計(jì)及PV和EV的新型城市配電網(wǎng)雙層聯(lián)合拓展規(guī)劃方法與流程
計(jì)及pv和ev的新型城市配電網(wǎng)雙層聯(lián)合拓展規(guī)劃方法
技術(shù)領(lǐng)域
1.本發(fā)明涉及新型城市配電網(wǎng)的聯(lián)合拓展規(guī)劃領(lǐng)域，特別涉及一種計(jì)及pv和ev的新型城市配電網(wǎng)雙層聯(lián)合拓展規(guī)劃方法，該方法納入光伏發(fā)電并引入電動(dòng)汽車平衡約束，從而更新新型城市配電網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)并有效地提高城市配電網(wǎng)規(guī)劃結(jié)果的合理性。
背景技術(shù)：
2.近年來，隨著可再生能源、電力電子設(shè)備的高比例接入以及終端電氣化率的快速提升，越來越多的新能源不斷接入電網(wǎng)。同時(shí)，在“碳達(dá)峰”、“碳中和”等能源理念下，多元化負(fù)荷(光伏、電動(dòng)汽車)大量接入城市電力系統(tǒng)，導(dǎo)致電網(wǎng)結(jié)構(gòu)日益復(fù)雜化，對(duì)配電網(wǎng)的運(yùn)行與規(guī)劃產(chǎn)生不可忽視的影響。新型城市電網(wǎng)負(fù)荷高速增長且建設(shè)難度不斷增大，急切需要對(duì)現(xiàn)有的配電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行拓展規(guī)劃。綜合考慮多元化負(fù)荷和配電網(wǎng)接納能力的協(xié)同發(fā)展具有重要意義。
3.利用光伏的合理接入能夠在一定程度上減少電網(wǎng)的生產(chǎn)成本，而電動(dòng)汽車的充電需求在各配電網(wǎng)節(jié)點(diǎn)合理分布可以優(yōu)化配電網(wǎng)的協(xié)調(diào)調(diào)度，有助于提高配電網(wǎng)規(guī)劃結(jié)果的合理性。含光伏分布式電源和電動(dòng)汽車充電站的配電網(wǎng)規(guī)劃問題都具有投建點(diǎn)的不確定性，在規(guī)劃前期需要結(jié)合負(fù)荷需求進(jìn)行相應(yīng)的部署，如何協(xié)調(diào)與平衡好兩者與配電網(wǎng)的節(jié)點(diǎn)負(fù)荷是一大難點(diǎn)。目前綜合考慮分布式光伏與電動(dòng)汽車充電站的聯(lián)合選址規(guī)劃問題的相關(guān)研究較少，沒有直觀地體現(xiàn)兩者的協(xié)同規(guī)劃給配電網(wǎng)帶來的效益。
4.為此，提出計(jì)及pv和ev的新型城市配電網(wǎng)雙層聯(lián)合拓展規(guī)劃方法。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
5.有鑒于此，本發(fā)明實(shí)施例希望提供計(jì)及pv和ev的新型城市配電網(wǎng)雙層聯(lián)合拓展規(guī)劃方法，考慮分布式光伏的并網(wǎng)消納和電動(dòng)汽車的靈活接入，并針對(duì)不同規(guī)劃階段的負(fù)荷需求情況將負(fù)載曲線離散化為三個(gè)負(fù)荷水平等級(jí)分別描述峰平谷時(shí)段用電量；然后，引入電動(dòng)汽車充電站充放電價(jià)格特性，建立了以投資-運(yùn)行-收益綜合成本最優(yōu)為目標(biāo)的聯(lián)合配電網(wǎng)雙層拓展規(guī)劃模型，采用gurob i求解器對(duì)線性化之后的混合整數(shù)線性規(guī)劃問題進(jìn)行求解，給出了相應(yīng)的線路投建規(guī)劃方案及規(guī)劃成本費(fèi)用，以此實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)的可再生能源并網(wǎng)消納；解決或緩解現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問題，至少提供一種有益的選擇。
6.本發(fā)明實(shí)施例的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的：計(jì)及pv和ev的新型城市配電網(wǎng)雙層聯(lián)合拓展規(guī)劃方法，包括以下步驟：
