一种用于配电网络的多阶段扩展规划方法，该方法结合了自适应的短期修正机制

《Sustainable Energy Technologies and Assessments》：A multistage expansion planning method for distribution networks incorporating an adaptive short-term correction mechanism

基于多阶段扩展规划，本文提出融合自适应短期修正机制的双层规划模型，通过概率分布建模源荷增长不确定性，并采用关键节点评估和网络图论方法优化储能选址与网络扩展。案例验证表明该方法可降低总规划成本7.64%，有效缓解脆弱节点风险并提升区域电力平衡能力。

　　本文探讨了一种用于配电网多阶段扩展规划（DMEP）的新方法，旨在同时应对不确定性与可靠性问题，并协调分布式能源资源（DER）的调度、选址和容量配置。随着电力系统向智能化、绿色化发展，传统的长期规划方法在适应动态运行需求方面显得力不从心，因此需要一种更为灵活和精准的规划策略。该研究提出了一种双层规划模型，结合了自适应的短期校正机制，以提高规划的适应性和经济性。

配电网作为电力系统的重要组成部分，正经历深刻的变革。现代配电网不仅要满足日益增长的电力需求，还需要与分布式能源资源（如风力发电、光伏发电和储能系统）进行深度整合。这种整合不仅改变了电网的结构，也对系统的运行方式提出了更高的要求。特别是在中国，随着可再生能源装机容量的快速增加，预计到2030年，风力发电和光伏发电的总装机容量将超过1.2万亿瓦（TW），而储能系统的装机容量将达到291.2吉瓦（GW），电力消费量则将超过11.34万亿千瓦时（kWh）。面对如此庞大的能源格局，配电网的扩展规划必须兼顾长期目标与短期运行需求，以确保系统的可持续性和稳定性。

然而，传统的扩展规划方法在处理不确定性方面存在诸多局限。这些不确定性不仅来源于长期的源荷增长，还来自短期的电力波动。例如，风力发电和光伏发电的输出具有显著的随机性和间歇性，而负载需求也会随时间变化。因此，如何在长期规划中合理考虑这些不确定性，成为当前研究的重要课题。此外，随着分布式能源资源的广泛应用，电网的可靠性问题也愈发突出。如果规划过程中未能充分考虑可靠性约束，可能导致某些关键节点或支路的供电能力不足，从而影响整个系统的安全运行。

本文提出了一种新的双层扩展规划模型，以解决上述问题。该模型的上层用于确定长期扩展方案，包括变电站、馈线和分布式发电的调度、选址和容量配置。通过建立源荷增长率的概率分布，上层模型能够在不确定环境下优化扩展决策，确保系统的长期发展。下层模型则引入了短期校正机制，用于应对源荷的短期波动，并支持分布式能源资源的灵活运行。该机制能够实现储能系统的分阶段滚动部署，从而提高系统的适应性和运行效率。

与现有研究相比，本文的模型在多个方面进行了创新。首先，传统的长期不确定性通常被简化为负载增长，而本文则考虑了分布式发电的随机扩展以及多种不确定性之间的联合建模，包括源荷增长率和短期电力波动。这种综合考虑能够更准确地反映实际运行条件，提高规划的科学性和实用性。其次，可靠性问题往往被单独处理，例如仅关注关键节点或支路的风险，而本文则提出了一种网络级的可靠性约束设计，将局部风险与整体系统性能联系起来，从而确保整个配电网的稳定运行。最后，阶段边界通常是由外部设定的，而本文则引入了一种自适应的阶段划分策略，该策略基于源荷的动态增长和不确定性分布，能够动态调整资源分配的时间，避免过早投资或延迟维护带来的额外负担。

在具体实现上，本文采用了一种双层规划结构，上层模型主要负责长期扩展决策，下层模型则负责短期校正。上层模型通过概率潮流仿真，模拟源荷增长率的不确定性，从而优化变电站、馈线和分布式发电的扩展方案。下层模型则基于随机优化方法，应对源荷的短期波动，确定储能系统的最优选址和容量。这种分层结构能够有效分离长期与短期问题，提高模型的可操作性和计算效率。

为了优化储能系统的选址，本文还提出了一种关键节点评估方法。该方法通过分析网络中的供需平衡、运行经济性和运行风险，确定储能系统的最佳部署位置。这一策略能够优先考虑那些需要重点投资管理的关键节点，从而提高系统的可靠性和经济性。此外，本文还引入了一种基于Prim和Dijkstra算法的混合优化方法，用于生成多变电站环供网络的初始拓扑结构。这种设计不仅增强了网络的可靠性，还确保了区域间的电力平衡。

本文的模型在24节点和54节点的配电网系统中进行了验证。仿真结果表明，该模型能够有效降低总规划成本，其中短期校正机制在24节点系统中减少了5.41亿人民币的投资成本和179.09亿人民币的运行成本。同时，自适应的阶段划分策略也显著降低了年投资和运行成本，分别减少了5.62%和7.66%。此外，优化后的储能系统选址和网络扩展方案有效缓解了关键节点和支路的供电不足风险，提高了系统的整体可靠性。

在实际应用中，该模型不仅适用于中国，也具有广泛的适用性。随着全球范围内对可再生能源和储能技术的重视，配电网的扩展规划正面临前所未有的挑战和机遇。本文提出的双层规划模型和自适应阶段划分策略，能够为其他地区和国家提供有益的参考，特别是在如何应对不确定性、提高系统可靠性方面。同时，该模型的计算效率和实用性也得到了验证，表明其在大规模配电网系统中的可行性。

本文的研究成果为未来配电网的扩展规划提供了新的思路和方法。通过结合长期与短期规划，该模型能够在满足系统可靠性要求的同时，降低规划成本，提高运行效率。此外，自适应的阶段划分策略能够根据实际情况动态调整扩展计划，确保资源的合理配置和有效利用。这些创新点不仅有助于提升配电网的适应能力，也为实现可持续发展的电力系统提供了有力支持。

总的来说，本文的研究成果具有重要的理论和实践意义。它不仅为配电网的多阶段扩展规划提供了一种新的框架，还通过引入自适应的短期校正机制和关键节点评估方法，提高了规划的灵活性和可靠性。随着电力系统的不断发展，这种综合考虑不确定性和可靠性的规划方法将在未来发挥更大的作用，为构建更加智能、高效和可持续的电力系统提供坚实的基础。