CN111725807B - 一种面向多投资主体与多元交互的配电网协同运行方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了面向多投资主体与多元交互的配电网协同运行方法，判断配电网是否有不平衡电量，配电网运营商向各分布式能源投资运营主体发出互动协调信息；各分布式能源投资运营主体根据自身运行特征约束确定互动电量和互动效应；配电网运营商收集各分布式能源投资运营主体返回的互动响应信息并按效益优先级确定响应次序；配电网运营商收集各分布式能源投资运营主体返回的互动响应信息并按效益优先级确定响应次序；配电网运营商按照响应次序确定协同调度计划，剩余不平衡电量为零时，各分布式能源投资主体运营主体按协同交互计划执行调度安排。通过本发明，可以解决多投资主体间的利益分配问题和分布式能源比重不断增大下配电网安全稳定运行问题。

Description

一种面向多投资主体与多元交互的配电网协同运行方法

技术领域

本发明涉及配电网领域，具体是一种面向多投资主体与多元交互的配电网协同运行方法。

背景技术

近来由于全球范围内的能源短缺和环境危机，推动了配电网中以分布式光伏、分布式风电等清洁能源为代表的分布式能源得到了广泛地应用和快速地发展。但随之而来的问题，则是配电网需要如何有效地应对由于清洁能源出力随机性和波动性给***安全稳定运行所带来的冲击和影响，例如由于其出力时段与负荷曲线的不匹配而引起的反向潮流现象将会给中高压配电网的潮流分布带来潜在的威胁。而在另一方面，由于不同投资者所归属或运营的分布式能源资产设备的特征参数不同、地理分布不同、容量大小不同、控制机制不同等，使得配电网无法准确的对其可能供电能力进行有效地预测和估计，因此这也使得配电网运营者在制定***调度计划等工作安排时不得不考虑如何保障各分布式能源投资者的利益来确保其能够可靠地执行调度计划。因此，能够改善配电网运行特征和分布式能源投资者利益的配电网协同运行方法亟需研究。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种面向多投资主体与多元交互的配电网协同运行方法，包括如下步骤：

步骤一：判断配电网是否有不平衡电量，若有不平衡电量则进入步骤二；

步骤二：配电网运营商向各分布式能源投资运营主体发出互动协调信息；

步骤三：各分布式能源投资运营主体根据自身运行特征约束确定互动电量和互动效应；

步骤四：配电网运营商收集各分布式能源投资运营主体返回的互动响应信息并按效益优先级确定响应次序；

步骤五：配电网运营商收集各分布式能源投资运营主体返回的互动响应信息并按效益优先级确定响应次序；

步骤六：配电网运营商按照响应次序确定协同调度计划，并计算剩余不平衡电量；

步骤七：剩余不平衡电量为零时，各分布式能源投资主体运营主体按协同交互计划执行调度安排。

进一步的，所述的步骤二中的配电网运营商向各分布式能源投资运营主体发出互动协调信息，在发出协调信息前先向各分布式能源投资运营主体发送激励价格，所述的激励价格由下式得到：

λ_t＝(1+μ_t)Υ^buy

其中，P_t ^PVG为配电网中分布式光伏发电单元t时段的总出力；P_t ^WTG为配电网中分布式风力发电单元t时段的总出力。

进一步的，所述的配电网的协同运行和交互响应采用储能、柔性负荷和可中断负荷这三类分布式能源来实现。

进一步的，储能在t时段的荷电状态表示为：

其中，SOC_t为储能在t时段的荷电状态；P_t ^EES为储能在t时段功率的绝对值；Cap_N ^EES为储能的容量；b_t ^C和b_t ^D分别为表征储能在t时段充放电状态的0-1变量，1表示该状态有效，0表示该状态无效；η^EES为储能的充放电效率；N^maxC&D为储能在一天内所允许的最大充放电次数；T_t ^C和T_t ^D为储能在24小时内处于充电状态和放电状态的时段集；Υ^buy为配网所执行的分时电价；λ_t ^maxC和λ_t ^minD分别是在T_t ^C和T_t ^D内的最大和最小配网分时电价，其在每一个时段都需要更新。

