一种基于虚拟储能的配电网多层协同控制方法技术

本发明专利技术公开了一种基于虚拟储能的配电网多层协同控制方法，包括：1、获取虚拟储能系统可调有功、无功功率范围，建立虚拟储能出力的数学模型；2、构建配电网多层协同控制上层模型，确定上层目标函数，获取上层控制模型约束；3、构建配电网多层协同控制下层模型，确定下层目标函数，获取下层控制模型约束；4、采用NSGA

【技术实现步骤摘要】
一种基于虚拟储能的配电网多层协同控制方法


[0001]本专利技术涉及配电网多层协同控制领域，具体涉及一种基于虚拟储能的配电网多层协同控制方法。

技术介绍

[0002]随着新能源的广泛应用，配电网系统中存在大量的分布式发电设备，如光伏、风力发电等，其出力受天气等因素的影响具有不稳定性和间歇性。充分调动配电网中的新能源设备能够促进新能源参与下的配电网实时消纳能力，保证配电网系统的安全运行。
[0003]目前，配电网的多层协同控制多是建立上下层协同控制模型，通过确定上、下层控制模型的目标函数和约束条件，获取协同控制模型的最优解，实现高比例分布式电源参与下的配电控制，提高配电网安全消纳分布式资源的能力，保障配电网安全高效运行。
[0004]现阶段在配电网多层协同控制上，配电网与其他设备的协同运行控制方法大多局限于调节无功补偿装置、安装蓄电池或削减风电和光伏发电等，而少有研究针对配电网与虚拟储能系统协同运行。针对这类问题，有研究考虑空调负荷虚拟储能参与日前和实时调度，提出产消者鲁棒申报策略，证明了最优策略下产消者运行的灵活性有一定优势。但该模型只考虑虚拟储能作为一种能量供需进行调度，没有进一步考虑虚拟储能与配电网协同运行控制对配电网安全运行和新能源消纳方面的影响。

