区域配电网应急资源多目标协同配置方法与流程

本发明属于配电网，具体涉及区域配电网应急资源多目标协同配置方法。

背景技术：

1、台风、地震等具备“概率小、破坏大”特点的极端自然灾害对电力系统造成了巨大的冲击和破坏。我国的一些山地、丘陵和偏远农村等配电网结构薄弱的区域，在遭受极端自然灾害时，供电可靠性低，负荷转供能力差，易造成重大经济损失。

2、对极端灾害可能造成的故障采取有效的应对措施并合理配置应急资源以支撑系统，对区域配电网的安全运行十分重要。目前的应对措施主要是通过对线路进行加固、安装自动馈线开关以提升配电网供电可靠性。其中，线路加固能极大地降低线路故障率，从而提升线路的抗荷载能力以应对极端灾害的冲击；自动馈线开关可以提高供电可靠性，缩短配电网故障的停电时间。

3、许多区域配电网拥有丰富的分布式光伏、风电和储能等分布式资源，可在区域配网发生缺供电时，及时填补负荷需求，应急供电潜力巨大。许多区域配电网拥有丰富的分布式光伏、风电和储能等分布式资源，可在区域配网发生缺供电时，及时填补负荷需求，应急供电潜力巨大。

4、对于灾前的资源配置，一般通过应急资源如分布式储能系统(distributedenergy storage system，dess)、分布式风光发电设备进行灾前的布点，在极端灾害发生时支撑区域配电网供电恢复，可以提高区域配电网的供电可靠性，减少用户经济损失。然而，现有研究大多采取单一的规划手段，没有与其他阶段措施进行结合，应急能力以及规划的经济性有待进一步提升。

5、申请公布号为cn 115809836 a的中国发明专利申请公开了一种考虑分布式储能应急供电能力的配电网韧性规划的方法，该方法综合考虑了配电系统中的线路、杆塔，以及风力发电机塔架的故障状态模型，对不同设备的故障率进行细致分析；综合考虑灾后网络拓扑重构和灾后抢修方案，充分考虑了配电网在台风灾害来临的整个过程中的响应情况，选择配置储能作为韧性规划提升方案以及相应的韧性指标；基于网络重构方案和灾后抢修方案综合确定线路加固方案和储能配置方案。

6、前述发明专利申请方案对比不同韧性规划方案，全面分析配电网的供电关系、薄弱环节及补强需求，根据不同区域的地区差异性确定储能配置策略，基于内外双层规划模型得出最优的线路加固方案和储能配置方案，并对提升策略效果进行校核检验，能够有效增加配电网的安全性能和经济效益。但是，其仅考虑dess在故障期间的供电支撑作用，忽略了其在区域配网长期正常运行期间能降低弃光弃风率、以及削峰填谷的能力。

技术实现思路

1、本发明针对现有区域配电网资源配置方法未考虑配电网正常运行分布式能源消纳和故障运行工况负荷损失的不足，提供区域配电网应急资源多目标协同配置方法，综合考虑配电网正常运行和故障运行工况，实现区域配电网在正常工况下促进分布式光伏高效消纳以及在故障工况下的最小负荷损失，对分布式储能进行协调配置，同时，通过采用线路加固，提高配电网高效应急支撑负荷供电恢复的能力。

2、为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：区域配电网应急资源多目标协同配置方法，所述区域配电网应急资源多目标协同配置方法包括：

3、步骤s1、对自然灾害下区域配电网的故障进行建模，确定线路最终状态，预测自然灾害下分布式电源出力和负荷；

4、步骤s2、综合考虑区域配电网正常运行下分布式电源消纳和故障运行工况下最小化负荷损失，以年投资成本、自然灾害下失负荷年损失价值、年正常运行成本三者之和最小为目标建立分布式储能和线路加固协同配置模型，并建立相关约束；

5、步骤s3、求解模型，对分布式储能进行配置，并对相应线路进行加固。

6、步骤s1中，自然灾害下区域配电网的故障建模包括：

7、步骤s11、模拟台风灾害波及配电网各点的风速，表示为：

8、

9、式中，r为区域配电网某线路到台风中心点的距离，v为该线路上的风速；rmax为最大风速半径，为该半径下的风速；ε为形状系数；

10、步骤s12、确定风速后，采用最大风速法来确定线路上杆塔的故障率，得到整条线路的故障率，表示为：

11、

12、式中，vk为杆塔k处的风速，pgt(vk)为配电网杆塔在vk风速下的故障率；ngt为线路ij上的杆塔数量；pij为线路ij的总故障率；和/或，

13、步骤s1中，确定线路最终状态包括：

14、采取阈值法随机得到阈值变量，与线路故障概率进行对比，生成线路最终受损场景，当配电网线路的故障概率超过该线路所能承受的物理阈值时，判定线路断线，否则线路情况为正常；和/或，

