基于虚拟变电站的配电网薄弱区域集群双层规划研究

位于配电网末端的偏远山区常常由于存在供电可靠性不足的问题而被视为配电网薄弱区域,为了提高此类地区的供电可靠性,引入虚拟变电站和集群规划的概念和方法,提出了一种基于虚拟变电站的分布式电源与储能双层选址定容规划模型。上层模型以集群效能指标最大为目标,从结构性和功能性两方面对配电网薄弱区域进行集群划分,规划结果为各集群的划分方案;下层模型以考虑用户损失费用的年综合费用最小为目标,在各集群内部建设虚拟变电站,规划结果是集群内分布式电源的接入位置及容量、储能装置的接入容量及功率;针对集群规划模型的特性,文章提出计及孤岛运行的用户停电损失费用计算方法,并以双层迭代的混合粒子群算法进行求解。算例部分以云南含分布式小水电的某典型场景为例,验证了所提模型的可行性和求解方法的有效性。     

基于虚拟变电站的配电网薄弱区域集群双层规划研究

位于配电网末端的偏远山区常常由于存在供电可靠性不足的问题而被视为配电网薄弱区域,为了提高此类地区的供电可靠性,引入虚拟变电站和集群规划的概念和方法,提出了一种基于虚拟变电站的分布式电源与储能双层选址定容规划模型。上层模型以集群效能指标最大为目标,从结构性和功能性两方面对配电网薄弱区域进行集群划分,规划结果为各集群的划分方案;下层模型以考虑用户损失费用的年综合费用最小为目标,在各集群内部建设虚拟变电站,规划结果是集群内分布式电源的接入位置及容量、储能装置的接入容量及功率;针对集群规划模型的特性,文章提出计及孤岛运行的用户停电损失费用计算方法,并以双层迭代的混合粒子群算法进行求解。算例部分以云南含分布式小水电的某典型场景为例,验证了所提模型的可行性和求解方法的有效性。     

考虑分布式光伏电源与负荷相关性的接入容量分析

研究了配电网网架结构和运行工况已知的条件下,分布式光伏电源的可接入容量问题。通过分析配电网网架结构和各节点负荷的历史数据,设定分布式光伏电源接入位置和容量初始值,构建了初始相关性样本矩阵。通过分析分布式光伏电源出力与负荷的相关性,提出了光伏发电就地消纳能力指数的概念及计算方法,构建了改进型相关性样本矩阵。以系统向配电网传输功率最小为目标函数,建立了节点电压、配电网潮流为主要约束的规划模型,利用前推回代潮流算法和退火算法求解。以中山供电局马新站10 kV配电网为例,仿真及潮流验算结果表明:对于一个已知网架结构和运行工况的配电网,考虑分布式光伏电源与负荷的相关性可有效提高分布式光伏电源的接入容量。     

基于5G基站可调度潜力与配电网集群划分的储能选址定容方法

随着经济发展，海量、分散的5G基站与分布式光伏将被广泛接入配电网，传统的集中式处理方法不宜用于系统的控制管理。同时，基站自备储能为电网提供了容量可观、潜力巨大的灵活性资源。为此，文中提出一种考虑5G基站可调度潜力与配电网集群划分的储能规划方法。首先，提出考虑通信负载的基站自备储能可调度容量评估方法，建立基站参与电网调度交互模型；然后，根据系统网架结构和基站-光伏出力特性，采用Fast-Newman算法对配电网进行集群划分，将基站与光伏打捆；最后，建立储能双层规划模型，模型外层负责求解储能的规划方案，模型内层负责优化储能和基站的调度策略。算例结果表明，应用所提规划方法能够减少系统对储能的投入、提升系统电压水平、提高系统经济性与低碳效益。     

主动管理模式下含分布式发电的配电网网架规划

为了适应未来大规模分布式电源接入后的新型配电系统规划要求,考虑主动管理模式,建立了含分布式发电的配电网网架双层规划模型,上层规划以年综合费用最小为目标,下层规划是以分布式电源出力切除量最小为目标,并在约束中考虑了分布式发电加入后对配电网可靠性的影响。计及风电光伏等间歇式电源出力及负荷不确定性,分别利用树形结构编码的单亲遗传算法和原对偶内点法对上下层规划模型进行求解。通过29节点配电网算例验证了所提模型的合理性和有效性。     

