一种交直流配电网两阶段分布式优化方法及系统，该方法先构建集中式交直流配电网多时段运行优化模型，然后将集中式运行优化模型转化为各子网的分布式运行优化模型，并求解得到边界耦合变量的最优解，再基于边界耦合变量的最优解构建各子网独立的运行优化模型，并对其进行线性松弛，求解得到储能装置充放电状态的优化解，随后基于储能装置充放电状态的优化解计算得到交直流配电网的加速诱导因子，并将加速诱导因子添加至各子网独立模型中形成各子网独立加速模型，最后求解加速模型即得到交直流配电网的运行优化结果。本发明有效提高了模型的收敛性和求解效率。
1.一种交直流配电网两阶段分布式优化方法，其特征在于：
S1、构建集中式交直流配电网多时段运行优化模型，所述集中式交直流配电网多时段运行优化模型以运行成本最小为目标，其约束条件包括交直流配电网潮流约束、电力电子变压器运行约束、储能装置运行约束、分布式电源运行约束；
S2、将集中式交直流配电网多时段运行优化模型转化为各子网的分布式运行优化模型，并求解各子网的分布式运行优化模型，得到边界耦合变量的最优解；
S3、基于边界耦合变量的最优解构建各子网独立的运行优化模型，通过求解各子网独立的运行优化模型，得到交直流配电网的运行优化结果，包括：S31、对各子网独立的运行优化模型进行线性松弛，并求解得到交直流配电网中储能装置充放电状态的优化解；
S32、基于储能装置充放电状态的优化解计算得到交直流配电网的加速诱导因子，并将加速诱导因子添加至各子网独立的运行优化模型中形成各子网独立的运行优化加速模型，u其中，交直流配电网的加速诱导因子γ 基于以下公式计算得到：S
上式中，χ为放缩参数，Z为储能装置充放电状态的优化解；
上式中，f21为交流配电网的目标函数，Mac为交流配电网中分布式电源的数量， 为交流配电网中分布式电源i的发电成本， 为t时段交流配电网中分布式电源i的有功出力， 为交流配电网的加速诱导因子，h21(·)、g21(·)分别为交流配电网的等式、不等式约束，Yac为交流配电网的局部变量， 分别为交流配电网局部变量中的连续、离散变量，R为实数；
上式中，f22为直流配电网的目标函数，Ndc为直流配电网中分布式电源的数量， 为直流配电网中分布式电源i的发电成本， 为t时段直流配电网中分布式电源i的有功出力， 为直流配电网的加速诱导因子，h22(·)、g22(·)分别为直流配电网的等式、不等式约束，Ydc为直流配电网的局部变量， 分别为直流配电网局部变量中的连续、离散变量；
S33、求解各子网独立的运行优化加速模型，得到交直流配电网的运行优化结果。
2.根据权利要求1所述的一种交直流配电网两阶段分布式优化方法，其特征在于：所述S1中，集中式交直流配电网多时段运行优化模型的目标函数包括：上式中，Mac、Ndc分别为交、直流配电网中分布式电源的数量， 分别为交、直流配电网中分布式电源i的发电成本， 分别为t时段交、直流配电网中分布Grid
式电源i的有功出力， 为交直流配电网的购电成本，Pt 为t时段主网注入的有功功率；
上式中，f21为交流配电网的目标函数，h21(·)、g21(·)分别为交流配电网的等式、不等式约束，Yac为交流配电网的局部变量， 分别为交流配电网局部变量中的连续、离散变量，R为实数；
上式中，f22为直流配电网的目标函数，h22(·)、g22(·)分别为直流配电网的等式、不等式约束，Ydc为直流配电网的局部变量， 分别为直流配电网局部变量中的连续、离散变量。
3.根据权利要求1或2所述的一种交直流配电网两阶段分布式优化方法，其特征在于：所述S2中，各子网的分布式运行优化模型包括：
上式中，f11为电力电子变压器子网的目标函数， 为交直流配电网的购电成本，GridPt 为t时段主网注入的有功功率，vac、wac分别为交流配电网拉格朗日罚函数的系数向量、权重向量，νdc、wdc分别为直流配电网拉格朗日罚函数的系数向量、权重向量，ηac、ηdc分别为交、直流配电网的边界耦合变量的目标变量，μac、μdc分别为交、直流配电网的边界耦合变量的响应变量，h11(·)、g11(·)分别为电力电子变压器子网的等式、不等式约束，Ypet为电力电子变压器子网的局部变量；
上式中，f21为交流配电网的目标函数，Mac为交流配电网中分布式电源的数量， 为交流配电网中分布式电源i的发电成本， 为t时段交流配电网中分布式电源i的有功出力，h21(.)、g21(·)分别为交流配电网的等式、不等式约束，Yac为交流配电网的局部变量，分别为交流配电网局部变量中的连续、离散变量；
上式中，f22为直流配电网的目标函数，Ndc为直流配电网中分布式电源的数量， 为直流配电网中分布式电源i的发电成本， 为t时段直流配电网中分布式电源i的有功出力，h22(·)、g22(·)分别为直流配电网的等式、不等式约束，Ydc为直流配电网的局部变量， 分别为直流配电网局部变量中的连续、离散变量。
4.一种交直流配电网两阶段分布式优化系统，其特征在于：
所述系统包括集中式运行优化模型构建模块、分布式转化和求解模块、子网独立模型构建和求解模块；
所述集中式运行优化模型构建模块用于构建以运行成本最小为目标的集中式交直流配电网多时段运行优化模型，所述集中式交直流配电网多时段运行优化模型的约束条件包括交直流配电网潮流约束、电力电子变压器运行约束、储能装置运行约束、分布式电源运行约束；
所述分布式转化和求解模块用于将集中式交直流配电网多时段运行优化模型转化为各子网的分布式运行优化模型，并求解各子网的分布式运行优化模型，得到边界耦合变量的最优解；
