本發明屬于配電網規劃，具體涉及一種考慮可靠性提升的低壓臺區柔性互聯裝置規劃方法。

背景技術：

1、配電網作為電力系統的重要組成部分，直接面向終端用戶，其運行狀態直接影響用戶的用電體驗。近年來，分布式發電（如太陽能、風能等）的快速發展為配電網帶來了新的機遇與挑戰。分布式電源的接入雖然能夠提高能源利用效率、減少碳排放，但也給配電網的電壓控制、潮流分布和供電可靠性帶來了復雜的影響。此外，隨著電動汽車、儲能設備等新型負荷的大量接入，配電網的負荷特性和運行狀態變得更加復雜多變。然而，傳統配電網存在一些固有缺陷，如網絡結構相對固定、供電可靠性較低、分布式電源接入能力有限等，難以滿足現代電力系統對高可靠性的需求。低壓柔性互聯裝置的安裝數量和安裝位置較為靈活，其調節作用與所連臺區的位置及負載特征有密切關系，因此，合理規劃低壓柔性互聯裝置的接入方案對提升配電網供電可靠性具有重要意義。

2、目前，配電網可靠性評估的主要方法分為解析法和模擬法兩類。解析法主要根據已有的線路可靠性數據，如故障率等，通過計算顯式表達式的方式得到可靠性指標。解析法的求解精度高，但已有的可靠性解析計算方法并未涉及柔性互聯裝置接入情況。模擬法主要通過隨機模擬的方式，進行大量重復試驗，近似得到配電網的各項可靠性指標，例如蒙特卡洛模擬法、貝葉斯網絡時序模擬法等。模擬法的評估速度較快，但求解結果的準確性依賴收斂精度，特別對于配電網中存在需要考慮的局部因素，例如低壓臺區柔性互聯裝置時，模擬法求解的結果隨機性較大，無法穩定反映部分臺區的可靠性指標。

技術實現思路

1、本發明解決的問題針對已有可靠性評估方法的不足，提出了一種考慮可靠性提升的低壓臺區柔性互聯裝置規劃方法，用以解決當前難以準確評估低壓柔性互聯裝置對配電網可靠性提升作用的問題，能夠更合理地在安裝低壓臺區柔性互聯裝置的情況下評估系統可靠性，并為低壓臺區柔性互聯裝置的規劃和建設提供參考。

2、本發明的目的是通過以下技術方案來實現的：一種考慮可靠性提升的低壓臺區柔性互聯裝置規劃方法，包括：

3、生成表示柔性互聯裝置安裝位置和端口容量的變量矩陣及柔性互聯裝置規劃的約束條件，獲取柔性互聯裝置的規劃方案集合；其中，柔性互聯裝置規劃的約束條件包括安裝數量約束，安裝容量約束和轉供功率約束；

4、求解配電網虛擬潮流模型，得到配電網中各條線路對于低壓臺區節點的虛擬潮流，計算低壓臺區在未接入柔性互聯裝置情況下的失電指標；

5、對每個柔性互聯裝置的規劃方案，按臺區用戶失電類型將配電網線路n-1故障集劃分成修復失電故障集、切換失電故障集和無縫故障集；

6、對每個柔性互聯裝置的規劃方案，計算兩端臺區的失電指標修正值和轉供后的失電指標；

7、對每個柔性互聯裝置的規劃方案，計算轉供后各失電種類對應的用戶數；

8、對每個柔性互聯裝置的規劃方案，在以用戶為最小單位進行故障負荷轉供的情況下，計算整個配電網的可靠性指標；

9、以失電損失成本最小為目標函數，求解低壓臺區柔性互聯裝置的安裝位置和容量，完成考慮可靠性提升的低壓臺區柔性互聯裝置規劃方法。

10、進一步地，故障集的劃分依據具體為：

11、當配電網中單一線路發生n-1故障時，由于配電網拓撲和開關位置影響，不同臺區會承受不同種類的失電；其中，修復失電指臺區在故障修復完成后恢復供電，切換失電指臺區在隔離開關完成切換后恢復供電，無縫指臺區不受故障影響；

