本申请涉及智能软开关规划的技术领域，尤其涉及一种智能储能软开关规划方法、系统、设备及介质。
背景技术：
分布式电源的高渗透率接入能够有效降低配电网运行损耗、提高电能质量、减少污染排放，然而光伏、风机等可再生分布式电源出力情况受环境影响较大，具有明显的随机性和波动性，导致系统运行过程中潮流分布愈发复杂，易引发节点电压越限、支路电流过载等问题，使得配电网的运行效率问题愈加突出。传统配电网中的联络开关只能实现简单的状态切换，不能满足配电网潮流控制、电压调节等需求，有源配电网需要合理规划建设以智能软开关为代表的各类新型配电设备，以实时调配系统资源、迅速实现供需平衡，缓解分布式电源大规模接入为系统运行带来的复杂性。
智能软开关(softopenpoint，sop)是一种取代传统联络开关的新型电力电子设备，具有调节能力强、响应速度快、动作成本低等特点，智能软开关的应用能够大大提升配电系统的运行灵活性和供电可靠性。储能系统(energystoragesystem，ess)能够通过对电能的存储与释放，实现电能在时间上的转移，有效抑制分布式电源出力波动性给配电网带来的冲击。配备储能系统的智能软开关可以从空间和时间两个方面调度系统潮流，从而降低网络损耗、抑制电压越限，进一步提升有源配电网的综合效益。
智能软开关是基于背靠背电压源换流器的电力电子器件，具有ac-dc-ac的结构，可以实现与储能系统的深度耦合。储能系统的电池模块通过dc-dc转换器连接至智能软开关，构成智能储能软开关(sopintegratedwithess，esop)，位于智能软开关两侧的换流器可以实现对储能电池的充放电控制。因此，除智能软开关基本功能外，智能储能软开关还具有储能功能，成为高度集成的能量转换装置。
目前已有的智能软开关规划方法多针对结构较为单一的双端智能软开关，而对于智能储能软开关规划研究尚处于起步阶段。智能储能软开关结构较为复杂，换流器、dc-dc转换器、储能电池等元件的投资成本各有不同。因此，急需一种针对智能储能软开关的规划方法，考虑储能系统与智能软开关的耦合对提升配电网运行经济性的影响，以得到综合成本最低的优化配置方案。
技术实现要素：
本申请提供了一种智能储能软开关规划方法、系统、设备及介质，考虑储能系统与智能软开关的耦合对提升配电网运行经济性的影响，以得到综合成本最低的优化配置方案。
有鉴于此，本申请第一方面提供了一种智能储能软开关规划方法，所述方法包括：
获取有源配电系统的系统参数；
根据所述系统参数建立以提升配电网运行经济性为目标的智能储能软开关规划模型；
针对配电网的典型运行场景，采用二阶锥规划算法求解所述智能储能软开关规划模型，得到包括智能储能软开关以及对应的储能系统规划位置和容量配置方案，所述智能储能软开关以及对应的储能系统的年投资成本、运行维护成本以及配电网年损耗成本。
可选的，所述系统参数包括：
线路参数、负荷水平、网络拓扑连接关系、分布式电源安装位置与容量，系统运行电压水平和支路电流限制，智能储能软开关的待选位置、单位配置容量及投资成本、贴现率、经济使用年限、运行维护系数、损耗系数，年负荷水平变化曲线，年分布式电源出力水平变化曲线，系统基准电压和基准功率初值。
可选的，所述智能储能软开关规划模型的目标函数具体为：
minf1，esop f0，esop fl
式中，智能储能软开关年投资成本f1，esop，智能储能软开关年运行维护成本f0，esop，配电网年损耗成本fl。
可选的，所述目标函数的约束条件包括：网络拓扑约束、系统潮流约束、分布式电源运行约束、系统运行约束、智能储能软开关运行约束、智能储能软开关规划约束。
本申请第二方面提供一种智能储能软开关规划系统，所述系统包括：
参数获取模块，用于获取有源配电系统的系统参数；
模型建立模块，用于根据所述系统参数建立以提升配电网运行经济性为目标的智能储能软开关规划模型；
方案输出模块，用于针对配电网的典型运行场景，采用二阶锥规划算法求解所述智能储能软开关规划模型，得到包括智能储能软开关以及对应的储能系统规划位置和容量配置方案，所述智能储能软开关以及对应的储能系统的年投资成本、运行维护成本以及配电网年损耗成本。