所述子网独立模型构建和求解模块用于基于边界耦合变量的最优解构建各子网独立的运行优化模型，通过求解各子网独立的运行优化模型，得到交直流配电网的运行优化结果，包括子网独立模型构建单元、储能参数优化单元、加速诱导因子计算单元、子网独立加速模型构建单元、加速模型求解单元；
所述子网独立模型构建单元用于基于边界耦合变量的最优解构建各子网独立的运行优化模型；
所述储能参数优化单元用于对各子网独立的运行优化模型进行线性松弛，并求解得到交直流配电网中储能装置充放电状态的优化解；
所述加速诱导因子计算单元用于基于储能装置充放电状态的优化解计算得到交直流u配电网的加速诱导因子γ ：
上式中，χ为放缩参数，Z为储能装置充放电状态的优化解；
所述子网独立加速模型构建单元用于将加速诱导因子添加至各子网独立的运行优化模型中形成如下各子网独立的运行优化加速模型：交流子网独立的运行优化加速模型：
上式中，f21为交流配电网的目标函数，Mac为交流配电网中分布式电源的数量， 为交流配电网中分布式电源i的发电成本， 为t时段交流配电网中分布式电源i的有功出力， 为交流配电网的加速诱导因子，h21(·)、g21(·)分别为交流配电网的等式、不等式约束，Yac为交流配电网的局部变量， 分别为交流配电网局部变量中的连续、离散变量，R为实数；
上式中，f22为直流配电网的目标函数，Ndc为直流配电网中分布式电源的数量， 为直流配电网中分布式电源i的发电成本， 为t时段直流配电网中分布式电源i的有功出力， 为直流配电网的加速诱导因子，h22(·)、g22(·)分别为直流配电网的等式、不等式约束，Ydc为直流配电网的局部变量， 分别为直流配电网局部变量中的连续、离散变量；
所述加速模型求解单元用于求解各子网独立的运行优化加速模型，得到交直流配电网的运行优化结果。
5.根据权利要求4所述的一种交直流配电网两阶段分布式优化系统，其特征在于：所述集中式运行优化模型构建模块用于构建如下目标函数：
上式中，Mac、Ndc分别为交、直流配电网中分布式电源的数量， 分别为交、直流配电网中分布式电源i的发电成本， 分别为t时段交、直流配电网中分布Grid
式电源i的有功出力， 为交直流配电网的购电成本，Pt 为t时段主网注入的有功功率；
所述子网独立模型构建和求解模块用于构建如下各子网独立的运行优化模型：交流子网独立的运行优化模型：
上式中，f21为交流配电网的目标函数，h21(·)、g21(·)分别为交流配电网的等式、不等式约束，Yac为交流配电网的局部变量， 分别为交流配电网局部变量中的连续、离散变量，R为实数；
上式中，f22为直流配电网的目标函数，h22(·)、g22(·)分别为直流配电网的等式、不等式约束，Ydc为直流配电网的局部变量， 分别为直流配电网局部变量中的连续、离散变量。
6.根据权利要求4或5所述的一种交直流配电网两阶段分布式优化系统，其特征在于：所述分布式转化和求解模块用于集中式交直流配电网多时段运行优化模型转化为如下各子网的分布式运行优化模型：电力电子变压器子网的运行优化模型：
上式中，f11为电力电子变压器子网的目标函数， 为交直流配电网的购电成本，GridPt 为t时段主网注入的有功功率，νac、wac分别为交流配电网拉格朗日罚函数的系数向量、权重向量，νdc、wdc分别为直流配电网拉格朗日罚函数的系数向量、权重向量，ηac、ηdc分别为交、直流配电网的边界耦合变量的目标变量，μac、μdc分别为交、直流配电网的边界耦合变量的响应变量，h11(·)、g11(·)分别为电力电子变压器子网的等式、不等式约束，Ypet为电力电子变压器子网的局部变量；
上式中，f21为交流配电网的目标函数，Mac为交流配电网中分布式电源的数量， 为交流配电网中分布式电源i的发电成本， 为t时段交流配电网中分布式电源i的有功出力，h21(·)、g21(·)分别为交流配电网的等式、不等式约束，Yac为交流配电网的局部变量， 分别为交流配电网局部变量中的连续、离散变量；
上式中，f22为直流配电网的目标函数，Ndc为直流配电网中分布式电源的数量， 为直流配电网中分布式电源i的发电成本， 为t时段直流配电网中分布式电源i的有功出力，h22(·)、g22(·)分别为直流配电网的等式、不等式约束，Ydc为直流配电网的局部变量， 分别为直流配电网局部变量中的连续、离散变量。
一种交直流配电网两阶段分布式优化方法及系统
技术领域
[0001] 本发明属于配电网优化运行领域，具体涉及一种交直流配电网两阶段分布式优化方法及系统。
背景技术
[0002] 可再生能源技术发展，对电力系统灵活接入和有效调控提出了新的挑战和更高要求，随着高渗透分布式发电不断接入，传统交流配电网逐渐向交直流混合配电网转变。电力电子变压器(Power electronic transformer，PET)是一种将电力电子器件和高频变压器相结合的装置，可实现电网互联、新能源装置并网和电能路由等功能。开放的组网形态，使其具备区域协调、交直流混联，多向潮流等特点，能在更大范围内实现可再生能源的互联互补；即插即用的交、直流接口，在多个电压等级集成分布式电源，显著减少变换环节，实现潮流的灵活调控，有利于可再生能源的高效利用。含PET的交直流混合配电网为可再生能源消纳提供了新的手段，将成为未来的发展趋势。