7.s1、輸入電動(dòng)汽車充電站基本參數(shù)以及配電網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，根據(jù)新一代城市電網(wǎng)規(guī)劃低碳指標(biāo)體系及評(píng)估方法，對(duì)新型城市配電網(wǎng)接納能力進(jìn)行評(píng)估；
8.s2、綜合配電網(wǎng)運(yùn)行約束條件，建立子運(yùn)行規(guī)劃的數(shù)學(xué)模型和目標(biāo)函數(shù)，求解電動(dòng)汽車配置問題；
9.s3、得到初始的電動(dòng)汽車充電站選址定容方案，確定充電站安裝位置和容量，而后將充電站的初始規(guī)劃結(jié)果放入規(guī)劃模型修正模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)處理；
10.s4、將負(fù)荷需求時(shí)空分布輸入主投資規(guī)劃的數(shù)據(jù)參數(shù)中,并在所述規(guī)劃模型修正模塊中對(duì)基礎(chǔ)模型進(jìn)行假設(shè)與修正；
11.s5、綜合配電網(wǎng)投資約束條件，建立所述主投資規(guī)劃的數(shù)學(xué)模型和目標(biāo)函數(shù)，求解改進(jìn)的直流配電網(wǎng)拓展規(guī)劃模型；
12.s6、計(jì)算最優(yōu)規(guī)劃方案下的變電站、光伏和電動(dòng)汽車充電站的經(jīng)濟(jì)容量，并確定變電站、光伏和電動(dòng)汽車充電站在正常運(yùn)行條件下的地理位置。
13.進(jìn)一步優(yōu)選的：所述s1中，新一代城市電網(wǎng)規(guī)劃低碳指標(biāo)體系及評(píng)估方法從以下三個(gè)方面進(jìn)行考量：
14.(1)電源側(cè)指標(biāo)：
15.系統(tǒng)平均碳排放強(qiáng)度；
16.碳捕集(ccs)低碳技術(shù)的減排率；
17.可再生能源接納力度；
18.可再生能源棄電率；
19.(2)電網(wǎng)側(cè)指標(biāo)：
20.sf6氣體相關(guān)指標(biāo)；
21.資源回收利用相關(guān)指標(biāo)；
22.先進(jìn)發(fā)電調(diào)度指標(biāo)；
23.需求側(cè)響應(yīng)指標(biāo)；
24.(3)負(fù)荷側(cè)指標(biāo)：
25.系統(tǒng)負(fù)荷峰谷比；
26.系統(tǒng)負(fù)荷率；
27.負(fù)荷側(cè)碳減排指標(biāo)；
28.電動(dòng)汽車相關(guān)指標(biāo)。
29.進(jìn)一步優(yōu)選的：所述s1中，新一代城市電網(wǎng)規(guī)劃評(píng)估方法包括：
30.數(shù)據(jù)預(yù)處理：通過歸一化處理統(tǒng)一各指標(biāo)的優(yōu)化取值方向，然后利用無量綱化處理消除各指標(biāo)單位和數(shù)量級(jí)的差異；
31.相關(guān)性處理：削弱乃至消除指標(biāo)間的相關(guān)性和重疊性，減少重復(fù)評(píng)價(jià)；
32.確定指標(biāo)權(quán)重：采用綜合賦權(quán)法進(jìn)行計(jì)算：
33.wi＝k1pi+k2qi??????????????????????????????????
(1)
34.式中：wi為由綜合賦權(quán)法得到的權(quán)重系數(shù)；k1和k2分別對(duì)主、客觀賦權(quán)法的傾向程度，滿足k1+k2＝1；pi和qi分別為基于主觀及客觀賦權(quán)法確定的權(quán)重系數(shù)；
35.構(gòu)建集結(jié)模型的目的在于由各指標(biāo)的數(shù)值和權(quán)重系數(shù)求得綜合評(píng)價(jià)值，集結(jié)模型為線性加權(quán)綜合：
[0036][0037]
式中：yi為電網(wǎng)樣本j的綜合評(píng)價(jià)值；n為總指標(biāo)數(shù)；x
ij
為電網(wǎng)樣本j指標(biāo)i的指標(biāo)值。
[0038]
進(jìn)一步優(yōu)選的：所述s2中，所述配電網(wǎng)運(yùn)行約束條件包括充電需求、規(guī)劃節(jié)點(diǎn)、負(fù)荷比例；
[0039]
子運(yùn)行規(guī)劃的數(shù)學(xué)模型和目標(biāo)函數(shù)：
[0040][0041][0042][0043][0044]
其中，α表示年度通脹調(diào)整利率，表示充電站的投資成本，表示充電站的保養(yǎng)維護(hù)成本，表示充電站的運(yùn)營收益；