12、修復失電故障集為：

13、

14、式中，代表使節點s承受修復失電的線路集合，為線路ij對于節點s的虛擬潮流變量；

15、切換失電故障集為：

16、<mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>ψ</mi></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><munderover><mi /><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>s</mi></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>s</mi></mstyle></munderover></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>=</mi></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mo>{</mo><mrow><mi>(</mi><mi>i</mi><mi>,</mi><mi>j</mi><mi>)</mi><mi>|</mi><mrow><mo>[</mo><mrow><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>1</mi></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>?</mi></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>(</mi></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>f</mi></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><msub><mrow /><mrow><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>i</mi></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>j</mi></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>,</mi></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>s</mi></mstyle></mrow></msub></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>+</mi></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>f</mi></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><msub><mrow /><mrow><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>j</mi></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>i</mi></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>,</mi></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>s</mi></mstyle></mrow></msub></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>)</mi></mstyle></mrow><mo>]</mo></mrow><mstyle displaystyle="true"><munder><mo>∑</mo><mrow><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>i</mi></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>'</mi></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>∈</mi></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>ψ</mi></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><msup><mrow /><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>s</mi></mstyle></msup></mstyle></mrow></munder><mstyle displaystyle="true"><munder><mo>∑</mo><mrow><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>j</mi></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>'</mi></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>∈</mi></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>ψ</mi></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><msub><mrow /><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><msup><mi>i</mi><mo>′</mo></msup></mstyle></msub></mstyle></mrow></munder><mrow><mi>f</mi><msub><mrow /><mrow><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><msup><mi>i</mi><mo>′</mo></msup></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><msup><mi>j</mi><mo>′</mo></msup></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>,</mi></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>s</mi></mstyle></mrow></msub><mi>f</mi><msub><mrow /><mrow><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><msup><mi>i</mi><mo>′</mo></msup></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><msup><mi>j</mi><mo>′</mo></msup></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>,</mi></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>i</mi></mstyle></mrow></msub></mrow></mstyle></mstyle><mi>=</mi><mi>1</mi></mrow><mo>}</mo></mstyle></mstyle>

17、式中，代表使節點s承受切換失電的線路集合，代表與饋線上游變電站直接相連的節點集合，代表與節點i'直接相連的節點集合；

18、無縫故障集為：

19、

20、式中，代表故障時不影響節點s的線路集合。

21、進一步地，計算低壓柔性互聯裝置兩端的臺區失電指標修正值，包括：

22、對于互聯臺區一端修復失電，一端切換失電的情況，修復失電臺區的失電時間減少，不改變失電次數失電時間的修正值為：

23、.

24、式中，為線路ij的故障率，和分別代表線路ij發生故障需要的平均修復時間和切換時間，代表柔性互聯的臺區集合；

25、對于互聯臺區一端修復失電，一端無縫的情況，修復失電臺區的失電時間和次數均減少失電時間和次數的修正值分別為：

26、

27、

28、對于互聯臺區一端切換失電，一端無縫的情況，切換失電臺區的失電時間和次數均減少失電時間和次數的修正值分別為：

29、

30、

31、計算轉供后的失電指標，包括：

32、

33、式中，、、和分別代表臺區p在接入柔性互聯裝置后的年平均修復失電次數、修復失電時間、切換失電次數和切換失電時間，、、和分別代表臺區p在未接入柔性互聯裝置時的年平均修復失電次數、修復失電時間、切換失電次數和切換失電時間。

34、進一步地，計算轉供后各失電種類對應的用戶數，包括：

35、兩端臺區失電種類為修復-切換時：

36、

37、式中，和分別代表臺區p在線路ij故障情況下，承受修復失電和切換失電的用戶數，代表臺區p的總用戶數，代表臺區p受臺區p和q間互聯的fid轉供作用而發生失電類型轉變的用戶數；

38、兩端臺區失電種類為修復-無縫時：

39、

40、式中，代表臺區p在線路ij故障情況下，不受失電影響的用戶數；

41、兩端臺區失電種類為切換-無縫時：

42、。

43、進一步地，計算配電網可靠性指標，包括：

44、

45、

46、

47、

48、式中：、、和分別代表系統平均停電頻率，系統平均停電持續時間，平均供電可用率和缺供電量期望值代表臺區s的總用戶數，和分別代表臺區p在線路ij故障情況下，承受修復失電和切換失電的用戶數，代表節點s對應臺區內的總負荷量。