进一步的，所述的柔性负荷P_t ^FL采用下式确定实际用电量：

P_t ^FL＝P_t ^planFL(λ_t/Υ^buy)^-ε,P_t ^minFL≤P_t ^FL≤P_t ^maxFL

其中，P_t ^planFL为t时段内柔性负荷的计划用电量，ε>0是负荷弹性因子，其取值越大，柔性负荷的灵活性越大；P_t ^minFL和P_t ^maxFL为别为柔性负荷在t时段内的最小和最大用电量。

进一步的，所述的可中断负荷P_t ^SL采用下式：

其中，P^totalSL是可中断负荷在一天内的总需求电量；π_t ^SL是t时段内可中断负荷电量在其总需求电量中的占比；T_t ^SL是可中断负荷可选择的时段集合；n^SL为可中断负荷可选择时段的数量。

进一步的，柔性负荷资源和中断负荷资源这两类资源投资主体的交互效益分别为：

其中，pr_t ^FL是柔性负荷资源的交互效益；pr_t ^SL是可中断负荷资源的交互效益；t^shifted是可中断负荷转移的目标时段。

本发明的有益效果是：本发明专利在考虑到可再生能源出力波动性和投资主体多元性给配电网的运行特性和利益分配所带来的影响，通过设计价格激励下储能和柔性负荷等分布式能源参与到配电网的深度协同互动响应中，不仅提出了简介的分布式能源投资者互动效益量化方法，同时也通过各分布式能源之间的多元交互响应实现了可再生能源的最大化消纳以及***净负荷曲线的平滑，从而为市场化改革推进中多投资主体间的利益分配问题和分布式能源比重不断增大下配电网安全稳定运行问题提供了方法。

附图说明

图1为一种面向多投资主体与多元交互的配电网协同运行方法的原理流程图；

图2为一种面向多投资主体与多元交互的配电网协同运行方法的实施原理图。

具体实施方式

下面结合附图进一步详细描述本发明的技术方案，但本发明的保护范围不局限于以下所述。

如图1所示，本发明专利提出了面向分布式能源多投资主体与多元交互的配电网协同运行方法，主要包括分布式能源投资主体交互效益量化方法和基于价格激励的配电网协同调度方法。

由于诸如风电、光伏等分布式可再生发电的出力上限完全受控于所在区域的实时风速和光照强度等自然因素，在不进行弃风弃光等操作的情况下是无法对其进行调度安排的，因此需要借助于储能、柔性负荷和可中断负荷这三类分布式能源来实现配电网的协同运行和交互响应。

其中，为了在满足自身最大充放电次数约束下实现收益的最大化，储能需要通过在分时电价的峰谷时段进行放电和充电操作，赚取一定的价差，其在t时段的荷电状态(state of charge，SOC)表示为：

其中，SOC_t为储能在t时段的荷电状态；P_t ^EES为储能在t时段功率的绝对值；Cap_N ^EES为储能的容量；b_t ^C和b_t ^D分别为表征储能在t时段充放电状态的0-1变量，1表示该状态有效，0表示该状态无效；η^EES为储能的充放电效率；N^maxC&D为储能在一天内所允许的最大充放电次数；T_t ^C和T_t ^D为储能在一天(24h)内处于充电状态和放电状态的时段集；Υ^buy为配网所执行的分时电价；λ_t ^maxC和λ_t ^minD分别是在T_t ^C和T_t ^D内的最大和最小配网分时电价，其在每一个时段都需要更新；

由于储能的投资者为了追求利益所制定的充放电计划，既可能会减缓也可能会加剧用电曲线的峰谷差，因此配电网运营商为了调动储能参与到***的统一调度安排中来，将通过向其提供一个价格信号来激励其参与刀片互动协调运行中来。

在这种情况下，储能需要首先根据式(1)-(7)所列的自身约束情况，并结合配电网运营商所提供的价格信号，来确定自身是否能够参与本次互动以及相应的交互效益。

具体来说，假设某一时段内配电网运营商为了降低用电量升高了激励价格，

若某时段年内储能处于放电状态，储能投资运营者需要考虑自身是否有剩余容量来参与互动，如果有并且λ_t>λ_t ^minD，那么剩余部分的放电计划将被提前到这一时段来执行以获得更高的利益；