[0003] 为充分发挥PET的灵活调控能力，研究人员提出了含PET的配电网最优潮流、优化调度和无功优化模型，以实现网络潮流灵活调控、运行成本降低和无功电压支撑。然而，已有研究鲜有探讨含PET的交直流混合配电网多区域子网协调优化问题。通常，基于PET的交直流混合配电网，可实现更大范围内的灵活组网，但随着互联网络规模的不断扩大，使得传统集中式的优化运行方法难以为继，具体原因如下：1) 海量信息问题，分布式发电及其网络规模巨大，致使采集的信息量急剧攀升；2) 模型复杂问题，网络规模扩大使得决策变量维度增加，优化模型变得异常复杂，难以有效求解；3) 安全性问题，集中式运行控制系统只要出现单点故障，可能导致整个网络的运行崩溃。
[0004] 为实现多区域自治网络的分布式运行，已有学者提出分布式优化算法，包括：辅助问题原则法、交替方向乘子法、邻近中心法以及目标级联分析法(Analytical target cascading，ATC)，等，这些方法已被广泛应用于电力系统分布式决策领域。其中，ATC属于层次结构协调的一种方法，它允许层次结构中各元素自主决策，父代元素对子代元素的决策进行协调优化而获得问题的整体最优解。与其他优化方法相比，ATC方法具有可并行优化、级数不受限制和经过严格的收敛证明等优点，因此，可被应用于配电网分布式运行优化。然而，对于含有储能的配电网分布式优化模型，储能的充放电模式涉及整数变量，当优化运行时段较多时，会极大影响分布式优化模型的求解效率和收敛性，为此亟需精确高效的求解方法。
发明内容
[0005] 本发明的目的是针对现有技术存在的上述问题，提供一种能够提高模型的收敛性和计算效率的交直流配电网两阶段分布式优化方法及系统。
[0006] 为实现以上目的，本发明的技术方案如下：
[0007] 第一方面，本发明提出一种交直流配电网两阶段分布式优化方法，包括：
[0008] S1、构建集中式交直流配电网多时段运行优化模型，所述集中式交直流配电网多时段运行优化模型以运行成本最小为目标，其约束条件包括交直流配电网潮流约束、电力电子变压器运行约束、储能装置运行约束、分布式电源运行约束；
[0009] S2、将集中式交直流配电网多时段运行优化模型转化为各子网的分布式运行优化模型，并求解各子网的分布式运行优化模型，得到边界耦合变量的最优解；
[0010] S3、基于边界耦合变量的最优解构建各子网独立的运行优化模型，通过求解各子网独立的运行优化模型，得到交直流配电网的运行优化结果。
[0011] 所述S1中，集中式交直流配电网多时段运行优化模型的目标函数包括：
[0012] ；
[0013] 上式中， 、 分别为交、直流配电网中分布式电源的数量， 、 分别为交、直流配电网中分布式电源i的发电成本， 、 分别为t时段交、直流配电网中分布式电源i的有功出力， 为交直流配电网的购电成本， 为t时段主网注入的有功功率；
[0014] 所述S3中，各子网独立的运行优化模型包括：
[0015] 交流子网独立的运行优化模型：
[0016] ；
[0017] 上式中， 为交流配电网的目标函数， 、 分别为交流配电网的等式、不等式约束， 为交流配电网的局部变量， 、 分别为交流配电网局部变量中部的连续、离散变量， 为实数；
[0018] 直流子网独立的运行优化模型：
[0019] ；
[0020] 上式中， 为直流配电网的目标函数， 、 分别为直流配电网的等式、不等式约束， 为直流配电网的局部变量， 、 分别为直流配电网局部变量中部的连续、离散变量。
[0021] 所述S3还包括：
[0022] S31、对各子网独立的运行优化模型进行线性松弛，并求解得到交直流配电网中储能装置充放电状态的优化解；
[0023] S32、基于储能装置充放电状态的优化解计算得到交直流配电网的加速诱导因子，并将加速诱导因子添加至各子网独立的运行优化模型中形成各子网独立的运行优化加速模型；
[0024] S33、求解各子网独立的运行优化加速模型，得到交直流配电网的运行优化结果。
[0025] 所述S32中，交直流配电网的加速诱导因子 基于以下公式计算得到：
[0026] ；
[0027] 上式中， 为放缩参数， 为储能装置充放电状态的优化解；
[0028] 各子网独立的运行优化加速模型包括：
[0029] 交流子网独立的运行优化加速模型：
[0030] ；
[0031] 上式中， 为交流配电网的目标函数， 为交流配电网中分布式电源的数量，为交流配电网中分布式电源i的发电成本， 为t时段交流配电网中分布式电源i的有功出力， 为交流配电网的加速诱导因子， 、 分别为交流配电网的等式、不等式约束， 为交流配电网的局部变量， 、 分别为交流配电网局部变量中的连续、离散变量， 为实数；
[0032] 直流子网独立的运行优化加速模型：
[0033] ；
[0034] 上式中， 为直流配电网的目标函数， 为直流配电网中分布式电源的数量，为直流配电网中分布式电源i的发电成本， 为t时段直流配电网中分布式电源i的有功出力， 为直流配电网的加速诱导因子， 、 分别为直流配电网的等式、不等式约束， 为直流配电网的局部变量， 、 分别为直流配电网局部变量中部的连续、离散变量。
[0035] 所述S2中，各子网的分布式运行优化模型包括：
[0036] 电力电子变压器子网的运行优化模型：
[0037] ；
[0038] 上式中， 为电力电子变压器子网的目标函数， 为交直流配电网的购电成本， 为t时段主网注入的有功功率， 、 分别为交流配电网拉格朗日罚函数的系数向量、权重向量， 、 分别为直流配电网拉格朗日罚函数的系数向量、权重向量，、 分别为交、直流配电网的边界耦合变量的目标变量， 、 分别为交、直流配电网的边界耦合变量的响应变量， 、 分别为电力电子变压器子网的等式、不等式约束， 为电力电子变压器子网的局部变量；