可选的，所述参数获取模块获取的系统参数具体包括：线路参数、负荷水平、网络拓扑连接关系、分布式电源安装位置与容量，系统运行电压水平和支路电流限制，智能储能软开关的待选位置、单位配置容量及投资成本、贴现率、经济使用年限、运行维护系数、损耗系数，年负荷水平变化曲线，年分布式电源出力水平变化曲线，系统基准电压和基准功率初值。
可选的，所述智能储能软开关规划模型的目标函数具体为：
minf1，esop f0，esop fl
式中，智能储能软开关年投资成本f1，esop，智能储能软开关年运行维护成本f0，esop，配电网年损耗成本fl。
可选的，所述目标函数的约束条件包括：网络拓扑约束、系统潮流约束、分布式电源运行约束、系统运行约束、智能储能软开关运行约束、智能储能软开关规划约束。
本申请第三方面提供一种智能储能软开关规划设备，所述设备包括处理器以及存储器：
所述存储器用于存储程序代码，并将所述程序代码传输给所述处理器；
所述处理器用于根据所述程序代码中的指令，执行如上述第一方面所述的智能储能软开关规划方法的步骤。
本申请第四方面提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质用于存储程序代码，所述程序代码用于执行上述第一方面所述的方法。
从以上技术方案可以看出，本申请具有以下优点：
本申请中，提供了一种智能储能软开关规划方法、系统、设备及介质，方法包括：获取有源配电系统的系统参数；根据系统参数建立以提升配电网运行经济性为目标的智能储能软开关规划模型；针对配电网的典型运行场景，采用二阶锥规划算法求解所述智能储能软开关规划模型，得到包括智能储能软开关以及对应的储能系统规划位置和容量配置方案，智能储能软开关以及对应的储能系统的年投资成本、运行维护成本以及配电网年损耗成本。
本申请通过考虑含储能系统的智能软开关提升配电网运行经济性的作用，提出考虑储能系统充放电约束的智能储能软开关规划方法，通过建立以提升配电网运行经济性为目标的智能储能软开关规划模型，得到智能软开关及配套储能系统的最佳规划位置与配置容量，使得得到综合成本最低的智能储能软开关规划方案。
附图说明
图1为本申请一种智能储能软开关规划方法的一个实施例的方法流程图；
图2为本申请一种智能储能软开关规划系统的一个实施例的系统结构示意图；
图3为本申请一种智能储能软开关规划方法的一个实施例中配电网网络拓扑连接示意图；
图4为本申请一种智能储能软开关规划方法的一个实施例中的最佳的智能软开关及配套储能系统规划位置示意图；
图5为本申请一种智能储能软开关规划方法的一个实施例中的年负荷水平变化曲线示意图；
图6为本申请一种智能储能软开关规划方法的一个实施例中的年风机出力水平变化曲线示意图；
图7为本申请一种智能储能软开关规划方法的一个实施例中的典型负荷水平场景示意图；
图8为本申请一种智能储能软开关规划方法的一个实施例中的典型风机出力水平场景示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
请参阅图1，图1为本申请一种智能储能软开关规划方法的方法流程图，如图1所示，图1中包括：
101、获取有源配电系统的系统参数。
需要说明的是，本申请中可以选择有源配电系统作为对象，并在有源配电系统的基础上建立智能软开关规划模型，而建立相应的模型需要获取有源配电网络的系统参数，即知道有源配电网络的网络拓扑结构，各节点上的连接器件等。
具体的，有源配电网络的系统参数包括：
线路参数、负荷水平、网络拓扑连接关系、分布式电源安装位置与容量，系统运行电压水平和支路电流限制，智能储能软开关的待选位置、单位配置容量及投资成本、贴现率、经济使用年限、运行维护系数、损耗系数，年负荷水平变化曲线，年分布式电源出力水平变化曲线，系统基准电压和基准功率初值。
102、根据系统参数建立以提升配电网运行经济性为目标的智能储能软开关规划模型。
需要说明的是，本申请为了有效地降低智能储能软开关规划方案的综合成本，本申请采用以提升配电网运行经济性为目标的智能储能软开关规划模型。