计及光伏消纳率的分布式光伏电源双层多场景规划

针对当前配电网中由于分布式光伏电源规划不合理而导致较为严重的弃光问题,研究构建了新型计及光伏消纳率的分布式光伏电源双层多场景规划模型。其中外层规划模型以光伏投资者年净收益最大为目标优化光伏电源的安装容量,内层规划模型则以光伏年消纳率最大为目标对光伏电源的出力削减量进行优化。然后,基于多场景分析和改进K均值聚类方法进行场景缩减,并利用分子微分进化算法求解上述双层规划模型。最后以IEEE 33节点配电网系统为例进行计及光伏消纳率的分布式光伏电源规划,结果验证了所提规划模型及求解方法的优越性。     

基于虚拟分区调度和二层规划的城市配电网光伏-储能优化配置

针对含高渗透率分布式能源城市配电网的特点,提出基于虚拟分区和二层规划的光伏电源与储能规划模型和方法。依据历史数据,采用密度聚类提出光伏和负荷分时段多状态生成方法,该方法能考虑光伏与负荷的时序性、随机性及内在关联,且状态数大幅减少。以年费用最小为上层规划目标函数,光伏安装位置和容量为上层优化变量,等效负荷方差和最小为下层规划目标函数,虚拟分区和储能安装位置与容量为下层优化变量,同时考虑各区内储能的优化调度,建立基于虚拟分区的光伏和储能配置的二层规划模型。采用精英保留策略遗传算法和粒子群优化算法联合迭代求解模型。IEEE 33节点系统仿真结果验证了所提模型和方法的有效性,所获得的光伏-储能配置方案能够有效提升配电网的经济效益和减少网损。     

面向分布式光伏消纳的中压配电网储能规划模型和求解方法

“双碳”背景下,配合分布式光伏规划开展储能规划是目前地市供电公司规划部门的重点工作之一。文章提出了面向分布式光伏消纳的中压配电网储能选址定容实用化模型和求解方法。首先利用生产模拟仿真分析分布式光伏并网对配电网的影响;其次基于鲁棒思想提出了场景削减方法,选取分布式光伏对配电网影响严重的场景集;最后提出了中压配电网选址定容的线性优化模型,以储能每小时最大充放电功率(电量)最小为目标,利用灵敏度系数法将线路过载和节点电压越限约束表达成储能充放电功率的线性函数。对改进的IEEE 33节点系统进行案例分析,研究表明文章提出的求解方法将双层优化问题化简成为单层优化问题降低了问题的复杂度,场景削减减少了约束条件数量,线性优化能快速有效地确定储能的位置和容量。     

考虑集群划分的配电网网源协调扩展规划

针对接入高渗透率分布式能源配电网扩展规划与分布式电源选址定容问题,建立了考虑集群划分的网源协调扩展规划模型.模型分为两层:上层规划模型以年综合成本最小为目标,优化网络结构、分布式电源接入位置及容量;下层集群划分模型以兼顾电气距离和有功平衡度的综合性能指标为依据,对上层规划结果进行集群划分;优化过程交互迭代进行,采用改进混合遗传算法求解.以某10 kV配电系统为例,验证了该网源协调双层优化模型的有效性.     

考虑灵活性的交直流混合配电网储能双层规划

多类型分布式电源接入配电网对系统灵活性要求越来越高。基于交直流混合配电网的高灵活性和高可控性,提出了一种考虑灵活性的交直流混合配电网储能双层规划方法。首先,分析系统灵活性需求与灵活性资源运行特性,建立系统灵活性评估指标;然后,采用K-means聚类算法建立配电网中分布式电源和负荷的典型运行场景集合;其次,建立考虑灵活性的交直流混合配电网储能双层规划模型,上层以其年综合成本最小为优化目标,下层以其综合运行成本最少和系统运行灵活性最优为目标,采用非线性化主成分分析法,并结合遗传算法求解规划模型。最后,基于改进IEEE 33节点配网系统验证双层规划模型和储能最优配置方案的合理性与有效性。     

