则x
σ
(t)＝0；
[0095]
当与换流站σ连接的储能模块充电时y
σ
(t)＝1，否则y
σ
(t)＝0；
[0096]
按下式确定负荷约束条件：
[0097][0098]
式中，为优化周期第t个时刻与受端换流站d连接的储能模块提供给负荷的有功功率，为优化周期第t个时刻受端换流站d处的负荷需求归一化值，为优化周期第t个时刻受端换流站d处的负荷需求最大允许值，为优化周期第t个时刻受端换流站d处的负荷供给向上偏差值，为优化周期第t个时刻受端换流站d处的负荷供给向下偏差值，ε为最大允许偏差率；
[0099]
按下式确定输出功率约束条件：
[0100]
[0101]
式中，p
n-1
(t)为优化周期第t个时刻只有n-1个送端换流站正常工作的直流配电网的输送功率，n为直流配电网中包括的送端换流站的总数。
[0102]
进一步的，按下式确定
[0103][0104]
式中，为优化周期第t个时刻直流配网中换流站σ与换流站τ之间的输电线路的电压，ρ为导线材料的电阻率，s为导线材料的额定截面积，l
σ,τ
为直流配网中换流站σ与换流站τ之间的输电线路的长度。
[0105]
进一步的，所述预先建立的运行优化模型的目标函数的约束条件，还包括：
[0106]
输电线路损耗约束条件和输电线路容量约束条件。
[0107]
进一步的，按下式确定输电线路损耗约束条件：
[0108][0109]
式中，i
σ
→
τ
(t)为优化周期第t个时刻换流站σ提供给换流站τ的有功功率，为优化周期第t个时刻换流站τ接收到由换流站σ提供的有功功率，i
τ
→
σ
(t)为优化周期第t个时刻换流站τ提供给换流站σ的有功功率，为优化周期第t个时刻换流站σ接收到由换流站τ提供的有功功率；
[0110]
按下式确定输电线路容量约束条件：
[0111][0112]
式中，i
στ
(t)为优化周期第t个时刻直流配网中换流站σ与换流站τ之间的输电线路上传输的有功功率，为直流配网换流站σ与换流站τ之间的输电线路的最大传输容量。
[0113]
实施例2：
[0114]
本发明提供一种直流配电网的运行优化系统，如图2所示，所述系统包括：
[0115]
获取模块，用于获取优化周期各时刻与各送端换流站连接的光伏模块的预测出力和优化周期各时刻各受端换流站处的负荷需求；
[0116]
优化求解模块，用于将所述预测出力和所述负荷需求代入预先建立的运行优化模型中，求解所述运行优化模型，得到优化周期各时刻优化变量的最优值；
[0117]
其中，所述优化变量包括：与各送端换流站连接的光伏模块的配置容量、与各送端换流站连接的光伏模块的出力、与各送端换流站连接的储能模块的运行功率、与各受端换流站连接的储能模块的运行功率和各受端换流站提供给负荷的有功功率；
[0118]
所述预先建立的运行优化模型是以受端换流站的下线功率之和最大为目标构建的。
[0119]
具体的，所述受端换流站的下线功率为受端换流站提供给负荷的有功功率以及受端换流站提供给与其连接的储能模块的有功功率的加和。
[0120]
具体的，按下式确定所述预先建立的运行优化模型的目标函数：
[0121][0122]
式中，f为预先建立的运行优化模型的目标函数值，为优化周期第t个时刻直流配网中受端换流站d的下线功率，d∈i
out
，i
out
为直流配网中全部受端换流站构成的集合，t∈(1～t)，t为优化周期中包括的时刻总数。
[0123]
具体的，所述预先建立的运行优化模型的目标函数的约束条件，包括：
[0124]
电力平衡约束条件、换流站容量约束条件、光伏模块发电约束条件、储能模块运行约束条件、负荷约束条件和输出功率约束条件。
[0125]
进一步的，按下式确定电力平衡约束条件：
[0126][0127]
式中，为优化周期第t个时刻直流配网中送端换流站a的上线功率，l
στ
为直流配网中换流站σ与换流站τ之间的输电线路，为优化周期第t个时刻直流配网中换流站σ与换流站τ之间的输电线路上的功率损耗，ib→a(t)为优化周期第t个时刻换流站b提供给送端换流站a的有功功率，ia→c(t)为优化周期第t个时刻送端换流站a提供给换流站c的有功功率，b∈j
