基于需求侧管理和多能互补的清洁能源系统调峰调频方法技术方案

本发明专利技术属于电力技术领域，尤其涉及一种基于需求侧管理和多能互补的清洁能源系统调峰调频方法；本发明专利技术基于机会约束法描述风、光出力和负荷预测的不确定性，将含有不确定因素的约束条件转化为确定性等价类；根据价格弹性系数建立负荷需求响应模型来实现第一次调峰；通过储能进行第二次调峰；确定水电机组一次调频安全约束指标，预留调频备用，利用水电机组一次调频能力建立调频约束指标，精确化一次调频备用容量；基于需求侧管理和多能互补，运用上述调峰方法以及调频方法，以净负荷波动最小和弃能最小为目标安排各能源出力；本发明专利技术通过需求侧管理激励用户，降低了负荷峰谷差以及从电源侧调峰的难度，也避免了在调峰调频时影响消费者的正常生活。费者的正常生活。费者的正常生活。

【技术实现步骤摘要】
基于需求侧管理和多能互补的清洁能源系统调峰调频方法


[0001]本专利技术属于电力
，尤其涉及一种基于需求侧管理和多能互补的清洁能源系统调峰调频方法。

技术介绍

[0002]西藏地区清洁能源丰富，在以新能源为主要电源的新型电力系统逐步代替以化石能源为主要电源的传统电力系统的前景下，西藏地区具有巨大的发展潜力。整个西藏地区将规划建设三座新型能源基地，其目的是打造清洁“零碳”电力系统，其面临的最大难点是如何确保电网安全可靠的供电。西藏地区的水电资源和太阳能资源均位于全国首位，形成了以水电和光伏为主的单一电源结构，造成西藏电力供应“丰盈枯缺”的矛盾突出，电网运行时调峰调频困难加重。由于新能源出力难以预测，使得电网运行面临很多突发问题，并且为了维持电力供需平衡，西藏电网需要在丰水期外送水电，在枯水期接收区外来电，而新能源出力的随机性和大量的区外来电进一步加大了电力系统调峰调频的困难。
[0003]为了增加西藏电网的调峰能力，目前的主流趋势是在全网推进增设储能装置，利用多能互补进行调峰；对于大规模间歇性能源并网和区外来电带来的频率稳定性问题，西藏电网目前的主要调节手段是切除负荷，该种方式严重影响了消费者的正常生活。

