一种综合考虑风险性和经济性的配电网规划配置方法及系统与流程

本发明属于配电网规划，具体涉及一种综合考虑风险性和经济性的配电网规划配置方法及系统。

背景技术：

1、在现代电力系统中，配电网作为电力传输和分配的重要环节，其配置优化对保证电力供应的可靠性和经济性至关重要。传统的配电网配置方法主要侧重于增强系统的稳定性和供电可靠性，这通常涉及到在系统中增加一定的冗余度。这种冗余配置虽然可以在一定程度上提高系统抗风险能力，尤其是在面对自然灾害或设备故障时，但同时也会增加建设和运维成本。

2、随着电力市场的不断发展和电网技术的进步，如何在确保配电网安全和可靠运行的前提下，通过优化配置降低系统冗余，进而减少不必要的经济投入，成为了一个亟待解决的问题。此外，配电网的经济性和风险性之间往往存在一种复杂的权衡关系，如何综合考虑这两方面，制定出最优的配置策略，对电力系统的可持续发展具有重要意义。

技术实现思路

1、本发明针对传统的配电网规划过于依赖冗余配置提升系统可靠性的问题，提供一种综合考虑风险性和经济性的配电网低冗余规划配置方法及系统。其中方法包括，对传统配电网风险性评估指标进行改进，结合结构风险性与运行风险性两个方面构建配电网综合风险性评估指标；基于现有场景生成与削减算法，构建考虑时序性的源荷典型场景集；建立考虑综合风险性的配电网多目标规划模型并用算法求解出配置方案集合；对配置方案集合进行经济性评价，并将评价得分按高低顺序排列，得出最优的低冗余配置方案。

2、为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

3、一种综合考虑风险性和经济性的配电网规划配置方法，包括如下步骤：

4、s1、针对配电网拓扑结构特性，对度指标进行改进，考虑风险理论，构建配电网结构风险性评估指标；

5、s2、针对配电网运行特性，对潮流熵指标进行改进，构建配电网运行风险性评估指标；

6、s3、将配电网结构风险性和运行风险性相结合，形成配电网综合风险性评估指标；

7、s4、基于实际配电网的源荷运行数据，获取考虑时序特征的源荷典型场景集；

8、s5、将配电网年综合经济成本与综合风险性最优设为规划层目标函数，将系统综合运行成本最优设为运行层目标函数，分别选择相应的约束条件，建立考虑综合风险性的配电网多目标规划模型；

9、s6、基于配电网综合风险性评估指标与源荷典型场景集，对配电网多目标规划模型进行求解计算，得到配电网配置方案集合；

10、s7、对配电网配置方案集合的各配电网配置方案进行经济性评价，得到最优的配电网配置方案。

11、为优化上述技术方案，采取的具体措施还包括：

12、进一步地，s1中，所述配电网结构风险性评估指标包括节点结构风险性评估指标和线路结构风险性评估指标；

13、所述节点结构风险性评估指标包括节点度数和节点电压越限风险；

14、对节点度指标进行改进，得到节点度指标的计算公式：

15、

16、式中，为节点i的度指标；ei为节点i所连接的边的数目；ni为与节点i相连的所有相邻节点集合；为系统所有节点的度数平均值；

17、节点电压越限风险指标是节点电压越限的概率与电压越限的程度的乘积，计算公式如下：

18、

19、其中，表示节点i的电压越限风险；表示节点i发生电压越限的概率；dun％为系统正常运行状态下允许的电压偏差；常数δ为修正系数，数值根据实际计算精度需求调整；ui为节点i的电压标幺值；

20、所述线路结构风险性评估指标包括线路度数和线路过负荷风险指标；

21、对线路度数进行改进，得到线路度数计算公式：

22、

23、式中，表示线路m的度数；为节点i的度数，为节点j的度数，为系统所有节点的度数平均值；

24、线路过负荷风险指标为线路发生过负荷的概率与过负荷程度的乘积，计算公式如下：

25、

26、其中，表示线路m发生过负荷的风险；表示线路m发生过负荷的概率；sm表示线路m的实时负载功率；表示线路m的额定负载容量；bm为线路m的负载率基准值；常数δ为修正系数。