[0039] 交流子网的运行优化模型：
[0040] ；
[0041] 上式中， 为交流配电网的目标函数， 为交流配电网中分布式电源的数量，为交流配电网中分布式电源i的发电成本， 为t时段交流配电网中分布式电源i的有功出力， 、 分别为交流配电网的等式、不等式约束， 为交流配电网的局部变量， 、 分别为交流配电网局部变量中的连续、离散变量；
[0042] 直流子网的运行优化模型：
[0043] ；
[0044] 上式中， 为直流配电网的目标函数， 为直流配电网中分布式电源的数量，为直流配电网中分布式电源i的发电成本， 为t时段直流配电网中分布式电源i的有功出力， 、 分别为直流配电网的等式、不等式约束， 为直流配电网的局部变量， 、 分别为直流配电网局部变量中部的连续、离散变量。
[0045] 所述交直流配电网潮流约束包括：
[0046] ；；
[0047] ；
[0048] ；；
[0049] 上式中， 、 分别为交、直流配电网的支路集合， 、 分别为t时段交流配电网中支路ji、ik的有功潮流， 、 分别为t时段交流配电网中支路ji、ik的无功潮流， 为t时段交流配电网中分布式电源i的无功出力， 、 分别为t时段电力电子变压器PET注入交流配电网节点i的有功、无功功率， 、 分别为t时段交流侧储能装置e的放、充电功率， 、 分别为t时段交流配电网节点i的有功、无功负荷， 、 为t时段交流配电网节点i、j的电压幅值， 、 分别为交流配电网支路ij的电阻、电抗， 、 为t时段直流配电网支路ji、ik的有功潮流， 为t时段电力电子变压器注入直流配电网节点i的有功功率， 、 分别为t时段直流侧储能装置e的放、充电功率， 为t时段直流配电网节点i的有功负荷， 、 分别为 t时段直流配电网节点i、j的电压幅值， 为直流配电网支路ij的电阻；
[0050] 所述电力电子变压器运行约束包括：
[0051] ；
[0052] ；
[0053] ；
[0054] ；
[0055] 上式中， 、 分别为电力电子变压器交、直流端口的数量， 为电力电子变压器的交流端口i允许输出的最大无功功率， 为电力电子变压器的交流端口i的容量， 为电力电子变压器的直流端口i允许输出的最大有功功率；
[0056] 所述储能装置运行约束包括：
[0057] ；
[0058] ；
[0059] ；
[0060] ；
[0061] ；
[0062] 上式中， 、 分别为t时段储能装置e放、充电状态的二进制变量， 、分别为t时段储能装置e的放、充电功率， ，， 、 分别为储能装置e允许的放、充电最大功率，
为t时段储能装置e的荷电容量， 、 分别为储能装置e的荷电容量最小、最大值， 、 分别为储能装置的放、充电效率， 为储能装置e的容量；
[0063] 所述分布式电源运行约束包括：
[0064] ；
[0065] ；
[0066] ；
[0067] 上式中， 、 分别为交流分布式电源输出有功功率的最小、最大值， 、 分别为交流分布式电源输出无功功率的最小、最大值， 、分别为直流分布式电源输出有功功率的最小、最大值。
[0068] 第二方面，本发明提出一种交直流配电网两阶段分布式优化系统，包括集中式运行优化模型构建模块、分布式转化和求解模块、子网独立模型构建和求解模块；
[0069] 所述集中式运行优化模型构建模块用于构建以运行成本最小为目标的集中式交直流配电网多时段运行优化模型，所述集中式交直流配电网多时段运行优化模型的约束条件包括交直流配电网潮流约束、电力电子变压器运行约束、储能装置运行约束、分布式电源运行约束；
[0070] 所述分布式转化和求解模块用于将集中式交直流配电网多时段运行优化模型转化为各子网的分布式运行优化模型，并求解各子网的分布式运行优化模型，得到边界耦合变量的最优解；
[0071] 所述子网独立模型构建和求解模块用于基于边界耦合变量的最优解构建各子网独立的运行优化模型，通过求解各子网独立的运行优化模型，得到交直流配电网的运行优化结果。
[0072] 所述集中式运行优化模型构建模块用于构建如下目标函数：
[0073] ；
[0074] 上式中， 、 分别为交、直流配电网中分布式电源的数量， 、 分别为交、直流配电网中分布式电源i的发电成本， 、 分别为t时段交、直流配电网中分布式电源i的有功出力， 为交直流配电网的购电成本， 为t时段主网注入的有功功率；
[0075] 所述子网独立模型构建和求解模块用于构建如下各子网独立的运行优化模型：
[0076] 交流子网独立的运行优化模型：
[0077] ；
[0078] 上式中， 为交流配电网的目标函数， 、 分别为交流配电网的等式、不等式约束， 为交流配电网的局部变量， 、 分别为交流配电网局部变量中部的连续、离散变量， 为实数；
[0079] 直流子网独立的运行优化模型：
[0080] ；
[0081] 上式中， 为直流配电网的目标函数， 、 分别为直流配电网的等式、不等式约束， 为直流配电网的局部变量， 、 分别为直流配电网局部变量中部的连续、离散变量。
[0082] 所述子网独立模型构建和求解模块包括子网独立模型构建单元、储能参数优化单元、加速诱导因子计算单元、子网独立加速模型构建单元、加速模型求解单元；
[0083] 所述子网独立模型构建单元用于基于边界耦合变量的最优解构建各子网独立的运行优化模型；
[0084] 所述储能参数优化单元用于对各子网独立的运行优化模型进行线性松弛，并求解得到交直流配电网中储能装置充放电状态的优化解；
[0085] 所述加速诱导因子计算单元用于基于储能装置充放电状态的优化解计算得到交直流配电网的加速诱导因子；
