一种考虑配电网经济性最优的低压交直流配电网关键设备容量配置方法与流程

技术特征：
1.一种考虑配电网经济性最优的低压交直流配电网关键设备容量配置方法，其特征在于，所述方法包括：步骤1：在满足配电网的安全约束下，以经济性最优为目标，提出柔性互联装置和储能设备的容量配置的双层优化配置模型；步骤2：考虑储能运行对寿命的影响，基于雨流计数法建立储能设备的寿命损耗模型；步骤3：采用遗传算法对双层优化配置模型进行优化求解，从而得到柔性互联装置和储能设备的容量配置方法。2.根据权利要求1所述的一种考虑配电网经济性最优的低压交直流配电网关键设备容量配置方法，其特征在于，步骤1以配电网经济性为目标建立了柔性互联装置和储能设备的容量配置的双层优化配置模型，具体包括：1)建立双层优化配置模型中规划层的目标函数及约束条件，具体为：(1)目标函数规划层用于确定购买柔性互联装置的容量、储能设备的容量以及储能设备最大功率，目标为年度规划成本最小化，年度规划成本考虑了柔性互联装置的年投资费用、储能的年投资费用和每年向上级电网购售电的年费用，目标函数如式(1)所示：minf＝f
vsc
f
ess
f
buy
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)式中：f
vsc
为柔性互联装置投资、运维和报废费用的等年值费用，f
ess
为储能投资、运维和报废费用的等年值费用，f
buy
为每年向上级电网购售电的年费用，即直流配电网向交流电网购电的成本与售电的效益的差值，柔性互联装置的投资、运维和报废费用的等年值费用的表达式如公式(2)到(4)所示：性互联装置的投资、运维和报废费用的等年值费用的表达式如公式(2)到(4)所示：性互联装置的投资、运维和报废费用的等年值费用的表达式如公式(2)到(4)所示：式中：α
vsc
为所安装柔性互联装置的资本回收系数，它可以将投资的现值转化为年值，由于储能设备和的寿命周期不一样，需将其转化为相同的规划周期，通过乘以资本回收系数，将设备的投资成本转化为各年度的等年值成本，β
vsc
为终值转化为年值系数，将设备的报废成本转化为各年度的等年值成本，r为年利率，n为柔性互联装置运行的年限，c1为柔性互联装置的单位功率投资费用，s
vsc.max
为柔性互联装置的最大传输功率,γ
vsc
为柔性互联装置年运行维护费用系数，k
vsc
为柔性互联装置报废后处理成本系数，d
vsc
为柔性互联装置年均折旧系数，储能设备的投资、运维和报废费用的等年值费用的表达式如公式(5)到(8)所示：m
ess
＝c2p
ess.max
c3c
ess.max
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(6)
式中：m
ess
为所装储能设备的一次性投资成本，α
ess
为所安装储能设备的资本回收系数，β
ess
为所装储能设备的终值转年值系数，r为年利率，t为储能设备运行的年限，c2为储能设备的单位功率投资费用，p
ess.max
为储能充放电可达到的最大功率，c3为储能设备的单位容量投资费用，c
ess.max
为储能配置的容量，k
ess
为储能设备报废后处理成本系数，d
ess
为储能设备年均折旧系数，(2)约束条件柔性互联装置的最大功率限制认为储能设备不工作，直流负荷或者分布式电源的功率全部由柔性互联装置实现转换，储能设备的最大充放电功率认为柔性互联装置不工作，直流负荷或者分布式电源的功率全部由储能设备实现转换，p
vsc.max
≤max{p
dg.max
,p
l.max
}
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(9)p
ess.max
≤max{p
dg.max
,p
l.max
}
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(10)式中：p
vsc.max
、p
ess.max
分别为购入的柔性互联装置的最大有功功率功率转换、储能的最大充放电功率，p
l.max
为直流负荷峰值，p
dg.max
为分布式电源最大出力，为vsc的功率因数角，角，角，式中：s
vsc
表示柔性互联装置最小单位传输功率，c
ess
表示储能设备最小单位安装容量，p
ess
表示储能设备最小单位充放电功率，n

