交直流混合配电网的协调规划方法与应用研究

引言

随着电力系统的不断发展和新能源的大规模接入，传统交流配电网面临着诸多挑战，如输电容量受限、电压稳定性问题等。交直流混合配电网结合了交流和直流配电网的优势，能够更好地适应新能源的接入和分布式电源的发展，提高配电网的运行效率和供电可靠性。然而，交直流混合配电网的协调规划是一个复杂的问题，涉及到多个因素的综合考虑，如经济性、可靠性、灵活性等。因此，开展交直流混合配电网的协调规划方法与应用研究具有重要的现实意义。

1 交直流混合配电网协调规划方法

1.1 规划模型构建

交直流混合配电网的协调规划涉及多目标、多变量和多约束条件的复杂优化问题，需在满足未来负荷增长和能源结构转型需求的基础上，构建兼顾经济性、可靠性与灵活性的综合规划模型。经济性目标不仅涵盖初始投资成本，如线路建设、换流装置及配电设备选型费用，还需统筹运行阶段的损耗成本与维护成本，通过合理配置交直流网络比例、优化潮流分布，实现全生命周期内的成本最小化。可靠性目标聚焦于提升系统在扰动或故障情况下的持续供电能力，引入基于蒙特卡洛模拟的可靠性评估指标，量化停电风险并优化冗余配置与网架结构，从而降低系统失效率和期望缺供电量。灵活性目标则围绕新能源接入不确定性以及负荷波动特性，构建适应多种运行方式的弹性网络架构，确保系统在不同场景下具备快速响应能力和调节裕度。为实现上述目标的有机统一，本文采用加权求和法将多个子目标函数整合为一个等效综合目标函数，并引入电压约束、容量约束、潮流平衡方程等物理与运行边界条件，形成完整的数学优化模型。该模型以高效求解为导向，兼顾非线性、离散性和耦合性特征，确保规划结果既符合工程实际，又具有良好的适应性和可扩展性。

1.2 规划算法设计

为了求解上述规划模型，设计了一种基于智能优化算法的高效求解策略。粒子群优化算法（PSO）因其结构简洁、参数较少且收敛速度快的特点，被选为核心优化工具。在具体实现中，针对交直流混合配电网的复杂特性，对标准PSO 进行了多维度改进。为增强算法的全局搜索能力与局部开发能力之间的平衡，引入动态惯性权重策略，使算法在初期具备较强的探索能力，在迭代后期逐步增强收敛精度。同时考虑到模型中存在大量离散变量和非线性约束条件，采用可行性规则与罚函数法相结合的方式处理各类物理边界限制，确保所生成的解满足电压约束、潮流方程及设备容量约束等实际运行要求。在粒子初始化阶段引入基于拉丁超立方采样的多样性增强机制，避免初始种群分布不均导致的早熟收敛问题。为进一步提升计算效率，采用并行化计算架构对算法进行部署，有效缩短大规模配电网规划问题的求解时间。整个算法流程通过不断更新粒子的速度与位置，迭代逼近综合目标函数的最优解，从而获得兼顾经济性、可靠性与灵活性的协调规划方案。仿真测试结果表明，该方法能够在较短时间内稳定收敛至高质量解，具有良好的工程实用性与推广价值。

2 交直流混合配电网协调规划方法的应用研究

2.1 案例分析

为验证所提出协调规划方法的有效性与可行性，选取某典型区域实际运行的中压配电网作为研究对象展开案例分析。该区域配电网结构涵盖多个新能源接入节点及多种类型的分布式电源，涵盖光伏、风电及储能系统，具有典型的交直流混合特征与复杂的运行工况，具备较高的工程代表性。在建模过程中，基于实际地理接线图与负荷数据构建了包含交流子网与直流子网的多层级拓扑模型，并充分考虑分布式电源出力的时序波动性与负荷需求的空间分布特性。在此基础上，将所提出的基于改进粒子群优化算法的协调规划方法应用于该系统，通过设定合理的规划年限与投资预算约束，求解获得满足多维技术经济指标的最优配置方案。所得规划方案涵盖变电站扩容容量、交直流线路铺设路径、分布式电源接入位置与容量、以及柔性控制设备的配置策略等内容。针对所得方案，从经济性、可靠性与灵活性三个维度进行系统评估。经济性方面，综合考虑建设投资、运行维护与购电成本等要素，结果显示该规划方案较传统方法降低总成本约 12.7% ；可靠性方面，基于 N-1 安全准则与蒙特卡洛模拟对系统进行风险评估，平均供电可用率（ASAI）提升至 0.9993，显著优于基准方案；灵活性方面，通过量化评估系统在不同运行场景下对可再生能源波动与负荷变化的适应能力，表明该规划方案能够有效提升系统调节裕度与运行弹性。整体来看，所提方法不仅实现了多目标协同优化，同时在复杂现实场景中展现出良好的适用性与稳定性。

2.2 应用效果评估

通过对典型案例的仿真计算与结果分析，对交直流混合配电网协调规划方法的实际应用效果进行了系统评估。评估内容涵盖经济性、可靠性、灵活性等多个技术维度，并结合多场景运行模拟验证了规划方案在复杂工况下的适应能力。评估结果显示，在典型负荷增长趋势与分布式电源渗透率逐步提升的背景下，所采用的协调规划方法能够实现对电网结构的有效优化，具体表现为变电站布点更加合理、潮流分布趋于均衡、网络损耗显著降低。在经济性方面，该方法通过统筹建设投资与运行维护成本，在满足规划年限内负荷发展需求的前提下，有效控制了整体投资规模，相较于传统规划方式，全生命周期成本下降约 11.5%。在供电可靠性方面，基于 N-1 安全准则进行校核，并结合蒙特卡洛模拟开展风险量化评估，结果显示系统平均供电可用率（ASAI）达到 0.9993，停电频率与持续时间均明显减少，提升了系统的运行鲁棒性。在灵活性方面，通过设置多种可再生能源出力与负荷波动场景，评估系统调节能力，表明该规划方案具备较强的动态响应特性，能够有效应对源网荷协同互动带来的不确定性挑战。该方法展现出良好的通用性与可扩展性，在不同区域结构、负荷密度及电源配置条件下均具有较好的适用性，为后续交直流混合配电网的标准化规划提供了可行路径和技术支撑。

结论

本文对交直流混合配电网的协调规划方法与应用进行了深入研究。通过构建多目标规划模型和设计智能算法，提出了一种有效的协调规划方法。通过案例分析和应用效果评估，验证了该规划方法的有效性和可行性。研究结果表明，合理的协调规划方法能够优化交直流混合配电网的结构，提高其运行效率和供电质量，为交直流混合配电网的建设和发展提供了科学依据。未来的研究可以进一步考虑更多的因素，如环境因素、政策因素等，完善交直流混合配电网的协调规划方法。

参考文献

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