[0086] 所述子网独立加速模型构建单元用于将加速诱导因子添加至各子网独立的运行优化模型中形成各子网独立的运行优化加速模型；
[0087] 所述加速模型求解单元用于求解各子网独立的运行优化加速模型，得到交直流配电网的运行优化结果。
[0088] 所述加速诱导因子计算单元基于以下公式计算交直流配电网的加速诱导因子 ：
[0089] ；
[0090] 上式中， 为放缩参数， 为储能装置充放电状态的优化解；
[0091] 所述子网独立加速模型构建单元用于构建如下各子网独立的运行优化加速模型：
[0092] 交流子网独立的运行优化加速模型：
[0093] ；
[0094] 上式中， 为交流配电网的目标函数， 为交流配电网中分布式电源的数量，为交流配电网中分布式电源i的发电成本， 为t时段交流配电网中分布式电源i的有功出力， 为交流配电网的加速诱导因子， 、 分别为交流配电网的等式、不等式约束， 为交流配电网的局部变量， 、 分别为交流配电网局部变量中的连续、离散变量， 为实数；
[0095] 直流子网独立的运行优化加速模型：
[0096] ；
[0097] 上式中， 为直流配电网的目标函数， 为直流配电网中分布式电源的数量，为直流配电网中分布式电源i的发电成本， 为t时段直流配电网中分布式电源i的有功出力， 为直流配电网的加速诱导因子， 、 分别为直流配电网的等式、不等式约束， 为直流配电网的局部变量， 、 分别为直流配电网局部变量中部的连续、离散变量。
[0098] 所述分布式转化和求解模块用于集中式交直流配电网多时段运行优化模型转化为如下各子网的分布式运行优化模型：
[0099] 电力电子变压器子网的运行优化模型：
[0100] ；
[0101] 上式中， 为电力电子变压器子网的目标函数， 为交直流配电网的购电成本， 为t时段主网注入的有功功率， 、 分别为交流配电网拉格朗日罚函数的系数向量、权重向量， 、 分别为直流配电网拉格朗日罚函数的系数向量、权重向量，、 分别为交、直流配电网的边界耦合变量的目标变量， 、 分别为交、直流配电网的边界耦合变量的响应变量， 、 分别为电力电子变压器子网的等式、不等式约束， 为电力电子变压器子网的局部变量；
[0102] 交流子网的运行优化模型：
[0103] ；
[0104] 上式中， 为交流配电网的目标函数， 为交流配电网中分布式电源的数量，为交流配电网中分布式电源i的发电成本， 为t时段交流配电网中分布式电源i的有功出力， 、 分别为交流配电网的等式、不等式约束， 为交流配电网的局部变量， 、 分别为交流配电网局部变量中的连续、离散变量；
[0105] 直流子网的运行优化模型：
[0106] ；
[0107] 上式中， 为直流配电网的目标函数， 为直流配电网中分布式电源的数量，为直流配电网中分布式电源i的发电成本， 为t时段直流配电网中分布式电源i的有功出力， 、 分别为直流配电网的等式、不等式约束， 为直流配电网的局部变量， 、 分别为直流配电网局部变量中部的连续、离散变量。
[0108] 与现有技术相比，本发明的有益效果为：
[0109] 1、本发明一种交直流配电网两阶段分布式优化方法先构建集中式交直流配电网多时段运行优化模型，然后将集中式交直流配电网多时段运行优化模型转化为各子网的分布式运行优化模型，并求解各子网的分布式运行优化模型，得到边界耦合变量的最优解，再基于边界耦合变量的最优解构建各子网独立的运行优化模型，通过求解各子网独立的运行优化模型，得到交直流配电网的运行优化结果，该方法针对配电网多时段优化运行问题，采用两阶段分布式求解方法，有效改善了分布式优化模型的求解收敛性能。
[0110] 2、本发明一种交直流配电网两阶段分布式优化方法在构建的各子网独立的运行优化模型中引入加速诱导因子，通过诱导加速提高了含储能的配电网混合整数线性规划模型的求解效率。
[0111] 3、本发明一种交直流配电网两阶段分布式优化方法构建的多时段交直流配电网运行优化模型能够充分发挥储能的削峰填谷作用。
附图说明
[0112] 图1为实施例1采用的含电力电子变压器的交直流混合配电网的结构图。
[0113] 图2为目标级联分析法的原理图。
[0114] 图3为实施例1、2中两阶段分布式求解的流程图。
[0115] 图4为实施例3所述系统的结构图。
[0116] 图5为实施例4所述系统的结构图。
具体实施方式
[0117] 下面结合具体实施方式以及附图对本发明作进一步详细的说明。
[0118] 本发明提供了一种交直流配电网两阶段分布式优化方法，该方法针对配电网多时段优化运行问题，充分发挥储能的削峰填谷作用，以运行成本最小为目标构建配电网优化运行模型，引入目标级联分析法将集中式优化模型转化为分布式模型；进而通过松弛和加速等技术手段，提出两阶段加速分布式优化运行方法，提高模型的收敛性和计算效率。
[0119] 实施例1：
[0120] 一种交直流配电网两阶段分布式优化方法，本实施例针对如图1所示的含电力电子变压器的交直流混合配电网，依次按照以下步骤进行：
[0121] 1、构建如下以运行成本最小为目标，包括交直流配电网潮流约束、电力电子变压器运行约束、储能装置运行约束、安全运行约束、分布式电源运行约束的初始集中式交直流配电网多时段运行优化模型：
[0122] 目标函数
[0123] (式1)
[0124] 上式中， 、 分别为交、直流配电网中分布式电源的数量， 、 分别为交、直流配电网中分布式电源i的发电成本， 、 分别为t时段交、直流配电网中分布式电源i的有功出力， 为交直流配电网的购电成本， 为t时段主网注入的有功功率。
