本發(fā)明屬于配電網(wǎng)規(guī)劃配置及運(yùn)行，尤其是一種臺區(qū)柔性互聯(lián)兩階段魯棒規(guī)劃運(yùn)行方法。

背景技術(shù)：

1、隨著全球能源轉(zhuǎn)型的加速推進(jìn)和升級，以分布式風(fēng)電、光伏、儲能以及充電樁等為代表的交直流源荷接入低壓配電網(wǎng)的比例逐漸升高。源側(cè)出力的波動性和間歇性以及荷側(cè)需求的復(fù)雜性和多變性為配電臺區(qū)的電力供需平衡和調(diào)度運(yùn)行帶來嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。

2、傳統(tǒng)臺區(qū)運(yùn)行大多采用單線路供電，各臺區(qū)間相互獨(dú)立，難以滿足目前日益增長的供需平衡和高可靠性要求。同時(shí)，各臺區(qū)的源荷運(yùn)行特性在時(shí)間和空間分布上存在較大差異。一方面，工、商、居民等不同類型負(fù)荷存在日負(fù)荷特性互補(bǔ)的特征，例如工商業(yè)負(fù)荷的高峰時(shí)段對應(yīng)居民負(fù)荷的低谷時(shí)段，造成部分臺區(qū)間在用電高峰期過載；另一方面，部分臺區(qū)接入分布式風(fēng)光等新能源后，在滿足負(fù)荷需求的同時(shí)存在剩余容量，而其他沒有接入新能源的臺區(qū)因無法分享到這些剩余容量，導(dǎo)致不同臺區(qū)間負(fù)載不均衡。

3、針對上述問題，以電壓源換流器(voltage?source?converter，vsc)為基礎(chǔ)的低壓臺區(qū)柔性互聯(lián)裝置(fid)具備雙向功率流動和潮流精確控制的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)成本低廉，能夠?qū)崿F(xiàn)臺區(qū)間的互聯(lián)互供，從而增強(qiáng)臺區(qū)供電能力，提升配變負(fù)載均衡率和新能源消納水平。

4、目前針對源側(cè)出力和荷側(cè)需求不確定性的柔性互聯(lián)優(yōu)化配置和運(yùn)行調(diào)度問題已有相關(guān)研究，其較多集中于魯棒優(yōu)化，而對于源荷波動不確定性的合理建模是這類魯棒優(yōu)化問題的關(guān)鍵。部分文獻(xiàn)使用單區(qū)間盒式不確定集來表征光伏、負(fù)荷功率的不確定性，由于只考慮了單區(qū)間波動，不確定變量只能取到邊界值，存在較大局限性；部分文獻(xiàn)通過概率分布和wasserstein球構(gòu)造風(fēng)、光、負(fù)荷預(yù)測誤差的概率集合，wasserstein球半徑的靈活可調(diào)能夠讓fid的優(yōu)化方案在經(jīng)濟(jì)性和魯棒性之間取得平衡。但由于引入機(jī)會約束和概率分布，建模難度較大，求解時(shí)間較長。

5、此外，在臺區(qū)柔性互聯(lián)規(guī)劃問題中，源荷數(shù)據(jù)典型日的選取是規(guī)劃設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)工作。源荷場景的復(fù)雜多變使得遍歷每一個(gè)運(yùn)行場景異常困難，多數(shù)文獻(xiàn)采用k-means聚類方法對原始源荷數(shù)據(jù)進(jìn)行劃分，得到分布式電源出力和負(fù)荷的典型日。但傳統(tǒng)的k-means算法原理簡單，存在聚類數(shù)目m值難以提前確定、初始聚類中心需隨機(jī)選取等問題，因此需要采用更好的算法提升數(shù)據(jù)聚類效果，獲得更精確合理的典型日集合。

