一种电网的时空功率均衡方法及系统技术方案

本发明专利技术提供一种电网的时空功率均衡方法及系统，日前阶段考虑风电出力的不确定性，生成大量随机场景，对各网络进行等效建立网络间空间功率均衡模型，采用节点电压和支路电流对节点功率的灵敏度以防止节点电压和支路电流越限，得到柔性多状态开关的运行域；以日前网络间空间功率均衡柔性多状态开关的优化结果为基础，以各网络内时间功率均衡为目标，建立日前各网络内的模型，根据大量随机场景优化结果得到储能装置的运行域；日内阶段，基于柔性多状态开关和储能装置的运行域，以日内向上级电网购电费用和电压偏差加权和最小为目标，得到各时段各调控手段的最终功率。本发明专利技术相比于传统调控方式能够在降低运行费用的同时，改善了日内调控的灵活性。了日内调控的灵活性。了日内调控的灵活性。

【技术实现步骤摘要】
一种电网的时空功率均衡方法及系统


[0001]本专利技术属于配电网运行优化领域，更具体地，涉及一种电网的时空功率均衡方法及系统。

技术介绍

[0002]随着可再生能源发电的不断应用，配电网中的可再生能源发电渗透率不断提高，而常见的风力发电受天气影响较大，其出力呈现出不确定性和波动性。传统配电网难以有效应对风电出力的不确定性，因此，各种主动调控设备，如柔性多状态开关、储能装置、无功电容器组和无功补偿器等接入电网中形成了主动配电网。风电出力的不确定性加剧了不同网络间的空间功率不均衡以及网络内部的功率峰谷差的时间不均衡。这种功率的时空不均衡导致网络运行经济性下降，而且可能会出现电压越限等安全问题。合理调控主动控制设别可以改善网络时空功率均衡程度，提升网络运行经济性。
[0003]现有研究及技术存在的问题总结如下：（1）现有主动配电网运行优化多集中于减小网络损耗、改善电压分布，且由于网络间因为电压等级和相位的差别无法采用联络线直连，无法对网络间的功率进行均衡；（2）日前规划阶段，通常根据预测数据确定储能装置每个时段的充放电功率，且在日内不能随着小时级预测数据进行修正，同时，日前阶段舍弃了如柔性多状态开关的连续调控设备的功率优化结果，造成了运行数据的浪费；（3）日前阶段网络间建立详细模型在大量场景优化时，会造成计算时间较长的问题。