27、进一步地，s2中，所述对潮流熵指标进行改进具体包括：

28、对负荷波动下的节点潮流熵与事故扰动下的线路潮流熵进行改进；

29、负荷波动下的节点潮流熵在传统熵理论的基础上，考虑系统某一节点的负荷波动对系统潮流再分配的影响，计算公式如下：

30、

31、其中，为节点i处的潮流熵；为线路n上的初始潮流；为节点i发生波动后线路n上的潮流；eline为系统支路总数；

32、事故扰动下的线路潮流熵在传统熵理论的基础上，考虑配电网某一线路因事故断开后引起的潮流转移，计算公式如下：

33、

34、其中，为线路m上的潮流熵；为线路m断线前线路n上的潮流；为线路m断线后线路n上的潮流；eline为系统支路总数。

35、进一步地，s2中，所述配电网运行风险性评估指标包括节点运行风险性指标和线路运行风险性指标；

36、所述节点运行风险性指标综合考虑节点潮流熵，以及节点在负荷波动下引起系统的潮流变化，计算公式如下：

37、

38、其中，为节点i的运行风险性；为线路n上的初始潮流；为节点i发生波动后线路n上的潮流；反映节点i受到扰动引起的系统整体潮流变化；为节点i的潮流熵；eline为系统支路总数；

39、所述线路运行风险性指标综合考虑线路潮流熵，以及线路在事故扰动下引起系统的潮流变化，计算公式如下：

40、

41、其中，为线路m的运行风险性；为线路m上的初始潮流负载，为线路m断线前线路n上的潮流；为线路m断线后线路n上的潮流；为线路m的潮流熵；eline为系统支路总数。

42、进一步地，s3中，所述配电网综合风险性评估指标的计算公式如下：

43、

44、式中，rsys为系统综合风险性指标；与分别为节点综合风险性指标与线路综合风险性指标；a1,a2、b1,b2和g1,g2为各风险性指标的权重，eline为系统支路总数；nnode为系统节点总数。

45、进一步地，s4具体包括：

46、s41、使用实际配网的源荷运行数据建立igdt调度模型，生成所需规模的源荷运行场景，并处理成净负荷场景集；

47、s42、使用谱聚类方法，将净负荷场景按特征分层；

48、s43、使用k-means算法，对每层场景分别聚类，最后将聚类中心的净负荷曲线解耦成风-光-荷联合场景，得到保留时序特征的源荷典型场景集。

49、进一步地，s5中，所述配电网多目标规划模型包括上层的规划层和下层的运行层；

50、所述规划层目标函数以配电网年综合经济成本csys和配电网综合风险性rsys最优为目标函数，对配电网网架拓扑结构和系统风险性进行协同规划，规划层目标函数如下：

51、minf1＝min{csys,rsys}

52、

53、其中，minf1为规划层的目标，配电网年综合经济成本csys包括建设成本ccon和运行成本copr，其中运行成本将在运行层模型计算后反馈到规划层模型；配电网综合风险性rsys包括节点综合风险性和线路综合风险性

54、运行层的多目标模型以配电网年运行成本copr最小为目标函数，目标函数如下：

55、min f2＝min copr

56、

57、式中，minf2为运行层的目标，oy为配电网一年内实际运行的天数；ps为场景s发生的概率；xgl为源荷典型场景集；为系统运行时的网损成本；为上级电网购电成本；为分布式新能源发电成本；为分布式新能源弃风弃光成本；为系统切负荷成本；

58、所述配电网多目标规划模型的约束条件包括规划层模型约束条件和运行层模型约束条件；

59、规划层模型约束条件包括潮流平衡约束、节点电压约束、支路电流约束、连通性与辐射状约束；

60、运行层模型约束条件包括分布式新能源渗透率约束和分布式新能源并网节点个数约束。

61、进一步地，s6中，对配电网多目标规划模型进行求解计算所使用的算法为混合pso-savl算法，具体包括如下步骤：

62、s61、初始化速度限制vl、粒子位置xi和速度vi，并设定个体最优位置：

63、s62、在当前迭代次数k，使用进化因子f描述粒子当前的搜索状态，计算公式如下：

64、

65、其中，进化因子f表示全局最优粒子位置状态，dr为第r个粒子到其他粒子的平均距离；dg为全局最优粒子位置到其他粒子的平均距离；dmin与dmax分别为平均距离dr的最小值与最大值；np为种群粒子数目，xr表示粒子r的位置，xk表示粒子k的位置；

