一种可再生能源接入的源-网-荷协同优化系统技术方案

本发明专利技术提供了一种可再生能源接入的源‑网‑荷协同优化系统，包括设备层、分布控制层和集中决策层，可再生能源分布式电源、电网设备、分布式储能、柔性负荷设备状态数据和运行数据通过分布控制层从下而上送到主站层，经过主站的集中决策，将控制命令经过分布控制层的监控系统从上而下到达设备层，完成可再生能源分布式电源功率预测、柔性负荷预测、可调度容量分析以及协调控制策略优化。

【技术实现步骤摘要】
一种可再生能源接入的源-网-荷协同优化系统
本专利技术属于电力系统电源调度领域，特别涉及一种可再生能源接入的源-网-荷协同优化系统。
技术介绍
随着全球能源危机问题的日渐突出，以及电力行业科学发展的需求，建立安全、高效、绿色、坚强的智能电网已成为新时期全球电力行业发展的主旋律。作为智能电网的关键之一，大力开发利用分布式电源(DERs，DistributedEnergyResources)，包括光伏发电系统、风力发电系统、储能系统、微型燃气轮机等，已成为我国能源可持续发展战略关注的焦点。分布式电源的高密度接入主要有两种形式，一是各种形式分布式电源集群接入配电网，可以作为“虚拟电源群”为现有供电电源提供有益而重要的补充。此外，也可以通过微电网这种由分布式电源、储能装置、负荷、监控和保护装置共同组成的自治型发用电系统接入配电网，提高能源综合利用效率，协调电网和分布式电源间的矛盾；当多个微电网在中压或低压配网中地理位置接近，可互联形成微网群，既具有完备的微电网特征和功能又具有接受和执行群级调度和协调控制命令共同完成群体共同运行目标的功能。在高密度、高渗透率微网群/虚拟电源群接入背景下，储能装置、电动汽车、柔性负荷的互动协调控制等众多新的需求将给传统被动无源的配电系统带来巨大变化，使之向主动有源的配电系统过渡。主动配电网(ADNs，Activedistributionnetworks)是智能电网领域的研究重点，与传统配电网相比，具有较为完善的可观可控水平以及主动自愈调控的物理条件，实现接入的大量分布式能源全频段消纳和优化，以保证电网安全、经济、高效运行。从“被动无源”到“主动有源”这一过渡过程对配电网在规划设计、运行调度、控制保护、仿真分析等诸多方面提出新的要求。发展快速有效的仿真技术和仿真平台对主动配电网的各种稳态、暂态行为特征进行分析，进而为配电网规划设计、优化调度、控制策略验证、自动故障定位与隔离、网络自愈、保护设备整定、实际物理设备试验等提供基本的技术手段与技术平台，成为迫切而意义重大的研究课题。
技术实现思路
本专利技术具体为一种可再生能源接入的源-网-荷协同优化系统，所述可再生能源接入的源-网-荷协同优化系统包括设备层、分布控制层和集中决策层；所述设备层包括柱上开关、环网柜、配电变压器、连接到柱上开关的馈线终端设备FTU、连接到环网柜的开闭所终端设备DTU以及连接到配电变压器的配变终端设备TTU，所述设备层还包括多个微网子系统、换流阀、电源设备、储能设备以及电动汽车，每个微网子系统、换流阀、电源设备、储能设备以及电动汽车均连接到一个终端设备；所述分布控制层包括多个微网监控系统、换流站/合环装置监控系统、可控资源监控系统以及多个安全隔离装置，每个微网监控系统通过终端设备与相应的微网子系统连接并对相应的微网子系统进行监测和控制，所述换流站/合环装置监控系统通过终端设备与所述换流阀连接并对所述换流阀进行监测和控制，所述可控资源监控系统通过终端设备与电源设备、储能设备以及电动汽车相连接并对相应的电源设备、储能设备以及电动汽车进行监测和控制，每个微网监控系统、换流站/合环装置监控系统、可控资源监控系统均连接到一个安全隔离装置；所述集中决策层包括信息交互总线及主动配电网开放互动协调控制系统，所述信息交互总线连接到多个安全隔离装置，所述主动配电网开放互动协调控制系统包括配电自动化系统及功能扩展模块，所述配电自动化系统连接到馈线终端设备FTU、开闭所终端设备DTU以及配变终端设备TTU并通过馈线终端设备FTU、开闭所终端设备DTU以及配变终端设备TTU对相应的柱上开关、环网柜以及配电变压器进行监测和控制，所述功能扩展模块与所述信息交互总线相连接；分布式电源、电网设备、分布式储能、柔性负荷设备状态数据和运行数据通过分布控制层从下而上送到主站层，经过主站的集中决策，将控制命令经过分布控制层的监控系统从上而下到达设备层，完成分布式电源功率预测、柔性负荷预测、可调度容量分析以及协调控制策略优化；所述微网子系统包括利用可再生能源进行发电的微网子系统。