6、針對上述問題，本文首先基于改進(jìn)isodata聚類算法實(shí)現(xiàn)源荷數(shù)據(jù)典型日劃分，這種方法無須提前確定聚類數(shù)目m值，并能夠?qū)W習(xí)源荷時(shí)序數(shù)據(jù)的高維特征，從而提升聚類效果；其次利用多區(qū)間盒式集合刻畫光伏、負(fù)荷的不確定波動，避免單區(qū)間不確定集保守性較強(qiáng)的問題，從而更精確地描述源荷波動場景，貼合源荷波動實(shí)際，同時(shí)相比于機(jī)會約束和概率分布等有著更快的求解速度；然后建立低壓臺區(qū)柔性互聯(lián)兩階段魯棒規(guī)劃運(yùn)行模型，其為min-max-min框架。其中，第一階段以fid規(guī)劃投資成本最低為目標(biāo)，求解fid柔性互聯(lián)方案及vsc配置容量；第二階段求解最惡劣源荷場景下包括購電成本和網(wǎng)損等在內(nèi)的最低年運(yùn)行成本，優(yōu)化vsc傳輸功率和配變負(fù)載率。在迭代求解過程中考慮臺區(qū)可聯(lián)集合的動態(tài)更新，用于修正柔性互聯(lián)規(guī)劃方案的選取。最后利用40臺區(qū)配網(wǎng)設(shè)計(jì)算例和對比實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證本文所提方法能夠充分貼合源荷波動的實(shí)際情況、準(zhǔn)確描述源荷波動的運(yùn)行場景，增強(qiáng)柔性互聯(lián)規(guī)劃和運(yùn)行的合理性和魯棒性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種臺區(qū)柔性互聯(lián)兩階段魯棒規(guī)劃運(yùn)行方法，能夠更精準(zhǔn)描述一年內(nèi)的源荷出力運(yùn)行場景并細(xì)致刻畫源荷波動的不確定性，使源荷波動場景更貼合實(shí)際，從而給出更經(jīng)濟(jì)合理的fid規(guī)劃和配置方案，提升系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)效益。

2、本發(fā)明解決其現(xiàn)實(shí)問題所采取的技術(shù)方案包括以下步驟：

3、一種臺區(qū)柔性互聯(lián)兩階段魯棒規(guī)劃運(yùn)行方法，包括：

4、獲取柔性互聯(lián)裝置及臺區(qū)相關(guān)數(shù)據(jù)；

5、構(gòu)建臺區(qū)柔性互聯(lián)規(guī)劃運(yùn)行模型，所述臺區(qū)柔性互聯(lián)規(guī)劃運(yùn)行模型包括目標(biāo)函數(shù)和約束條件，其中目標(biāo)函數(shù)考慮兩階段規(guī)劃運(yùn)行，其中第一階段以優(yōu)化柔性互聯(lián)裝置投資建設(shè)成本為目標(biāo)函數(shù)，第二階段以考慮光伏出力和交流負(fù)荷不確定波動下的系統(tǒng)年運(yùn)行成本優(yōu)化為目標(biāo)函數(shù)；所述約束條件包括柔性互聯(lián)裝置運(yùn)行約束、臺區(qū)配變運(yùn)行約束、中壓饋線潮流平衡約束、臺區(qū)接入的除源荷外各類設(shè)備的運(yùn)行約束、源荷不確定波動約束及安全性約束；

6、基于獲取的柔性互聯(lián)裝置及臺區(qū)相關(guān)數(shù)據(jù)求解所述臺區(qū)柔性互聯(lián)規(guī)劃運(yùn)行模型，獲得柔性互聯(lián)裝置的規(guī)劃配置和調(diào)度運(yùn)行方案。

7、進(jìn)一步地，所述目標(biāo)函數(shù)包括：

8、第一階段的目標(biāo)函數(shù)c1如下：

9、；

10、式中：為柔性互聯(lián)裝置的投資費(fèi)用；

11、第二階段的目標(biāo)函數(shù)c2如下：

12、；

13、；

14、式中：為配網(wǎng)向主網(wǎng)購電成本；為網(wǎng)損成本，包括中壓線路損耗、vsc運(yùn)行損耗和配變有功損耗；為臺區(qū)接入的設(shè)備及元件的運(yùn)行成本，包括光伏pv、vsc、儲能ess和離散電容器cb的運(yùn)行成本；為權(quán)重罰函數(shù)，、，和分別表示光伏、負(fù)荷在運(yùn)行場景k中臺區(qū)i處t時(shí)刻的波動參數(shù)，和分別表示光伏、負(fù)荷在運(yùn)行場景k中臺區(qū)i處t時(shí)刻小區(qū)間q對應(yīng)的權(quán)重。

15、進(jìn)一步地，所述柔性互聯(lián)裝置包含多個(gè)vsc，假設(shè)vsc功率流出母線為正方向，則柔性互聯(lián)裝置運(yùn)行約束包括：

16、；

17、；

18、；

19、；

20、式中，表示第g個(gè)柔性互聯(lián)裝置關(guān)聯(lián)的vsc集合；和分別為臺區(qū)i側(cè)vsc在運(yùn)行場景k中t時(shí)刻的有功功率和無功功率，為臺區(qū)i側(cè)vsc在運(yùn)行場景k中t時(shí)刻的有功損耗；為vsc損耗系數(shù)；為臺區(qū)i側(cè)vsc的容量；為vsc功率因數(shù)角正弦值的絕對值。