技术实现思路

[0004]针对现有技术的缺陷，本专利技术的目的在于提供一种电网的时空功率均衡方法及系统，旨在解决配电网间及内部功率不均衡以及日内调控灵活性不足的问题为实现上述目的，第一方面，本专利技术提供了一种电网的时空功率均衡方法，包括如下步骤：第一步，对日前阶段配电网间功率进行空间均衡：在日前阶段，考虑风电出力的不确定性，生成大量的随机场景，并在各随机场景下调控柔性多状态开关的参数以对配电网功率进行优化，根据各随机场景下的柔性多状态开关参数的调控结果确定柔性多状态开关的运行域；在每个随机场景中将各个配电网等效为仅有净有功和无功负荷的节点，同时在柔性多状态开关接入配电网时，采用节点电压对节点功率的灵敏度和支路电流对节点功率的灵敏度以描述柔性多状态开关的功率变化带来的节点电压和支路电流变化量，对节点电压和支路电流进行约束；第二步，对日前阶段配电网内功率进行时间均衡：以所述各随机场景下柔性多状态开关参数的调控结果为基础，以单个配电网为研究对象，考虑配电网内具体的潮流约束和储能装置运行约束，对配电网功率进行优化，根据各随机场景下的优化结果确定储能装
置的运行域；第三步，对日内阶段配电网进行逐时段运行优化：基于所述柔性多状态开关的运行域和储能装置的运行域，以日内向所述配电网的上一级电网的购电费用与电压偏差的加权和最小为目标，逐时段建立日内配电网运行优化模型，得到对柔性多状态开关和储能装置进行功率调控的最终方案。
[0005]在一个可能的示例中，所述对日前阶段配电网间功率进行空间均衡，具体包括如下步骤：考虑日前风电出力预测的不确定性，采用拉丁超立方抽样方法在风电出力预测误差范围内生成大量随机场景；将各配电网等效为仅有净有功负荷和净无功负荷的节点，采用节点电压和支路电流对节点功率的灵敏度分别描述柔性多状态开关功率变化对节点电压和支路电流的影响，防止节点电压和支路电流越限；以空间功率均衡为目标，具体为以各配电网向上级电网获得的有功功率之和最小为目标，优化得到大量随机场景下柔性多状态开关在每个时段的有功功率，构成柔性多状态开关的有功功率运行域，以作为所述柔性多状态开关的运行域。
[0006]在一个可能的示例中，所述对日前阶段配电网内功率进行时间均衡，具体包括如下步骤：基于日前配电网间空间功率均衡得到的柔性多状态开关在各随机场景下的功率优化结果，以单个配电网为研究对象；以各配电网内时间功率均衡为目标，具体为以向上级电网获得的有功功率相关的功率值最小为目标，考虑具体的潮流运行约束和储能装置运行约束，建立日前各配电网内的运行优化模型；所述有功功率相关的功率值为第一功率值和第二功率值之和，所述第一功率值为一天内每个小时有功功率排序后首位配对峰谷差的加权和，首先将各时刻有功功率进行降序排序，然后分别对首尾功率进行配对，相减并取绝对值得到多对有功功率差值，差值求和乘以对应权重即为第一功率值，所述第二功率值为向上级电网获得的有功功率；基于所述各配电网内的运行优化模型对大量随机场景进行优化，得到储能装置每个时段的荷电状态结果，依次构成储能装置的荷电状态运行域，以作为所述储能装置的运行域。
[0007]在一个可能的示例中，所述对日内阶段配电网进行逐时段运行优化，具体包括如下步骤：对于每个时段，考虑风电的小时级预测值，计算得到日内风电预测值相比于日前风电预测值的预测误差；根据每个时段的预测误差，结合日前优化得到的柔性多状态开关的运行域和储能装置的运行域，得到柔性多状态开关有功功率和储能装置荷电状态在每个时段的运行范围；以日内向上级电网购电费用和电压偏差的加权和最小为目标，逐时段建立日内运行优化模型；基于所述逐时段建立日内运行优化模型对配电网逐时段优化得到所有调控方式，得到对柔性多状态开关和储能装置进行功率调控的最终方案。
[0008]在一个可能的示例中，所述以空间功率均衡为目标，具体为以各配电网向上级电网获得的有功功率之和最小为目标，优化得到大量随机场景下柔性多状态开关在每个时段的有功功率，构成柔性多状态开关的有功功率运行域，具体为：构建考虑所述灵敏度的日前配电网间空间功率均衡模型，空间功率均衡模型以配电网向上购入有功功率最小为目标，而单个配电网向上购入的有功功率等于该配电网的净有功负荷和有功损耗之和，场景ω下目标函数如下式所示：其中，为场景ω下的空间功率均衡目标函数，N为配电网个数，T为时段个数，为场景ω时刻t网络m的净负荷，为场景ω时刻t网络m所连柔性多状态开关的有功功率，为网络m的支路集合，为场景ω时刻t网络m支路ij的电流值平方，为网络m支路ij的电阻；所述日前配电网间空间功率均衡模型的约束条件包括：柔性多状态开关运行约束、节点电压约束以及支路电流约束，分别如下式所示：束、节点电压约束以及支路电流约束，分别如下式所示：束、节点电压约束以及支路电流约束，分别如下式所示：其中，和分别为场景ω时刻t节点i处柔性多状态开关的有功功率和无功功率，为场景ω时刻t节点i处柔性多状态开关的有功损耗，为节点i处柔性多状态开关的容量，为节点i处柔性多状态开关的有功损耗系数，和分别为场景ω时刻t网络m的优化前和优化后的节点电压幅值向量，为场景ω时刻t网络m的节点电压幅值变化量向量，和分别为网络m的节点电压幅值最小值和最大值向量，和分别为场景ω时刻t网络m的优化前和优化后的支路电流平方值向量，