[0125] 约束条件
[0126] 本实施例不考虑网络损耗，因此，交直流配电网潮流约束可描述为：
[0127] （式2）
[0128] （式3）
[0129] （式4）
[0130] （式5）
[0131] （式6）
[0132] 上式中， 、 分别为交、直流配电网的支路集合， 、 分别为t时段交流配电网中支路ji、ik的有功潮流， 、 分别为t时段交流配电网中支路ji、ik的无功潮流， 为t时段交流配电网中分布式电源i的无功出力， 、 分别为t时段电力电子变压器PET注入交流配电网节点i的有功、无功功率， 、 分别为t时段交流侧储能装置e的放、充电功率， 、 分别为t时段交流配电网节点i的有功、无功负荷， 、 为t时段交流配电网节点i、j的电压幅值， 、 分别为交流配电网支路ij的电阻、电抗， 、 为t时段直流配电网支路ji、ik的有功潮流， 为t时段电力电子变压器注入直流配电网节点i的有功功率， 、 分别为t时段直流侧储能装置e的放、充电功率， 为t时段直流配电网节点i的有功负荷， 、 分别为 t时段直流配电网节点i、j的电压幅值， 为直流配电网支路ij的电阻。
[0133] 电力电子变压器运行约束：
[0134] PET内在的电路拓扑和控制方式不尽一致，但其外在特性及其所包含的功能属性则相差无几，如图1所示，运行中的PET要时刻满足有功平衡方程，即：
[0135] （式7）
[0136] （式8）
[0137] （式9）
[0138] （式10）
[0139] 上式中， 、 分别为电力电子变压器交、直流端口的数量， 为电力电子变压器的交流端口i允许输出的最大无功功率， 为电力电子变压器的交流端口i的容量， 为电力电子变压器的直流端口i允许输出的最大有功功率。
[0140] 储能装置运行约束：
[0141] （式11）
[0142] （式12）
[0143] （式13）
[0144] （式14）
[0145] （式15）
[0146] 上式中， 、 分别为t时段储能装置e放、充电状态的二进制变量， 、分别为t时段储能装置e的放、充电功率， ，， 、 分别为储能装置e允许的放、充电最大功率，
为t时段储能装置e的荷电容量， 、 分别为储能装置e的荷电容量最小、最大值， 、 分别为储能装置的放、充电效率， 为储能装置e的容量。
[0147] 安全运行约束：
[0148] （式16）
[0149] （式17）
[0150] 上式中， 、 分别为交流配电网允许的节点电压最小、最大值， 、分别为直流配电网允许的节点电压最小、最大值。
[0151] 分布式电源运行约束：
[0152] （式18）
[0153] （式19）
[0154] （式20）
[0155] 上式中， 、 分别为交流分布式电源输出有功功率的最小、最大值， 、 分别为交流分布式电源输出无功功率的最小、最大值， 、分别为直流分布式电源输出有功功率的最小、最大值。
[0156] 2、上述模型本质上为混合整数非线性规划MINLP问题，为此，采用变量替代、 和线性化方法，将MINLP问题转化为混合整数线性规划MILP问题，即得到集中式交直流配电网多时段运行优化模型。基于这种方式，式4、6、9被转化为如下线性形式：
[0157] （式21）
[0158] （式22）
[0159] （式23）
[0160] 上式中， 、 、 为常系数。
[0161] 值得注意的是，由于集中控制存在通信瓶颈和商业机密无法共享等弊端，难以在多自治区域内广泛应用，因此需通过分解协调算法实现交、直流配电网的分布式协调优化。
[0162] 3、含PET的交直流配电网可以分解为交流子网、直流子网以及PET网络，其中，PET网络用于耦合交、直流子网。考虑这一分层结构特点，基于目标级联分析法构建两层式的分解网络，如图2所示。
[0163] 集中式优化模型的目标函数由多个子元素加和组成，即，其中， 为电力电子变压器的目标函数，
为交直流配电网的目标函数。同理，约束条件可以被分解为 和
，其中， 、 分别为电力电子变压器的不等式、等式约束，
、 分别为交直流配电网的不等式、等式约束条件，上述约
束条件采用式21‑23进行线性化，均为线性约束。因此，集中式优化问题可被分解为PET子网的运行优化模型、交流子网的运行优化模型和直流子网的运行优化模型。
[0164] 目标级联分析法的基本思想是将优化目标按照系统到子系统再到部件等不断分流，同时各级响应由下而上不断反馈，然后对各子系统进行独立求解，交叠优化，直到满足收敛为止。模型的优化变量一般分为局部变量 、 、 和边界耦合变量 ，将边界耦合变量分解为目标变量 和响应变量 ，带入子系统中进行优化求解时，上述变量应满足一致性约束方程：
[0165] （式24）
[0166] 本实施例采用增广拉格朗日罚函数对边界耦合变量进行约束，从而实现分布式优化。在集中式优化模型的基础上，可分解出如下PET子网的运行优化模型：
[0167] （式25）
[0168] 上式中， 、 分别为交流配电网拉格朗日罚函数的系数向量、权重向量， 、分别为直流配电网拉格朗日罚函数的系数向量、权重向量， 、 分别为交、直流配电网的边界耦合变量的目标变量， 、 分别为交、直流配电网的边界耦合变量的响应变量， 为PET子网的局部变量，该变量为连续变量，是该模型的优化变量， 为实数。
[0169] 同理，对于交流子网，其运行优化模型可表示为：
[0170] （式26）