[0045]
rr
ev
表示充電站的資金回收率，和分別表示充電站投資成本系數(shù)和維護(hù)成本系數(shù)；
[0046]
表示充電站的投資決策，表示充電站的投用決定，兩者都屬于0-1變量；和分別表示充電站的單位售電價(jià)格和單位購電價(jià)格，η
charge
表示充電站的輸入效率，p
iev
表示第i個(gè)充電站節(jié)點(diǎn)的容量。
[0047]
進(jìn)一步優(yōu)選的：所述s3中，一旦求解得到初始的電動(dòng)汽車充電站的容量和安裝位置，則計(jì)算各配電網(wǎng)節(jié)點(diǎn)的充電需求滿足率；
[0048]
若處于配電網(wǎng)規(guī)劃的合理范圍內(nèi)，則分別選出候選站址，然后將確定的充電站負(fù)荷數(shù)據(jù)輸入修正模塊進(jìn)行計(jì)算；
[0049]
候選站址即充電站可接入的配電網(wǎng)節(jié)點(diǎn)。
[0050]
進(jìn)一步優(yōu)選的：所述s4中，規(guī)劃模型修正模塊中的基礎(chǔ)模型旨在實(shí)現(xiàn)規(guī)劃成本凈現(xiàn)值最小化的目標(biāo)，它的表達(dá)式如下所示：
[0051][0052]
其中，二進(jìn)制變量x表示為變電站、線路、光伏、電動(dòng)汽車的投資決定，連續(xù)變量y表示為配電網(wǎng)拓展規(guī)劃的電流、電壓以及光伏容量，約束條件f(x,y)≤0包括一組二進(jìn)制變量x及二進(jìn)制變量x與連續(xù)變量y構(gòu)成的可行域。
[0053]
進(jìn)一步優(yōu)選的：所示基礎(chǔ)模型的相關(guān)假設(shè)包括：
[0054]
各節(jié)點(diǎn)電壓僅在基準(zhǔn)值附近微小變化；
[0055]
各支路電流和節(jié)點(diǎn)功率具有相同的功率因數(shù)；
[0056]
將負(fù)荷表示為恒定的注入電流。
[0057]
進(jìn)一步優(yōu)選的：所述s5中，所述配電網(wǎng)投資約束條件包括配電網(wǎng)平衡、電網(wǎng)安全運(yùn)行、投用以及網(wǎng)絡(luò)約束，改進(jìn)的直流配電網(wǎng)拓展規(guī)劃模型包括如下幾點(diǎn)假設(shè)條件：
[0058]
以年為單位，配電網(wǎng)整體規(guī)劃分多個(gè)階段逐步擴(kuò)建完成；
[0059]
引入研究常用的輻射狀分布網(wǎng)絡(luò)拓展規(guī)劃模型；
[0060]
在中長期的配電網(wǎng)拓展規(guī)劃中，采用負(fù)荷水平來描述負(fù)載曲線；
[0061]
拓展規(guī)劃包括變電站的新建、線路的新增、光伏電站的新建；
[0062]
主投資規(guī)劃的數(shù)學(xué)模型和目標(biāo)函數(shù)：
[0063][0064][0065][0066][0067][0068][0069]
其中：
[0070]
1)集合：t∈t表示時(shí)間集合；支路集合l∈l＝{efb,erb,nab,nrb}分別表示{現(xiàn)有不可替換分支，現(xiàn)有可替換分支，新建增加分支，新建替換分支}；變壓器集合tr∈tr＝{et,nt}分別表示{現(xiàn)有變壓器，新增變壓器}；節(jié)點(diǎn)集合i∈{ψ
ln
,ψ
ss
,ψ
pv
,ψ
ev
}分別表示{負(fù)荷節(jié)點(diǎn)，變電站節(jié)點(diǎn)，光伏電站節(jié)點(diǎn)，電動(dòng)汽車充電站節(jié)點(diǎn)}；pv∈pv表示光伏電站集合；k∈{k
l
,k
tr
,k
pv
}表示投資選擇集合；ll∈ll＝{ll1,ll2,ll3}表示負(fù)荷水平集合；
[0071]
2)變量：屬于0-1變量，表示在配電網(wǎng)擴(kuò)展規(guī)劃的階段t下，支路l
ij
的投資決策，表示在t階段選擇投資建設(shè)支路l
ij
，否則不進(jìn)行投資建設(shè)；和屬于0-1變量，表示在階段t下變壓器tr和光伏電站pv的投資決策，其含義與支路同理；和也都屬于0-1變量，表示在階段t負(fù)荷水平ll下，支路l
ij
的投用決定，之所以要用兩個(gè)變量表示，是因?yàn)槊織l支路有兩個(gè)代表方向，表示在t階段選擇投入使用支路l
ij
，否則不進(jìn)行投入使用；和屬于0-1變量，表示在階段t下，變壓器和光伏電站的投用決定，其含義與支路同理；和代表支路電流的幅值與方向，需要注意的是，當(dāng)l
ij