15、步骤s1中，通过连续概率分布函数中的正态分布生成分布式电源出力和负荷的波动性场景，预测自然灾害下分布式电源出力和负荷，包括：

16、首先，基于原始负荷数据，进行正态分布，随机生成若干组场景，初始化现有场景的概率；

17、其次，采用基于kantorovich距离后向削减法，淘汰最小概率场景，并判断场景数是否满足要求；

18、最后，得到典型负荷需求和单台分布式电源出力场景。

19、步骤s2中，分布式储能和线路加固协同配置模型的目标函数表示为：

20、min[τfic+λ1fec+λ2fnc]   (3)

21、式中，fic为提升应急恢复供电能力的投资费用；fec为自然灾害下区域配电网负荷年损失价值；fnc为区域配电网正常运行的经济性成本；τ、λ1、λ2为权重因子。

22、步骤s2中，投资费用fic包括线路加固费用和分布式储能年配置费用鉴于线路和分布式储能的使用年限存在区别，将投资费用转化为年成本，相关投资成本的计算公式如下：

23、

24、式中，fic为提升应急恢复供电能力的投资费用；为线路加固费用和为分布式储能年配置费用；α为规划年限折算系数；为二进制决策变量，表示线路ij是否进行加固措施，数值为1代表进行线路的加固，为0则代表不进行线路加固；ch为单位长度的线路加固投资成本；yij为区域配电网线路的实际长度；ce,set和cp,set分别为分布式储能配置的容量成本系数和额定功率成本系数；为配置在j处分布式储能的容量；为配置在j点处分布式储能的额定功率；

25、规划年限折算系数α与时间和贴现率相关，计算公式如下：

26、

27、式中，m为贴现率，n为设备的规划年限；

28、根据故障建模得到的线路故障情况进行线路加固，线路加固模型如下：

29、

30、式中，uij,t为线路ij最终的状态，其值为1时表示线路最终断开，为0时表示线路最终闭合；zij,t为线路受到台风灾害的故障情况，其值为1时表示线路因台风而断线，为0表示不因台风而断线，当线路因台风断线即zij,t为1且线路最终闭合即uij,t为1时，对线路ij进行加固。

31、步骤s2中，分布式储能的配置数量约束如下：

32、

33、式中，为二进制决策变量，表示分布式储能选址，值为1时表示在节点j配置分布式储能，为0则不进行配置；为分布式储能最大配置数量；和为二进制决策变量，通过二者相加不能大于1来约束j点处的分布式储能在t时刻不能同时充放电；

34、分布式储能的容量和功率约束如下：

35、

36、式中，为节点j处分布式储能的配置功率，为t时刻节点j处分布式储能的剩余电量，和分别为可配置的额定功率和容量上限；

37、分布式储能的剩余电量约束如下：

38、

39、式中，为t时刻节点j处分布式储能的剩余电量，为t时刻节点j处分布式储能的剩余电量；ηch为分布式储能的充电效率，ηdis为分布式储能的放电效率；和分别是t时刻j点处的储能充放电功率，其输出受到充放电标识和功率上下限的约束；

40、分布式储能的初始荷电状态及后续荷电状态约束如下：

41、

42、式中，为t0时刻节点j处分布式储能的电量值；为t0时刻节点j处分布式储能的初始荷电状态；socmin和socmax分别为分布式储能荷电状态的上下限。

43、步骤s2中，自然灾害下区域配电网负荷年损失价值fec的目标函数表示为：

44、

45、式中，ne为区域配电网年平均受台风灾害次数；cl为负荷损失价值；ωj为根据负荷重要度确定的重要性权重；ρj,t为节点j处负荷在t时刻的失负荷百分比；为t时刻下节点j处负荷的有功需求；t0为自然灾害开始时刻，te为灾害持续时长；ωn为配电网节点集。

46、步骤s2中，区域配电网节点功率平衡约束表示为：

47、

48、式中，pij,t,和pjk,t分别为线路ij和jk在t时刻传输的线路有功功率，δ(j)表示配电网中以j为首端节点的支路末端节点集合，π(j)表示配电网中以j为末端节点的支路首端节点集合；qij,t和qjk,t分别为线路ij和jk在t时刻传输的线路无功功率；和分别为上级电网经过变压器和配电网之间的交互有功、无功功率；为节点j处t时刻的负荷无功需求；

