本發明涉及微電網優化規劃技術領域，特別涉及一種中壓獨立微電網系統的分布式電源位置和容量的規劃方法。

背景技術：

隨著微電網研究的深入，微電網對于延緩或減免配電網投資具有日漸突出的意義。微電網通常指包含分布式電源和儲能單元的電壓分布式發電系統。然而，隨著微電網建設規模和容量的不斷增大，微電網電壓等級得以提高，中壓微電網受到更多關注。而隨著微電網規模的增大，其規劃將變得越來越復雜，尤其是獨立微電網系統。獨立微電網的前期規劃是微電網建設的必要條件，同時是獨立微電網系統研究的核心問題之一。

中壓獨立微電網系統的規劃和運行與分布式電源的位置和容量息息相關。分布式電源合理的安裝位置及容量可有效地改善系統的電壓質量、減小有功損耗、提高系統負荷率，反之配置不合理將嚴重影響系統的安全穩定運行。中壓獨立微電網系統內選取何種分布式電源的組合方案和控制策略，取決于當地的可再生能源資源、負荷情況，以及系統內的設備和燃料費用情況等，而選擇合理的設備組合方案和運行控制策略則可以有效降低系統的投資和運行成本。

目前，大量分布式電源的并網運行使得配電網由無源網絡變成有源網絡，改變了系統的潮流分布。在優化規劃設計上，傳統的優化規劃方法不考慮獨立微電網系統的網架結構，不能對獨立微電網系統中分布式電源和儲能單元位置進行規劃；規劃過程中，僅考慮系統中有功功率平衡，忽略了無功功率平衡和因無功功率不足引起的電壓越限的情況；當系統中部分發電機組故障或變壓器故障導致部分發電機組退出運行時，可能出現系統發電容量高于有功負荷，但無功功率需求無法滿足的場景，因此，傳統的對分布式電源的位置和容量的優化規劃方法中，存在不考慮無功功率平衡和電壓越限的情況，導致微電網系統供電不穩定。

技術實現要素：

本發明的發明目的在于提供一種中壓獨立微電網系統的分布式電源位置和容量的規劃方法，以解決傳統的對分布式電源的位置和容量的優化規劃方法中，存在不考慮無功功率平衡和電壓越限的情況，導致微電網系統供電不穩定的問題。

根據本發明的實施例，提供了一種中壓獨立微電網系統的分布式電源位置和容量的規劃方法，包括以下步驟：

S1、建立微電網系統的改進協調控制策略，所述策略包括：

S11、調用硬充電運行策略，根據所述硬充電運行策略對所述系統的發電機組的出力和儲能單元的出力進行計算，得到所述發電機組發出的有功功率和無功功率、所述儲能單元發出的有功功率和無功功率、系統功率缺額值和系統缺電情況，并調整所述發電機組的開啟臺數；

S12、根據所述發電機組發出的有功功率和無功功率、所述儲能單元發出的有功功率和無功功率、所述系統功率缺額值和所述系統缺電情況，利用潮流程序，判斷所述系統中是否出現潮流越限和電壓越限；

S13、若所述系統中出現潮流越限，則根據潮流越限判斷標準進行潮流越限修正，使得所述系統的潮流恢復；

S14、若所述系統中出現電壓越限，則根據電壓越限判斷標準進行電壓越限修正，使得所述系統的電壓恢復；

S15、登記所述發電機組的出力情況、所述儲能單元的出力情況、所述潮流越限的情況和所述電壓越限的情況；

S2、根據所述策略，建立新的綜合考慮經濟性、環保性和可靠性的優化規劃模型；

S3、獲取所述系統的發電機組的位置、發電機組的臺數、儲能單元的容量、儲能用雙向變流器的容量，作為所述優化規劃模型的優化變量；

S4、根據所述優化變量，利用所述系統的優化條件進行優化處理，得到所述系統的優化結果；其中，所述優化條件包括：系統運行約束、設備運行約束和可再生能源利用率約束；

S5、根據所述系統的優化結果，采用遺傳算法，得到所述系統中分布式電源的最優位置和最優容量。

優選地，所述步驟S1中的S11包括以下步驟：

S111、計算所述發電機組的開啟臺數：若運行的所述發電機組的最大出力大于所述系統的備用容量的凈負荷與所述儲能單元的最大功率的和，則減少所述發電機組的開啟臺數；若運行的所述發電機組的最大出力小于所述系統的備用容量的凈負荷，且所述系統中的所有發電機組的最大出力大于所述備用容量的凈負荷，則增加所述發電機組的開啟臺數；若所述系統中的所有發電機組的最大出力與所述儲能單元的最大功率的和小于所述備用容量的凈負荷，則開啟所有的所述發電機組，并計算所述系統的系統功率缺額；

