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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。
3 交直流混合配电网调度与控制技术
智能电网的发展趋势,对配电网的可控性提出了更高的要求。传统交流配电网的可控性较差,而在交直流混合配电网中,柔性直流换流器可以灵活地调节有功功率和无功功率,大大提升了电网的控制能力,与此同时,也对配电网的调度与控制提出了更高的要求。
3.1 交直流混合配电网的调度方案
交直流混合配电网的调度方案应当结合分布式电源、储能设备以及实际的负荷特性进行制定。由于交直流混合配电网相对传统配电网具有不同的拓扑结构以及运行方式,因此两者的调度方式也有所不同,交直流混合配电网中可借助柔性互联装置,实现多区域间潮流的广域调度。
目前针对交直流混合配电网优化调度的研究相对较少,研究成果也相对集中在柔性交直流混合电网的最优潮流(optimal power flow,OPF)方面。文献[52~54]分别利用遗传算法、牛顿法以及二阶锥规划的相关技术对交直流混合电网OPF问题进行了建模和求解。在电力系统中,内点法是一种常用的优化算法,文献[55]建立了交直流混合电网内点法OPF模型。在此基础上,学者们进一步研究了考虑暂态稳定的交直流混合电网OPF等问题,推进了相关方法的实用化进程。在OPF研究的基础上,已有部分研究人员对考虑多时段的交直流混合电网调度问题进行了研究,采用的方法包括通过简化模型降低问题的求解难度,或者通过优化分解算法,将较复杂的交直流混合电网调度问题分解为若干子问题,分别进行求解等。
在上述问题中,通过优化分解算法,采用分布式的思想构建交直流混合配电网的优化调度方案,是一个较有前景的研究方向。首先,交直流混合配电网分区清晰,易于划分各个优化主体,并且利用柔性直流换流站的功率控制能力,也可降低各子优化问题的建模和求解难度;其次,各个交流配电网区域原本就独立运行,极大地便利了分布式优化控制系统的部署,利用分布式优化也可以充分利用各个区域的自主运行能力,进行并行计算;最后,通过分布式优化,可以避免配电网内大量信息的远距离报送,减小了通信的需求,也保护了内部运行信息的安全。
本文研究了交直流混合配电网的多源协同分层分布式优化调度方案,其结构见图3。
图3 交直流混合配电网的分层分布式优化调度策略
该策略利用分层调度和分布式优化理论和方法,对含有多类型分布式发电的交直流混合主动配电网进行优化调度,以实现电能的高效生产和使用。在局部调度层,对可再生分布式能源发电结合储能装置进行联合出力优化;在区域调度层,根据局部调度层的优化结果对配电网区域内的可控分布式发电以及区域间的交换功率进行调度,优化配电网的供电方式。通过仿真研究,可以证明该分层分布式优化调度策略的可行性和有效性,在局部调度层可以充分利用可再生能源,并有效利用储能平抑波动;在区域调度层,通过分布式优化调度,可以得到整体交直流混合配电网的最优供电方案,且验证了通过构建交直流混合配电网,可以更好地利用各个交流配电网区域不同的负荷特性,实现能量的广域调度。
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