考虑微电网接入下的配电网优化规划

在能源紧缺、污染严重的时代背景下,分布式电源迅速普及。含分布式电源的配电网规划研究日益增多,而将分布式电源以微电网的形式考虑到配电网规划之中还鲜有研究。将不同类型的分布式电源、储能装置以微电网的形式接入配电网,充分考虑微电网加入对变电站规划和网架规划产生的影响。基于微电网系统模型,分别建立配电网规划中变电站选址定容模型及网架规划模型,利用改进粒子群算法求解上述两个多目标非线性化模型,并计算由微电网带来的变电站容量削减量及配电网故障时的可避免停电损失费用。以IEEE50节点为算例验证此模型,算例验证了所提模型有利于提高系统的可靠性和经济性,优化了网架结构,具有实际工程参考意义。     

考虑动态重构的主动配电网多目标双层优化调度方法

提出一种考虑网架动态重构的主动配电网双层优化调度模型。模型上下层的优化目标均为运行费用最小和系统快速电压稳定性最优,下层优化目标是上层优化目标的组成部分,通过定义相同目标函数实现上下层决策变量的协同优化。模型上层决策变量是各个重构时段内的网架结构,采用基于基本环路的网架十进制编码方式,提高网络重构的求解效率。模型下层的决策变量是各主动管理时段内分布式电源出力、补偿电容器、静态无功补偿器的投切、OLTC动作情况,实现主动配电网的最优调度。采用IEEE 33节点配电系统验证所提方法的有效性。仿真结果表明,所提动态重构方法能大大提升网络重构的求解效率,所提双层优化模型能有效降低配电网运行费用,同时提升系统电压稳定性。     

考虑“风-光-荷-储”联合运行的配电网双层规划方法

分布式电源与储能系统在配电网中的应用是当前研究的热点。提出了一种风机、光伏电源、储能系统在配电网中的双层规划模型。上层模型以投资、运维费用为优化目标,同时考虑区域的购电费用及网损费用,完成风机和光伏电源的容量配置;下层模型提出了一种储能系统削峰填谷的运行策略,基于该策略完成储能系统的选址定容工作。针对以上模型,提出以下求解方法:基于遗传算法求解上层模型,并通过K均值聚类方法对比研究输入数据序列长度对规划结果的影响,通过帕累托分析研究了投资运维费用与购电费用及网损费用的关系;使用YALMIP工具箱完成储能系统运行策略的求解,进而完成储能系统的选址定容工作。最后,通过IEEE-33节点标准配电系统仿真验证了所提模型在风机和光伏电源以及储能系统规划方面的有效性,结果显示所提储能运行策略具有良好的削峰填谷效果。     

提升分布式光伏承载力的灵活资源协同规划

分布式光伏渗透率的日益提高对配电网的安全可靠运行提出了挑战,如何提升配电网对分布式光伏的承载力具有重要意义。配电网中的各类灵活资源为调整配电网运行以应对光伏出力的不确定性,从而为分布式光伏的规模入网提供了可能。考虑了远动开关、电动汽车和移动储能等灵活资源,建立了灵活资源协同规划部署的两阶段随机优化模型。第一阶段以灵活资源的投资费用最小为目标,对充电站及远动开关的位置进行规划;第二阶段以配电网运行成本最小为目标,并将弃光惩罚引入目标函数,对配电网的运行层进行优化。通过求解优化模型得到移动储能投入容量、充电站位置及远动开关位置的决策方案。最后,选取IEEE-37节点馈线测试系统进行算例分析,得到灵活资源的部署策略。结果表明,通过对灵活资源的合理规划部署,可以提升分布式光伏的承载力,提高配电网规划运行的经济性。     

考虑源网荷储协调优化的主动配电网网架规划

针对源网荷储的协调优化,以年综合费用最小为目标,建立了主动配电网网架三层规划模型。通过三层模型的相互传递与配合,对配电网中的分布式电源、可中断负荷、配电网架以及电池储能进行协调优化,采用基于树形结构编码的改进遗传算法与原对偶内点法相结合的混合求解算法对所提模型进行求解。29节点系统算例验证了本文所提方法的正确性和有效性,并表明在配电网架规划中考虑源网荷储的协调优化可有效降低网架规划成本、改善配电网负荷特性。     

基于需求侧响应的主动配电网双层优化方法

分布式电源在配电网中渗透率越来越高,导致配电网电压越限问题凸显,对此构建协同考虑主动配电网设备规划和运行的双层优化模型。上层模型考虑配电网中分布式电源、静止无功补偿器及电容器组的容量配置优化以减少配电网投资运行成本。下层模型考虑需求侧响应,有载调压变压器、储能及分布式电源等设备的协调控制,着重提高电压稳定性。针对模型特征,采用基于改进麻雀算法和二阶锥规划的混合优化算法进行求解。外部采用改进麻雀算法求解多维变量以提高求解速度,内部基于二阶锥规划求得配电网主动管理控制策略。最后采用改进的IEEE33节点系统进行仿真验证。结果表明,所提出双层优化方法可以有效提高配电网运行经济性,改善配电网电压分布,平抑负荷峰谷差。     

