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        交直流混合配電網優化規劃技術

        文章出處:責任編輯:人氣:-發表時間:2016-10-06 13:12【

        供配電設計專家認為交直流混合配電網的優化規劃問題是配電網結構設計階段需要解決的核心問題,對交直流混合配電網的安全、可靠、經濟運行具有重要意義。


        目前與交直流混合配電網優化規劃相關的研究,主要是基于傳統交流配電網規劃方法的成果,在直流配電網或直流微電網的一些特殊應用場合的規劃問題中進行應用。例如,針對海上風電接入配電網已有相關研究;此外,有學者對孤島直流微電網運行控制進行了相關研究,文獻[36~37]提出孤島直流微電網的運行方式及控制策略;文獻[38]針對直流微電網提出基于本地電壓分段控制策略的穩定性控制方法;文獻[39]研究了直流微電網的能量協調控制問題。而針對交直流混合配電網的規劃問題,著力解決在城市現有交流配電網中擴建直流子系統(包含柔性直流互聯裝置以及直流線路)的規劃方法,并沒有特別研究其關鍵技術及可行的規劃方法。


        基于優化問題所需要涉及考慮的優化變量、優化目標和約束條件3方面內容,交直流混合配電網的規劃模型具有其自身的特征。


        模型的優化變量需要擴展考慮直流源、荷以及柔性直流裝置的位置和容量;此外,也可結合交直流混合配電網調度運行方式增加相應的優化變量。


        交直流混合配電網的優化目標依然從經濟性最優、可靠性最優2方面進行評估。經濟性評估主要從全壽命周期內投資成本、運行成本和經濟性評價指標(凈現值、投資回收期等)3方面進行評估。含有柔性直流互聯裝置的交直流混合配電網由于裝置成本占比較大,需要深入討論成本不確定性對經濟性結論的影響,從而調整優化規劃目標;含有直流線路的交直流混合配電網由于其基于已有交流配電網進行擴展規劃,通常建設時間較長,且根據直流子系統成熟度的遞增,一般可分為多個建設階段去考慮其經濟性優化的規劃目標。交直流混合配電網的可靠性評估需要反映柔性直流設備和網絡運行的綜合可靠性,并在直流子系統所能提供的緊急功率支撐條件下討論其對網絡可靠性的提升。


        現階段大量的研究主要集中在經濟性單目標優化方面:文獻[41]考慮經濟性,以網損最小為目標函數,建立了配電網重構二階錐規劃模型;文獻[42]以最小規劃年綜合費用最小為目標函數,包括線路投資費用、折舊費用和運行中年電能損耗費用,建立基于協同遺傳算法的配電網規劃模型。由于經濟性單目標優化包含的信息十分有限,多目標優化已經成為配電網規劃的研究方向:文獻[43]采用多目標規劃方法,引入電能質量目標函數,以規劃電網線路總長度最短和風電場公共接入點PCC處閃變值最小為目標函數,建立基于改進NSGA2算法的規劃模型;文獻[44]建立以最小化配電網投資、最小化網絡損耗為目標函數的多目標規劃模型。


        考慮交直流混合配電網的優化模型,優化規劃問題的求解可基于以下幾類算法進行嘗試:第一類是解析算法,包括線性規劃、非線性規劃和混合整數規劃等;第二類是智能算法,包括遺傳算法、禁忌搜索算法和蟻群算法等;另外,還有基于圖論的最小生成樹等方法。


        在相關的優化規劃算法嘗試方面,文獻[45]提出了基于地理信息系統和遺傳算法的配電網優化規劃方法,綜合考慮投資、維護和運行費用,包括用戶停電損失,考慮了配電網的可靠性價值;文獻[46]提出了基于蟻群算法的配電網網架優化規劃方法,將蟻群算法應用于配電網網架優化規劃問題的研究,建立了網架規劃的數學模型;文獻[47]提出了一種基于改進最小生成樹算法的配電網網架優化規劃方案,將配電網的電源點和負荷點當作頂點,將各個頂點間可能架設線路的走廊當作邊,將線路的建設費用和運行費用(主要為線損)之和作為各條邊的權,在采用基本最小生成樹算法獲得初步規劃方案的基礎上,采取動態調整各條邊的權值并反復迭代的方法,獲得總費用最小的優化規劃結果;文獻[48]將多粒子群協同優化算法應用于配電網網架結構研究;文獻[49]利用混合整數線性規劃方法解決大型風電場并網規劃問題。


        交直流混合配電網規劃問題屬于大規模組合規劃問題,對于實際大系統,第一類解析算法計算時間通常較長,容易造成“維數災”問題,一般適用于小系統。如果需要采用解析算法(智能算法無法處理或陷入局部最優解),需要對交直流混合配電網先進行分區,再對每個子區域進行規劃求解。第二類智能算法對數據的要求較低且可同時考慮多個目標函數和約束條件,適用于交直流混合配電網規劃問題。另外,大部分智能算法均可實現并行計算,可在交直流混合配電網分區的基礎上,利用智能算法的并行特性提高求解速度,且能做到在各個配電網分區間的信息交互,實現交直流混合配電網各個子分區間的聯合規劃。


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