S112、計算所述系統中各設備的出力：當所述發電機組的最小允許出力滿足所述凈負荷時，則所述發電機組按最小功率發電；當所述發電機組的最小允許出力與所述儲能單元的功率的和滿足所述凈負荷時，所述發電機組按最小功率發電，所述系統的儲能放電；當所述發電機組的最大允許出力與所述儲能單元的功率的和滿足所述凈負荷時，根據負荷需求確定所述發電機組的發電方式；當所述發電機組的最大允許出力與所述儲能單元的功率的和不滿足所述凈負荷，則所述發電機組按最大功率發電，所述系統的儲能放電，并計算所述系統的系統缺電情況。

優選地，所述步驟S1中的S12包括以下步驟：

S121、根據所述發電機組發出的有功功率和無功功率，利用所述潮流程序的潮流越限判斷標準，當所述發電機組發出的有功功率和無功功率的和大于或等于所述系統的實際容量時，則出現潮流越限；

或，S121、根據所述儲能單元發出的有功功率和無功功率，利用所述潮流程序的潮流越限判斷標準，當所述儲能單元發出的有功功率和無功功率的和大于或等于所述系統的實際容量時，則出現潮流越限；

S122、根據所述系統的一個節點的電壓，利用所述潮流程序的電壓越限判斷標準，當所述一個節點的電壓大于或等于所述系統的節點電壓的最大值，或，所述一個節點的電壓小于或等于所述系統的節點電壓的最小值，則出現電壓越限。

優選地，所述步驟S1中的S13包括以下步驟：

S131、當所述發電機組作為主控電源時，根據所述系統中的儲能單元的充放電修正方程，調整所述系統中儲能單元的有功出力；

S132、若調整后，所述系統內仍有無功功率缺額，則根據所述無功功率的修正方程，調整所述系統的儲能功率，根據所述儲能功率控制所述系統的無功出力；

S133、若所述無功功率仍小于所述無功功率缺額，則增加所述發電機組的開啟臺數，并執行步驟S11和步驟S12的步驟；

S134、當所述儲能單元作為主控電源時，若所述儲能單元能夠滿足所述系統的無功功率需求，則執行步驟S14，判斷電壓約束是否滿足；

S135、若所述儲能單元無法滿足所述系統的無功功率需求，則直接增加所述發電機組的開啟臺數，并執行步驟S11和步驟S12的步驟。

優選地，所述步驟S1中的S14包括以下步驟：

S141、當所述發電機組作為主控電源時，調整所述發電機組的出力，根據所述出力調節主控電源的一個節點的電壓；

S142、若所述一個節點的電壓大于或等于所述節點電壓的最大值，則調低所述電源的電壓；若所述一個節點的電壓小于或等于所述節點電壓的最小值，則調高所述電源的電壓；

S143、當所述儲能單元作為主控電源時，增加所述發電機組的開啟臺數，由所述發電機組作為主控電源，并執行步驟S11和步驟S12的步驟。

優選地，所述步驟S2中，

所述經濟性的優化規劃模型為：

C_total＝C₀+C_loss；

C(k)＝C_R(k)+C_M(k)+C_F(k)-B_salvege(k)；

式中，C_total表示全壽命周期內系統成本費用現值，C₀表示全壽命周期內系統發電成本現值，C_loss表示有功網損折現費用，I₀表示初始投資費用，產生于經濟評估壽命的第一年；r表示貼現率；K表示整個系統的工程壽命；C(k)表示第k年產生的發電費用；C_R(k)，C_M(k)，C_F(k)分別表示第k年微電網的設備更新、維護檢修和燃料費用；B_salvage(k)表示設備殘值，產生于經濟評估壽命的最后一年，λ表示有功網損折現系數；P_loss(k)表示第k年的有功網損總和；P_w,t(k)表示第k年第t步長的有功網損值；

所述環保性的優化規劃模型為：

式中，m表示污染物種類；σ_m表示第m類污染物的排放系數；V表示項目周期內的耗油量；

所述可靠性的優化規劃模型為：

式中，D_lol,t表示系統第t步長的缺電情況，ρ_lol表示系統年缺電率，ρ_lol,max表示系統允許最大年缺電率。

優選地，所述步驟S4中，所述系統運行約束包括潮流約束、電壓約束、支路潮流約束和分布式電源安裝容量約束，其中，

所述潮流約束根據潮流約束式對所述系統的潮流進行約束；所述潮流約束式為：

式中，P_is表示節點i的有功出力和Q_is表示節點i的無功出力，U_i表示節點i的電壓幅職，j∈i表示所有與節點i直接相連的節點，G_ij和表示節點導納矩陣的實部，B_ij表示節點導納矩陣的虛部，θ_ij表示節點i和j之間的相角差；