66、s63、更新惯性权重w，调整速度限制vl以匹配粒子当前搜索状态，计算公式如下：

67、

68、式中，wmax为最大惯性权重，wmin为最小惯性权重，kmax为最大迭代次数；

69、s64、更新粒子速度vi，为了实现状态自适应的粒子速度极限，将f定义为速度极限vl与粒子位置最大值xmax的比值，计算公式如下：

70、f＝vl/xmax，(fminxmax￡vl￡fmaxxmax)

71、其中，fmin与fmax分别为f的最小值与最大值；

72、为了使vl适应进化因子f，以f作为f的sigmoid映射函数，当进化因子f＝0和f＝1时，vl分别达到最小值vlmin和最大值vlmax，vl计算公式如下：

73、

74、其中，vl为粒子速度极限；fmin与fmax分别为f的最小值与最大值；xmax为粒子位置最大值，e和t是映射函数中的超参数，计算公式如下：

75、

76、s65、考虑粒子速度限制策略，当第r个粒子的速度vr超过[-vl,vl]的范围时，在全局搜索阶段，0.5￡f<1时将vr限制在最接近的速度极限，以防止粒子在寻优空间外搜索，或者在局部搜索阶段，0￡f<0.5时将vr随机分布在[-vl,vl]的区间内，以避免过早收敛；

77、s66、更新粒子位置xi，考虑粒子位置限制策略，当第r个粒子的位置xr超过的范围时，将xr随机分布在的范围内，评估该粒子的位置并更新体最优位置以及全局最优位置；

78、s67、基于选择交又变异，更新各粒子的位置与速度，判断迭代次数是否达到设定值，若是，输出全局最优解，否则迭代次数k加一，返回步骤s62。

79、进一步地，s7中，所述对配电网配置方案集合的各配电网配置方案进行经济性评价的具体过程为：

80、基于群灰色模糊聚类的闭环指标建立方法建立对配电网配置方案集合的各配电网配置方案进行经济性评价所使用的指标；

81、根据经济性评价指标和配电网配置方案的数据，构建物元矩阵，物元矩阵中的每个元素表示评价对象在某个指标上的具体数值；

82、基于评价指标之间的独立性程度，计算独立性权重；

83、将物元矩阵中的每个元素与独立性权重相结合，计算各待评价的配电网配置方案的综合权重；

84、根据综合权重计算评价得分，将评价得分按高低顺序进行排列，将评价得分最高的配电网配置方案作为最优的配电网配置方案。

85、本发明还提出一种综合考虑风险性和经济性的配电网规划配置系统，包括：

86、第一指标构建模块，用于针对配电网拓扑结构特性，对度指标进行改进，考虑风险理论，构建配电网结构风险性评估指标；

87、第二指标构建模块，用于针对配电网运行特性，对潮流熵指标进行改进，构建配电网运行风险性评估指标；

88、第三指标构建模块，将配电网结构风险性和运行风险性相结合，形成配电网综合风险性评估指标；

89、场景集获取模块，用于基于实际配电网的源荷运行数据，获取考虑时序特征的源荷典型场景集；

90、配电网多目标规划模型建立模块，用于将配电网年综合经济成本与综合风险性最优设为规划层目标函数，将系统综合运行成本最优设为运行层目标函数，分别选择相应的约束条件，建立考虑综合风险性的配电网多目标规划模型；

91、求解模块，用于基于配电网综合风险性评估指标与源荷典型场景集，对配电网多目标规划模型进行求解计算，得到配电网配置方案集合；

92、筛选模块，用于对配电网配置方案集合的各配电网配置方案进行经济性评价，得到最优的配电网配置方案。

93、本发明的有益效果是：该方法综合考虑了配电网运行中的风险因素，通过精确的风险评估，确保即使在冗余度较低的情况下，系统的安全性和可靠性仍得到保障。这种风险评估可以帮助识别关键的弱点并采取相应的措施，从而提高系统抗灾能力和稳定性；该方法通过优化配置以减少资源消耗和运营成本，该方法支持电力行业的可持续发展。降低配电网的环境影响同时，还能提高能效和资源使用的效率，有助于推动清洁能源和绿色技术的更广泛应用；该方法为电网运营商和规划者提供了一个强大的决策支持工具，帮助他们在保证电力供应的安全和可靠性的同时，作出更明智的经济决策。这种方法的实施可以加强数据驱动的决策过程，提高整个电力系统的管理效率。