中有從節(jié)點(diǎn)i到節(jié)點(diǎn)j的電流流過時(shí)，為1，為正值，和都為0；當(dāng)l
ij
中沒有電流流過時(shí)，和均為0；表示在階段t負(fù)荷水平ll下，變電站i的變壓器tr的注入電流值；表示在階段t負(fù)荷水平ll下，由節(jié)點(diǎn)i功率不平衡引起的甩負(fù)荷量；
[0072]
3)其他系數(shù)：分別表示投資成本系數(shù)和維護(hù)成本系數(shù)；rate
ll
和durl
ll
分別表示負(fù)荷等級(jí)ll下的電費(fèi)和每日持續(xù)時(shí)長小時(shí)數(shù)；voll表示單位甩負(fù)荷成本；rr
l
，rr
tr
，rr
pv
分別表示支路、變壓器、光伏的資金回收率。
[0073]
進(jìn)一步優(yōu)選的：所述s6中，計(jì)算最優(yōu)規(guī)劃方案下的變電站、光伏和電動(dòng)汽車充電站的經(jīng)濟(jì)容量時(shí)，利用配電網(wǎng)節(jié)點(diǎn)平衡約束來快速地計(jì)算最優(yōu)規(guī)劃方案下的各個(gè)節(jié)點(diǎn)的變電站、光伏和電動(dòng)汽車充電站的經(jīng)濟(jì)容量，并確定變電站、光伏和電動(dòng)汽車充電站在正常運(yùn)行條件下的地理位置。
[0074]
進(jìn)一步優(yōu)選的：所述約束遵循基爾霍夫電流定律和基爾霍夫電壓定律：
[0075][0076][0077]
式中：和分別表示節(jié)點(diǎn)i流向節(jié)點(diǎn)j和節(jié)點(diǎn)j流向節(jié)點(diǎn)i的電流值；表示變電站i的變壓器tr的注入電流值；表示光伏電站i的注入電流值；ev
ikt,ll
表示節(jié)點(diǎn)i的電動(dòng)汽車負(fù)荷需求量；ld
it,ll
表示節(jié)點(diǎn)i的負(fù)荷需求量；表示節(jié)點(diǎn)i的甩負(fù)荷量；v
it,ll
和v
jt,ll
分別表示節(jié)點(diǎn)和節(jié)點(diǎn)j的電壓值；
[0078]
通過以上迭代過程納入光伏發(fā)電并引入電動(dòng)汽車平衡約束，以優(yōu)化高可再生能源滲透率下配電網(wǎng)的負(fù)荷波動(dòng)，在規(guī)劃階段求解直流配電網(wǎng)模型，得到計(jì)及pv和ev的新型城市配電網(wǎng)雙層聯(lián)合拓展規(guī)劃方案。
[0079]
本發(fā)明實(shí)施例由于采用以上技術(shù)方案，其具有以下優(yōu)點(diǎn)：
[0080]
一、本發(fā)明為一種計(jì)及pv和ev的新型城市配電網(wǎng)雙層聯(lián)合拓展規(guī)劃方法，針對(duì)配電網(wǎng)拓展規(guī)劃問題納入城市電網(wǎng)規(guī)劃低碳指標(biāo)體系及評(píng)估方法，具有顯著的工程實(shí)用價(jià)值，具備廣泛的應(yīng)用前景。
[0081]
二、本發(fā)明引入分布式光伏的并網(wǎng)消納和電動(dòng)汽車充電站充放電價(jià)格特性，建立以投資-運(yùn)行-收益綜合成本最優(yōu)為目標(biāo)的聯(lián)合配電網(wǎng)雙層拓展規(guī)劃模型。
[0082]
三、本發(fā)明采用改進(jìn)的配電網(wǎng)直流拓展規(guī)劃模型，在保證長期的城市配電網(wǎng)拓展規(guī)劃合理性的同時(shí)，能有效地提高計(jì)算效率。
[0083]
上述概述僅僅是為了說明書的目的，并不意圖以任何方式進(jìn)行限制。除上述描述的示意性的方面、實(shí)施方式和特征之外，通過參考附圖和以下的詳細(xì)描述，本發(fā)明進(jìn)一步的方面、實(shí)施方式和特征將會(huì)是容易明白的。
附圖說明
[0084]
為了更清楚地說明本技術(shù)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本技術(shù)的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0085]
圖1為本發(fā)明實(shí)施例中計(jì)及pv和ev的新型城市配電網(wǎng)雙層聯(lián)合拓展規(guī)劃方法的流程圖。
[0086]
圖2為本發(fā)明實(shí)施例24節(jié)點(diǎn)配電網(wǎng)系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖。
具體實(shí)施方式
[0087]