在一种具体的实施方式中，智能储能软开关规划模型的目标函数为：
minf1，esop f0，esop fl
式中，智能储能软开关年投资成本f1，esop，智能储能软开关年运行维护成本f0，esop，配电网年损耗成本fl。
其中，智能储能软开关年投资成本表示为：
式中，ωb为配电系统所有支路的集合；d为贴现率；y为智能软开关的经济使用年限；
智能储能软开关年运行维护成本表示为：
式中，ωb为配电系统所有支路的集合；ηesop为智能储能软开关年运行维护费用系数；
配电网年损耗成本表示为：
式中，ωb为配电系统所有支路的集合；nh为场景个数，nt为单个场景中时间断面数；rij为支路ij上的电阻值，
在一种具体的实施方式中，目标函数还包括相应的约束条件，包括：网络拓扑约束、系统潮流约束、分布式电源运行约束、系统运行约束、智能储能软开关运行约束、智能储能软开关规划约束。
其中，1、网络拓扑约束可表示为：
αh，tij＝βh，t，ij βh，t，ji，ij∈ωb
αh，t，ij∈{0，1}，ij∈ωb
βh，t，ij∈{0，1}，ij∈ωb
式中，ω0为系统中源节点的集合；αh，t，ij为场景h下t时刻支路ij的开关状态，αh，t，ij＝0表示支路ij处于断开状态，αh，t，ij＝1表示支路ij处于闭合状态；βh，t，ij为场景h下t时刻节点i和节点j的关系，βh，t，ij＝1表示节点i是节点j的父节点，βh，t，ij＝0表示节点i不是节点j的父节点。
2、系统潮流约束可表示为：
式中，rij和xij分别为支路ij的电阻和电抗；
3、分布式电源运行约束可表示为：
式中，
4、系统运行约束可表示为：
式中，
5、智能储能软开关运行约束可表示为：
式中，
6、智能储能软开关规划约束可表示为：
式中，
103、针对配电网的典型运行场景，采用二阶锥规划算法求解智能储能软开关规划模型，得到包括智能储能软开关以及对应的储能系统规划位置和容量配置方案，智能储能软开关以及对应的储能系统的年投资成本、运行维护成本以及配电网年损耗成本。
需要说明的是，针对配电网系统中的典型运行场景，例如图7所示的典型负荷水平场景示意图以及图8所示的典型风机出力水平场景示意图。当配电网在以上场景中运行时，可以采用常用的二阶锥规划算法对解智能储能软开关规划模型进行求解，可以得到图3所示的配电网网络拓扑连接示意图对应的最佳的智能软开关及配套储能系统规划位置示意图，具体如图4所示。同时，也可以得到智能储能软开关及配套储能系统安装容量、智能储能软开关以及对应的储能系统的年投资成本、运行维护成本以及配电网年损耗成本。
本申请通过考虑含储能系统的智能软开关提升配电网运行经济性的作用，提出考虑储能系统充放电约束的智能储能软开关规划方法，通过建立以提升配电网运行经济性为目标的智能储能软开关规划模型，得到智能软开关及配套储能系统的最佳规划位置与配置容量，使得得到综合成本最低的智能储能软开关规划方案。
本申请还包括另外一个具体的实施方式，用于对以上实施例的一个具体的说明：
在一种具体的实施方式中，执行优化计算的计算机硬件环境为intel(r)xeon(r)cpue5-2609，主频为2.50ghz，内存为16gb；软件环境为windows10操作系统。
以图3中的配电网网络拓扑连接示意图为例，首先输入ieee33节点算例中线路元件的阻抗值，负荷元件的有功功率、无功功率，网络拓扑连接关系，其中节点7、10、13、17、27和30接入六组风机，容量均为300kva，装配有五条联络开关，详细参数见表1和表2。
表1ieee33节点算例负荷接入位置及功率
表2ieee33节点算例线路参数
设定智能储能软开关待选位置为五条联络开关处，智能储能软开关换流器单位可优化容量为100kva，换流器单位容量投资成本为1000元/kva，智能储能软开关储能系统的dc-dc转换器单位容量投资成本为500元/kva，储能电池单位可优化容量为100kwh，储能电池单位容量投资成本为500元/kwh，贴现率为0.08，经济使用年限为20年，运行维护系数为0.01，损耗系数为0.02；年负荷水平变化曲线详见图5，年风机出力水平变化曲线详见图6；最后设定系统的基准电压为10kv、基准功率为1mva。
