面向高比例新能源消纳的配电网优化结构及运行方法技术

本发明专利技术涉及面向高比例新能源消纳的配电网优化结构及运行方法，其结构包括上层优化模型、虚拟电厂控制中心、下层优化模型和电网，上层优化模型内设置有多个发电装置和储能装置，发电装置和储能装置并联后通过信息通讯与虚拟电厂控制中心连接，发电装置和储能装置并联后通过电力传输与电网连接；下层优化模型内设置有发电装置和负荷，发电装置和负荷并联后通过信息通讯与虚拟电厂控制中心连接，发电装置和负荷并联后通过电力传输与电网连接。本发明专利技术在虚拟电厂的双层优化运行方法下，可以有效地消纳电网多余的新能源发电，实现电网的供需平衡调节，同时有效降低系统的经济运行成本。同时有效降低系统的经济运行成本。同时有效降低系统的经济运行成本。

【技术实现步骤摘要】
面向高比例新能源消纳的配电网优化结构及运行方法


[0001]本专利技术属于电力系统优化运行
，尤其涉及一种面向高比例新能源消纳的新型配电网优化结构及运行方法。

技术介绍

[0002]随着可再生能源发电接入电网的比例越来越高，风电、光伏等可再生能源发电的不可控性将会对其接入的配电网运行控制产生影响。而分布式能源资源不仅可以平滑可再生能源发电的有功功率波动，还能促进配电网消纳高渗透率分布式可再生能源发电的能力，基于此，虚拟电厂在清洁能源消纳难题、绿色能源转型方面有着重要作用，能够提升能源服务，可以实现对分布式能源资源的聚合和协调优化、响应分配、实时协调控制和储能安全健康充放电管理，参与电力交易市场和需求响应。因此，虚拟电厂在分布式能源资源聚合和协调优化方面的研究，这将成为分布式能源发展应用的新机遇。
[0003]与此同时，随着可再生能源在低压配电网接入比例的提高，有源低压配电网的电压特性、线路潮流以及网络损耗等都会发生变化，而这些变化都将为配电网的安全和稳定带来严峻的挑战。此外，大量可再生能源集成接入系统也会降低系统的可靠性和供电质量。综上，现有配电网存在可再生能源发电的随机性、波动性对配电网的冲击，可再生能源利用不足、配电网内有功功率实时平衡困难以及运行成本高等问题。
[0004]合理而有效的优化运行方法不仅能提高电网运行经济性和稳定性，还能提高可再生能源的消纳能力以及能源利用率。因此，研究一种面向高比例新能源消纳的新型配电网优化运行方法将对高比例可再生能源的大规模利用具有重大意义。
专利
技术实现思路