所述電壓約束根據電壓約束式對所述系統的電壓進行約束；所述電壓約束式為：

U_i,min≤U_i≤U_i,max i∈N；

式中，U_i表示i節點的電壓，U_i,min表示節點i電壓的最小值，U_i,max表示節點i電壓的最大值，N表示節點集合；

所述支路潮流約束根據支路潮流約束式對所述系統的支路潮流進行約束；所述支路潮流約束式為：

S_j≤S_j,max j∈T；

式中，S_j表示通過線路j的視在功率，S_j,max表示線路j的容量極限，T為線路集合；

所述分布式電源安裝容量約束根據分布式電源安裝容量約束式對所述系統的接入容量進行約束；所述分布式電源安裝容量約束式為：

G_dis,i≤G_dis,max i∈N_dis；

式中，G_dis,i表示第i個分布式電源待選節點的接入容量；G_dis,max表示待選節點的最大接入容量。

優選地，所述步驟S4中，所述設備運行約束包括發電機組約束、風機約束和儲能約束，其中，

所述發電機組約束根據發電機組約束式對所述系統的實際輸出功率進行約束；所述發電機組約束式為：

P_d,min≤P_d≤P_d,rated；

式中，P_d,rated表示所述發電機組的額定功率；P_d,min表示所述發電機組的最小允許輸出功率；

所述風機約束根據風機約束式對所述系統的風能利用率進行約束；所述風機約束式為：

式中，ρ表示風能利用率，P_WT,real,t表示第t步長風力發電機實際出力；P_WT,t表示t步長風力發電機允許出力；ρ₀表示所述系統允許最小風能利用率；

所述儲能約束根據儲能約束式對所述系統的儲能容量進行約束；所述儲能約束式為：

SOC_min＜SOC_t＜SOC_max

P_bat,dmax＜P_bat＜P_bat,cmax；

式中，SOC_max表示儲能荷電狀態的最大值，SOC_min表示儲能荷電狀態的最小值，P_bat,dmax表示儲能最大放電功率，和P_bat,cmax表示儲能最大充電功率。

優選地，所述步驟S4中，所述可再生能源利用率約束根據可再生能源約束式對所述系統的可靠性進行約束，其中，所述可再生能源約束式為：

式中，D_lol,t表示所述系統第t步長的缺電情況，為離散變量(1表示缺電，0表示不缺電)，ρ_lol表示系統年缺電率，ρ_lol,max為所述系統允許的最大年缺電率。

優選地，所述步驟S5中，所述根據所述系統的優化結果，采用遺傳算法，得到所述系統中分布式電源的最優位置和最優容量的步驟中，所述系統的優化結果的優化式為：

X＝[N_d,L_WT,N_WT,C_bat,C_pcs]；

式中，N_dg表示所述發電機組的臺數，N_WT表示所述風力發電機的臺數，C_bat表示所述儲能單元的容量，C_pcs表示儲能功率控制系統容量，L_WT表示所述風力發電機的接入位置，L_bat表示所述儲能單元的接入位置；

所述遺傳算法的步驟為：

S51、數據初始化：獲取所述系統的優化結果、系統組成、結構參數、設備模型參數和所述遺傳算法的參數；

S52、種群初始化：隨機地產生一個初始種群，其中每個個體對應一個規劃設計方案；

S53、針對所述每個個體調用所述改進協調控制策略，計算所述每個個體的目標函數值和適應度；

S54、將所述種群的每個個體適應度傳遞給優化模塊，通過錦標賽選擇、單點交叉、均勻變異等操作，得到子代種群；

S55、返回所述步驟S53，直至滿足算法終止條件；

S56、算法終止后輸出最終優化結果；所述最終優化結果包括所述系統中分布式電源的最優位置和最優容量。

由以上技術方案可知，本發明實施例提供了一種中壓獨立微電網系統的分布式電源位置和容量的規劃方法，首先建立微電網系統的改進協調控制策略：通過調用硬充電運行策略得到應開啟的發電機組的臺數和系統中各設備的出力情況，利用潮流程序，判斷系統中是否出現潮流越限和電壓越限，并通過相應的修正方程進行修正，使得系統中的電壓穩定，不會出現大幅波動，系統供電的可靠性良好，并記錄每一個過程的數據以備后序使用；其次根據記錄的數據，建立新的綜合考慮經濟性、環保性和可靠性的優化規劃模型；再次獲取所述系統的發電機組的位置、發電機組的臺數、儲能單元的容量、儲能用雙向變流器的容量，作為所述優化規劃模型的優化變量；根據所述優化變量，利用所述系統的優化條件進行優化處理，得到所述系統的優化結果；最后采用遺傳算法，得到所述系統中分布式電源的最優位置和最優容量。本發明提供的方法涉及系統的潮流約束和電壓約束，不僅考慮了系統的有功功率平衡，還考慮了無功功率平衡和電壓越限的問題，還考慮了當系統中發電機組出現故障導致部分發電機組退出運行時，系統發電容量高于有功負荷而無功功率需求無法得到滿足的情況；因此，本發明的方法采用儲能單元補償系統的有功和無功缺額的方式，解決中壓獨立微電網系統中的無功平衡和電壓越限問題；采用本發明提供的方法，在規劃過程了充分考慮系統運行時的無功功率和電壓越限問題，可使該系統在供電時穩定性良好，不會出現電壓大幅波動的情況，從而得到合理可行的中壓獨立微電網系統的分布式電源的位置和容量。

