CN112491092B - 一种柔性台区的安全调度方法 - Google Patents
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Abstract
一种柔性台区的安全调度方法,基于典型场景的单断面调度,获得柔性台区内部不同设备的安全控制计划,包括以下步骤:S1、确定以设备运行成本和切负荷成本为主的安全调度目标函数,从而保证柔性台区在紧急状态时工作在经济最优状态;S2、构建台区内变压器、变流器的功率模型;S3、基于功率模型,设置柔性台区的运行约束条件:S4、输入柔性台区的设备条件、负荷规模各项参数;S5、求解安全调度结果,获得台区变压器、变流器的日前功率计划及柔性台区运行成本。本发明方法通过变流器灵活的功率分配,完成了柔性台区在紧急状态下的安全调度,保证了柔性台区的安全平稳运行。
Description
技术领域
本发明属于电力技术领域,为一种柔性台区的安全调度方法。
背景技术
随着电力电子技术的发展和变流器的广泛应用,配电台区低压侧可以通过变流器形成直流互联,形成“柔性台区”。在柔性台区内部,直流母线可以经DC/DC变流器接入大规模的直流快充负荷,并通过变流器对各个台区进行功率的传输和分配。
当柔性台区发生故障或超载情况时,配电变压器过负荷运行,或变流器超载运行,柔性台区的安全性大大降低。在紧急状态下,需要采取调度措施,通过变流器灵活的功率调整及部分负荷的迅速切除,使柔性台区进入新的状态,从而避免在不安全状态下长期运行,损害配变的使用寿命。
发明内容
本发明的目的在于针对上述存在的问题,提出一种柔性台区的安全调度方法,建立柔性台区的功率模型,设置运行安全约束,以运行成本最低为目标求解安全调度模型,并从安全性、经济性两个方面,展示了柔性台区在应对安全问题上的优势,同时展示了本安全调度方法计算的经济性和可行性。
本发明的技术方案为:一种柔性台区的安全调度方法,建立柔性台区的功率模型,对功率模型设置运行安全约束,并以运行成本最低为目标构建安全调度模型,求解安全调度模型,获得柔性台区内部不同设备的安全控制计划,实现安全调度,包括以下步骤:
S1、以设备运行成本和切负荷成本作为安全调度目标函数;
S2、构建台区内变压器、变流器的功率模型;
S3、基于功率模型,设置柔性台区的运行约束条件:
S4、输入柔性台区的设备条件、负荷规模各项参数;
S5、结合S1的目标函数求解安全调度结果,获得台区变压器、变流器的日前功率计划及柔性台区运行成本,用于安全调度。
本发明首先建立了运行成本最低的目标函数,包括设备损耗成本和切负荷成本;构建了包含变压器和变流器的柔性台区功率模型,设置各设备的运行安全约束,最后对安全调度模型进行求解,获取柔性台区功率计划。本发明方法通过变流器灵活的功率分配,完成了柔性台区在紧急状态下的安全调度,保证了柔性台区的安全平稳运行。
本发明的有益效果:对柔性台区进行安全调度,获得变压器变流器的调度计划,从安全性、经济性两个方面,展示了柔性台区在应对安全问题上的优势,同时展示了本安全调度方法计算的经济性和可行性。
附图说明
图1为本发明所述基于柔性台区的安全调度方法的流程图。
图2为本发明实施例中,柔性台区拓扑结构。
具体实施方式
为使本发明创造的内容更加清楚,下面结合附图,对本发明创造的具体实施方式作进一步详细描述。应当注意,为了清楚的目的,附图和说明中省略了与本发明创造无关的、本领域普通技术人员已知的部件的表示和描述。
本发明提出一种柔性台区的安全调度方法,基于典型场景的单断面调度,获得柔性台区内部不同设备的安全控制计划。如图1所示,具体包括以下步骤:
S1、确定以设备运行成本和切负荷成本为主的安全调度目标函数,从而保证柔性台区在紧急状态时工作在经济最优状态;
S2、构建台区内变压器、变流器的功率模型;
S3、基于功率模型,设置柔性台区的运行约束条件:
S4、输入柔性台区的设备条件、负荷规模各项参数;
S5、求解安全调度结果,获得台区变压器、变流器的日前功率计划及柔性台区运行成本。
参考图2,以4个台区为实施例,对本发明方法的具体实施进行说明。
步骤S1中,柔性台区结构如图2。各低压台区通过AC/DC变流器实现直流侧的互联,母线上可接入ESS、光伏等分布式电源。交流充电桩直接接入交流台区T1,功率更大的直流充电桩接入直流母线。通过台区之间的负荷分配、转供,可以大大提升供电能力。
