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交直流混合配电网优化规划技术

文章出处:责任编辑:人气:-发表时间:2016-10-06 13:12【

供配电设计专家认为交直流混合配电网的优化规划问题是配电网结构设计阶段需要解决的核心问题,对交直流混合配电网的安全、可靠、经济运行具有重要意义。


目前与交直流混合配电网优化规划相关的研究,主要是基于传统交流配电网规划方法的成果,在直流配电网或直流微电网的一些特殊应用场合的规划问题中进行应用。例如,针对海上风电接入配电网已有相关研究;此外,有学者对孤岛直流微电网运行控制进行了相关研究,文献[36~37]提出孤岛直流微电网的运行方式及控制策略;文献[38]针对直流微电网提出基于本地电压分段控制策略的稳定性控制方法;文献[39]研究了直流微电网的能量协调控制问题。而针对交直流混合配电网的规划问题,着力解决在城市现有交流配电网中扩建直流子系统(包含柔性直流互联装置以及直流线路)的规划方法,并没有特别研究其关键技术及可行的规划方法。


基于优化问题所需要涉及考虑的优化变量、优化目标和约束条件3方面内容,交直流混合配电网的规划模型具有其自身的特征。


模型的优化变量需要扩展考虑直流源、荷以及柔性直流装置的位置和容量;此外,也可结合交直流混合配电网调度运行方式增加相应的优化变量。


交直流混合配电网的优化目标依然从经济性最优、可靠性最优2方面进行评估。经济性评估主要从全寿命周期内投资成本、运行成本和经济性评价指标(净现值、投资回收期等)3方面进行评估。含有柔性直流互联装置的交直流混合配电网由于装置成本占比较大,需要深入讨论成本不确定性对经济性结论的影响,从而调整优化规划目标;含有直流线路的交直流混合配电网由于其基于已有交流配电网进行扩展规划,通常建设时间较长,且根据直流子系统成熟度的递增,一般可分为多个建设阶段去考虑其经济性优化的规划目标。交直流混合配电网的可靠性评估需要反映柔性直流设备和网络运行的综合可靠性,并在直流子系统所能提供的紧急功率支撑条件下讨论其对网络可靠性的提升。


现阶段大量的研究主要集中在经济性单目标优化方面:文献[41]考虑经济性,以网损最小为目标函数,建立了配电网重构二阶锥规划模型;文献[42]以最小规划年综合费用最小为目标函数,包括线路投资费用、折旧费用和运行中年电能损耗费用,建立基于协同遗传算法的配电网规划模型。由于经济性单目标优化包含的信息十分有限,多目标优化已经成为配电网规划的研究方向:文献[43]采用多目标规划方法,引入电能质量目标函数,以规划电网线路总长度最短和风电场公共接入点PCC处闪变值最小为目标函数,建立基于改进NSGA2算法的规划模型;文献[44]建立以最小化配电网投资、最小化网络损耗为目标函数的多目标规划模型。


考虑交直流混合配电网的优化模型,优化规划问题的求解可基于以下几类算法进行尝试:第一类是解析算法,包括线性规划、非线性规划和混合整数规划等;第二类是智能算法,包括遗传算法、禁忌搜索算法和蚁群算法等;另外,还有基于图论的最小生成树等方法。


在相关的优化规划算法尝试方面,文献[45]提出了基于地理信息系统和遗传算法的配电网优化规划方法,综合考虑投资、维护和运行费用,包括用户停电损失,考虑了配电网的可靠性价值;文献[46]提出了基于蚁群算法的配电网网架优化规划方法,将蚁群算法应用于配电网网架优化规划问题的研究,建立了网架规划的数学模型;文献[47]提出了一种基于改进最小生成树算法的配电网网架优化规划方案,将配电网的电源点和负荷点当作顶点,将各个顶点间可能架设线路的走廊当作边,将线路的建设费用和运行费用(主要为线损)之和作为各条边的权,在采用基本最小生成树算法获得初步规划方案的基础上,采取动态调整各条边的权值并反复迭代的方法,获得总费用最小的优化规划结果;文献[48]将多粒子群协同优化算法应用于配电网网架结构研究;文献[49]利用混合整数线性规划方法解决大型风电场并网规划问题。


交直流混合配电网规划问题属于大规模组合规划问题,对于实际大系统,第一类解析算法计算时间通常较长,容易造成“维数灾”问题,一般适用于小系统。如果需要采用解析算法(智能算法无法处理或陷入局部最优解),需要对交直流混合配电网先进行分区,再对每个子区域进行规划求解。第二类智能算法对数据的要求较低且可同时考虑多个目标函数和约束条件,适用于交直流混合配电网规划问题。另外,大部分智能算法均可实现并行计算,可在交直流混合配电网分区的基础上,利用智能算法的并行特性提高求解速度,且能做到在各个配电网分区间的信息交互,实现交直流混合配电网各个子分区间的联合规划。


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