进一步的，所述配电自动化系统包括分层分区并网关键影响因素分析模块、多时空分布的可再生能源机组出力特性表征模块、基于多时空尺度的地区电力生产模拟计算模块以及可再生能源消纳能力衡量模块，所述分层分区并网关键影响因素分析模块、所述多时空分布的可再生能源机组出力特性表征模块、所述基于多时空尺度的地区电力生产模拟计算模块以及所述可再生能源消纳能力衡量模块依次顺序连接；所述分层分区并网关键影响因素分析模块对分层分区并网的电源特性影响因素、电网特性影响因素以及负荷特性影响因素进行分析，所述电源特性影响因素包括传统机组爬坡速率、可再生能源的同步性与互补性，所述电网特性影响因素包括系统备用水平、系统响应速度、系统调峰能力、电网网架约束以及系统外送容量规模，所述负荷特性影响因素包括当地电力需求水平、负荷水平，所述分层分区并网关键影响因素分析模块还通过数据挖掘技术对各个影响因素之间的相关性进行分析；所述多时空分布的可再生能源机组出力特性表征模块根据历史数据得到随机分布模型的参数，从而建立单个可再生能源机组的出力特性方程；将接入电力系统内的多个可再生能源按照不同电压等级及不同地理分布进行分层分区，分析不同电压等级、不同地理区域之间的可再生能源机组的出力的相关性，分析同一电压等级、同一地理区域内的可再生能源机组由于集群效应对其出力的影响，分析不同的时间尺度上各个可再生能源机组出力的相关特性，最终建立多时空分布的可再生能源机组出力特性表征方程；所述基于多时空尺度的地区电力生产模拟计算模块在源网荷互动体系控制策略下，通过分析可再生能源出力与负荷的相关性和区域常规电源在不同时域的调峰能力，优化考虑电网安全约束的不同电源开机组合，建立基于可再生能源就地消纳和外送电网建设综合考虑后的经济性为约束的模型函数，确定各个间歇性可再生能源的出力、消纳电量和外送电量，从而使得电网系统能够获得在就地消纳和外送相协调运行模式下的最优综合效益；电网安全约束包括节点功率平衡方程约束、系统潮流方程约束、线路传输功率约束、传统机组出力约束、传统机组爬坡率约束、间歇性可再生能源出力约束、系统备用水平约束；所述可再生能源消纳能力衡量模块根据可再生能源的实时出力、实际负荷、同区域及与其互联的区域内的系统备用水平和调峰容量，确定可再生能源的弃电量、投资运行费用和系统风险度多个指标来衡量可再生能源的消纳能力，从而建立可再生能源消纳能力衡量指标体系。进一步的，所述微网子系统的优化模型为：f1＝CMT(t)+CFC(t)+CDG(t)，f4＝CPMT(t)+CPFC(t)+CPDG(t)，式中，f1为机组燃料成本，f2为微电网与大电网交互成本，f3为机组维护成本，f4为各分布式电源排放惩罚成本，f5为中断补偿成本，f6为热量收益，CMT(t)、CDG(t)分别为t时段MT、柴油机燃料成本，Cmi为i机组的单位维护成本，Pi(t)为t时段i机组功率，CPMT(t)、CPFC(t)、CPDG(t)分别为t时段MT、FC、柴油机污染物排放成本，CP(t)为单位可中断负荷价格，Che、Qhe(t)分别为单位热量价格、t时段产生的热量。进一步的，电网中有功功本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种可再生能源接入的源‑网‑荷协同优化系统，其特征在于，所述可再生能源接入的源‑网‑荷协同优化系统包括设备层、分布控制层和集中决策层；所述设备层包括柱上开关、环网柜、配电变压器、连接到柱上开关的馈线终端设备FTU、连接到环网柜的开闭所终端设备DTU以及连接到配电变压器的配变终端设备TTU，所述设备层还包括多个微网子系统、换流阀、电源设备、储能设备以及电动汽车，每个微网子系统、换流阀、电源设备、储能设备以及电动汽车均连接到一个终端设备；所述分布控制层包括多个微网监控系统、换流站/合环装置监控系统、可控资源监控系统以及多个安全隔离装置，每个微网监控系统通过终端设备与相应的微网子系统连接并对相应的微网子系统进行监测和控制，所述换流站/合环装置监控系统通过终端设备与所述换流阀连接并对所述换流阀进行监测和控制，所述可控资源监控系统通过终端设备与电源设备、储能设备以及电动汽车相连接并对相应的电源设备、储能设备以及电动汽车进行监测和控制，每个微网监控系统、换流站/合环装置监控系统、可控资源监控系统均连接到一个安全隔离装置；所述集中决策层包括信息交互总线及主动配电网开放互动协调控制系统，所述信息交互总线连接到多个安全隔离装置，所述主动配电网开放互动协调控制系统包括配电自动化系统及功能扩展模块，所述配电自动化系统连接到馈线终端设备FTU、开闭所终端设备DTU以及配变终端设备TTU并通过馈线终端设备FTU、开闭所终端设备DTU以及配变终端设备TTU对相应的柱上开关、环网柜以及配电变压器进行监测和控制，所述功能扩展模块与所述信息交互总线相连接；分布式电源、电网设备、分布式储能、柔性负荷设备状态数据和运行数据通过分布控制层从下而上送到主站层，经过主站的集中决策，将控制命令经过分布控制层的监控系统从上而下到达设备层，完成分布式电源功率预测、柔性负荷预测、可调度容量分析以及协调控制策略优化；所述微网子系统包括利用可再生能源进行发电的微网子系统。...