技术实现思路

[0004]本专利技术公开了一种基于需求侧管理和多能互补的清洁能源系统调峰调频方法，拟解决
技术介绍
中提到的目前采用切除负荷的调节手段而严重影响消费者正常生活的问题。
[0005]为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案如下：
[0006]基于需求侧管理和多能互补的清洁能源系统调峰调频方法，其特征在于，包括以下步骤：
[0007]步骤1：基于机会约束法描述风、光出力和负荷预测的不确定性，将含有不确定因素的约束条件转化为确定性等价类；
[0008]步骤2：根据价格弹性系数建立负荷需求响应模型，基于负荷需求响应模型实现第一次调峰；负荷需求响应模型通过合理的电价刺激消费者调整用电方式，优化负荷曲线，达到第一次调峰的目的；通过该处理方式能够极大程度的降低调峰对消费者正常生活的影响；
[0009]步骤3：通过储能装置进行第二次调峰，储能装置在负荷低谷期充电，在负荷高峰期放电；进一步削峰填谷，同时提高间歇性新能源消纳水平；所述储能装置包括电化学储能装置和抽水储能装置；
[0010]步骤4：确定水电机组一次调频安全约束指标，改变预留预定比例的调频备用的方式，利用水电机组一次调频能力建立调频约束指标，精确化一次调频备用容量，进而提高电力系统频率的稳定性；
[0011]步骤5：基于需求侧管理和多能互补，运用步骤2和步骤3的调峰方法，以及步骤4所
述的调频方法，以系统净负荷波动最小和系统弃能最小为目标安排各能源出力。
[0012]本专利技术采用机会约束描述了新能源出力和负荷预测的随机性，并将其转化为确定性约束，降低了求解困难；并且本专利技术通过需求侧管理激励用户，在一定程度上降低了负荷峰谷差，降低了从电源侧调峰的难度；并且也避免了在调峰调频时影响消费者的正常生活。
[0013]优选的，所述步骤1包括以下步骤：
[0014]步骤1.1：基于机会约束规划理论，风、光出力和负荷预测的不确定性使电网运行产生机会约束条件，即，为了应对风、光出力和负荷预测的不确定性，电源侧将预留满足如下约束的备用容量：
[0015][0016]式中：Pr{
˙
}表示括号内公式成立的概率；N
I
表示火电机组总数目；P
i,t
为火电机组i在 t时刻的出力；u
i,t
为0
‑
1变量，表示火电机组i在t时刻的启停状态；P
i,max
、P
i,min
分别为火电机组i的出力上、下限；P
L,cut,t
为t时刻的负荷切出量；P
wp,cut,t
为t时刻的弃风、弃光量；ΔP
pre,t
为t时刻的风、光出力及电网负荷的总预测误差；ω1、ω2分别为上、下备用约束满足的置信水平；
[0017]步骤1.2：基于步骤1.1的机会约束条件确定机会约束的确定性等价约束，即，将步骤1.1 的机会约束条件转化为P
r
{f(x,λ)＝λ
‑
g(x)≤0}≥ω形式，若使该式成立，则有且只有 g(x)≥min{Φ
λ
‑1(ω)}；Φ
λ
(ω)表示随机变量λ的概率分布函数；
[0018]基于上述，推导出机会约束条件的确定性等价约束为：
[0019][0020]优选的，所述步骤2包括以下步骤：
[0021]步骤2.1：根据消费者心理学和经济学原理，采用分时电价策略时，消费者为获得经济效益，会根据电价的变化来调整各个时间段的用电量，在高峰期适当减少用电，在低谷期适当增加用电，因此基于消费者用电量随电价的变化而不同来确定价格弹性系数：
[0022]γ＝(Δq
·
ρ)/(q
·
Δρ)；
[0023]式中：γ为价格弹性系数；Δρ是电价
ρ
在单位时间内的变化量；Δq是在电价变化的基础上电量q在单位时间内的变化量；
[0024]步骤2.2：基于价格弹性系数得到T时段的负荷需求响应模型：
[0025][0026]式中：γ
mn
为弹性系数，用于衡量m时段的用户用电量随n时段的电价变化而变化的尺度，m，n∈(1：T)，T为调度总时段，m＝n时γ
mn
为自弹性系数，m≠n时γ
mn
为交叉弹性系数；
[0027]步骤2.3：在一个调度周期内，为了在不影响用户正常生产生活的情况下利用需求侧管理进行调峰，需要满足负荷弹性约束、负荷上下限约束以及用户满意度约束，具体如下：
[0028][0029]式中：α为负荷中弹性负荷的比例；P
L1,t
为需求响应前t时刻的系统负荷；P
L2,t
为需求响应后t时刻的负荷；P
L1,max
、P
L1,min
分别为原始负荷的最大值、最小值；β
q
为用户用电方式满意度；β
qmin
为用户用电方式满意度最低限度。