21、進(jìn)一步地，所述臺區(qū)配變運(yùn)行約束包括：

22、；

23、式中：、分別為臺區(qū)i側(cè)配變在運(yùn)行場景k中t時(shí)刻的低壓側(cè)和高壓側(cè)有功功率；、分別為臺區(qū)i側(cè)配變在運(yùn)行場景k中t時(shí)刻的低壓側(cè)和高壓側(cè)無功功率；、、和分別為臺區(qū)i側(cè)在運(yùn)行場景k中t時(shí)刻的光伏運(yùn)行功率、儲能充電功率、儲能放電功率和離散電容器補(bǔ)償功率；、分別為臺區(qū)i側(cè)在運(yùn)行場景k中t時(shí)刻的負(fù)荷有功功率和無功功率；和分別為臺區(qū)i側(cè)vsc在運(yùn)行場景k中t時(shí)刻的有功功率和無功功率；、、和為分別為臺區(qū)i側(cè)配變的空載損耗、額定負(fù)載損耗、空載電流百分比和短路電壓百分比；為臺區(qū)i側(cè)配變在運(yùn)行場景k中t時(shí)刻的負(fù)載率；為臺區(qū)i側(cè)配變的容量。

24、進(jìn)一步地，所述中壓饋線潮流平衡約束包括：

25、；

26、式中：表示與臺區(qū)i連接的下游支路集合，表示與臺區(qū)i連接的上游支路集合；mi表示由臺區(qū)m流向臺區(qū)i構(gòu)成的線路，in表示由臺區(qū)i流向臺區(qū)n構(gòu)成的線路，ij表示由臺區(qū)i流向臺區(qū)j構(gòu)成的線路，為臺區(qū)i側(cè)配變在運(yùn)行場景k中t時(shí)刻的高壓側(cè)有功功率；為臺區(qū)i側(cè)配變在運(yùn)行場景k中t時(shí)刻的高壓側(cè)無功功率；和分別為運(yùn)行場景k中t時(shí)刻中壓配網(wǎng)向臺區(qū)i處配變注入的有功功率和無功功率；、和，line=[mi,?in,?ij]分別為對應(yīng)線路上在運(yùn)行場景k中t時(shí)刻的有功功率、無功功率和電流；和，line=[mi,?ij]分別為對應(yīng)線路的電阻和電抗；為臺區(qū)i/臺區(qū)j在運(yùn)行場景k中t時(shí)刻的電壓幅值；(i,j)表示支路ij；為所有中壓線路構(gòu)成的支路集合，表示臺區(qū)總數(shù)。

27、進(jìn)一步地，所述臺區(qū)接入的除源荷外各類設(shè)備為儲能設(shè)備、離散電容器中的一種或多種。

28、進(jìn)一步地，所述源荷不確定波動約束包括：

29、；

30、式中，分別為臺區(qū)i處源、荷在運(yùn)行場景k中t時(shí)刻的功率基準(zhǔn)預(yù)測值，分別為臺區(qū)i處源、荷在運(yùn)行場景k中t時(shí)刻單個(gè)小區(qū)間的波動偏差值，分別為臺區(qū)i處源、荷在運(yùn)行場景k中t時(shí)刻的波動參數(shù)，p表示劃分的小區(qū)間數(shù)目的一半，其為正整數(shù)變量；分別為臺區(qū)i處源、荷在運(yùn)行場景k中t時(shí)刻經(jīng)過波動后的功率實(shí)際值，經(jīng)過波動后的功率實(shí)際值根據(jù)波動參數(shù)范圍從小到大依次作為端點(diǎn)與0構(gòu)成小區(qū)間，q表示按照經(jīng)過波動后的功率實(shí)際值從左到右依次構(gòu)成的小區(qū)間的索引序號，表示相關(guān)性參數(shù)，包括源相關(guān)性參數(shù)和荷相關(guān)性參數(shù)，分別表示光伏出力和負(fù)荷在小區(qū)間q的權(quán)重；和分別為光伏出力在小區(qū)間q中的下限和上限；f(r)表示光伏出力概率密度函數(shù)；表示負(fù)荷歷史數(shù)據(jù)中落于小區(qū)間q的樣本數(shù)，n表示樣本總數(shù)；表示由波動參數(shù)和區(qū)間權(quán)重構(gòu)成的罰函數(shù)，包括和，波動參數(shù)取到的區(qū)間權(quán)重越大，則罰函數(shù)的值越小。