[0171] 上式中， 为交流配电网的局部变量， 、 分别为交流配电网局部变量中的连续、离散变量。
[0172] 对于直流子网，其运行优化模型可表示为：
[0173] （式27）
[0174] 上式中， 为直流子网的局部变量， 、 分别为直流子网局部变量中的连续、离散变量。在各子网的优化过程中 、 为优化变量， 、 则为常量。
[0175] 各子网在采用本地最优潮流的基础上，通过与PET进行信息交互，并不断反馈传递，迭代求解，从而实现不同网络的分布式优化。
[0176] 4、构建第一阶段模型‑松弛的分布式运行优化模型
[0177] 将交流子网的运行优化模型和直流子网的运行优化模型中的二进制变量 、松弛为0‑1之间的连续变量，即 ， ，从而转化为如下模型：
[0178] 松弛的交流子网运行优化模型：
[0179] （式28）
[0180] 松弛的直流子网运行优化模型：
[0181] （式29）
[0182] 通过上述松弛处理，交直流配电网子问题被转化为二次规划问题，由于不含有整数变量，可极大提高模型求解可行性。
[0183] 5、采用目标级联分析法求解式25、28、29的子网优化模型，从而进行第一阶段求解，采用嵌套求解方法，即内循环通过给定惩罚参数寻求最佳目标和响应变量值，外循环旨在根据内循环的优化结果更新惩罚参数，最终得到边界耦合变量（相邻子网间的有功、无功、电压等）的优化解，具体流程如图3所示，包括：
[0184] 5.1、设置内外循环索引 、 ，并给定目标变量和响应变量的初始值；
[0185] 5.2、先并行求解式28、29的交、直流子网优化模型，再求解式25的PET子网运行优化模型，得到目标变量和响应变量的优化解；
[0186] 5.3、基于下式判断内循环是否收敛，若是，进入步骤5.4；否则，令 后返回5.2进行下一次迭代求解：
[0187] （式30）
[0188] 上式中， 为第 次内循环迭代时所有子网优化模型的目标函数之和， 为设定的收敛容差，本实施例选0.001；
[0189] 5.4、基于下式判断外循环是否收敛，若是，则输出边界耦合变量的优化解；否则，令 、 后更新惩罚参数，随后返回5.2进行下一次迭代求解：
[0190] （式31）
[0191] （式32）
[0192] 上式中， 为第 次外循环目标变量和响应变量的差值， 、 为设定的收敛容差，本实施例选0.001；
[0193] 惩罚参数基于如下公式更新：
[0194] （式33）
[0195] （式34）
[0196] 上式中， 、 为设定的常数， 、 分别为第 次外循环罚函数的系数向量和权重向量， 为哈达玛积。
[0197] 6、基于边界耦合变量的优化解，构建第二阶段模型，即各子网独立的运行优化模型，包括：
[0198] 交流子网独立的运行优化模型：
[0199] （式35）
[0200] 直流子网独立的运行优化模型：
[0201] （式36）
[0202] 7、采用Cplex求解器求解上述各子网独立的运行优化模型，即进行第二阶段求解，得到交直流配电网的运行优化结果，包括储能装置、分布式电源的出力等。
[0203] 实施例2：
[0204] 整体流程同实施例1，不同之处在于，
[0205] 由于式30和31所示的各子网独立的运行优化模型包含大量二进制变量，本质上属于MILP问题，降低了模型求解可行性和计算效率，为此，本实施例在第二阶段构建的各子网独立的运行优化模型中引入加速诱导因子，通过诱导加速提高模型的求解效率，具体构建过程如图3所示，包括：
[0206] 6.1、为获得加速诱导因子，需构建MILP的线性松弛问题，即对各子网独立的运行优化模型进行线性松弛，得到松弛的各子网独立的运行优化模型，包括：
[0207] 松弛的交流子网独立的运行优化模型：
[0208] （式37）
[0209] 松弛的直流子网独立的运行优化模型：
[0210] （式38）
[0211] 6.2、采用Cplex求解器求解上述松弛的各子网独立的运行优化模型，得到交直流配电网储能装置充放电状态的优化解 。
[0212] 6.3、基于以下公式计算交直流配电网的加速诱导因子 ：
[0213] （式39）
[0214] 上式中， 为放缩参数， 为储能装置充放电状态的优化解。
[0215] 6.4、将 添加至各子网独立的运行优化模型中形成各子网独立的运行优化加速模型，包括：
[0216] 交流子网独立的运行优化加速模型：
[0217] （式40）
[0218] 上式中， 为交流配电网的加速诱导因子；
[0219] 直流子网独立的运行优化加速模型：
[0220] （式41）
[0221] 上式中， 为直流配电网的加速诱导因子。
[0222] 通过Cplex求解器求解上述各子网独立的运行优化加速模型，即可完成第二阶段求解，得到交直流配电网的运行优化结果。
[0223] 实施例3：
[0224] 如图4所示，一种交直流配电网两阶段分布式优化系统，包括集中式运行优化模型构建模块、分布式转化和求解模块、子网独立模型构建和求解模块。
[0225] 所述集中式运行优化模型构建模块用于：
[0226] 构建如实施例1中步骤1所示的以运行成本最小为目标的初始集中式交直流配电网多时段运行优化模型，所述集中式交直流配电网多时段运行优化模型的约束条件包括交直流配电网潮流约束、电力电子变压器运行约束、储能装置运行约束、分布式电源运行约束；
[0227] 对初始集中式交直流配电网多时段运行优化模型中的非线性变量进行线性化处理，从而构建得到集中式交直流配电网多时段运行优化模型。
[0228] 所述分布式转化和求解模块用于：