柔性台区的安全调度目标为:
min( Ctr+Cvsc+Cacev+Cdcev+Cregular ) (6)
式中:Ctr为变压器损耗成本,Cvsc为变流器损耗成本,Cacev为切除交流充电负荷所对应的成本,Cdcev为切除直流充电负荷所对应的成本,Cregular为切除居民用电负荷所对应的成本。
其中:变压器损耗成本为
Ctr=ccost(Cfe+Ccu) (7)
变流器损耗与其传输的功率大小正比
式中:ηvsc为变流器的转换效率,Pi vsc第i个变流器的功率。Pi vsc>0表示变流器处于整流状态,功率从变压器流向直流母线;Pi vsc<0表示变流器处于逆变状态,功率从直流母线流向变压器。
电动汽车切负荷成本即为切负荷量与当前充电电价的乘积:
Cdcev=ccostPc-dcev (8)
式中:Pi c-acev和Pi c-dcev分别表示切除的电动汽车交流充电功率和直流充电功率。
考虑到供电可靠性以及切除居民用电负荷所造成的不便,切除居民用电需要对其进行相应的补偿,因此居民用电切负荷成本应为切负荷量与补贴成本的乘积:
式中:ccon和Pi c-regular分别表示单位补贴价格以及切除的居民负荷功率。
步骤S2的具体过程如下:
柔性台区的功率模型如下:
变压器的注入功率为接入的居民负荷、交流充电负荷和变流器功率之和,
Pi tr=(Pi regular-Pi c-regular)+(Pi ac-Pi c-acev)+Pi vsc (10)
式中:Pi tr为第i个变压器的注入功率,Pi regular为第i个变压器上接入的居民负荷功率, Pi c-regular为切除的居民负荷功率,Pi ac为所研究断面中,第i个变压器上接入的交流充电负荷功率,Pi c-acev为切除的交流充电负荷功率直流母线上,变流器功率与储能功率、直流负荷的功率之和相等:
式中:Pdc为所研究断面中的电动汽车直流充电负荷;Pc-dc为切除的电动汽车直流充电负荷;Pi ess为给定的储能功率;
步骤S3中,柔性台区的运行约束条件具体为:
变压器负载率应当控制在一定范围:
βi≤βmax (12)
式中:βmax为负载率上限。
变流器功率不能超过其额定功率:
步骤S4中,各项参数包括:
当前时刻的电价ccost;分别为第i个变压器的运行铁损、额定铜损和容量当前时刻为第i个变压器上接入的居民负荷功率Pi regular、电动汽车交流充电负荷Pi ac和电动汽车直流充电负荷Pdc;变流器的转换效率ηvsc;变压器负载率上限βmax;第i个台区变流器的功率最大值Pi vsc,max;当前时刻给定的储能功率Pi ess。
下面通过一个实施例来说明本发明所述安全调度方法的有效性。
本实施例取居民负荷的削减成本为2.5元/kWh,取电动汽车充电负荷的削减成本为1.5 元/kWh,与常规电价相同。取晚高峰断面(20:00)为研究对象,假设储能装置处于满电量状态(120kW),晚高峰时段各台区参数及负载量(kW)如表1所示。考虑以下两种N-1 场景:
场景1:台区T1内的变压器t1发生故障;
场景2:台区T1的变流器VSC1发生故障。
表1
表2为正常运行工况的调度结果,该场景下的整体运行成本为29.475元。
表2
台区编号 | 变压器负载率 | 变流器功率/kW |
T1 | 1 | -13.13 |
T2 | 0.772 | 65.39 |
T3 | 0.81 | 97.73 |
T4 | 0.81 | 126.11 |
表3为变压器t1发生故障后的调度结果。上述故障发生后,台区T1的居民负荷和交流充电负荷均需要由其他台区转供来维持供电,但受限于VSC1的容量,仅能保留200kW 的负荷,其余均需切除。为了最小化切负荷成本,首先对AC充电桩进行功率限幅,限制 EV的充电接入,同时切除323.08kW居民负荷。该场景下的整体成本为1135.93元。
表3
台区 | 变压器负载率 | 变流器功率(kW) | 切除居民负荷/kW | 切EV负荷/kW |
T1 | 0 | -120 | 323.08 | 200.05 |
T2 | 0.829 | 101.652 | 0 | -- |
T3 | 0.838 | 120 | 0 | -- |
T4 | 0.871 | 174.448 | 0 | -- |