[0030]优选的，所述步骤3包括以下步骤：
[0031]步骤3.1：建立化学储能装置充放电模型：
[0032][0033]式中：E
s,t
为t时刻储能电池剩余电量；E
s,t
‑1为t
‑
1时刻储能电池剩余电量；μ为储能能量损耗率；u
tc
为表示储能充电状态的0
‑
1变量，u
tc
为1时表示储能充电；u
td
为表示储能放电状态的0
‑
1变量，u
td
为1时表示储能放电；P
s1,本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于需求侧管理和多能互补的清洁能源系统调峰调频方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：基于机会约束法描述风、光出力和负荷预测的不确定性，将含有不确定因素的约束条件转化为确定性等价类；步骤2：根据价格弹性系数建立负荷需求响应模型，基于负荷需求响应模型实现第一次调峰；步骤3：通过储能装置进行第二次调峰，储能装置在负荷低谷期充电，在负荷高峰期放电；步骤4：确定水电机组一次调频安全约束指标，改变预留预定比例的调频备用的方式，利用水电机组一次调频能力建立调频约束指标，精确化一次调频备用容量；步骤5：基于需求侧管理和多能互补，运用步骤2和步骤3的调峰方法，以及步骤4所述的调频方法，以系统净负荷波动最小和系统弃能最小为目标安排各能源出力。2.根据权利要求1所述的基于需求侧管理和多能互补的清洁能源系统调峰调频方法，其特征在于，所述步骤1包括以下步骤：步骤1.1：基于机会约束规划理论，风、光出力和负荷预测的不确定性使电网运行产生机会约束条件：式中：P
r
{
˙
}表示括号内公式成立的概率；N
I
表示火电机组总数目；P
i,t
为火电机组i在t时刻的出力；u
i,t
为0
‑
1变量，表示火电机组i在t时刻的启停状态；P
i,max
、P
i,min
分别为火电机组i的出力上、下限；P
L,cut,t
为t时刻的负荷切出量；P
wp,cut,t
为t时刻的弃风、弃光量；ΔP
pre,t
为t时刻的风、光出力及电网负荷的总预测误差；ω1、ω2分别为上、下备用约束满足的置信水平；步骤1.2：基于步骤1.1的机会约束条件推导出其确定性等价约束：式中：Φ
λ
(ω)表示随机变量λ的概率分布函数。3.根据权利要求1所述的基于需求侧管理和多能互补的清洁能源系统调峰调频方法，其特征在于，所述步骤2包括以下步骤：步骤2.1：基于消费者用电量随电价的变化而不同来确定价格弹性系数：γ＝(Δq
·
ρ)/(q
·
Δρ)；式中：γ为价格弹性系数；Δρ是电价
ρ
在单位时间内的变化量；Δq是在电价变化的基础上电量q在单位时间内的变化量；步骤2.2：基于价格弹性系数得到T时段的负荷需求响应模型：
式中：γ
mn
为弹性系数，用于衡量m时段的用户用电量随n时段的电价变化而变化的尺度，m，n∈(1：T)，T为调度总时段，m＝n时γ
mn
为自弹性系数，m≠n时γ
mn
为交叉弹性系数；步骤2.3：利用需求侧管理进行调峰，并满足负荷弹性约束、负荷上下限约束以及用户满意度约束，具体如下：式中：α为负荷中弹性负荷的比例；P
L1,t
为需求响应前t时刻的系统负荷；P
L2,t
为需求响应后t时刻的负荷；P
L1,max
、P
L1,min
分别为原始负荷的最大值、最小值；β
q
为用户用电方式满意度；β
qmin
为用户用电方式满意度最低限度。4.根据权利要求1所述的基于需求侧管理和多能互补的清洁能源系统调峰调频方法，其特征在于，所述步骤3包括以下步骤：步骤3.1：建立化学储能装置充放电模型：式中：E
s,t
为t时刻储能电池剩余电量；E
s,t
‑1为t
‑
1时刻储能电池剩余电量；μ为储能能量损耗率；为表示t时刻储能充电状态的0
‑
1变量，为1时表示储能充电；为表示t时刻储能放电状态的0
‑
1变量，为1时表示储能放电；P
s1,t
、P
s2,t
分别表示t时刻储能充、放电功率；η
s1
、η
s2
分别为储能充、放电效率；步骤3.2：引入表示储能剩余电量与额定容量比值的荷电状态，并基于SOC建立储能的出力模型：式中：S
oc,t
为t时刻储能荷电状态；E
s
表示储能电池容量；步骤3.3：建立电化学储能的荷电状态上下限约束、储能单次充放电约束...

【专利技术属性】
技术研发人员：路亮，魏明奎，周泓，蔡绍荣，江栗，陶宇轩，沈力，文一宇，张鹏，王庆，杨宇霄，
申请(专利权)人：国家电网公司西南分部，
类型：发明
国别省市：