a,in
(t)，j
a,in
(t)为与送端换流站a连接且优化周期第t个时刻向送端换流站a提供有功功率的所有换流站的集合，c∈j
a,out
(t)，j
a,out
(t)为与送端换流站a连接且优化周期第t个时刻由送端换流站a提供有功功率的所有换流站的集合，为优化周期第t个时刻与送端换流站a连接的光伏模块提供给送端换流站a的有功功率，为优化周期第t个时刻与送端换流站a连接的储能模块提供给送端换流站a的有功功率，id→e(t)为优化周期第t个时刻受端换流站d提供给换流站e的有功功率，if→d(t)为优化周期中第t个时刻换流站f提供给受端换流站d的有功功率，f∈j
d,in
(t)，j
d,in
(t)为与受端换流站d连接且优化周期第t个时刻向受端换流站d提供有功功率的所有换流站的集合，e∈j
d,out
(t)，j
d,out
(t)为与受端换流站d连接且优化周期第t个时刻由受端换流站d提供有功功率的所有换流站的集合，为优化周期第t个时刻受端换流站d提供给负荷的有功功率，为优化周期第t个时刻受端换流站d提供给与其连接的储能模块的有功功率，σ,τ∈i
in
∪i
out
，a∈i
in
，i
in
为直流配网中全部送端换流站构成的集合，l
στ
∈l
pd
，l
pd
为直流配网中输电线路的集合；
[0128]
其中，换流站σ、换流站τ、换流站b、换流站c、换流站e为受端换流站或者送端换流站；
[0129]
按下式确定换流站容量约束条件：
[0130][0131]
式中，为送端换流站a的最大换流容量，为受端换流站d的最大换流容量；
[0132]
按下式确定光伏模块发电约束条件：
[0133][0134]
式中，为优化周期第t个时刻与送端换流站a连接的光伏模块的出力，为与送端换流站a连接的光伏模块的配置容量，为优化周期第t个时刻与送端换流站a连接的光伏模块的预测出力归一化值，β为光伏模块的弃电率，为优化周期第t个时刻由与送端换流站a连接的光伏模块提供给与送端换流站a连接的储能模块的有功功率；
[0135]
按下式确定储能模块运行约束条件：
[0136][0137]
式中，为与换流站σ连接的储能模块的放电功率下限值，为优化周期第t个时刻与换流站σ连接的储能模块的放电功率，为与换流站σ连接的储能模块的放电功率上限值，为与换流站σ连接的储能模块的充电功率下限值，为优化周期第t个时刻与换流站σ连接的储能模块的充电功率，为与换流站σ连接的储能模块的充电功率上限值，n为储能模块的年利用率，为优化周期第t个时刻与换流站σ连接的储能模块的
运行功率，x
σ
(t)为优化周期第t个时刻与换流站σ连接的储能模块的放电系数，y
σ
(t)为优化周期第t个时刻与换流站σ连接的储能模块的充电系数；
[0138]
其中，当与换流站σ连接的储能模块放电时x
σ
(t)＝1，否则x
σ
(t)＝0；
[0139]
当与换流站σ连接的储能模块充电时y
σ
(t)＝1，否则y
σ
(t)＝0；
[0140]
按下式确定负荷约束条件：
[0141][0142]
式中，为优化周期第t个时刻与受端换流站d连接的储能模块提供给负荷的有功功率，为优化周期第t个时刻受端换流站d处的负荷需求归一化值，为优化周期第t个时刻受端换流站d处的负荷需求最大允许值，为优化周期第t个时刻受端换流站d处的负荷供给向上偏差值，为优化周期第t个时刻受端换流站d处的负荷供给向下偏差值，ε为最大允许偏差率；
[0143]
按下式确定输出功率约束条件：
[0144][0145]
式中，p
n-1
(t)为优化周期第t个时刻只有n-1个送端换流站正常工作的直流配电网的输送功率，n为直流配电网中包括的送端换流站的总数。
[0146]
进一步的，按下式确定
[0147][0148]
式中，为优化周期第t个时刻直流配网中换流站σ与换流站τ之间的输电线路的电压，ρ为导线材料的电阻率，s为导线材料的额定截面积，l
σ,τ
为直流配网中换流站σ与换流站τ之间的输电线路的长度。
[0149]
进一步的，所述预先建立的运行优化模型的目标函数的约束条件，还包括：