如若储能处于充电状态，由于这一时段的充电成本要高于λ_t ^maxC，因此储能投资运营者会将这一时段的充电计划向后延迟，并对后续充放电计划进行更新。由此，储能投资主体的交互效益可以由下式计算得到：

其中，λ_t为配电网提供给储能单元的互动激励价格；ΔP_t ^C和ΔP_t ^D分别为储能在t时段的响应充电功率和响应放电功率。

对于负荷用电需求可以根据受控灵活性程度将其分解为基础固定负荷P^FBL、日常随机负荷P_t ^FDL、柔性负荷P_t ^FL和可中断负荷P_t ^SL四部分。

其中，第一部分是为了满足用户基本生活需求所必须要提供的供电量，可以近似认为其是一个常数，例如照明用电和监控设备用电等；

第二部分是负荷主要的不确定性来源，其表现为随用户的日常行为而不断变化，因此是一个随机量，例如电视、电梯和电脑用电等；

第三部分是指一类可以在一定范围内变化的可控负荷，其在各时段的总量可能各不相同，但都能够根据指令进行灵活调节，例如热控空调用电等；

最后一部分是一类在一天内用电总量固定，但是其用电时段可以灵活安排的负荷，例如智能洗衣机和电动汽车等。由此，t时段内的用电需求可以表示为：

P_t ^ED＝P^FBL+P_t ^FDL+P_t ^FL+P_t ^SL (9)

P_t ^FL＝P_t ^planFL(λ_t/Υ^buy)^-ε,P_t ^minFL≤P_t ^FL≤P_t ^maxFL (10)

其中，P_t ^planFL为t时段内柔性负荷的计划用电量；ε>0是负荷弹性因子，其取值越大，柔性负荷的灵活性越大；P_t ^minFL和P_t ^maxFL为别为柔性负荷在t时段内的最小和最大用电量；P^totalSL是可中断负荷在一天内的总需求电量；π_t ^SL是t时段内可中断负荷电量在其总需求电量中的占比；T_t ^SL是可中断负荷可选择的时段集合；n^SL为可中断负荷可选择时段的数量。

当从配电网运营商处获得该时段激励价格后，柔性负荷资源和可中断负荷投资运营商将受限根据式(9)-(11)确定自身是否能够参与到本次交互响应中。

柔性负荷资源根据其自身的响应特性式(10)确定实际用电量，而可中断负荷资源的交互行为与储能类似，当配电网运营商提高激励电价后其将会推迟这一时段的用电计划到后续时段中电价最低的时段实施，而当配电网运营商降低激励电价后其会将后续时段中电价最高的时段用电计划提前到这一短时实施。由此，这两类资源投资主体的交互效益分别为：

pr_t ^SL＝ΔP_t ^SL|λ_t-Υ^buy(t^shifted) (14)

其中，pr_t ^FL是柔性负荷资源的交互效益；pr_t ^SL是可中断负荷资源的交互效益；t^shifted是可中断负荷转移的目标时段。

为了改善配电网的运行特征，减少反向潮流，平滑净负荷曲线，同时也实现在保障分布式能源投资者利益和尊重其主观意愿的基础上实现优化调度，配电网运行商在每次互动协调前，向各分布式能源投资运营主体发送激励价格信息，由其根据所提供的信息和自身运行特征约束自主判断是否参与本次互动协调以及相应的交互效益。考虑到激励价格与供需比(supp to demand,SDR)的反比例关系，所采用的激励价格可由下式计算得到：

λ_t＝(1+μ_t)Υ^buy (15)

其中，P_t ^PVG为配电网中分布式光伏发电单元t时段的总出力；P_t ^WTG为配电网中分布式风力发电单元t时段的总出力。

这样可将配电网协同运行问题构建为如下双层规划模型：

Lower:min|P_t ^EES+P_t ^ED-P_t ^PVG-P_t ^WTG|fort∈[24d-23,24d]

subjectto:(1)-(20) (21)