表4展示了晚高峰时段台区T1内的变流器VSC1发生故障后的调度结果。上述故障发生后,台区T1内的负荷仅能由变压器t1供电。受限于变压器t1的容量(630kVA),台区T1需切除部分交流充电负荷(13.13kW)以维持对居民负荷的供电。对于台区T2—T4,其变压器容量均能够满足各自负荷的需求,无需依靠变流器VSC1进行转供,因此该变流器的故障不会影响到其余台区的供电可靠性。该场景下的整体成本为48.57元。
表4
台区 | 变压器负载率 | 变流器功率/kW | 切除居民负荷/kW | 切EV负荷/kW |
T1 | 1 | 0 | 0 | 13.13 |
T2 | 0.766 | 61.809 | 0 | -- |
T3 | 0.804 | 92.956 | 0 | -- |
T4 | 0.804 | 121.336 | 0 | -- |
以上仅表达了本发明创造的实施方式,其描述较为具体和详细,但并不能因此而理解为对发明创造专利范围的限制。应当指出的是,对于本领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明创造构思的前提下,还可以做出若干变形和改进,这些都属于本发明创造的保护范围。因此,本发明创造专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (3)
1.一种柔性台区的安全调度方法,其特征是建立柔性台区的功率模型,对功率模型设置运行安全约束,并以运行成本最低为目标构建安全调度模型,求解安全调度模型,获得柔性台区内部不同设备的安全控制计划,实现安全调度,包括以下步骤:
S1、以设备运行成本和切负荷成本作为安全调度目标函数;各台区通过AC/DC变流器实现直流侧的互联,母线接入电源包括分布式电源,交流充电桩直接接入交流台区,直流充电桩接入直流母线,通过台区之间的负荷分配、转供提升供电能力;
柔性台区的安全调度目标函数为:
min(Ctr+Cvsc+Cacev+Cdcev+Cregular) (1)
式中:Ctr为变压器损耗成本,Cvsc为变流器损耗成本,Cacev为切除交流充电负荷所对应的成本,Cdcev为切除直流充电负荷所对应的成本,Cregular为切除居民用电负荷所对应的成本;
变压器损耗成本计算为:
Ctr=ccost(Cfe+Ccu) (2)
变流器损耗与其传输的功率大小正比
式中:ηvsc为变流器的转换效率,Pi vsc为第i个变流器的功率,Pi vsc>0表示变流器处于整流状态,功率从变压器流向直流母线;Pi vsc<0表示变流器处于逆变状态,功率从直流母线流向变压器;
切除交流充电负荷所对应的成本Cacev以及切除直流充电负荷所对应的成本Cdcev即为切负荷量与当前充电电价的乘积:
Cdcev=ccostPc-dcev (8)
式中:Pi c-acev和Pi c-dcev分别表示切除的电动汽车交流充电功率和直流充电功率;
切除居民用电负荷所对应的成本为切负荷量与补贴成本的乘积:
式中:ccon和Pi c-regular分别表示单位补贴价格以及切除的居民负荷功率;
S2、构建台区内变压器、变流器的功率模型;柔性台区的功率模型如下:
变压器的注入功率为接入的居民负荷、交流充电负荷和变流器功率之和:
Pi tr=(Pi regular-Pi c-regular)+(Pi ac-Pi c-acev)+Pi vsc (10)
式中:Pi tr为第i个变压器的注入功率,Pi regular为第i个变压器上接入的居民负荷功率,Pi c-regular为切除的居民负荷功率,Pi ac为所研究断面中,第i个变压器上接入的交流充电负荷功率,Pi c-acev为切除的交流充电负荷功率直流母线上,变流器功率与储能功率、直流负荷的功率之和相等:
式中:Pdc为所研究断面中的电动汽车直流充电负荷;Pc-dc为切除的电动汽车直流充电负荷;Pi ess为给定的储能功率;
S3、基于功率模型,设置柔性台区的运行约束条件:
S4、输入柔性台区的设备条件、负荷规模各项参数;
S5、结合S1的目标函数求解安全调度结果,获得台区变压器、变流器的日前功率计划及柔性台区运行成本,用于安全调度。
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