对于本实施方式，典型负荷水平场景如图7所示，典型风机出力水平场景如图8所示；表3配电典型运行场景概率；智能软开关及配套储能系统安装容量见表4，配电系统年综合成本计算结果见表5。
表3配电典型运行场景概率
表4智能软开关配置结果
表5配电系统年综合成本
通过以上数据带入到以提升配电网运行经济性为目标的智能储能软开关规划模型；采用二阶锥规划算法求解智能储能软开关规划模型，得到包括智能储能软开关以及对应的储能系统规划位置和容量配置方案，智能储能软开关以及对应的储能系统的年投资成本、运行维护成本以及配电网年损耗成本。
最终选取的最佳的智能软开关及配套储能系统规划位置如图4所示。
最终求得的结果可以看出，ts3与ts4处配置智能储能软开关，ts5处储能系统dc-dc转换器与储能电池规划容量为零，则ts3处配置不合有储能系统的智能软开关，该配置方案下配电网年损耗成本降低了25.93万元(39.90％)，年综合成本减少了9.12万元(14.04％)；配置相同容量的不合储能系统的智能软开关可以使配电网年损耗成本降低21.35万元(32.85％)，年综合成本减少7.91万元(12.17％)。本发明的智能储能软开关规划方法，优化选取智能软开关及其配套的储能系统规划位置与配置容量，降低配电网网络损耗的效果优于不合有储能系统的智能软开关配置方案，能够进一步提升配电网运行经济性。
以上是本申请的一种智能储能软开关规划方法的实施例，本申请还包括一种智能储能软开关规划系统的实施例，如图2所示，包括：
参数获取模块201，用于获取有源配电系统的系统参数。
模型建立模块202，用于根据系统参数建立以提升配电网运行经济性为目标的智能储能软开关规划模型。
方案输出模块203，用于针对配电网的典型运行场景，采用二阶锥规划算法求解智能储能软开关规划模型，得到包括智能储能软开关以及对应的储能系统规划位置和容量配置方案，智能储能软开关以及对应的储能系统的年投资成本、运行维护成本以及配电网年损耗成本。
在一种具体的实施方式中，参数获取模块获取的系统参数具体包括：线路参数、负荷水平、网络拓扑连接关系、分布式电源安装位置与容量，系统运行电压水平和支路电流限制，智能储能软开关的待选位置、单位配置容量及投资成本、贴现率、经济使用年限、运行维护系数、损耗系数，年负荷水平变化曲线，年分布式电源出力水平变化曲线，系统基准电压和基准功率初值。
智能储能软开关规划模型的目标函数具体为：
minf1，esop f0，esop fl
式中，智能储能软开关年投资成本f1，esop，智能储能软开关年运行维护成本f0，esop，配电网年损耗成本fl。
目标函数的约束条件包括：网络拓扑约束、系统潮流约束、分布式电源运行约束、系统运行约束、智能储能软开关运行约束、智能储能软开关规划约束。
本申请还提供了一种智能储能软开关规划设备的实施例，设备包括处理器以及存储器：存储器用于存储程序代码，并将程序代码传输给处理器；处理器用于根据程序代码中的指令执行本申请智能储能软开关规划方法的实施例。
本申请还提供了一种计算机可读存储介质，用于存储程序代码，程序代码用于执行一种智能储能软开关规划方法的实施例。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统，装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