[0150]
输电线路损耗约束条件和输电线路容量约束条件。
[0151]
进一步的，按下式确定输电线路损耗约束条件：
[0152][0153]
式中，i
σ
→
τ
(t)为优化周期第t个时刻换流站σ提供给换流站τ的有功功率，为优化周期第t个时刻换流站τ接收到由换流站σ提供的有功功率，i
τ
→
σ
(t)为优化周期第t个时
刻换流站τ提供给换流站σ的有功功率，为优化周期第t个时刻换流站σ接收到由换流站τ提供的有功功率；
[0154]
按下式确定输电线路容量约束条件：
[0155][0156]
式中，i
στ
(t)为优化周期第t个时刻直流配网中换流站σ与换流站τ之间的输电线路上传输的有功功率，为直流配网换流站σ与换流站τ之间的输电线路的最大传输容量。
[0157]
实施例3：
[0158]
基于多端柔性直流技术的快速发展及其工程应用规模的不断扩大，高比例光伏接入将对光伏消纳和配电网的安全稳定运行等方面带来新的严峻挑战。
[0159]
因此，研究并设计了一种直流配电网的运行优化方法和系统，该方法综合考虑柔性直流中各个换流站、输电线路、光伏模块以及储能模块的约束条件，确定光伏模块容量和发电电量最优配置，对实现最大程度发挥光伏模块作用和柔性直流系统的输送能力有较为重要的意义。
[0160]
配网中没有常规电源，其通过主网的电力支撑和储能来达到平抑新能源出力波动性的目的。
[0161]
一般来说，当光伏发电在配网中所占的比例较低时，不会对配网的运行造成重大的影响；当光伏发电达到较高的比例时，则可能需要对配网及其运行方式做出改变，以保证光伏发电的消纳和配网的安全稳定运行。
[0162]
配网的大小和本身的灵活性是系统能否消纳大量光伏发电的决定性因素。当高比例光伏发电并网时，在不考虑网架约束的前提下，配网的调节能力可能成为光伏发电发展的技术瓶颈；另一方面，配网的结构、负荷水平及联络线输送能力也是重要的约束。实际运行中，可用于平衡光伏发电功率波动的配网调节容量随电网运行方式、负荷水平的变化而变化。当电网中光伏发电出力增大时(极端情况如所有光伏电站从零功率增至满发)，需要配网中储能或者主网调节以保证整个配网的电力平衡，光伏发电的波动将占用配网可用的调节容量；当配网中光伏发电出力减小时(极端情况如所有光伏电站从满发降至零功率)，原先配网中降低出力的储能需要升高出力以平衡光伏电站的出力变化。光伏发电出力增大时需要减少主网的功率支撑或者储能吸收功率，以保证整个配网中发电和负荷的电力平衡。因此，在配网不往主网倒送功率的前提下，某时刻配网消纳光伏发电的能力，即可用于消纳光伏发电的调峰容量，实际也就是负荷减去储能最大吸收功率所得到的容量。
[0163]
考虑光伏模块的功率只能是单向流动，而储能模块和负荷的功率则可能够双向流动，再考虑到新能源具有间歇性和波动性的特点，通过储能模块的削峰填谷作用，也就是在新能源发出有功功率大于负荷需要的有功时，通过储能模块吸收多余功率，而新能源发出有功功率小于负荷需要的有功时，通过储能模块发出功率。对于该研究的柔性直流中的控制方法，主换流站的控制方法为定电压控制，其余换流站的控制方法为定功率控制。通过该控制方法使得直流系统内的功率稳定并且调节方便。
[0164]
下面则针对柔性直流中的各个换流站、输电线路、光伏模块和储能模块进行建模分析。
[0165]
1)送端换流站建模
[0166]
送端换流站是指输出功率到配网直流系统的换流站，送端的换流站示意图如图3所示，主要与光伏模块和储能模块连接，换流站中的上线功率也就是光伏模块和储能模块输入到直流系统的功率；
[0167][0168]
通过上面公式可以发现，和分别是指光伏模块和储能模块输出的有功功率，i
in
为直流配网中全部送端换流站构成的集合，送端换流站a的上线功率用来表示。
[0169]
而送端换流站在配网直流系统中的节点平衡的条件则为：
[0170][0171]
通过上面公式可以发现，j
a,in
(t)表示的是与送端换流站a相连接且t时刻为向送端换流站a提供功率的所有换流站的集合，j
a,out