技术实现思路

[0005]本专利技术为克服上述现有技术中存在的不足之处，提供一种基于虚拟储能的配电网多层协同控制方法，以期能提高虚拟储能与配电网的协同控制水平，充分调动配电网多种类型资源进行实时有效的协同管控，从而能有效解决解决新能源参与下配电网系统安全运行问题，并提高高比例间歇性新能源参与下配电网消纳分布式资源的能力，以保障配电网安全高效运行。
[0006]为了达到上述目的，本专利技术所采用的技术方案为：
[0007]本专利技术一种基于虚拟储能的配电网多层协同控制方法的特点在于，是按如下步骤进行：
[0008]步骤一、建立虚拟储能出力数学模型；
[0009]步骤二、构建配电网多层协同控制的上层控制模型；
[0010]步骤三、构建配电网多层协同控制的下层控制模型；
[0011]步骤四、求解基于非合作博弈的配电网多层协同控制模型；
[0012]步骤4.1、初始化配电网：
[0013]通过历史数据或实时数据初始化配电网各节点电压、分布式电源出力情况、上级电网输入功率、虚拟储能出力、各节点负荷；
[0014]步骤4.2、基于NSGA
‑
II算法对上层控制模型的新能源出力利用率和配电网电压偏差进行优化，得到分布式电源的最优有功出力序列和最优无
功出力序列并作为上层控制模型的决策变量，其中，表示节点i处的分布式电源在t时刻的最优有功出力，表示节点i处的分布式电源在t时刻的最优无功出力；
[0015]步骤4.3、基于引入人工蜂群的自适应粒子群算法对下层控制模型进行求解，得到虚拟储能的最优有功出力序列和最优无功出力序列并作为下层控制模型的决策变量，其中，表示节点i处的虚拟储能在t时刻的最优有功出力，表示节点i处的虚拟储能在t时刻的最优无功出力；
[0016]步骤4.4、采用博弈论中的迭代搜索算法求解配电网多层协同控制的上层控制模型和下层控制模型，不断更新最优分布式电源出力方案和虚拟储能出力方案，直到满足收敛条件为止，输出使得新能源出力利用率最高以及配电网电压偏差最低的Nash均衡解。
[0017]本专利技术所述的基于虚拟储能的配电网多层协同控制方法的特点也在于，所述步骤一包括：
[0018]步骤1.1、利用式(1)和式(2)分别计算夏季虚拟储能维持设定温度在t时刻的稳态有功功率和冬季虚拟储能维持设定温度在t时刻的稳态有功功率
[0019][0020][0021]式(1)和式(2)中，T
set
表示空调用户的初始设定温度，并初始化为人体最舒适温度，T
out,t
表示t时刻的室外温度，R表示建筑等效热阻，η表示空调群虚拟储能系统热电转换系数；
[0022]步骤1.2、利用式(3)构建人体舒适度的可接受温度区域：
[0023]T
min
≤T
r,t
≤T
max
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)
[0024]式(3)中：T
r,t
为室温调节后的t时刻的设定温度范围；T
min
为人体可接受的最低温度，T
max
为人体可接受的最高温度；
[0025]步骤1.3、利用式(4)和式(5)分别计算出夏季、冬季虚拟储能设定温度变化后在t时刻的动态有功功率
[0026][0027][0028]式(4)和式(5)中，表示空调群虚拟储能系统夏季室内产冷额定功率；表示调群虚拟储能系统冬季室内产热额定功率；
[0029]步骤1.4、利用式(6)和式(7)分别计算夏季空调群虚拟储能在t时刻的可调有功出
力范围和冬季空调群虚拟储能在t时刻的可调有功出力范围
[0030][0031][0032]步骤1.5、根据空调群储能系统的功率因数，获取虚拟储能系统的功率因数角并利用式(8)计算虚拟储能系统在配电网t时刻的可调无功出力范围Q
v,t
，从而与共同构成t时刻的空调群出力模型；
[0033][0034]式(8)中，P
v,t
表示虚拟储能在t时刻的可调有功功率范围。
[0035]所述步骤二包括：
[0036]步骤2.1、利用式(9)构建上层控制模型的目标函数F1：
[0037]F1＝αf1+β(
‑
f2)
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(9)
[0038]式(9)中：f1为新能源出力利用率，并由式(10)得到；f2为配电网电压偏差，并由式(11)得到；α、β分别为两个权重；
[0039][0040][0041]式(10)中：P
Gi,t
为节点i处的分布式电源在t时刻的有功出力；为节点i处的分布式电源的峰值出力，T为优化时间周期的总数，n为配电网的节点总数；
[0042]式(11)中：V
i,t
为节点i在t时刻的电压，V
nom,i
为节点i的额定电压；
[0043]步骤2.2、利用式(12)建立上层控制模型的潮流约束条件：
[0044][0045]式(12)中，P
Gi,t
为节点i处的分布式电源在t时刻的有功出力，P
Ti,t
为节点i处的上级电网和配电网之间在t时刻传输的有功功率，P
Ei,t
为节点i处的虚拟储能在t时刻的有功出力，P
Li,t
为节点i处的负荷在t时刻的有功功率；V
i,t
为节点在t时刻的电压，G
ij
和B