为场景ω时刻t网络m的支路电流平方值变化量向量，为网络m的支路电流平方值最大值向量；日前阶段，柔性多状态开关运行域是由各时段的运行域构成的；柔性多状态开关运行域是关于其有功功率在日内运行时的约束；对于时刻t，预测误差区间被等分为若干个小区间，每个小区间上的柔性多状态开关有功功率最小值和最大值作为运行域的边界，那么柔性多状态开关的运本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电网的时空功率均衡方法，其特征在于，包括如下步骤：第一步，对日前阶段配电网间功率进行空间均衡：在日前阶段，根据风电出力的不确定性，生成大量的随机场景，并在各随机场景下调控柔性多状态开关的参数以对配电网功率进行优化，根据各随机场景下的柔性多状态开关参数的调控结果确定柔性多状态开关的运行域；在每个随机场景中将各个配电网等效为仅有净有功和无功负荷的节点，同时在柔性多状态开关接入配电网时，采用节点电压对节点功率的灵敏度和支路电流对节点功率的灵敏度以描述柔性多状态开关的功率变化带来的节点电压和支路电流变化量，对节点电压和支路电流进行约束；第二步，对日前阶段配电网内功率进行时间均衡：以所述各随机场景下柔性多状态开关参数的调控结果为基础，以单个配电网为研究对象，根据配电网内具体的潮流约束和储能装置运行约束，对配电网功率进行优化，根据各随机场景下的优化结果确定储能装置的运行域；第三步，对日内阶段配电网进行逐时段运行优化：基于所述柔性多状态开关的运行域和储能装置的运行域，以日内向所述配电网的上一级电网的购电费用与电压偏差的加权和最小为目标，逐时段建立日内配电网运行优化模型，得到对柔性多状态开关和储能装置进行功率调控的最终方案。2.根据权利要求1所述的时空功率均衡方法，其特征在于，所述对日内阶段配电网进行逐时段运行优化，具体包括如下步骤：对于每个时段，根据风电的小时级预测值，计算得到日内风电预测值相比于日前风电预测值的预测误差；根据每个时段的预测误差，结合日前优化得到的柔性多状态开关的运行域和储能装置的运行域，得到柔性多状态开关有功功率和储能装置荷电状态在每个时段的运行范围；以日内向上级电网购电费用和电压偏差的加权和最小为目标，逐时段建立日内运行优化模型；基于所述逐时段建立日内运行优化模型对配电网逐时段优化得到所有调控方式，得到对柔性多状态开关和储能装置进行功率调控的最终方案。3.根据权利要求1所述的时空功率均衡方法，其特征在于，所述以空间功率均衡为目标，具体为以各配电网向上级电网获得的有功功率之和最小为目标，优化得到大量随机场景下柔性多状态开关在每个时段的有功功率，构成柔性多状态开关的有功功率运行域，具体为：根据所述灵敏度构建日前配电网间空间功率均衡模型，空间功率均衡模型以配电网向上购入有功功率最小为目标，而单个配电网向上购入的有功功率等于该配电网的净有功负荷和有功损耗之和，场景ω下目标函数如下式所示：其中，为场景ω下的空间功率均衡目标函数，N为配电网个数，T为时段个数，为场景ω时刻t网络m的净负荷，为场景ω时刻t网络m所连柔性多状态开关的有功功
率，为网络m的支路集合，为场景ω时刻t网络m支路ij的电流值平方，为网络m支路ij的电阻；所述日前配电网间空间功率均衡模型的约束条件包括：柔性多状态开关运行约束、节点电压约束以及支路电流约束，分别如下式所示：点电压约束以及支路电流约束，分别如下式所示：点电压约束以及支路电流约束，分别如下式所示：其中，和分别为场景ω时刻t节点i处柔性多状态开关的有功功率和无功功率，为场景ω时刻t节点i处柔性多状态开关的有功损耗，为节点i处柔性多状态开关的容量，为节点i处柔性多状态开关的有功损耗系数，和分别为场景ω时刻t网络m的优化前和优化后的节点电压幅值向量，为场景ω时刻t网络m的节点电压幅值变化量向量，和分别为网络m的节点电压幅值最小值和最大值向量，和分别为场景ω时刻t网络m的优化前和优化后的支路电流平方值向量，为场景ω时刻t网络m的支路电流平方值变化量向量，为网络m的支路电流平方值最大值向量；日前阶段，柔性多状态开关运行域是由各时段的运行域构成的；柔性多状态开关运行域是关于其有功功率在日内运行时的约束；对于时刻t，预测误差区间被等分为若干个小区间，每个小区间上的柔性多状态开关有功功率最小值和最大值作为运行域的边界，那么柔性多状态开关的运行域公式如下所示：
其中，为时刻t第k个误差小区间节点i所连柔性多状态开关的有功功率，和分别为时刻t第k个误差小区间节点i所连柔性多状态开关的有功功率的最小值和最大值，和分别为预测误差最小值和最大值，为误差小区间长度，为第k个误差小区间的误差值，为误差小区间的个数，为属于第k个误差小区间的场景集合。4.根据权利要求1所述的时空功率均衡方法，其特征在于，所述对日前阶段配电网内时间功率进行均衡，具体包括如下步骤：输入所述大量随机场景的数据和柔性多状态开关在各场景各时段下的有功功率值；计算优化前每个时段下配电网向上级电网购电的有功功率，得到目标函数中的相关参数；所述目标函数包括向上级电网购电有功功率和峰谷差加权和，具体如下：其中，为场景ω网络m的网络内时间功率均衡目标函数，为场景ω时刻t网络m的向上级电网购电的有功功率，为向上级电网购电的有功功率组合，根据优化前每个时段下配电网向上级电网购电的有功功率确定，为场景ω网络m第c对向上级电网购电的有功功率组合的权重...

【专利技术属性】
技术研发人员：王灿，孙建军，黄萌，查晓明，杨志淳，胡成奕，沈煜，杨帆，胡伟，
申请(专利权)人：国网湖北省电力有限公司电力科学研究院，
类型：发明
国别省市：