(t)表示的是与送端换流站a相连接且t时刻为由送端换流站a提供功率的所有换流站的集合，ib→a(t)是t时刻换流站b流入送端换流站a的功率，ia→c(t)是t时刻送端换流站a流入换流站c的功率。
[0172]
此外，对于送端换流站，在直流系统内关于上线功率方面还有容量限制方面的要求，具体如下式所示，其中为送端换流站a的最大换流容量；
[0173][0174]
2)受端换流站模型
[0175]
受端换流站主要是指从配网直流系统获得功率的换流站，受端的换流站示意图如图4所示，主要与储能模块和负荷连接，换流站的下线功率也就是储能模块和负荷从直流系统获得的功率，而关于受端换流站在直流系统中的节点平衡的条件则为：
[0176][0177]
通过上面公式可以发现，i
out
表示由直流配网中全部受端换流站构成的集合，为受端换流站d的下线功率，j
d,in
(t)表示的是与受端换流站d相连接且t时刻为向受端换流站d提供功率的所有换流站的集合，j
d,out
(t)表示的是与受端换流站d相连接且t时刻为由受端换流站d提供功率的所有换流站的集合，id→e(t)是t时刻受端换流站d流入e换流站的功率，if→d(t)是t时刻f换流站流入受端换流站d的功率；
[0178]
其中，其中，为t时刻由受端换流站d提供给负荷的有功功率，为t时刻由受端换流站d提供给储能设备的有功功率；
[0179]
此外，对于受端换流站，在直流系统内关于下线功率方面还有容量限制方面的要求，具体如下式所示，其中受端换流站d的最大换流容量为
[0180][0181]
3)输电线路模型
[0182]
输电线路示意图如图5所示，在充分考虑配网直流线路上存在损耗这一客观条件，直流线路上的功率则为：
[0183][0184]
σ,τ∈i
[0185]
通过上面公式可以发现，i表示的是由直流配网中所有换流站组成的集合，ε
στ
(t)为t时刻换流站σ与换流站τ之间的线路的传输损耗，i
σ
→
τ
(t)为t时刻换流站σ向换流站τ输送的有功功率，为t时刻换流站τ接收到换流站σ输送的有功功率；
[0186]
具体的大小则通过下式计算得到。
[0187]
ε
στ
(t)＝α
σ
→
τ
(t)
×
l
σ,τ
[0188][0189]
通过上面公式可以发现，u(t)为线路在t时刻的电压，ρ为导线材料的电阻率(ω
·
mm2/km)，s为导线额定截面积(mm2)，l
σ,τ
换流站σ与换流站τ之间的线路的长度。
[0190]
与此同时，传输线路上关于传输功率也有最大值的要求，如下式所示。
[0191][0192]
通过上面公式可以发现，i
στ
(t)为t时刻换流站τ与换流站σ之间传输的有功功率，为换流站σ与换流站τ之间的线路的最大传输功率。
[0193]
4)光伏模块模型
[0194]
通过给定的接入光伏的容量，在基于光伏模块发电的时间序列的基础上能够得出光伏模块在理论中的最大功率，那么实际情况中的功率不会大于理论中的最大值：
[0195][0196]
通过上面公式可以发现，光伏模块发电功率用来表示，光伏模块总容量用来表示，光伏模块的归一化出力时序序列中t时刻的出力值用来表示。
[0197]
从光伏模块具有清洁特性的角度考虑，光伏模块应该优先发出上线功率，而且在整个时间段中畸变率不能大于相应的值，也就是应该满足下式的要求。
[0198][0199][0200]
为t时刻由与送端换流站a连接的光伏模块提供给与送端换流站a连接的储能模块的有功功率；为t时刻由与送端换流站a连接的光伏模块提供给与送端换流站a连接的储能模块的有功功率；
[0201]
通过上面公式可以发现，在总时间t内，可以把β的大小设定为0.05，也就是光伏模块的弃电率不会大于5％。
[0202]
5)储能模块的模型
[0203]
储能在参与系统的正常运行过程中，对其本身有相关的要求，比如蓄电池总容约束、发电功率约束、吸收功率约束年综合利用小时数约束等。储能模块的研究相比于传统的模型进行了一定的简化，主要是把储能模型看作成一个模块。另外，在储能中对发电功率的要求如下式所示为：
[0204][0205]