为满足工程实际的运算速度要求，在付出可接受范围内求解精度的代价下，通过效益优先级排序准则实现对这一模型近似最优解的快速求解。在每一时段内，各分布式能源投资运营主体接受到来自配电网运营商的互动响应信息以及激励价格后，根据自身运行特性确定是否参与本次交互，如参与则计算其相应的交互电量和交互效益并返回给配电网运营商，但配电网运营商获取了所有分布式能源投资运营主体的反馈信息后，对于其中有意愿参与协同互动的分布式资源投资运营主体，根据其所反馈的交互效益按从大到小对其进行优先级排序，然后依次响应其交互请求直至所有分布式投资运营主体都完成遍历或者所有的不平衡电量得到全部满足位置，剩余的不平衡电量则仍然向中高压配电网进行平衡。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。

Claims (3)

1.一种面向多投资主体与多元交互的配电网协同运行方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一：判断配电网是否有不平衡电量，若有不平衡电量则进入步骤二；

步骤二：配电网运营商向各分布式能源投资运营主体发出互动协调信息；

步骤三：各分布式能源投资运营主体根据自身运行特征约束确定互动电量和互动效应；

步骤四：配电网运营商收集各分布式能源投资运营主体返回的互动响应信息并按效益优先级确定响应次序；

步骤五：配电网运营商收集各分布式能源投资运营主体返回的互动响应信息并按效益优先级确定响应次序；

步骤六：配电网运营商按照响应次序确定协同调度计划，并计算剩余不平衡电量；

步骤七：剩余不平衡电量为零时，各分布式能源投资运营主体按协同交互计划执行调度安排；

所述的配电网的协同运行和交互响应采用储能、柔性负荷和可中断负荷这三类分布式能源来实现；

储能在t时段的荷电状态表示为：

0≤SOC_min≤SOC_t≤SOC_max≤1

其中，SOC_t为储能在t时段的荷电状态；P_t ^EES为储能在t时段功率的绝对值；Cap_N ^EES为储能的容量；b_t ^C和b_t ^D分别为表征储能在t时段充放电状态的0-1变量，1表示该状态有效，0表示该状态无效；η^EES为储能的充放电效率；N^maxC&D为储能在一天内所允许的最大充放电次数；T_t ^C和

为储能在24小时内处于充电状态和放电状态的时段集；Υ^buy为配网所执行的分时电价；/>

和λ_t ^minD分别是在T_t ^C和T_t ^D内的最大和最小配网分时电价，其在每一个时段都需要更新；

所述的柔性负荷P_t ^FL采用下式确定实际用电量：

其中，P_t ^planFL为t时段内柔性负荷的计划用电量，ε>0，是负荷弹性因子，其取值越大，柔性负荷的灵活性越大；P_t ^minFL和P_t ^maxFL为别为柔性负荷在t时段内的最小和最大用电量，λ_t为激励价格；

所述的可中断负荷P_t ^SL采用下式：

其中，P^totalSL是可中断负荷在一天内的总需求电量；π_t ^SL是t时段内可中断负荷电量在其总需求电量中的占比；

是可中断负荷可选择的时段集合；n^SL为可中断负荷可选择时段的数量。

2.根据权利要求1所述的一种面向多投资主体与多元交互的配电网协同运行方法，其特征在于，所述的步骤二中的配电网运营商向各分布式能源投资运营主体发出互动协调信息，在发出协调信息前先向各分布式能源投资运营主体发送激励价格，所述的激励价格由下式得到：

λ_t＝(1+μ_t)Υ^buy

其中，P_t ^PVG为配电网中分布式光伏发电单元t时段的总出力；

为配电网中分布式风力发电单元t时段的总出力。

3.根据权利要求1所述的一种面向多投资主体与多元交互的配电网协同运行方法，其特征在于，柔性负荷资源和中断负荷资源这两类资源投资主体的交互效益分别为：

其中，pr_t ^FL是柔性负荷资源的交互效益；pr_t ^SL是可中断负荷资源的交互效益；t^shifted是可中断负荷转移的目标时段。

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