附圖說明

為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發明實施例提供的中壓微電網系統的網架結構圖；

圖2為本發明實施例提供的中壓微電網系統的分布式電源位置和容量規劃方法的流程圖；

圖3為本發明實施例提供的步驟S1的流程圖；

圖4為本發明實施例提供的儲能功率控制系統控制模式圖；

圖5為本發明實施例提供的遺傳算法的流程圖。

具體實施方式

下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整的描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。

由圖2所示，第一方面，本發明實施例提供了一種中壓獨立微電網系統的分布式電源位置和容量的規劃方法方法，包括以下步驟：

S1、建立微電網系統的改進協調控制策略，如圖3所示，所述策略包括：

S11、調用硬充電運行策略，根據所述硬充電運行策略對所述系統的發電機組的出力和儲能單元的出力進行計算，得到所述發電機組發出的有功功率和無功功率、所述儲能單元發出的有功功率和無功功率、系統功率缺額值和系統缺電情況，并調整所述發電機組的開啟臺數；

S12、根據所述發電機組發出的有功功率和無功功率、所述儲能單元發出的有功功率和無功功率、所述系統功率缺額值和所述系統缺電情況，利用潮流程序，判斷所述系統中是否出現潮流越限和電壓越限；

S13、若所述系統中出現潮流越限，則根據潮流越限判斷標準進行潮流越限修正，使得所述系統的潮流恢復；

S14、若所述系統中出現電壓越限，則根據電壓越限判斷標準進行電壓越限修正，使得所述系統的電壓恢復；

S15、登記所述發電機組的出力情況、所述儲能單元的出力情況、所述潮流越限的情況和所述電壓越限的情況。

S2、根據所述策略，建立新的綜合考慮經濟性、環保性和可靠性的優化規劃模型；

S3、獲取所述系統的發電機組的位置、發電機組的臺數、儲能單元的容量、儲能用雙向變流器的容量，作為所述優化規劃模型的優化變量；

S4、根據所述優化變量，利用所述系統的優化條件進行優化處理，得到所述系統的優化結果；其中，所述優化條件包括：系統運行約束、設備運行約束和可再生能源利用率約束；

S5、根據所述系統的優化結果，采用遺傳算法，得到所述系統中分布式電源的最優位置和最優容量。

本發明實施例提供的方法，不僅可應用于具有復雜網架結構的含發電機組、風力發電機和儲能單元的中壓獨立微電網系統，還可應用于弱互聯配電網系統。其中，發電機組為可再生能源發電機組，由數個柴油發電機組成。中壓獨立微電網系統的網架結構圖如圖1所示。

本發明實施例提供的方法，可根據系統的潮流約束和節點電壓約束，采用儲能單元補償系統的有功和無功缺額，并解決系統運行時，電壓越限的問題，使得微電網系統的供電可靠性得到保障。

具體地，步驟S11，具體包括以下步驟：

S111、計算所述發電機組的開啟臺數：

其中，若運行的所述發電機組的最大出力大于所述系統的備用容量的凈負荷與所述儲能單元的最大功率的和，則減少所述發電機組的開啟臺數；若運行的所述發電機組的最大出力小于所述系統的備用容量的凈負荷，且所述系統中的所有發電機組的最大出力大于所述備用容量的凈負荷，則增加所述發電機組的開啟臺數；若所述系統中的所有發電機組的最大出力與所述儲能單元的最大功率的和小于所述備用容量的凈負荷，則開啟所有的所述發電機組，并計算所述系統的系統功率缺額；

S112、計算所述系統中各設備的出力：

其中，當所述發電機組的最小允許出力滿足所述凈負荷時，則所述發電機組按最小功率發電；當所述發電機組的最小允許出力與所述儲能單元的功率的和滿足所述凈負荷時，所述發電機組按最小功率發電，所述系統的儲能放電；當所述發電機組的最大允許出力與所述儲能單元的功率的和滿足所述凈負荷時，根據負荷需求確定所述發電機組的發電方式；當所述發電機組的最大允許出力與所述儲能單元的功率的和不滿足所述凈負荷，則所述發電機組按最大功率發電，所述系統的儲能放電，并計算所述系統的系統缺電情況。