49、進一步地，所述安裝數量約束表示如下：

50、

51、式中：代表節點i和j對應臺區的低壓柔性互聯聯絡變量，有互聯裝置為1，反之為0代表最大安裝數量；

52、所述安裝容量約束表示如下：

53、

54、式中：代表臺區p和q間互聯的柔性互聯裝置端口容量，代表最大端口容量；

55、所述轉供功率約束表示如下：

56、

57、

58、式中：代表臺區p中被轉供至臺區q的負荷功率，代表臺區q在故障情況下的配變容量。

59、進一步地，以失電損失成本最小為目標函數，求解低壓臺區柔性互聯裝置的安裝位置和容量，包括：

60、目標函數為?：

61、

62、式中：代表目標函數，和分別代表年均失電量損失成本和年均失電次數損失成本；

63、其中：

64、

65、

66、式中：代表單位失電量的平均損失系數，代表單位失電次數的平均損失系數。

67、進一步地，還包括：

68、以柔性互聯裝置安裝成本為目標函數，對得到的結果進行二次優化，求解得到最終的柔性互聯裝置最優安裝位置和容量，包括：

69、

70、式中，代表第二次優化的目標函數，和分別代表柔性互聯裝置投資成本年均折算值和柔性互聯裝置年運維成本；

71、其中：

72、

73、

74、式中：代表單位容量柔性互聯裝置的建設成本，d代表貼現率，y代表柔性互聯裝置的使用年限，代表單位容量柔性互聯裝置的年運維成本。

75、本發明還提供了一種電子設備，包括存儲器、處理器及存儲在存儲器上并可在處理器上運行的計算機程序，所述處理器執行所述計算機程序時實現上述的一種考慮可靠性提升的低壓臺區柔性互聯裝置規劃方法。

76、本發明還提供了一種包含計算機可執行指令的存儲介質，所述計算機可執行指令在由計算機處理器執行時實現上述的一種考慮可靠性提升的低壓臺區柔性互聯裝置規劃方法。

77、與現有技術相比，本發明至少具有以下有益效果：

78、首先，提出了基于虛擬潮流的低壓柔性互聯臺區的失電種類劃分方法，彌補了低壓柔性互聯裝置接入情況下配電網n-1故障分析方法的空缺；其次，以用戶為最小轉供單位，首次提出了低壓柔性互聯接入情況下的配電網可靠性指標及其顯式計算方法，彌補了傳統蒙特卡洛模擬法依賴收斂精度，無法具體分析臺區轉供過程的不足；最后，以可靠性成本和柔性互聯裝置成本為目標函數建立了低壓柔性互聯裝置接入方案的規劃模型，有效彌補現有低壓柔性互聯裝置規劃指標不足，規劃方法有限的問題。該方法能更全面地評估低壓柔性互聯裝置對配電網可靠性提升的影響，對于配電網柔性互聯改造建設具有重要實際意義。

79、進一步的，根據虛擬潮流計算結果給出針對臺區的n-1故障集劃分方法，將線路對臺區的故障影響劃分為修復失電、切換失電和無縫三類，便于準確計算配電網臺區在特定線路n-1故障情況下的失電指標。

80、進一步的，基于劃分后的n-1故障集，計算柔性互聯裝置接入情況下各臺區用戶的失電指標，便于評估特定故障下柔性互聯裝置對負荷的轉供能力。

81、進一步的，基于可靠性成本和柔性互聯裝置安裝成本，對低壓臺區柔性互聯裝置的安裝位置和容量進行規劃，可以在配電網可靠性最優的前提下，得到經濟性最優的安裝位置和容量，幫助技術人員形成合理的柔性互聯裝置安裝方案。

82、綜上所述，本發明考慮了故障下不同失電類型臺區之間用戶級的負荷轉供，能夠精確衡量低壓柔性互聯裝置的故障轉供作用，同時提出的低壓臺區柔性互聯裝置選址定容規劃方法有效提升了低壓臺區柔性互聯規劃的準確性，具有良好應用前景。