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于虚拟储能的配电网多层协同控制方法，其特征在于，是按如下步骤进行：步骤一、建立虚拟储能出力数学模型；步骤二、构建配电网多层协同控制的上层控制模型；步骤三、构建配电网多层协同控制的下层控制模型；步骤四、求解基于非合作博弈的配电网多层协同控制模型；步骤4.1、初始化配电网：通过历史数据或实时数据初始化配电网各节点电压、分布式电源出力情况、上级电网输入功率、虚拟储能出力、各节点负荷；步骤4.2、基于NSGA
‑
II算法对上层控制模型的新能源出力利用率和配电网电压偏差进行优化，得到分布式电源的最优有功出力序列和最优无功出力序列并作为上层控制模型的决策变量，其中，表示节点i处的分布式电源在t时刻的最优有功出力，表示节点i处的分布式电源在t时刻的最优无功出力；步骤4.3、基于引入人工蜂群的自适应粒子群算法对下层控制模型进行求解，得到虚拟储能的最优有功出力序列和最优无功出力序列并作为下层控制模型的决策变量，其中，表示节点i处的虚拟储能在t时刻的最优有功出力，表示节点i处的虚拟储能在t时刻的最优无功出力；步骤4.4、采用博弈论中的迭代搜索算法求解配电网多层协同控制的上层控制模型和下层控制模型，不断更新最优分布式电源出力方案和虚拟储能出力方案，直到满足收敛条件为止，输出使得新能源出力利用率最高以及配电网电压偏差最低的Nash均衡解。2.根据权利要求1所述的基于虚拟储能的配电网多层协同控制方法，其特征在于，所述步骤一包括：步骤1.1、利用式(1)和式(2)分别计算夏季虚拟储能维持设定温度在t时刻的稳态有功功率和冬季虚拟储能维持设定温度在t时刻的稳态有功功率和冬季虚拟储能维持设定温度在t时刻的稳态有功功率和冬季虚拟储能维持设定温度在t时刻的稳态有功功率式(1)和式(2)中，T
set
表示空调用户的初始设定温度，并初始化为人体最舒适温度，T
out,t
表示t时刻的室外温度，R表示建筑等效热阻，η表示空调群虚拟储能系统热电转换系数；步骤1.2、利用式(3)构建人体舒适度的可接受温度区域：T
min
≤T
r,t
≤T
max
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(3)式(3)中：T
r,t
为室温调节后的t时刻的设定温度范围；T
min
为人体可接受的最低温度，T
max
为人体可接受的最高温度；
步骤1.3、利用式(4)和式(5)分别计算出夏季、冬季虚拟储能设定温度变化后在t时刻的动态有功功率的动态有功功率的动态有功功率式(4)和式(5)中，表示空调群虚拟储能系统夏季室内产冷额定功率；表示调群虚拟储能系统冬季室内产热额定功率；步骤1.4、利用式(6)和式(7)分别计算夏季空调群虚拟储能在t时刻的可调有功出力范围和冬季空调群虚拟储能在t时刻的可调有功出力范围和冬季空调群虚拟储能在t时刻的可调有功出力范围和冬季空调群虚拟储能在t时刻的可调有功出力范围步骤1.5、根据空调群储能系统的功率因数，获取虚拟储能系统的功率因数角并利用式(8)计算虚拟储能系统在配电网t时刻的可调无功出力范围Q
v,t
，从而与共同构成t时刻的空调群出力模型；式(8)中，P
v,t
表示虚拟储能在t时刻的可调有功功率范围。3.根据权利要求2所述的基于虚拟储能的配电网多层协同控制方法，其特征在于，所述步骤二包括：步骤2.1、利用式(9)构建上层控制模型的目标函数F1：F1＝αf1+β(
‑
f2)
ꢀꢀꢀꢀꢀ
(9)式(9)中：f1为新能源出力利用率，并由式(10)得到；f2为配电网电压偏差，并由式(11)得到；α、β分别为两个权重；得到；α、β分别为两个权重；式(10)中：P
Gi,t
为节点i处的分布式电源在t时刻的有功出力；为节点i处的分布式电源的峰值出力，T为优化时间周期的总数，n为配电网的节点总数；式(11)中：V
i,t
为节点i在t时刻的电压，V
nom,i
为节点i的额定电压；步骤2.2、利用式(12)建立上层控制模型的潮流约束条件：
式(12)中，P
Gi,t
为节点i处的分布式电源在t时刻的有功出力，P
Ti,t
为节点i处的上级电网和配电网之间在t时刻传输的有功功率，P
Ei,t
为节点i处的虚拟储能在t时刻的有功出力，P
Li,t
为节点i处的负荷在t时刻的有功功率；V
i,t
为节点在t时刻的电压，G
ij
和B
ij
分别为节点i和节点j间的导纳矩阵的实部、虚部，θ
ij,t
为节点i和节点j在t时刻时的相角差；Q
Gi,t
为节点i处的分布式电源在t时刻的无功出力，Q
Ti,t
为节点i处的上级电网和配电网之间在t时刻传输的无功功率，Q
Ei,t
为节点i处的虚拟储能在t时刻的无功出力，Q
Li,t
为节点i处的负荷在t时刻的无功功率；步骤2.3、利用式(13)建立上层控制模型的新能源出力峰值约束：0≤P
Gi,t
≤P
Gmax
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(13)式(13)中，P
Gi,t
为节点i处的分布式电源在t时刻的有功出力，P
Gmax
为分布式电源峰值出力；步骤2.4、利用式(14)和式(15)分别建立上...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐斌，娄伟，盛万兴，李蕊，田宇，戚振彪，张征凯，惠慧，闫涛，曾光，汤伟，丁津津，汪勋婷，董苏，陈林，潘高伟，
申请(专利权)人：中国电力科学研究院有限公司国网安徽省电力有限公司国网安徽省电力有限公司金寨县供电公司，
类型：发明
国别省市：