經過步驟S11的過程，首先調用硬充電運行策略，一方面，根據該策略計算可用于補償系統有功和無功缺額時，應開啟的發電機組的臺數；通過比較運行的發電機組的最大出力與系統的凈負荷及儲能單元的最大功率的和的結果，決定增加發電機組的開啟臺數，或減少發電機組的開啟臺數；并將補償系統有功和無功缺額時的系統功率缺額進行登記記錄；另一方面，根據該策略計算系統中各設備的出力情況，包括發電機組的出力和儲能單元的出力，出力即為額定功率；通過比較各設備的額定功率與是否滿足系統的備用容量的凈負荷的結果，判斷系統的缺電情況，決定各設備的發電功率大小和儲能單元的工作狀態以補償系統的缺電，并將補償系統的缺電情況進行登記記錄。

優選地，步驟S12中，判斷系統中是否出現潮流越限和電壓越限的情況，具體包括以下步驟：

S121、根據所述發電機組發出的有功功率和無功功率，利用潮流越限判斷標準，當所述發電機組發出的有功功率和無功功率的和大于或等于所述系統的實際容量時，則出現潮流越限；

其中，潮流越限判斷標準如下所示：

P_0,p+Q_0,p≥S₀；

式中，P_0,p表示潮流計算所得的系統主控電源應發出的有功出力，Q_0,p表示潮流計算所得的系統主控電源應發出的無功出力，S₀是指系統主控電源的實際容量。

或，S121、根據所述儲能單元發出的有功功率和無功功率，利用潮流越限判斷標準，當所述儲能單元發出的有功功率和無功功率的和大于或等于所述系統的實際容量時，則出現潮流越限；

判斷潮流越限情況時，可根據發電機組發出的有功功率和無功功率進行判斷，也可根據儲能單元發出的有功功率和無功功率進行判斷，實際應用時，可根據實際情況進行選擇其一。

S122、根據所述系統的一個節點的電壓，利用電壓越限判斷標準，當所述一個節點的電壓大于或等于所述系統的節點電壓的最大值，或，所述一個節點的電壓小于或等于所述系統的節點電壓的最小值，則出現電壓越限。

其中，電壓越限判斷標準如下式所示；

U_i,min≤U_i≤U_i,max i∈N

式中，U_i指i節點的電壓，U_i,min表示節點i電壓的最小值，U_i,max表示節點i電壓的最大值，U_min和U_max的值取決于該系統的電能質量要求，通常取0.95與1.05；N為所有節點集合。

經過步驟S12的過程，將根據步驟S11的硬充電運行策略計算得到的結果置于潮流程序中，判斷系統中是否出現潮流越限和電壓越限的情況，該潮流程序包括潮流越限判斷標準和電壓越限判斷標準；若判斷出系統出現潮流越限和電壓越限情況，則執行步驟S13和步驟S14的步驟，以對潮流越限和電壓越限進行修正。

優選地，步驟S13中，對潮流越限進行修正，具體包括以下步驟：

S131、當所述發電機組作為主控電源時，根據所述系統中的儲能單元的充放電修正方程，調整所述系統中儲能單元的有功出力；

其中，儲能單元的充放電修正方程如下式所示：

儲能單元放電時：

儲能單元充電時：

式中，P_dg,p、Q_dg,p、S_dg分別為潮流計算所得的發電機組應發出的有功功率、無功功率以及視在功率，P_bat,d表示風力發電機的實際出力，P_bat,c表示風力發電機的有功出力，P₃表示儲能單元的最大充電功率，P₄表示儲能單元的最大放電功率，P_N為系統網絡損耗。

S132、若調整后，所述系統內仍有無功功率缺額，則根據所述無功功率的修正方程，調整所述系統的儲能功率，根據所述儲能功率控制所述系統的無功出力；

其中，無功功率的修正方程如下式所示：

式中，P_bat,d指儲能單元的放電功率，Q_bat為儲能單元雙向變流器應發出的無功功率；S_bat指儲能單元的實際容量；10為網損裕度。

S133、若所述無功功率仍小于所述無功功率缺額，則增加所述發電機組的開啟臺數，并執行步驟S11和步驟S12的步驟；

當所補償的無功功率仍小于所述系統的無功功率缺額，則增加發電機組的開啟臺數，并重新調用硬充電運行策略，并判斷此時系統的潮流越限和電壓越限情況。

S134、當所述儲能單元作為主控電源時，若所述儲能單元能夠滿足所述系統的無功功率需求，則執行步驟S14，判斷電壓約束是否滿足；

S135、若所述儲能單元無法滿足所述系統的無功功率需求，則直接增加所述發電機組的開啟臺數，并執行步驟S11和步驟S12的步驟。

若儲能單元的補償功率無法滿足系統的無功功率需求，增加發電機組的開啟臺數后，再重新調用硬充電運行策略，并判斷此時系統中潮流越限的情況。

在經過步驟S13的過程，對潮流越限進行修正：分別當主控電源為不同的供電設備時，調整相應設備的有功出力，并通過儲能單元的充放電修正方程和無功功率的修正方式，調整相應的有功出力情況；若無法滿足無功功率的情況，則增加作為主控電源設備的開啟臺數，并重新調用硬充電運行策略和判斷此時的潮流越限情況；通過多次循環的判斷系統中的潮流越限情況和相應增加或減少主控電源的開啟臺數，可保證系統的供電穩定性，不會出現波動的情況。

