交直流配电网网架优化规划及典型应用场景研究

摘要

为实现直流技术和分布式发电技术在配电网中的综合应用，合理规划设计未来的交直流混合配电网网架结构，本文依托“直流配电网电压等级序列评价方法及其适用场景”项目，围绕包含分布式光伏发电、风电、负荷的交直流配电网建立网架优化规划模型，对交直流配电网网架结构和DG布点规划设计等方面展开研究，主要工作如下:
　　首先，基于对直流配电网电压等级序列分析，选择直流±10kV与交流10kV电压等级匹配。其中运用“几何均值”规律和“舍二求三”原则，从经济性、可靠性、适应性等方面综合评价交直流配电网电压等级序列，选取了具有推荐代表性的直流配电网电压等级，提取设计了直流负载集中区、居民旧城改造、工业园区、集可再生能源区四种典型应用场景下的交直流配电拓扑结构与电气组成，用于交直流辐射型配电网规划模型算例研究。
　　在交直流配电网潮流计算方面，本文考虑了负荷需求波动、风电和光伏发电随机出力，提出了基于前推回代的交直流交替迭代潮流算法。其中在搭建的负荷、风电、光伏概率模型基础上，分析了交直流配电网潮流计算的特点，详细阐述了基于前推回代的交直流交替迭代潮流算法原理和计算流程，在交直流辐射型配电网规划中引入概率潮流的思想，全面指导交直流配电网规划方案。
　　在MATLAB中建立交直流配电网网架优化规划数学模型。首先，在DG容量和位置给定的前提下，以包括线路、换流器、断路器的建设维护费用，及线路和换流器损耗费用的年综合年费用最小为目标，使用遗传-根节点融合混合算法对交直流配电网待选线路、线路交直流类型、总线交直流类型配置组合进行求解。其次，在DG容量和位置未知情况下，以含DG的交直流配电网扩展规划的投资运行总费用最小为目标，结合概率潮流思想与改进遗传-最小生成树优化算法对DG布点和网架扩展进行协同规划。
　　最后，通过改进的10节点交直流配电网算例，制定了由配网升级、增建线路以及在合适的位置装入DG所构成的最优方案。与传统遗传算法、图论中最小生成树算法对比讨论，验证了本文给出算法的有效性。与同一案例研究的交流配电网规划方案比较分析，验证了本文提出模型的经济性。分别以考虑、不考虑负荷需求和DG出力随机性进行规划，并对比规划结果，表明概率潮流在实际规划中的指导作用。

目录

声明

致谢

摘要

1 引言

1．1课题背景及意义

1．1．1未来电网发展与柔性直流技术

1．1．2交直流配电网网架规划研究意义

1．2国内外研究现状

1．2．1 交直流配电网技术发展与工程应用

1．2．2交直流配电网潮流计算研究现状

1．2．3交直流配电网规划研究现状

1．3本文主要研究内容

2 交直流配电网电压等级序列和典型应用场景

2．1 直流配电网电压等级序列研究

2．1．1选取基本原则

2．1．2选择约束条件

2．1．3制定可选方案

2．1．4综合评价指标

2．2典型拓扑结构与应用场景

2．2．1交直流配电网拓扑结构

2．2．2典型应用场景

2．3本章小结

3基于蒙特卡洛模拟的交直流配电网潮流计算

3．1 蒙特卡洛模拟算法

3．2典型负荷需求与分布式电源的概率特性

3．2．1典型负荷需求的概率特性

3．2．2风电系统出力的概率特性

3．2．3光伏系统出力的概率特性

3．3交直流配电网建模与潮流计算

3．3．1稳态模型及控制方式

3．3．2交替迭代潮流求解方法

3．4基于蒙特卡洛模拟的交直流配电网潮流计算

3．5本章小结

4交直流配电网网架优化规划

4．1 交直流配电网网架规划建模

4．1．1优化模型

4．1．2约束条件

4．2．1根节点融合算法流程

4．2．2遗传算法

4．2．3基于遗传-根节点融合算法的交直流配网规划

4．3交直流配电网网架规划算例

4．3．110节点网架优化规划算例

4．3．2优化结果与经济性分析

4．4本章小结

5 交直流配电网网架扩展与DG布点协同规划

5．1 含DG网架扩展规划建模

5．1．1优化模型

5．1．2约束条件

5．2改进遗传-最小生成树混合算法

5．2．1改进最小生成树算法

5．2．2基于改进遗传算法的编码和初始化

5．2．3 基于改进遗传-最小生成树算法的交直流配网网架扩展规划

5．3含DG交直流配电网网架扩展规划算例

5．3．1 DG布点与网架协同规划算例

5．3．2优化结果与经济性分析

5．4本章小结

6结论与展望

6．1 结论

6．2展望

参考文献

附录

作者简历及攻读硕士学位期间取得的研究成果

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