在下文中，僅簡單地描述了某些示例性實(shí)施例。正如本領(lǐng)域技術(shù)人員可認(rèn)識(shí)到的
那樣，在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下，可通過各種不同方式修改所描述的實(shí)施例。因此，附圖和描述被認(rèn)為本質(zhì)上是示例性的而非限制性的。
[0088]
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0089]
實(shí)施例一
[0090]
如圖1所示，本發(fā)明實(shí)施例提供了計(jì)及pv和ev的新型城市配電網(wǎng)雙層聯(lián)合拓展規(guī)劃方法，包括以下步驟：
[0091]
s1、輸入電動(dòng)汽車充電站基本參數(shù)以及配電網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，根據(jù)新一代城市電網(wǎng)規(guī)劃低碳指標(biāo)體系及評(píng)估方法對(duì)新型城市配電網(wǎng)接納能力進(jìn)行評(píng)估；
[0092]
s2、綜合考慮電動(dòng)汽車充電站充放電價(jià)格特性，建立子運(yùn)行規(guī)劃的數(shù)學(xué)模型和目標(biāo)函數(shù)求解電動(dòng)汽車配置問題；
[0093]
s3、一旦子運(yùn)行問題求解得到初始的電動(dòng)汽車充電站選址定容方案，確定充電站安裝位置和容量，而后將充電站的初始規(guī)劃結(jié)果放入規(guī)劃模型修正模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)處理；
[0094]
s4、在規(guī)劃周期內(nèi)，將負(fù)荷需求時(shí)空分布輸入主投資規(guī)劃的數(shù)據(jù)參數(shù)中,并在所述規(guī)劃模型修正模塊中對(duì)基礎(chǔ)模型進(jìn)行假設(shè)與修正；
[0095]
s5、綜合考慮配電網(wǎng)投資約束，建立主投資規(guī)劃的數(shù)學(xué)模型和目標(biāo)函數(shù)求解改進(jìn)的直流配電網(wǎng)拓展規(guī)劃模型；
[0096]
s6、一旦求解得到最佳的規(guī)劃方案，則可以快速地計(jì)算最優(yōu)規(guī)劃方案下的變電站、光伏和電動(dòng)汽車充電站的經(jīng)濟(jì)容量，并確定變電站、光伏和電動(dòng)汽車充電站在正常運(yùn)行條件下的地理位置。
[0097]
本實(shí)施例中，具體的：s1中，新一代城市電網(wǎng)規(guī)劃低碳指標(biāo)體系及評(píng)估方法從以下三個(gè)方面進(jìn)行考量：
[0098]
(1)電源側(cè)指標(biāo)：
[0099]
系統(tǒng)平均碳排放強(qiáng)度；
[0100]
碳捕集(ccs)等低碳技術(shù)的減排率；
[0101]
可再生能源接納力度；
[0102]
可再生能源棄電率；
[0103]
(2)電網(wǎng)側(cè)指標(biāo)：
[0104]
sf6氣體相關(guān)指標(biāo)；
[0105]
資源回收利用相關(guān)指標(biāo)；
[0106]
先進(jìn)發(fā)電調(diào)度指標(biāo)；
[0107]
需求側(cè)響應(yīng)指標(biāo)；
[0108]
(3)負(fù)荷側(cè)指標(biāo)：
[0109]
系統(tǒng)負(fù)荷峰谷比；
[0110]
系統(tǒng)負(fù)荷率；
[0111]
負(fù)荷側(cè)碳減排指標(biāo)；
[0112]
電動(dòng)汽車相關(guān)指標(biāo)。
[0113]
本實(shí)施例中，具體的：新型城市的電網(wǎng)綜合評(píng)價(jià)模型包括：
[0114]
數(shù)據(jù)預(yù)處理：通過歸一化處理統(tǒng)一各指標(biāo)的優(yōu)化取值方向，然后利用無量綱化處理消除各指標(biāo)單位和數(shù)量級(jí)的差異；
[0115]
相關(guān)性處理：削弱乃至消除指標(biāo)間的相關(guān)性和重疊性，減少重復(fù)評(píng)價(jià)。
[0116]
確定指標(biāo)權(quán)重：采用綜合賦權(quán)法進(jìn)行計(jì)算：
[0117]
wi＝k1pi+k2qi??????????????????????????????????