【技术特征摘要】
1.一种可再生能源接入的源-网-荷协同优化系统，其特征在于，所述可再生能源接入的源-网-荷协同优化系统包括设备层、分布控制层和集中决策层；所述设备层包括柱上开关、环网柜、配电变压器、连接到柱上开关的馈线终端设备FTU、连接到环网柜的开闭所终端设备DTU以及连接到配电变压器的配变终端设备TTU，所述设备层还包括多个微网子系统、换流阀、电源设备、储能设备以及电动汽车，每个微网子系统、换流阀、电源设备、储能设备以及电动汽车均连接到一个终端设备；所述分布控制层包括多个微网监控系统、换流站/合环装置监控系统、可控资源监控系统以及多个安全隔离装置，每个微网监控系统通过终端设备与相应的微网子系统连接并对相应的微网子系统进行监测和控制，所述换流站/合环装置监控系统通过终端设备与所述换流阀连接并对所述换流阀进行监测和控制，所述可控资源监控系统通过终端设备与电源设备、储能设备以及电动汽车相连接并对相应的电源设备、储能设备以及电动汽车进行监测和控制，每个微网监控系统、换流站/合环装置监控系统、可控资源监控系统均连接到一个安全隔离装置；所述集中决策层包括信息交互总线及主动配电网开放互动协调控制系统，所述信息交互总线连接到多个安全隔离装置，所述主动配电网开放互动协调控制系统包括配电自动化系统及功能扩展模块，所述配电自动化系统连接到馈线终端设备FTU、开闭所终端设备DTU以及配变终端设备TTU并通过馈线终端设备FTU、开闭所终端设备DTU以及配变终端设备TTU对相应的柱上开关、环网柜以及配电变压器进行监测和控制，所述功能扩展模块与所述信息交互总线相连接；分布式电源、电网设备、分布式储能、柔性负荷设备状态数据和运行数据通过分布控制层从下而上送到主站层，经过主站的集中决策，将控制命令经过分布控制层的监控系统从上而下到达设备层，完成分布式电源功率预测、柔性负荷预测、可调度容量分析以及协调控制策略优化；所述微网子系统包括利用可再生能源进行发电的微网子系统。2.根据权利要求1所述的一种可再生能源接入的源-网-荷协同优化系统，其特征在于，所述配电自动化系统包括分层分区并网关键影响因素分析模块、多时空分布的可再生能源机组出力特性表征模块、基于多时空尺度的地区电力生产模拟计算模块以及可再生能源消纳能力衡量模块，所述分层分区并网关键影响因素分析模块、所述多时空分布的可再生能源机组出力特性表征模块、所述基于多时空尺度的地区电力生产模拟计算模块以及所述可再生能源消纳能力衡量模块依次顺序连接；所述分层分区并网关键影响因素分析模块对分层分区并网的电源特性影响因素、电网特性影响因素以及负荷特性影响因素进行分析，所述电源特性影响因素包括传统机组爬坡速率、可再生能源的同步性与互补性，所述电网特性影响因素包括系统备用水平、系统响应速度、系统调峰能力、电网网架约束以及系统外送容量规模，所述负荷特性影响因素包括当地电力需求水平、负荷水平，所述分层分区并网关键影响因素分析模块还通过数据挖掘技术对各个影响因素之间的相关性进行分析；所述多时空分布的可再生能源机组出力特性表征模块根据历史数据得到随机分布模型的参数，从而建立单个可再生能源机组的出力特性方程；将接入电力系统内的多个可再生能源按照不同电压等级及不同地理分布进行分层分区，分析不同电压等级、不同地理区域之间的可再生能源机组的出力的相关性，分析同一电压等级、同一地理区域内的可再生...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄霆，刘彬彬，江和和，季晨宇，罗云，
申请(专利权)人：国网江苏省电力有限公司南通供电分公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32