優選地，步驟S14的過程，對電壓越限進行修正，具體包括以下步驟：

S141、當發電機組作為主控電源時，調整所述發電機組的出力，根據所述出力調節主控電源的一個節點的電壓；

S142、若所述一個節點的電壓大于或等于所述節點電壓的最大值，則調低所述電源的電壓；若所述一個節點的電壓小于或等于所述節點電壓的最小值，則調高所述電源的電壓；

S143、當儲能單元作為主控電源時，增加所述發電機組的開啟臺數，由所述發電機組作為主控電源，并執行步驟S11和步驟S12的步驟。

具體地，儲能功率控制系統采用電流控制模式，原理如圖4所示。發電機組的勵磁電壓調節模塊控制其端口電壓，調速模塊維持發電機轉速恒定。當系統無功負荷較大，無法通過增大發電機組勵磁電流滿足無功功率缺額時，發電機組輸出電壓將低于參考值。此時儲能功率控制系統工作在STATCOM模式，通過比較發電機組提供的實際電壓值與參考電壓值，得到無功電流參考值，進而自動補償微電網系統無功功率缺額，維持交流側電壓在約束范圍內。

經過步驟S14的過程，對電壓越限進行修正：分別當主控電源為不同的供電設備時，調整相應設備的有功出力，并調節主控電源所在的節點電壓使之恢復；若儲能單元作為主控電源時，則增加作為主控電源的發電機組的的開啟臺數，并重新調用硬充電運行策略和判斷此時的潮流越限和電壓越限情況；通過多次循環的判斷系統中的潮流越限情況和相應增加或減少主控電源的開啟臺數，可保證系統的供電穩定性，不會出現波動的情況。

具體地，在步驟S15中，登記所述發電機組的出力情況、所述儲能單元的出力情況、所述潮流越限的情況和所述電壓越限的情況，除此之外，還需登記儲能單元的容量、風力發電機的位置、風機發電機的臺數、發電機組的臺數和儲能用雙向變流器的容量，將上述數據作為優化變量，為后序計算中壓獨立微電網系統中分布式電源的最優位置和最優容量提供基礎。

具體地，在步驟S2中，所述經濟性的優化規劃模型為：

C_total＝C₀+C_loss；

C(k)＝C_R(k)+C_M(k)+C_F(k)-B_salvege(k)；

式中，C_total表示全壽命周期內系統成本費用現值，C₀表示全壽命周期內系統發電成本現值，C_loss表示有功網損折現費用，I₀表示初始投資費用，產生于經濟評估壽命的第一年；r表示貼現率；K表示整個系統的工程壽命；C(k)表示第k年產生的發電費用；C_R(k)，C_M(k)，C_F(k)分別表示第k年微電網的設備更新、維護檢修和燃料費用；B_salvage(k)表示設備殘值，產生于經濟評估壽命的最后一年，λ表示有功網損折現系數；P_loss(k)表示第k年的有功網損總和；P_w,t(k)表示第k年第t步長的有功網損值；

其中，優化規劃模型中的經濟性模型由全壽命周期內系統成本費用C_total現值來表征，全壽命周期內系統成本費用C_total是指全壽命周期內系統發電成本現值C₀和有功網損折現費用C_loss之和。

所述環保性的優化規劃模型為：

式中，m表示污染物種類；σ_m表示第m類污染物的排放系數；V表示項目周期內的耗油量；

其中，環保性由全壽命周期內各類污染物的排放總量表征，通常包括CO₂，CO，NO_x，SO₂和碳氫化合物。

所述可靠性的優化規劃模型為：

式中，D_lol,t表示系統第t步長的缺電情況，為離散變量(1表示缺電，0表示不缺電)，ρ_lol表示系統年缺電率，ρ_lol,max表示系統允許最大年缺電率。

其中，可靠性由以懲罰項約束的形式計入到優化目標中，采用系統年缺電率P_lol作為系統可靠性評估指標。

在經過步驟S2的過程，基于步驟S1中的建立微電網系統的改進協調控制策略，建立中壓獨立微電網系統的多目標的優化規劃模型，根據孤立系統內的風力資源和負荷需求情況，以及設備相關的投資、運行和維護費用等經濟性指標，對系統內各種分布式電源和儲能單元的位置和外容量進行優化設計。

本發明的多目標的優化規劃模型綜合考慮了經濟性和環保性，可靠性則作為約束條件考慮，表達式如下：

f＝min(ω₁C_total'+ω₂E_emis')；

式中，C_total’為全壽命周期內系統成本費用通過min-max標準化后的歸一化量值；E_emis’為系統年排污量通過min-max標準化后的歸一化量值；ω₁和ω₂為目標相應的權重系數。