本申请中术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或模块的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或模块，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或模块。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述模块的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个模块或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(英文全称：read-onlymemory，英文缩写：rom)、随机存取存储器(英文全称：randomaccessmemory，英文缩写：ram)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所述，以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围。
1.一种智能储能软开关规划方法，其特征在于，包括：
获取有源配电系统的系统参数；
根据所述系统参数建立以提升配电网运行经济性为目标的智能储能软开关规划模型；
针对配电网的典型运行场景，采用二阶锥规划算法求解所述智能储能软开关规划模型，得到包括智能储能软开关以及对应的储能系统规划位置和容量配置方案，所述智能储能软开关以及对应的储能系统的年投资成本、运行维护成本以及配电网年损耗成本。
2.根据权利要求1所述的智能储能软开关规划方法，其特征在于，所述系统参数包括：
线路参数、负荷水平、网络拓扑连接关系、分布式电源安装位置与容量，系统运行电压水平和支路电流限制，智能储能软开关的待选位置、单位配置容量及投资成本、贴现率、经济使用年限、运行维护系数、损耗系数，年负荷水平变化曲线，年分布式电源出力水平变化曲线，系统基准电压和基准功率初值。
3.根据权利要求1所述的智能储能软开关规划方法，其特征在于，所述智能储能软开关规划模型的目标函数具体为：
minfi，esop fo，esop fl
式中，智能储能软开关年投资成本fi，esop，智能储能软开关年运行维护成本fo，esop，配电网年损耗成本fl。
4.根据权利要求3所述的智能储能软开关规划方法，其特征在于，所述目标函数的约束条件包括：网络拓扑约束、系统潮流约束、分布式电源运行约束、系统运行约束、智能储能软开关运行约束、智能储能软开关规划约束。
5.一种智能储能软开关规划系统，其特征在于，包括：
参数获取模块，用于获取有源配电系统的系统参数；
模型建立模块，用于根据所述系统参数建立以提升配电网运行经济性为目标的智能储能软开关规划模型；
方案输出模块，用于针对配电网的典型运行场景，采用二阶锥规划算法求解所述智能储能软开关规划模型，得到包括智能储能软开关以及对应的储能系统规划位置和容量配置方案，所述智能储能软开关以及对应的储能系统的年投资成本、运行维护成本以及配电网年损耗成本。
6.根据权利要求5所述的智能储能软开关规划系统，其特征在于，所述参数获取模块获取的系统参数具体包括：线路参数、负荷水平、网络拓扑连接关系、分布式电源安装位置与容量，系统运行电压水平和支路电流限制，智能储能软开关的待选位置、单位配置容量及投资成本、贴现率、经济使用年限、运行维护系数、损耗系数，年负荷水平变化曲线，年分布式电源出力水平变化曲线，系统基准电压和基准功率初值。
7.根据权利要求5所述的智能储能软开关规划系统，其特征在于，所述智能储能软开关规划模型的目标函数具体为：
minfi，esop fo，esop fl
式中，智能储能软开关年投资成本fi，esop，智能储能软开关年运行维护成本fo，esop，配电网年损耗成本fl。
8.根据权利要求7所述的智能储能软开关规划系统，其特征在于，所述目标函数的约束条件包括：网络拓扑约束、系统潮流约束、分布式电源运行约束、系统运行约束、智能储能软开关运行约束、智能储能软开关规划约束。
9.一种智能储能软开关规划设备，其特征在于，所述设备包括处理器以及存储器：
所述存储器用于存储程序代码，并将所述程序代码传输给所述处理器；
所述处理器用于根据所述程序代码中的指令执行权利要求1-4任一项所述的智能储能软开关规划方法。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质用于存储程序代码，所述程序代码用于执行权利要求1-4任一项所述的智能储能软开关规划方法。
技术总结