(1)
[0118]
式中：wi為由綜合賦權(quán)法得到的權(quán)重系數(shù)；
[0119]
k1和k2分別對(duì)主、客觀賦權(quán)法的傾向程度，滿足k1+k2＝1；
[0120]
pi和qi分別為基于主觀及客觀賦權(quán)法確定的權(quán)重系數(shù)；
[0121]
構(gòu)建集結(jié)模型的目的在于由各指標(biāo)的數(shù)值和權(quán)重系數(shù)求得綜合評(píng)價(jià)值，集結(jié)模型為線性加權(quán)綜合：
[0122][0123]
式中：yi為電網(wǎng)樣本j的綜合評(píng)價(jià)值；n為總指標(biāo)數(shù)；x
ij
為電網(wǎng)樣本j指標(biāo)i的指標(biāo)值。
[0124]
本實(shí)施例中，具體的：s2中，配電網(wǎng)運(yùn)行約束條件包括充電需求、規(guī)劃節(jié)點(diǎn)、負(fù)荷比例；
[0125]
子運(yùn)行規(guī)劃的數(shù)學(xué)模型和目標(biāo)函數(shù)：
[0126][0127][0128][0129][0130]
其中，α表示年度通脹調(diào)整利率，表示充電站的投資成本，表示充電站的保養(yǎng)維護(hù)成本，表示充電站的運(yùn)營收益；
[0131]
rr
ev
表示充電站的資金回收率，和分別表示充電站投資成本系數(shù)和維護(hù)成本系數(shù)；
[0132]
表示充電站的投資決策，表示充電站的投用決定，兩者都屬于0-1變量；和分別表示充電站的單位售電價(jià)格和單位購電價(jià)格，η
charge
表示充電站的輸入效率，p
iev
表示第i個(gè)充電站節(jié)點(diǎn)的容量。
[0133]
本實(shí)施例中，具體的：s3中，一旦求解得到初始的電動(dòng)汽車充電站的容量和安裝位置，則計(jì)算各配電網(wǎng)節(jié)點(diǎn)的充電需求滿足率；
[0134]
若處于配電網(wǎng)規(guī)劃的合理范圍內(nèi)，則可以分別選出候選站址，然后將確定的充電站負(fù)荷數(shù)據(jù)輸入修正模塊進(jìn)行計(jì)算；
[0135]
候選站址即充電站可接入的配電網(wǎng)節(jié)點(diǎn)。
[0136]
本實(shí)施例中，具體的：s4中，規(guī)劃模型修正模塊中的基礎(chǔ)模型旨在實(shí)現(xiàn)規(guī)劃成本凈現(xiàn)值最小化的目標(biāo)，它的表達(dá)式如下所示：
[0137][0138]
其中，二進(jìn)制變量x表示為變電站、線路、光伏、電動(dòng)汽車的投資決定，連續(xù)變量y表示為配電網(wǎng)拓展規(guī)劃的電流、電壓以及光伏容量，約束條件f(x,y)≤0包括一組二進(jìn)制變量x及二進(jìn)制變量x與連續(xù)變量y構(gòu)成的可行域。
[0139]
本實(shí)施例中，具體的：所示基礎(chǔ)模型的相關(guān)假設(shè)包括：
[0140]
各節(jié)點(diǎn)電壓僅在基準(zhǔn)值附近微小變化；
[0141]
各支路電流和節(jié)點(diǎn)功率具有相同的功率因數(shù)；
[0142]
將負(fù)荷表示為恒定的注入電流。
[0143]
本實(shí)施例中，具體的：s5中，配電網(wǎng)投資約束包括配電網(wǎng)平衡、電網(wǎng)安全運(yùn)行、投用以及網(wǎng)絡(luò)約束，改進(jìn)的直流配電網(wǎng)拓展規(guī)劃模型包括如下幾點(diǎn)假設(shè)條件：
[0144]
以年為單位，配電網(wǎng)整體規(guī)劃分多個(gè)階段逐步擴(kuò)建完成；
[0145]
引入研究常用的輻射狀分布網(wǎng)絡(luò)拓展規(guī)劃模型；
[0146]
在中長期的配電網(wǎng)拓展規(guī)劃中，通常采用負(fù)荷水平來近似地描述負(fù)載曲線。
[0147]
拓展規(guī)劃包括變電站的新建、線路的新增、光伏電站的新建等等。
[0148]
主投資規(guī)劃的數(shù)學(xué)模型和目標(biāo)函數(shù)：
[0149][0150][0151][0152][0153][0154][0155]
其中：
[0156]
1)集合：t∈t表示時(shí)間集合；支路集合l∈l＝{efb,erb,nab,nrb}分別表示{現(xiàn)有不可替換分支，現(xiàn)有可替換分支，新建增加分支，新建替換分支}；變壓器集合tr∈tr＝{et,nt}分別表示{現(xiàn)有變壓器，新增變壓器}；節(jié)點(diǎn)集合i∈{ψ