[0229] 采用目标级联分析法将集中式交直流配电网多时段运行优化模型转化为各子网的分布式运行优化模型，其中，各子网的分布式运行优化模型包括：
[0230] PET子网的运行优化模型：
[0231]
[0232] 上式中， 为电力电子变压器子网的目标函数， 为交直流配电网的购电成本， 为t时段主网注入的有功功率， 、 分别为交流配电网拉格朗日罚函数的系数向量、权重向量， 、 分别为直流配电网拉格朗日罚函数的系数向量、权重向量，、 分别为交、直流配电网的边界耦合变量的目标变量， 、 分别为交、直流配电网的边界耦合变量的响应变量， 、 分别为电力电子变压器子网的等式、不等式约束， 为PET子网的局部变量；
[0233] 交流子网的运行优化模型：
[0234]
[0235] 上式中， 为交流配电网的目标函数， 为交流配电网中分布式电源的数量，为交流配电网中分布式电源i的发电成本， 为t时段交流配电网中分布式电源i的有功出力， 、 分别为交流配电网的等式、不等式约束， 为交流配电网的局部变量， 、 分别为交流配电网局部变量中的连续、离散变量。
[0236] 直流子网的运行优化模型：
[0237]
[0238] 上式中， 为直流配电网的目标函数， 为直流配电网中分布式电源的数量，为直流配电网中分布式电源i的发电成本， 为t时段直流配电网中分布式电源i的有功出力， 、 分别为直流配电网的等式、不等式约束， 为直流子网的局部变量， 、 分别为直流子网局部变量中部的连续、离散变量；
[0239] 将上述各子网的分布式运行优化模型中的二进制变量松弛为0‑1之间的连续变量，构建如下松弛的子网运行优化模型：
[0240] 松弛的交流子网运行优化模型：
[0241]
[0242] 松弛的直流子网运行优化模型：
[0243]
[0244] 采用目标级联分析法迭代求解PET子网的运行优化模型、松弛的交流子网运行优化模型以及松弛的直流子网运行优化模型，得到边界耦合变量的最优解，具体流程如实施例1步骤5所示。
[0245] 所述子网独立模型构建和求解模块用于基于边界耦合变量的最优解构建如下各子网独立的运行优化模型，通过Cplex求解器求解各子网独立的运行优化模型，得到交直流配电网的运行优化结果：
[0246] 交流子网独立的运行优化模型：
[0247]
[0248] 直流子网独立的运行优化模型：
[0249] 。
[0250] 实施例4：
[0251] 与实施例3的不同之处在于：
[0252] 如图5所示，所述子网独立模型构建和求解模块包括子网独立模型构建单元、储能参数优化单元、加速诱导因子计算单元、子网独立加速模型构建单元、加速模型求解单元。
[0253] 所述子网独立模型构建单元用于基于边界耦合变量的最优解构建与实施例3相同的各子网独立的运行优化模型。
[0254] 所述储能参数优化单元用于对各子网独立的运行优化模型进行线性松弛，得到：
[0255] 松弛的交流子网独立的运行优化模型：
[0256]
[0257] 松弛的直流子网独立的运行优化模型：
[0258]
[0259] 采用Cplex求解器求解上述松弛的运行优化模型，得到交直流配电网储能装置充放电状态的优化解。
[0260] 所述加速诱导因子计算单元用于基于以下公式计算得到交直流配电网的加速诱导因子 ：
[0261]
[0262] 上式中， 为放缩参数， 为储能装置充放电状态的优化解。
[0263] 所述子网独立加速模型构建单元用于将加速诱导因子 添加至各子网独立的运行优化模型中形成如下各子网独立的运行优化加速模型：
[0264] 交流子网独立的运行优化加速模型：
[0265]
[0266] 上式中， 为交流配电网的加速诱导因子；
[0267] 直流子网独立的运行优化加速模型：
[0268]
[0269] 上式中， 为直流配电网的加速诱导因子。
[0270] 所述加速模型求解单元用于通过Cplex求解器求解各子网独立的运行优化加速模型，得到交直流配电网的运行优化结果。
[0271] 为验证本发明所提方法的有效性，进行如下对比测试：
[0272] （1）设置以下两种场景：
[0273] 场景1：直接采用目标级联分析法求解交直流配电网分布式优化模型；
[0274] 场景2：采用实施例1所述方法求解交直流配电网分布式优化模型。
[0275] 对比各场景下针对不同时段优化问题进行求解的收敛情况，结果如表1所示：
[0276] 表1 两种场景的收敛结果对比
[0277]
[0278] 随着优化时段的增加，问题规模将增加，整数变量的个数也随之增加，这会导致问题更加难以求解。通过表1可以看出，对于24时段的小规模优化问题，场景1和场景2均能收敛，而与传统方法的场景1相比，本发明所提场景2的内外循环迭代次数较少，说明收敛更快。对于96时段的大规模优化模型，整数变量维度急剧增加，导致场景1无法收敛，而本发明所提方法在第一阶段求解分布式问题时，通过对整数变量松弛，使得子问题为凸规划问题，因此极大提高了收敛性能，经过14次外层循环和78次内层循环后，算法实现了收敛。
[0279] （2）对实施例1（模型中未引入加速诱导因子）、实施例2（模型中引入加速诱导因子）的模型求解时间进行考察，结果如表2所示：
[0280] 表2 实施例1、2的模型求解时间对比
[0281]
[0282] 可以看到，交、直流子问题在未采用诱导加速的求解时间分别为45.3s和32.4s，而通过诱导加速后的求解时间分别减少至30.1s和18.3s，求解效率分别提高了33.6%和43.5%，这说明本发明所提诱导加速方法可极大提高混合整数线性规划问题的求解效率。