考虑区域碳中和的分布式光伏选址定容

“双碳”目标的深入推进为我国能源建设与规划提出明确要求,推动了分布式光伏的飞速发展。分布式光伏可以有效调节区域碳排放架构,但不合理地接入容量和接入位置会对配电网造成不可逆转的冲击。针对分布式光伏入网对配电网的影响,提出了一种考虑区域碳排放的分布式光伏选址定容双层优化模型。外层优化以光伏运维成本最低、配电网有功功率损耗最小、电压偏差最小为目标,结合内层优化所得到的分布式光伏出力值,采用NSGA-II算法求解得到光伏的具体接入位置与接入容量;内层优化以系统综合运行成本最低为目标函数,结合外层光伏规划后的配电网网架结构,采用列和约束生成算法,求解获得该区域达到碳中和所需的光伏出力最小值,为外层分布式光伏规划提供限定条件,最终得到考虑规划区域碳排放的分布式光伏规划方案。最后,基于甘肃省某县级区域开展算例仿真,验证所提模型在降低区域碳排放量、规划区域分布式光伏资源、积极促进区域碳中和方面的可行性,为电网企业制定光伏发电规划提供了科学支撑。     

基于时序特性含储能装置的分布式电源规划

基于风力发电、光伏发电和5类不同负荷的时序特性,以配电网的投资成本、维护成本、购电费用、可靠性成本、环境污染补偿费用之和最小为目标函数,建立分布式电源和储能装置的选址定容规划模型。该模型采用负荷、分布式电源和储能装置协调优化的策略,对钠硫蓄电池储能装置的容量及功率进行优化配置,以在不过多装设储能装置及保证配电网经济性、可靠性的前提下,提高配电网对分布式电源接纳能力。采用粒子群优化算法对典型算例进行求解,结果验证了所提模型和方法的正确性和有效性。     

含高比例分布式光伏的配电网多目标概率规划方法

针对分布式光伏出力不确定性造成的配电网规划成本增加、运行稳定性降低问题,文章提出了一种含高比例分布式光伏的配电网多目标概率规划方法。通过K-means聚类对光伏出力数据进行场景削减,得到典型场景集及其概率模型,基于蒙特卡洛概率潮流生成不确定性场景,模拟分布式光伏实际运行情况。基于所得不确定性场景,建立双层概率规划模型：上层以投资建设成本最小和光伏渗透率最大为目标,对分布式光伏及储能进行选址定容,下层考虑分布式光伏出力的不确定性,以概率潮流下的运维成本、网损成本、购电成本和电压偏差指数最小为目标,对分布式光伏出力以及储能各时段充放电功率进行优化。采用改进的粒子群(particle swarm optimization, PSO)算法对概率规划模型进行求解。采用安徽某地光伏出力作为典型数据,以IEEE 33节点系统为算例开展多场景算例分析,结果表明：与传统规划方法对比,所提方法能够提升光伏渗透率和配电网运行稳定性,并降低综合成本。     

考虑光-荷不确定性和旋转备用约束的主动配电网经济优化调度策略

分布式光伏、储能装置等大量分布式电源接入主动配电网(active distribution networks,ADN)后,光伏出力、负荷和旋转备用容量的多重不确定性对主动配电网经济调度的可靠性提出新的挑战。考虑了光伏出力及负荷不确定性,对旋转备用容量进行概率约束,以调度过程中运行成本最小为目标函数提出了一种主动配电网经济优化调度模型。通过所提出的潮流约束线性化方法和离散步长变换方法,将机会约束规划(chance constrained programming,CCP)模型转化为易于求解的确定性混合整数线性规划(mixed-integer linear programming,MILP)模型,并通过CPLEX求解器进行求解。基于IEEE-33节点配电网系统对所提方法进行验证。算例结果表明,所提策略的系统计算时间显著减少,优化效果更好,且可以通过适当设置旋转备用容量概率约束的置信水平实现主动配电网可靠性与经济性间平衡。