49、电压松弛约束：

50、

51、式中：vi,t和vj,t分别为t时刻配电网节点i和j处的电压值；rij和xij分别表示线路ij上的电阻和电抗值；m为常数；

52、区域配网在运行期间，通过根节点与上级电网进行功率交互，满足负荷供电需求，交互约束的计算公式如下：

53、

54、式中，和分别为t时刻区域配电网节点j处与上级电网之间的交互功率上下限。

55、故障期间，失负荷率约束如下：

56、

57、上式表示失负荷量不能超过负荷正常情况下需求的最大值；

58、区域配电网线路潮流约束表示为：

59、

60、步骤s3中，区域配电网正常运行的经济性成本fnc的目标函数表示为：

61、

62、式中，fnc为区域配电网正常工作下的总运行费用；cgrid,t为每小时上级电网的交互成本，和closs,t分别为每小时储能运行成本和线路损耗成本；t1为正常运行开始时刻，tn为持续时长。

63、步骤s3中，正常运行下的区域配电网功率平衡约束表示为：

64、

65、式中，和分别为t时刻在区域配电网j节点处接入的分布式能源的有功和无功出力，其中分布式能源包括分布式光伏和/或分布式风机；

66、电压平衡松弛约束表示为：

67、

68、式中，和分别是松弛后电压电流的平方表达形式；

69、支路首端功率相角松弛约束表示为：

70、

71、上式中，对支路首端功率进行了相角松弛约束，但还存在二次项导致模型非凸，需要进一步进行凸松弛，得到支路首端功率凸松弛约束，表示为：

72、

73、上式为旋转二阶锥规划形式，凸松弛后用求解器完成上述模型的求解。

74、本发明的区域配电网应急资源多目标协同配置方法的有益效果是：综合考虑配电网正常运行和故障运行工况，采用线路加固，提高配电网高效应急支撑负荷供电恢复的能力，提高极端灾害下配电网供电可靠性；同时，通过对分布式储能的合理配置，提高非故障期间区域配电网分布式能源的消纳率，实现可靠性与经济性综合提升；实现区域配电网在正常工况下促进分布式能源高效消纳以及在故障工况下的最小负荷损失，有效提升配电网安全性能的同时提高经济效益；为极端灾害下区域配电网的故障恢复运行以及应急资源的经济配置提供一定的规划参考。

技术特征：

1.区域配电网应急资源多目标协同配置方法，其特征在于：所述区域配电网应急资源多目标协同配置方法包括：

2.根据权利要求1所述的区域配电网应急资源多目标协同配置方法，其特征在于：步骤s1中，自然灾害下区域配电网的故障建模包括：

3.根据权利要求1所述的区域配电网应急资源多目标协同配置方法，其特征在于：步骤s2中，分布式储能和线路加固协同配置模型的目标函数表示为：

4.根据权利要求3所述的区域配电网应急资源多目标协同配置方法，其特征在于：步骤s2中，投资费用fic包括线路加固费用和分布式储能年配置费用鉴于线路和分布式储能的使用年限存在区别，将投资费用转化为年成本，相关投资成本的计算公式如下：

5.根据权利要求4所述的区域配电网应急资源多目标协同配置方法，其特征在于：根据故障建模得到的线路故障情况进行线路加固，线路加固模型如下：

6.根据权利要求4所述的区域配电网应急资源多目标协同配置方法，其特征在于：步骤s2中，分布式储能的配置数量约束如下：

7.根据权利要求3所述的区域配电网应急资源多目标协同配置方法，其特征在于：步骤s2中，自然灾害下区域配电网负荷年损失价值fec的目标函数表示为：

8.根据权利要求7所述的区域配电网应急资源多目标协同配置方法，其特征在于：步骤s2中，区域配电网节点功率平衡约束表示为：

9.根据权利要求3所述的区域配电网应急资源多目标协同配置方法，其特征在于：步骤s3中，区域配电网正常运行的经济性成本fnc的目标函数表示为：

10.根据权利要求9所述的区域配电网应急资源多目标协同配置方法，其特征在于：步骤s3中，正常运行下的区域配电网功率平衡约束表示为：

技术总结
本发明属于配电网技术领域，具体涉及区域配电网应急资源多目标协同配置方法。针对现有区域配电网资源配置方法未考虑配电网正常运行分布式能源消纳和故障运行工况负荷损失的不足，本发明采用如下技术方案：区域配电网应急资源多目标协同配置方法，对自然灾害下区域配电网的故障进行建模，确定线路最终状态，预测自然灾害下分布式电源出力和负荷；以年投资成本、自然灾害下失负荷年损失价值、年正常运行成本三者之和最小为目标建立分布式储能和线路加固协同配置模型，并建立相关约束；求解模型，对分布式储能进行配置，并对相应线路进行加固。本发明的有益效果是：综合考虑正常工况下电源高效消纳和故障运行工况下最小化负荷损失，实现多目标。

技术研发人员：赵波,张雪松,林达,刘敏,葛晓慧,李志浩,陈凌宇,陈乐祺,唐雅洁
受保护的技术使用者：国网浙江省电力有限公司电力科学研究院
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23