31、進(jìn)一步地，所述運(yùn)行場景總數(shù)通過如下方式聚類獲得：

32、（1）在獲取的全部臺區(qū)的光伏出力和負(fù)荷數(shù)據(jù)集中隨機(jī)選取1個(gè)樣本作為第1個(gè)初始聚類中心，然后計(jì)算剩余所有樣本到當(dāng)前已有聚類中心的歐式距離，依次選擇距離最遠(yuǎn)的樣本作為下一個(gè)聚類中心，直到確定m0個(gè)初始聚類中心；

33、（2）計(jì)算高維空間下原始數(shù)據(jù)集中所有樣本分別到m0個(gè)聚類中心的距離，并將各個(gè)樣本歸屬到距離自己最近的聚類中心對應(yīng)的簇中；

34、（3）給定參數(shù)αn，如果某個(gè)簇的樣本數(shù)小于αn，則舍棄該簇；判斷完全部簇后令當(dāng)前簇的數(shù)目為m并重新計(jì)算高維空間下原始數(shù)據(jù)集中所有樣本分別到這m個(gè)聚類中心的距離，并將各個(gè)樣本歸屬到距離自己最近的聚類中心對應(yīng)的簇中；

35、（4）判斷當(dāng)前簇的數(shù)目，如果當(dāng)前簇的數(shù)目，則聚類數(shù)目過少，進(jìn)入分裂操作；如果當(dāng)前簇的數(shù)目，則聚類數(shù)目過多，進(jìn)入合并操作；其中分裂操作是依據(jù)對應(yīng)簇的樣本的標(biāo)準(zhǔn)差向量的最大分量設(shè)定分裂距離，再將對應(yīng)簇原始聚類中心分別減去和加上分裂距離獲得兩個(gè)新的聚類中心；合并操作是將所有聚類中心中，兩兩聚類中心距離小于閾值的進(jìn)行合并，合并的新的聚類中心為對應(yīng)兩個(gè)簇原始聚類中心與簇內(nèi)樣本數(shù)之積求和后的均值；

36、（5）當(dāng)聚類結(jié)果不再變化或達(dá)到最大迭代次數(shù)，聚類結(jié)束，每個(gè)簇對應(yīng)一個(gè)運(yùn)行場景；否則返回步驟（2）繼續(xù)迭代。

37、一種電子設(shè)備，包括存儲器、處理器及存儲在存儲器上并可在處理器上運(yùn)行的計(jì)算機(jī)程序，所述處理器執(zhí)行所述計(jì)算機(jī)程序時(shí)實(shí)現(xiàn)所述的一種臺區(qū)柔性互聯(lián)兩階段魯棒規(guī)劃運(yùn)行方法。

38、一種包含計(jì)算機(jī)可執(zhí)行指令的存儲介質(zhì)，所述計(jì)算機(jī)可執(zhí)行指令在由計(jì)算機(jī)處理器執(zhí)行時(shí)實(shí)現(xiàn)所述的一種臺區(qū)柔性互聯(lián)兩階段魯棒規(guī)劃運(yùn)行方法。

39、本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和有益效果：

40、本發(fā)明針對臺區(qū)柔性互聯(lián)規(guī)劃問題中存在的源荷不確定性，提出一種光伏出力-負(fù)荷波動多區(qū)間不確定集的柔性互聯(lián)兩階段魯棒規(guī)劃運(yùn)行模型。首先，利用多區(qū)間波動不確定集來刻畫光伏出力和負(fù)荷的波動；然后，構(gòu)建基于fid的兩階段魯棒規(guī)劃運(yùn)行模型，其中第一階段以fid投資成本為優(yōu)化目標(biāo)，以決策fid規(guī)劃方案和配置容量，第二階段給出最惡劣的源荷運(yùn)行場景，并優(yōu)化年運(yùn)行成本；并利用列與約束生成算法(c&cg)和強(qiáng)對偶理論求解兩階段魯棒模型。此外，本發(fā)明還考慮源荷典型日改進(jìn)聚類，采用改進(jìn)isodata算法實(shí)現(xiàn)源荷典型日的劃分，以進(jìn)一步提高模型的準(zhǔn)確性。最后，通過40臺區(qū)算例驗(yàn)證了所提方法能夠精準(zhǔn)概括一年內(nèi)的源荷出力運(yùn)行場景，對源荷波動的描述更貼合實(shí)際，從而利于兩階段魯棒模型給出更高效經(jīng)濟(jì)的fid規(guī)劃配置方案和調(diào)度運(yùn)行方案，提升系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)效益。源荷波動不確定模型中相關(guān)性參數(shù)的引入能夠讓規(guī)劃運(yùn)行求的解結(jié)果兼顧經(jīng)濟(jì)性和魯棒性。