[0005]本专利技术提出了一种面向高比例新能源消纳的配电网优化结构及运行方法，其目的是解决可再生能源发电的随机性、波动性对配电网的冲击，可再生能源利用不足、配电网内有功功率实时平衡困难以及运行成本高等问题，在虚拟电厂的双层优化运行方法下，可以有效地消纳电网多余的新能源发电，实现电网的供需平衡调节，同时有效降低系统的经济运行成本。
[0006]技术方案：
[0007]一种面向高比例新能源消纳的配电网优化结构，该模型包括上层优化模型、虚拟电厂控制中心、下层优化模型和电网，上层优化模型内设置有多个发电装置和储能装置，发电装置和储能装置并联后通过信息通讯与虚拟电厂控制中心连接，发电装置和储能装置并联后通过电力传输与电网连接；下层优化模型内设置有发电装置和负荷，发电装置和负荷并联后通过信息通讯与虚拟电厂控制中心连接，发电装置和负荷并联后通过电力传输与电网连接。
[0008]进一步的，上层优化模型内设置的发电装置有风电机组、光伏电站和燃料电池，储能装置为分布式储能，风电机组、光伏电站、分布式储能和燃料电池并联后通过电力传输线
与电网连接；下层优化模型设置的发电装置为燃气轮机组，且燃气轮机组和负荷并联后通过电力传输线与电网连接；虚拟电厂控制中心通过信息通讯线分别与风电机组、光伏电站、分布式储能、燃料电池、燃气轮机组以及负荷连接。
[0009]一种面向高比例新能源消纳的配电网优化结构的运行方法，步骤为：
[0010]步骤一、在上层优化模型中，首先以风电机组和光伏电站的日前风光预测出力P(t)为计划出力，针对风光计划出力与风电机组和光伏电站的实际出力P
wv
(t)的偏差P
e
(t)，分布式储能和燃料电池协调配合对风电机组和光伏电站进行平抑，在风光消纳最大的基础上，通过上层优化模型的目标函数求得偏差最小的补偿方案，得到上层有功出力H
t
；
[0011]步骤二、将上层有功出力H
t
传递到下层优化模型，在下层优化模型中，进一步确定净负荷曲线通过下层优化模型的目标函数并基于改进线性递减惯性权重粒子群算法输出以燃气轮机组经济性最优为目标的燃气轮机组各时段出力最优解。
[0012]进一步的，步骤一中分布式储能和燃料电池协调配合平抑的方法为：如果风光实际出力P
wv
(t)大于计划出力P(t)，则通过分布式储能将多余的电量储存起来；如果风光实际出力P
wv
(t)小于计划出力P(t)，则通过分布式储能将储存的电量释放出来，若偏差值P
e
(t)大于分布式储能所能补偿的功率，则燃料电池配合分布式储能进行补偿，分布式储能和燃料电池补偿之后仍不足的发电量，则从配电网购电以满足发电计划。
[0013]进一步的，上层优化模型的目标函数为：
[0014][0015][0016][0017][0018][0019]式中：T为调度周期的时段数，本申请中一天为一个调度周期，取T＝24，每段时长为1h；为t时段上层净收益；F
t
为t时段上层收益；G
t,1
为t时段的售电电价；为t时刻风电机组、光伏电站、燃料电池和分布式储能发电出力以及分布式储能充电功率；G
t
为上层的运行管理成本；依次为风电机组、光伏电站、燃料电池、分布式储能的运行管理系数；I
t
为上层模型的燃料费用；X
FC
为燃料电池单位发电燃料成本；为t时段上层模型的惩罚成本；G
t,2
为t时段的购电电价；H
t
为上层模型的计划出力。
[0020]进一步的，上层优化模型的约束条件为：
[0021][0022][0023][0024][0025][0026][0027][0028]式中：为t时段上层的出力偏差；分别表示分布式储能的容量下限值和上限值；表示t时段分布式储能的电量；分别表示t时段分布式储能充、放电的状态变量，取值0或1；分别表示t时段分布式储能充、放电功率；n
c
、n
d
分别为分布式储能充电和放电效率；分别为分布式储能充电功率下限值和上限值；分别为分布式储能放电功率下限值和上限值；分别为燃料电池上下爬坡速率。
[0029]进一步的，下层优化模型的目标函数为：
[0030][0031][0032][0033][0034][0035][0036]式中：为下层模型的总成本；V
t
为t时段的发电成本；A
t
为燃气轮机组的燃料成本；U
t
为燃汽轮机组的环境成本；k
t
为t时段的旋转备用容量成本；为t时段燃汽轮机组的发电出力；为燃气轮机组的运行管理系数；X
GT
为燃汽轮机组单位燃料发电成本；u
GT
为燃气轮机组单位环境成本；为t时段内的正负旋转备用容量；C
up
、C
down
为正负旋转备用容量成本。