優選地，所述步驟S4中，所述系統運行約束包括潮流約束、電壓約束、支路潮流約束和分布式電源安裝容量約束，其中，

所述潮流約束根據潮流約束式對所述系統的潮流進行約束；所述潮流約束式為：

式中，P_is表示節點i的有功出力和Q_is表示節點i的無功出力，U_i表示節點i的電壓幅職，j∈i表示所有與節點i直接相連的節點，G_ij和表示節點導納矩陣的實部，B_ij表示節點導納矩陣的虛部，θ_ij表示節點i和j之間的相角差；

所述電壓約束根據電壓約束式對所述系統的電壓進行約束；所述電壓約束式為：

U_i,min≤U_i≤U_i,max i∈N；

式中，U_i表示i節點的電壓，U_i,min表示節點i電壓的最小值，U_i,max表示節點i電壓的最大值，N表示節點集合；

所述支路潮流約束根據支路潮流約束式對所述系統的支路潮流進行約束；所述支路潮流約束式為：

S_j≤S_j,max j∈T；

式中，S_j表示通過線路j的視在功率，S_j,max表示線路j的容量極限，T為線路集合；

所述分布式電源安裝容量約束根據分布式電源安裝容量約束式對所述系統的接入容量進行約束；所述分布式電源安裝容量約束式為：

G_dis,i≤G_dis,max i∈N_dis；

式中，G_dis,i表示第i個分布式電源待選節點的接入容量；G_dis,max表示待選節點的最大接入容量。

其中，根據系統運行約束中的潮流約束、電壓約束、支路潮流約束和分布式電源安裝容量約束，對系統中各節點處的電壓、各節點處的有功和無功功率、輸電線路的容量和分布式電源的待選節點的接入容量進行約束，使其均在安全范圍內波動，不會出現大幅波動不安全的情況，保證系統供電的穩定性。

優選地，所述步驟S4中，所述設備運行約束包括發電機組約束、風機約束和儲能約束，其中，

所述發電機組約束根據發電機組約束式對所述系統的實際輸出功率進行約束；所述發電機組約束式為：

P_d,min≤P_d≤P_d,rated；

式中，P_d,rated表示所述發電機組的額定功率；P_d,min表示所述發電機組的最小允許輸出功率；

其中，對于發電機組約束，為簡化處理，利用燃料曲線描述發電機組的發電功率和燃料使用量的對應關系。由下式所示：

F＝F₀·P_dg,rated+F₁·P_dg；

式中，F₀是燃料曲線的截距系數；F₁是燃料曲線的斜率；P_dg,rated是發電機的額定功率。

同時，為了減少頻繁啟停對發電機組壽命的影響，發電機組的運行時間應滿足下式：

t_d≥t_d,min；

所述風機約束根據風機約束式對所述系統的風能利用率進行約束；所述風機約束式為：

式中，ρ表示風能利用率，P_WT,real,t表示第t步長風力發電機實際出力；P_WT,t表示t步長風力發電機允許出力；ρ₀表示所述系統允許最小風能利用率；

其中，本發明實施例采用永磁直取風機，該風機可通過風機監控系統下發調降指令，限制風機出力。風機輸出功率特性需要考慮切入風速W_in、切出風速W_out。當風速高于W_in時，風機才可以啟動。風機輸出功率與風速和風機的風速-功率特性曲線有關。當風速高于切出風速W_out時，為了保護風機，風機停機。

風機出力利用率是指風機的有效出力與風機允許出力的比值，其與發電成本相關。為提高系統可再生能源利用效率，在不影響電網穩定性的前提下，風機出力利用率應盡可能大，約束如上式所示：

所述儲能約束根據儲能約束式對所述系統的儲能容量進行約束；所述儲能約束式為：

SOC_min＜SOC_t＜SOC_max

P_bat,dmax＜P_bat＜P_bat,cmax；

式中，SOC_max表示儲能荷電狀態的最大值，SOC_min表示儲能荷電狀態的最小值，P_bat,dmax表示儲能最大放電功率，和P_bat,cmax表示儲能最大充電功率。

其中，本發明實施例采用儲能的簡化模型描述儲能特性。儲能為時間耦合設備，本發明采用荷電狀態(state of charge,SOC)描述儲能的時間耦合特性。

其中，根據設備運行約束中的發電機組約束、風機約束和儲能約束，對該系統中各設備的實際輸出功率、風能利用率和儲能功率控制系統的交流側功率進行約束，使系統中的各設備在運行時，其值的變化在一個安全的范圍內，以免導致系統中電壓的大幅波動，影響系統供電的穩定性。

優選地，所述步驟S4中，所述可再生能源利用率約束根據可再生能源約束式對所述系統的可靠性進行約束，其中，所述可再生能源約束式為：

式中，D_lol,t表示所述系統第t步長的缺電情況，為離散變量(1表示缺電，0表示不缺電)，ρ_lol表示系統年缺電率，ρ_lol,max為所述系統允許的最大年缺電率。