通过上面公式可以发现，储能发出的功率用来表示，而和则分别表示储能发出功率的最大值和最小值。x
σ
(t)＝1和x
σ
(t)＝0则分别表示储能处于发电工作状态和不发电工作状态。
[0206]
在储能中对储存电功率的要求为：
[0207][0208]
通过上面公式可以发现，储能的储存电功率用来表示，而和则分别表示储能储存电能的最大值和最小值。y
σ
(t)＝1和y
σ
(t)＝0则分别表示储能处于储存电功率工作状态和不储存电功率工作状态。
[0209]
考虑到储能的工作状态通常情况下只有一种，发电工作状态或者储存电功率状态，则需要满足要求：
[0210]
x
σ
(t) y
σ
(t)≤1
[0211]
也就是说，两种工作状态不能同时进行。
[0212]
为了适当的降低储能模块的启动次数，通过综合利用的时间对储能模块进行约束，具体如下式所示。
[0213][0214][0215]
通过上面公式可以发现，年最大利用时间通过n来表示。
[0216]
最后，针对上线的功率在储能中是：
[0217][0218]
6)负荷模型
[0219]
在充分考虑到新能源出力的波动性和随机性的显著特点，在多端的柔性直流系统中为了能够实现对功率的灵活稳定调节，使储能模块发挥抑制功率波动的作用，使得系统的下线功率与负荷所需求的功率相适应。考虑到柔性直流系统中没有传统的火力发电机
组，光伏模块为具有较大波动的新能源，为了使系统中的下线功率尽量与负荷值相匹配，使系统的下线功率调节更加方便，主要是通过将受端的负荷按每日归一化处理，从而得出日负荷的曲线，然后把按照每日的下线功率曲线和受端负荷的曲线最大程度的相匹配，并规定整个时间段的不能大于规定值的上限。相关的表达式如下式所示：
[0220][0221]
由公式可得，为t时刻与受端换流站d连接的储能模块提供给负荷的有功功率，为t时刻受端换流站d处的负荷需求归一化值，为t时刻受端换流站d处的负荷需求最大允许值，为t时刻受端换流站d处的负荷供给向上偏差值，为t时刻受端换流站d处的负荷供给向下偏差值，ε为最大允许偏差率；
[0222]
7)输出约束模型：
[0223][0224]
式中，p
n-1
(t)为t时刻只有n-1个送端换流站正常工作的直流配电网的输送功率，n为直流配电网中包括的送端换流站的总数。
[0225]
总而言之，通过对换流站、输电线路、光伏模块、抽蓄电站模型、负荷模型和输出约束模型的建模，为下一步在柔性直流系统中研究换流站和新能源的最优容量问题和新能源的优化工作方式奠定了相关基础。
[0226]
对直流配电网进行运行优化时，可以按下述步骤执行：
[0227]
步骤a：分别得到优化周期内光伏模块和负荷在整个时间段的预测时间序列数据。这里的时间序列数据，就是光伏发电和负荷的单位装机的每15分钟的出力数据或负荷需求数据。
[0228]
步骤b：以受端换流站在整个时间段内总共的下线功率最大为目标建立目标函数，为目标函数构建电力平衡约束、换流站容量约束、光伏模块发电约束、储能模块运行约束、负荷约束和输出功率约束、输电线路损耗约束、和输电线路容量约束，生成优化模型；
[0229]
把光伏和负荷的时间序列当成优化模型的输入，过利用时序生产模拟的方法，再通过优化求解计算，从而得到光伏模块接入容量的最优值。
[0230]
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
[0231]
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流
程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
[0232]
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
[0233]
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
[0234]
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。