[0037]进一步的，下层优化模型的约束条件：
[0038][0039][0040][0041][0042][0043]式中：为t时段的净负荷；P
load
为t时刻的负荷曲线；分别表示燃气机组功率上、下限；分别为时刻t的正负旋转备用容量。
[0044]进一步本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种面向高比例新能源消纳的配电网优化结构，其特征在于：该结构包括上层优化模型(1)、虚拟电厂控制中心(2)、下层优化模型(3)和电网(4)，上层优化模型(1)内设置有多个发电装置和储能装置，发电装置和储能装置并联后通过信息通讯与虚拟电厂控制中心(2)连接，发电装置和储能装置并联后通过电力传输与电网(4)连接；下层优化模型(3)内设置有发电装置和负荷(32)，发电装置和负荷(32)并联后通过信息通讯与虚拟电厂控制中心(2)连接，发电装置和负荷(32)并联后通过电力传输与电网(4)连接。2.根据权利要求1所述的一种面向高比例新能源消纳的配电网优化结构，其特征在于：上层优化模型(1)内设置的发电装置有风电机组(11)、光伏电站(12)和燃料电池(14)，储能装置为分布式储能(13)，风电机组(11)、光伏电站(12)、分布式储能(13)和燃料电池(14)并联后通过电力传输线与电网(4)连接；下层优化模型(3)设置的发电装置为燃气轮机组(31)，且燃气轮机组(31)和负荷(32)并联后通过电力传输线与电网(4)连接；虚拟电厂控制中心(2)通过信息通讯线分别与风电机组(11)、光伏电站(12)、分布式储能(13)、燃料电池(14)、燃气轮机组(31)以及负荷(32)连接。3.一种如权利要求1所述的一种面向高比例新能源消纳的配电网优化结构的运行方法，其特征在于：步骤为：步骤一、在上层优化模型(1)中，首先以风电机组(11)和光伏电站(12)的日前风光预测出力P(t)为计划出力，针对风光计划出力与风电机组(11)和光伏电站(12)的实际出力P
wv
(t)的偏差P
e
(t)，分布式储能(13)和燃料电池(14)协调配合对风电机组(11)和光伏电站(12)进行平抑，在风光消纳最大的基础上，通过上层优化模型(1)的目标函数求得偏差最小的补偿方案，得到上层有功出力H
t
；步骤二、将上层有功出力H
t
传递到下层优化模型(3)，在下层优化模型(3)中，进一步确定净负荷曲线通过下层优化模型(3)的目标函数并基于改进线性递减惯性权重粒子群算法输出以燃气轮机组(31)经济性最优为目标的燃气轮机组(31)各时段出力最优解。4.根据权利要求3所述的一种面向高比例新能源消纳的配电网优化结构的运行方法，其特征在于：步骤一中分布式储能(13)和燃料电池(14)协调配合平抑的方法为：如果风光实际出力P
wv
(t)大于计划出力P(t)，则通过分布式储能(13)将多余的电量储存起来；如果风光实际出力P
wv
(t)小于计划出力P(t)，则通过分布式储能(13)将储存的电量释放出来，若偏差值P
e
(t)大于分布式储能(13)所能补偿的功率，则燃料电池(14)配合分布式储能(13)进行补偿，分布式储能(13)和燃料电池(14)补偿之后仍不足的发电量，则从配电网(4)购电以满足发电计划。5.根据权利要求3所述的一种面向高比例新能源消纳的配电网优化结构的运行方法，其特征在于：上层优化模型(1)的目标函数为：征在于：上层优化模型(1)的目标函数为：征在于：上层优化模型(1)的目标函数为：征在于：上层优化模型(1)的目标函数为：
式中：T为调度周期的时段数，本申请中一天为一个调度周期，取T＝24，每段时长为1h；为t时段上层净收益；F
t
为t时段上层收益；G
t,1
为t时段的售电电价；为t时刻风电机组(11)、光伏电站(12)、燃料电池(14)和分布式储能(13)发电出力以及分布式储能(13)充电功率；G
t
为上层的运行管理成本；依次为风电机组(11)、光伏电站(12)、燃料电池(14)、分布式储能(13)的运行管理系数；I
t
为上层模型的燃料费用；X
FC
为燃料电池(14)单位发电燃料成本；为t时段上层模型的惩罚成本；G
t,2
为t时段的购电电价；H
t
为上层模型的计划出力。6.根据权利要求3所述的一种面向高比例新能源消纳的配电网优化结构的运行方法，其特征在于：上层优化模型(1...

【专利技术属性】
技术研发人员：于常乐，杨林，张肃，朱远达，刘桁宇，刘懿萱，王俊淇，高思远，邢作霞，刘念，
申请(专利权)人：国家电网有限公司沈阳工业大学，
类型：发明
国别省市：