其中，可再生能源發電具有隨機性、間歇性的特點，因此微電網的供電可靠性是規劃設計階段的重要問題。本發明實施例采用系統年缺電率P_lol作為系統可靠性評估指標。

將可再生能源作為評估系統可靠性的指標，將其作為可再生能源利用率約束條件，是由于在獨立微電網的實際運行中，可再生能源的間接性和隨機性容易造成系統的注入功率發生驟變，進而導致電壓大幅波動，因此，采用可再生能源利用率約束條件，對系統的缺電情況進行約束，以保證系統的電能可以充分地利用到相應的位置，不會造成電能的浪費，進而保證該系統的供電可靠性。

優選地，所述步驟S5中，所述根據所述系統的優化結果，采用遺傳算法，得到所述系統中分布式電源的最優位置和最優容量的步驟中，所述系統的優化結果的優化式為：

X＝[N_d,L_WT,N_WT,C_bat,C_pcs]；

式中，N_dg表示所述發電機組的臺數，N_WT表示所述風力發電機的臺數，C_bat表示所述儲能單元的容量，C_pcs表示儲能功率控制系統容量，L_WT表示所述風力發電機的接入位置，L_bat表示所述儲能單元的接入位置；

針對上述的優化規劃問題，本發明實施例采用單目標遺傳算法求解，輸出最終的優化結果，即為中壓微電網系統的分布式電源的最優位置和最優容量。

如圖5所示，所述遺傳算法的步驟為：

S51、數據初始化：獲取所述系統的優化結果、系統組成、結構參數、設備模型參數和所述遺傳算法的參數；

S52、種群初始化：隨機地產生一個初始種群，其中每個個體對應一個規劃設計方案；

S53、針對所述每個個體調用所述改進協調控制策略，計算所述每個個體的目標函數值和適應度；

S54、將所述種群的每個個體適應度傳遞給優化模塊，通過錦標賽選擇、單點交叉、均勻變異等操作，得到子代種群；

S55、返回步驟S53，直至滿足算法終止條件；

S56、算法終止后輸出最終優化結果；所述最終優化結果包括所述系統中分布式電源的最優位置和最優容量。

由以上技術方案可知，本發明實施例提供了一種中壓獨立微電網系統的分布式電源位置和容量的規劃方法，首先建立微電網系統的改進協調控制策略：通過調用硬充電運行策略得到應開啟的發電機組的臺數和系統中各設備的出力情況，利用潮流程序，判斷系統中是否出現潮流越限和電壓越限，并通過相應的修正方程進行修正，使得系統中的電壓穩定，不會出現大幅波動，系統供電的可靠性良好，并記錄每一個過程的數據以備后序使用；其次根據記錄的數據，建立新的綜合考慮經濟性、環保性和可靠性的優化規劃模型；再次獲取所述系統的發電機組的位置、發電機組的臺數、儲能單元的容量、儲能用雙向變流器的容量，作為所述優化規劃模型的優化變量；根據所述優化變量，利用所述系統的優化條件進行優化處理，得到所述系統的優化結果；最后采用遺傳算法，得到所述系統中分布式電源的最優位置和最優容量。本發明提供的方法涉及系統的潮流約束和電壓約束，不僅考慮了系統的有功功率平衡，還考慮了無功功率平衡和電壓越限的問題，還考慮了當系統中發電機組出現故障導致部分發電機組退出運行時，系統發電容量高于有功負荷而無功功率需求無法得到滿足的情況；因此，本發明的方法采用儲能單元補償系統的有功和無功缺額的方式，解決中壓獨立微電網系統中的無功平衡和電壓越限問題；采用本發明提供的方法，在規劃過程了充分考慮系統運行時的無功功率和電壓問題，可使該系統在供電時穩定性良好，不會出現電壓大幅波動的情況，從而得到合理可行的中壓獨立微電網系統的分布式電源的位置和容量。

下面根據一個具體實例對本發明的技術方案進行解釋說明。

當微電網系統采用如下配置時：

其中，發電機組采用柴油發電機，儲能單元采用蓄電池，具體配置如下：

當t＝103時，采用本發明提供的規劃方法，規劃后的系統運行情況如下表所示：

本領域技術人員在考慮說明書及實踐這里公開的發明后，將容易想到本發明的其它實施方案。本申請旨在涵蓋本發明的任何變型、用途或者適應性變化，這些變型、用途或者適應性變化遵循本發明的一般性原理并包括本發明未公開的本技術領域中的公知常識或慣用技術手段。說明書和實施例僅被視為示例性的，本發明的真正范圍和精神由下面的權利要求指出。

應當理解的是，本發明并不局限于上面已經描述并在附圖中示出的精確結構，并且可以在不脫離其范圍進行各種修改和改變。本發明的范圍僅由所附的權利要求來限制。