(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211401499.8 (22)申请日 2022.11.09 (71)申请人 清华大学 地址 100084 北京市海淀区清华园 (72)发明人 李笑倩　魏应冬　陆超　张建　 叶润峰　 (74)专利代理 机构 北京清亦华知识产权代理事 务所(普通 合伙) 11201 专利代理师 张润 (51)Int.Cl. G06F 30/20(2020.01) G06F 111/04(2020.01) (54)发明名称 基于双层规划的柔直供电系统牵引所选址 定容方法与装置 (57)摘要 本发明公开了基于双层规划的柔直供电系 统牵引所选址定容方法与装置， 该方法包括： 建 立牵引供电系统牵引所的双层优化模 型， 并明确 双层优化模 型的决策变量， 建立规划层优化模型 和运行层优化模型的目标函数； 以及， 建立规划 层约束和规划层附加约束、 运行层约束； 得到更 新后的双层优化模型； 利用迭代 求解算法对更新 后的双层优化模型进行求解， 获取最优配置参 数， 基于最优配置参数进行牵引供电系统牵引所 的选址定容。 本发明既考虑了由于系统结构参数 变动引起的投资成本变化， 由兼顾了由于系统运 行参数变化对系统运行成本的影 响， 提出了双层 优化模型迭代算法并实现了双层优化模型高效 精确求解， 使最终得到的优化方案更加符合工程 需求。 权利要求书3页 说明书11页 附图4页 CN 115481547 A 2022.12.16 CN 115481547 A 1.一种基于双层规划的柔直供电系统牵引所选址定容方法， 其特征在于， 包括以下步 骤： 根据城市轨道 交通车站站点分布信 息以及牵引供电系统参数和负荷信 息， 建立柔性直 流供电系统牵引所选址定容的双层规划模型， 其中， 所述双层规划模型包括： 上层优化模 型‑规划层优化模型以及下层优化模型 ‑运行层优化模型； 利用上层优化模型对牵引所配置以及线路配置进行优化， 其中， 以牵引所容量投资成 本、 线路投资成本以及运行成本 之和为第一优化目标， 牵引所配置二进制变量、 牵引所站间 距、 牵引所容 量和新增牵引所二进制变量 为优化变量； 利用下层优化模型对系统运行进行优化， 以最小化系统用电成本或者以最小化系统电 压波动， 最大化牵引所容量裕度为第二优化 目标， 求解上层优化模型得到的上层优化结果 作为下层优化模型的约束的边界条件， 再求解下层 优化模型得到的下层优化结果以对上层 优化结果进行修正， 并通过上层优化模型以及下层优化模型 的相互迭代， 最终得到上层优 化模型以及下层优化模型同时最优的优化方案； 基于所述优化方案和迭代求解算法对所述双层规划模型进行求解以获取最优配置参 数， 并基于所述 最优配置参数进行牵引供电系统牵引所的选 址定容。 2.根据权利要求1所述的方法， 其特征在于， 所述牵引所容量投资成本为牵引所内变流 器的额定容量所对应的投资成本， 所述变流器的额定容量为瞬时峰值容量在一定时间内的 积分并取平均值， 所述线路投资成本为新建线路的投资成本， 所述运行成本为牵引供电系 统在一年中的用电成本 。 3.根据权利要求1所述的方法， 其特 征在于， 建立所述 规划层优化模型的约束， 包括： 当仅需在牵引所待选点确定牵引所布置方式时， 此时的规划层优化模型旨在确定牵引 所位置， 使 得牵引所实现对所有 车站的供电； 所述规划层 优化模型的约束， 包括牵引所配置 约束、 牵引所 数目约束和牵引所容 量约束； 当考虑牵引所选址的特殊情形， 系统处于N ‑1运行时， 在已知牵引所覆盖能力以及已确 定牵引所待选点后， 新增牵引所， 规划层 优化模型在于确定新增牵引所位置， 规划层 优化模 型的约束为牵引所位置约束、 以及牵引所覆盖范围约束。 4.根据权利要求1所述的方法， 其特征在于， 建立运行层优化模型的约束 并对约束进行 线性化以及凸松弛， 包括如下步骤： 获取规划层优化模型的优化结果作为 运行层优化模型的约束的边界条件； 建立运行层优化模型的约束， 包括： 支路电流约束、 节点注入电流约束、 以及节点注入 功率约束， 支路网损约束、 支路电压降约束、 支路电流与支路功率及节点电压约束、 钢轨电 位约束； 利用电压、 电流线性变量替换支路电流约束、 节点注入电流约束、 以及节点注入功率约 束、 支路网损约束、 支路电压降约束、 支路电流与支路功率及节点电压约束、 钢轨电位约束 中的电压、 电流非线性变量， 得到线性化的支路电流约束、 线性化的节点注入电流约束、 以 及线性化的节点注入功 率约束， 线性化的支路 网损约束、 线性化的支路电压降约束、 线性化 的钢轨电位约束。 5.根据权利要求1所述的方法， 其特征在于， 所述双层规划模型的迭代求解过程， 包括 如下步骤：权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 115481547 A 2(1)、 基于初始化牵引所 、 牵引所数目 以及牵引所的位置分布、 初始化牵引所 容量限制值 ， 求解运行层优化模型， 获得基于规划层决策变量初始化值 对应的运行 层决策变量 和运行层成本 ； (2)、 利用所述运行层成本 ， 求解规划层优化模型， 得到规划层决策变量 和系统总成本 ； (3)、 利用所述规划层决策变量 ， 求解运行层优化模型， 得到新的运行层决策变量 和运行层成本 ； (4)、 重复步骤(2)和(3)， 设定迭代控制误差 、 小于误差精度 ， 则迭代终止， 最 终求 解得到的 即为双层优化模型最优解， 若误差 在最大迭代次数 Titer无法 收敛， 转向步骤(5)； (5)、 确定规划层方案 为系统已知条件， 将规划层优化模型的约束进行预设公式 转化， 执行步骤(2)以及步骤(3)， 直至 达到所述误差精度 。 6.根据权利要求4所述的方法， 其特征在于， 所述支路电流约束， 所述支路电流为柔直 牵引供电系统接触网线路上额定电流， 由线路上瞬时电流在一段时间内积分 并取平均值得 到。 7.根据权利要求1所述的方法， 其特征在于， 所述城市轨道 交通车站站点分布信 息以及 牵引供电系统参数和负荷信息， 包括： 根据车站数量以及每个车站在线路上的位置， 获取每 个车站之 间的站间距分布数据； 城市轨道交通线路信息， 包括线路地上以及地下分布情况、 线路坡度、 线路弯道以及转弯半径和线路总长度； 牵引供电系统相关参数， 包括接触网和钢 轨单位长度阻抗和钢轨对地电阻； 牵引供电系统负荷信息， 包括动力照明负荷以及机车负 荷信息。 8.一种基于双 层规划的柔 直供电系统牵引所选 址定容装置， 其特 征在于， 包括： 模型构建模块， 用于根据城市轨道 交通车站站点分布信 息以及牵引供电系统参数和负 荷信息， 建立柔性直流供电系统牵引所选址定容的双层规划模 型， 其中， 所述双层规划模型 包括： 上层优化模型 ‑规划层优化模型以及下层优化模型 ‑运行层优化模型； 配置优化模块， 用于利用上层优化模型对牵引所配置以及线路配置进行优化， 其中， 以 牵引所容量投资成本、 线路投资成本以及运行成本之和为第一优化 目标， 牵引所配置二进 制变量、 牵引所站间距、 牵引所容 量和新增牵引所二进制变量 为优化变量；权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 115481547 A 3