ln
,ψ
ss
,ψ
pv
,ψ
ev
}分別表示{負(fù)荷節(jié)點(diǎn)，變電站節(jié)點(diǎn)，光伏電站節(jié)點(diǎn)，電動(dòng)汽車充電站節(jié)點(diǎn)}；pv∈pv表示光伏電站集合；k∈{k
l
,k
tr
,k
pv
}表示投資選擇集合；ll∈ll＝{ll1,ll2,ll3}表示負(fù)荷水平集合；
[0157]
2)變量：屬于0-1變量，表示在配電網(wǎng)擴(kuò)展規(guī)劃的階段t下，支路l
ij
的投資決策，表示在t階段選擇投資建設(shè)支路l
ij
，否則不進(jìn)行投資建設(shè)；和屬于0-1變量，表
示在階段t下變壓器tr和光伏電站pv的投資決策，其含義與支路同理；和也都屬于0-1變量，表示在階段t負(fù)荷水平ll下，支路l
ij
的投用決定，之所以要用兩個(gè)變量表示，是因?yàn)槊織l支路可以有兩個(gè)代表方向，表示在t階段選擇投入使用支路l
ij
，否則不進(jìn)行投入使用；和屬于0-1變量，表示在階段t下，變壓器和光伏電站的投用決定，其含義與支路同理；和可以代表支路電流的幅值與方向，需要注意的是，當(dāng)l
ij
中有從節(jié)點(diǎn)i到節(jié)點(diǎn)j的電流流過時(shí)，為1，為正值，和都為0；當(dāng)l
ij
中沒有電流流過時(shí)，和均為0。表示在階段t負(fù)荷水平ll下，變電站i的變壓器tr的注入電流值；表示在階段t負(fù)荷水平ll下，由節(jié)點(diǎn)i功率不平衡引起的甩負(fù)荷量。
[0158]
3)其他系數(shù)：分別表示投資成本系數(shù)和維護(hù)成本系數(shù)；rate
ll
和durl
ll
分別表示負(fù)荷等級(jí)ll下的電費(fèi)和每日持續(xù)時(shí)長小時(shí)數(shù)；voll表示單位甩負(fù)荷成本；rr
l
，rr
tr
，rr
pv
分別表示支路、變壓器、光伏的資金回收率。
[0159]
本實(shí)施例中，具體的：s6中，計(jì)算最優(yōu)規(guī)劃方案下的變電站、光伏和電動(dòng)汽車充電站的經(jīng)濟(jì)容量時(shí)，利用配電網(wǎng)節(jié)點(diǎn)平衡約束來快速地計(jì)算最優(yōu)規(guī)劃方案下的各個(gè)節(jié)點(diǎn)的變電站、光伏和電動(dòng)汽車充電站的經(jīng)濟(jì)容量，并確定變電站、光伏和電動(dòng)汽車充電站在正常運(yùn)行條件下的地理位置。
[0160]
本實(shí)施例中，具體的：約束遵循基爾霍夫電流定律和基爾霍夫電壓定律：
[0161][0162][0163]
式中：和分別表示節(jié)點(diǎn)i流向節(jié)點(diǎn)j和節(jié)點(diǎn)j流向節(jié)點(diǎn)i的電流值；表示變電站i的變壓器tr的注入電流值；表示光伏電站i的注入電流值；ev
ikt,ll
表示節(jié)點(diǎn)i的電動(dòng)汽車負(fù)荷需求量；ld
it,ll
表示節(jié)點(diǎn)i的負(fù)荷需求量；表示節(jié)點(diǎn)i的甩負(fù)荷量；v
it,ll
和v
jt,ll
分別表示節(jié)點(diǎn)和節(jié)點(diǎn)j的電壓值；
[0164]
通過以上迭代過程納入光伏發(fā)電并引入電動(dòng)汽車平衡約束，以優(yōu)化高可再生能源滲透率下配電網(wǎng)的負(fù)荷波動(dòng)，在規(guī)劃階段求解直流配電網(wǎng)模型，得到計(jì)及pv和ev的新型城市配電網(wǎng)雙層聯(lián)合拓展規(guī)劃方案。
[0165]
實(shí)施例二
[0166]
如圖2所示，本發(fā)明還提供了一種根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例一方法進(jìn)行實(shí)踐的實(shí)施例：
[0167]
本實(shí)施例為一個(gè)虛擬的改進(jìn)24節(jié)點(diǎn)配電網(wǎng)絡(luò)，由20個(gè)負(fù)荷節(jié)點(diǎn)，4個(gè)變電站節(jié)點(diǎn)以及32條支路構(gòu)成，具體的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖2所示。圖中實(shí)線表示固定不可替換支路，雙實(shí)線表示可替換支路，虛線表示候選的新建支路；實(shí)線矩形表示現(xiàn)有的變電站節(jié)點(diǎn)，虛線矩形表示候選的新建變電站節(jié)點(diǎn)，圓形表示負(fù)荷節(jié)點(diǎn)。從圖中可知，21和22節(jié)點(diǎn)上已有變電站，變電站內(nèi)部各包括一臺(tái)變壓器，2-21和6-22為固定不可替換支路，1-21和8-22為可替換支路。
