[发明专利]基于聚类网架拓扑和可靠性估算关联模型的配电网规划方法

说明书

本发明公开了一种基于聚类网架拓扑和可靠性估算关联模型的配电网规划方法，利用基于树编辑距离TED的分层聚类算法获得需规划区域内多样化网架下的几个典型网架拓扑，对获得的每一个网架拓扑，将网架优化变量与可靠性指标相关联，将其表述为显式公式；且通过BP神经网络算法建立可靠性指标与DG选址定容之间的关联模型，并构建DG、网架优化变量融合下的可靠性模型，将每个基准参考网架下的可靠性关联模型重新聚合，从而分别建立整个区域系统下以投资费用最少和可靠性性能提升最大的关联模型驱动的配电网投资决策模型。该方法可以有效地评价复杂和大规模配电网的投资性能。

技术领域

本发明涉及配电网规划领域，具体地讲，是涉及一种基于聚类网架拓扑和可靠性估算关联模型的配电网规划方法。

背景技术

在电力需求快速增长和化石能源短缺的背景下，分布式电源(DistributedGeneration,DG)在配电网中的渗透率由于其灵活的运行策略、环境友好性等而不断增加。然而，DG的接入给配电网增加了新的电源，使网络拓扑结构发生了变化，极大地影响了配电网的可靠性和安全性。随着配电网的规模日渐庞大、拓扑结构愈加复杂，在保证配电网经济性和可靠性的前提下，如何得到更有利于DG接入的配电网规划方案成为配电网规划迫切需要解决的主要问题。

随着DG渗透率的增加，需要结合网络优化考虑DG的位置和大小，以充分保证系统的可靠性、经济性、灵活性和安全性。此外，通过DG和网络的协调规划，可以降低系统的可靠性成本，使投资效益最大化。然而，考虑系统运行特性下潮流变化的大规模动态组合优化问题，DG运行和网络重建的不确定性时，分析模型中的交流约束最优潮流问题将变得极其复杂。因此，可以通过建立决策变量与配电网可靠性的相关规则，以取代规划模型中潮流和网络安全的非线性和无凸约束，从而实现投资路径的快速优化。然而，当网络优化中的0-1变量作为相关模型的输入项时，相关模型的精度将会降低。

配电网规划主要关注系统的可靠性。目前，分析方法和仿真方法是可靠性评估的主要算法。仿真方法利用蒙特卡诺采样对系统运行状态进行仿真，得到统计可靠性指标。解析法则是具体分析各次停电影响范围，准确计算可靠性指标。然而，上述两种算法都涉及到网络拓扑的分析和搜索，但网架拓扑属于要优化的变量，在规划模型中是未知的。因此，分析方法和仿真方法增加了配电网规划的复杂性和非线性。在文献“G.Munoz-Delgado,J.Contreras,J.M.Arroy,“Distribution Network Expansion Planning with anExplicit Formulation for Reliability Assessment,”IEEE Transactions on PowerSystems,vol.22,pp.2583–2596,2017.”中，根据具体配电网的实际结构特点，推导出大型配电网可靠性指标评价的显式公式，避免了故障后的详细分析。然而，由于判断语句的存在，它并不是严格连续可微的，并且由于馈线上的假设太多，该算法具有相对较大的误差。在文献“Y.Su,J.Liu,Y.Liu,Y.Xiang.“Improved Explicit Analytical EvaluationAlgorithm of Reliability Indices for Distribution Network Planning,”Automation of Electric Power Systems,vol.41,no.1,pp.79-87,Jul.2017.”中，提出了一种改进的具有典型网络模板的可靠性指标显式估计算法，延续了估计算法显式表达的计算思想。同时，将可靠性纳入DG与网络的协同规划模型，但该模型仅适用于简单径向拓扑网络。面对大规模、复杂的配电网时，其潮流计算比较困难。

上述研究表明，DG与配电网的联合扩容规划，不能综合考虑DG与配电网的耦合效应，即协同规划模型带来的效益评价。此外，现有的可靠性评估方法受网络拓扑结构的影响很大。网络拓扑本身作为模型优化的结果，增加了配电网规划的复杂性和非线性。同时，在可靠性相关的配电网规划中，主要研究了简单的径向拓扑结构；对于规模大、结构复杂的配电网，上述研究提出的求解策略无法得到有效验证和实施。