表示正整数，为了使结果更接近现实情况，考虑储能设备和变流设备实际制造工艺中增减容量存在最小步长，2)建立双层优化配置模型中运行层的目标函数及约束条件，具体为：(1)目标函数运行层是在柔性互联装置容量、储能的最大功率和容量已经确定的基础上，通过优化各个时刻储能的充放电功率，以满足负荷在不同时刻的需求，运行的目标为在考虑储能寿命折损的情况下，使得购电费用和寿命损耗成本最小，即：式中：为第i个典型日的购售电成本，为第i个典型日的寿命损耗成本，对典型日向上级电网购售电的费用，即直流配电网向交流电网购电的成本与售电的效益的差值的分析如下：假设每天t
0-t1时为谷时，t
1-t2时为平时，t
2-t3时为峰时，t
0-t3涵盖了一天24小时。则第i个典型日向上级电网购售电费用可表示为：
式中：为第i个典型日t时刻的功率，c4为谷时电价，c5为平时电价，c6为峰时电价。t
0-(t0 1)时的功率取这里的δt取1小时，(2)约束条件(2)约束条件(2)约束条件(2)约束条件(2)约束条件(2)约束条件(2)约束条件(2)约束条件式中：i＝1-18,代表18个典型日，t＝0，1，2
…
23，代表24个小时，为第i个典型日t时刻通过换流器传输到直流配电网的有功功率，为第i个典型日t时刻储能的放电功率，为第i个典型日t时刻分布式电源发出的功率，为第i个典型日直流负荷需要的功率，为第i个典型日t时刻储能设备的电量，η
ch
为储能的充电效率，η
dis
为储能的放电效率，p
vsc.max
为柔性互联装置可传输的最大有功功率，为提高储能的使用寿命，储能一般不满充满放，电量在满电量的0.1-0.9之间。3.根据权利要求1所述的一种考虑配电网经济性最优的低压交直流配电网关键设备容量配置方法，其特征在于，步骤2在柔性互联装置和储能设备的容量配置问题中考虑了储能设备运行造成的储能设备损耗成本，建立了储能设备寿命损耗模型，具体如下：首先储能在工作的过程中，每次充放电深度不同，因此每次充放电对储能的寿命损耗不同，采用雨流计数法统计每次充放电的深度，对储能寿命进行评估，用额定充放电深度下总吞吐量表征储能寿命，当充放电的吞吐量达到该值视为寿命耗尽，因此将储能设备实际吞吐量转化为额定充放电深度下的等效吞吐量来计算储能设备的寿命损耗，考虑充放电的次数与充放电的深度两个因素对储能寿命的影响，找出储能设备循环寿命(k)和放电深度(d
od
)的函数关系，储能设备在任何放电深度的情况下循环次数，进而可以得到总的吞吐量，因此用公式(25)计算在额定充放电的深度下，储能设备寿命周期总的吞吐量，公式(25)如下：c
n
＝k
n
d
odn
c
ess.max
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(25)式中：c
n
为在额定充放电深度下，储能系统寿命周期内总吞吐电量；k
n
为额定放电深度下的循环次数；d
odn
为额定放电深度(通常为100％)；c
ess.max
为储能设备额定容量，
在充放电深度为d
oda
的情况下，折算系数λ
doda
为:根据雨流计数法统计出一天中充放电的多次循环，计算每次循环的吞吐电量，然后将其累加，即为典型日的寿命损耗，乘以典型日的天数，记为每年的寿命损耗，定义储能设备充放电的深度为d
oda
时，充放电1次折算到额定放电深度下的等效吞吐电量为：c
a
＝λ
doda
d
oda
c
ess.max
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(27)式中：c
a
为储能系统荷电状态值变化d
oda
时等效额定充放电状态下的吞吐电量，式中：n
i
为根据雨流计数法统计出的每个典型日的储能的充放电循环次数，c
a.m.i
为第i个典型日m次充放电循环的等效吞吐量。c
i
为第i个典型日的储能设备等效吞吐量，式中：d
i
为每个典型日的天数，c
year
为一年中储能的等效吞吐电量，式中：t为储能的寿命，c
n
为蓄电池在额定状态下全充全放的总吞吐量，由此，可计算出储能的寿命，并且运行时会消耗储能的寿命，储能设备的日寿命折损成本可用下式表示：式中：m
ess
为储能设备的一次性投资成本。4.根据权利要求1所述的一种考虑配电网经济性最优的低压交直流配电网关键设备容量配置方法，其特征在于，步骤3采用遗传算法分别对规划层和运行层进行求解，得到柔性互联装置和储能设备的容量配置方案，具体如下：1)规划层的遗传算法求解
①
随机生成初始种群，根据最小步长约束随机生成初始种群，
②
校验是否满足约束条件，对初始种群和新生成的子辈种群进行筛选，淘汰不满足约束的个体，
③
进行适应度求解，对满足步骤
②
的个体进行适应度的求解运算，若求解过程出现无解的情况，淘汰该个体；若有解，保留该个体，并保留该个体的适应度，
④
适应度是否收敛，判断最大适应度是否在几代遗传后仍然不变，并且个体的适应度逐渐向最大适应度靠近，若最大适应度收敛，则输出该最大适应度及相应个体，如若不收敛，继续步骤
⑤
，
⑤
父辈个体选择，通过采用轮盘赌的方法选择个体参与下一代的遗传，
⑥
交叉变异生成子个体，个体进行交叉与变异运算，生成新的子辈个体，返回步骤
②
，
2)运行层的遗传算法求解运行层的优化对象为典型日24小时的储能设备充放电功率，因此运行层的个体有24个基因组成，与规划层相比，规划层的优化变量为离散变量，而运行层的24小时储能设备充电功率为连续变量，可以用k位二进制编码表示一个基因，如公式(41)所示，所以用24个k位二进制码表示一个个体，此时，第一位二进制编码表示功率的正负，后面的k-1位二进制编码表示功率的大小，运行层的储能设备充放电功率范围约束如公式(21)至(23)所示，用编码111
···
111表示最大放电功率，100
···
000表示充放电功率为0，011
···
111表示最大充电功率，解码公式为：适应度采用公式(15)的目标函数最为评估的标准，选择运算同样采用轮盘赌，交叉运算采用单点交叉且概率为0.8，变异运算采用单点变异且概率为0.05，求解流程同上，但约束条件的检验过程中不会出现淘汰个体的现象。

技术总结
本发明公开了一种考虑配电网经济性最优的低压交直流配电网关键设备容量配置方法，该方法包括考虑在满足配电网的安全约束下，以经济性最优为目标，提出柔性互联装置和储能设备的容量配置的双层优化配置模型；考虑储能运行对寿命的影响，基于雨流计数法建立储能设备的寿命损耗模型；采用遗传算法对双层优化配置模型进行优化求解，从而得到柔性互联装置和储能设备的容量配置方案。设备的容量配置方案。设备的容量配置方案。


技术研发人员：刘洪 孟昊龙 杨赫 贾利虎 李海龙 薛健 兰春虎 柯贤杨
受保护的技术使用者：国网天津市电力公司 国家电网有限公司
技术研发日：2022.01.17
技术公布日：2022/6/4