[0168]
基本情景設(shè)定如下：
[0169]
1)整個(gè)配電網(wǎng)絡(luò)的基準(zhǔn)值為1mva和20kv，節(jié)點(diǎn)電壓上下限分別為21kv和19kv。本次規(guī)劃分為三個(gè)階段，每一年作為一個(gè)階段，年通貨膨脹調(diào)整利率為10％，支路的資本回收率為11％，變壓器的資本回收率為13％，線路阻抗為阻抗0.732ω/km，甩負(fù)荷成本設(shè)為2 000k$/mwh。
[0170]
2)在規(guī)劃過程中，新建的變電站、線路、光伏電站以及電動(dòng)汽車充電站的都有相應(yīng)的投資和運(yùn)行費(fèi)用。電動(dòng)汽車充電負(fù)荷占總負(fù)荷的5％以上，充電費(fèi)用設(shè)為當(dāng)前電網(wǎng)電價(jià)的1.5倍。
[0171]
3)本文將負(fù)載曲線離散化為三個(gè)負(fù)荷水平等級(jí)ll1，ll2和ll3，分別描述負(fù)荷節(jié)點(diǎn)在峰時(shí)段、平時(shí)段和谷時(shí)段的每小時(shí)最高用電量，日持續(xù)小時(shí)分別為6h，10h和8h。
[0172]
本發(fā)明設(shè)計(jì)了以下四個(gè)場景算例，規(guī)劃結(jié)果如表1所示。
[0173]
場景ⅰ：不考慮光伏和電動(dòng)汽車的拓展規(guī)劃；
[0174]
場景ii：只考慮光伏接入的配電網(wǎng)拓展規(guī)劃；
[0175]
場景iii：只考慮電動(dòng)汽車充電站的拓展規(guī)劃；
[0176]
場景iv：綜合考慮光伏和電動(dòng)汽車的拓展規(guī)劃。
[0177]
表1四種場景下的規(guī)劃成本結(jié)果
[0178][0179][0180]
從表1可以看出，隨著配電網(wǎng)負(fù)荷的階段性增長，除了投資成本以外，變電站生產(chǎn)成本、運(yùn)維成本和網(wǎng)絡(luò)損耗在內(nèi)的運(yùn)行費(fèi)用都呈現(xiàn)出了階段性遞增的趨勢，并且考慮光伏電站和電動(dòng)汽車充電站可有效減少系統(tǒng)規(guī)劃總成本。
[0181]
與基準(zhǔn)規(guī)劃場景ⅰ相比，場景ii配置光伏電站會(huì)使得投資者在投建初期承擔(dān)較大的經(jīng)濟(jì)壓力，但這種預(yù)期的費(fèi)用增長能夠被生產(chǎn)成本的降低所補(bǔ)償。配置光伏電站能夠延緩或減少配電網(wǎng)中變電站的投資，降低變電站的出力，總費(fèi)用成本相對(duì)于場景ⅰ減少了
51.36％。場景iii電動(dòng)汽車充電站的接入加快了配電網(wǎng)中線路的投資和使用，會(huì)產(chǎn)生更高的投資和運(yùn)維成本，但電動(dòng)汽車充電站通過向用戶提供充電負(fù)荷能夠賺取一定的運(yùn)營收益，總費(fèi)用成本相對(duì)于場景ⅰ減少了12.11％。與前三種場景相比，在考慮光伏和電動(dòng)汽車充電負(fù)荷場景iv下，考慮充電負(fù)荷所帶來的運(yùn)營收益能夠補(bǔ)償要付出的生產(chǎn)成本，考慮光伏電站所帶來的電能生產(chǎn)能夠補(bǔ)償要付出的投資成本。因此所得到的聯(lián)合規(guī)劃方案總費(fèi)用成本是最低的，相對(duì)于場景ⅰ減少了70.18％。對(duì)該配電網(wǎng)系統(tǒng)來說，在四個(gè)場景下的各負(fù)荷水平下，失負(fù)荷成本均為0，說明所提出的規(guī)劃方案可保證各節(jié)點(diǎn)負(fù)荷需求，這個(gè)結(jié)果也驗(yàn)證了模型的適用性。
[0182]
以上所述，僅為本發(fā)明的具體實(shí)施方式，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到其各種變化或替換，這些都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)以所述權(quán)利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。
