CN103578047B - 一种电力系统源‑网‑荷互动控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电力系统源‑网‑荷互动控制方法，通过电价、激励、调度机制对电力系统源、网、荷三侧的资源进行互动控制，形成各电力设备功率的互动量，表征出源、网、荷的互动关系，为充分发挥资源的互动潜力，保证电力系统的能量平衡，消纳不可控资源，尤其是清洁可再生能源，以及电力系统的安全稳定、优质经济运行提供依据。

Description

一种电力系统源-网-荷互动控制方法

技术领域

本发明涉及一种电力系统源-网-荷互动控制方法，属于电力系统理论、控制理论和系统理论的交叉技术应用领域。

背景技术

未来电力系统中电源侧、电网侧根据负荷的用电行为变化而被动调节的局面将会被打破，电源、电网和负荷三者之间将会形成信息与能量的双向传输，形成广泛地互动体系。

在源侧，大规模风力发电、大规模太阳能光伏发电、大型储能电站发电的渗透率不断增加，出现能源种类多元化局面，同时电源出力的不确定性增加。集中式电源和分布式并举改变了传统电力系统中单一的集中式电源供电的形式，电源之间的协调控制将面临更大的挑战。源侧包括以下几种互动资源：电源侧间歇性电源，指源侧风电场，太阳能发电厂等间歇性电源；电源侧常规电源，指源侧水电厂、火电厂等常规电源；电源侧储能，指电源侧的大型储能设施。

在网侧，由于分布式电源的广泛接入，网络受到的潮流冲击将会更加严重，因此系统对电网的可靠性、安全性将更加关注。同时，基于新型电力电子元件的配合，系统对于网络的监控精度更高，相邻网络将更高效地配合输电将成为可能。网侧互动资源包括：本网输电能力，指在考虑备用的情况下本网能的输电能力；过网负载，邻域电网所能提供的输电能力。

在负荷侧，更多的新型负荷、新型设备在改变人们生活的同时，也将改变供电方式。电动汽车等柔性可控负荷的发展将极大地增加电能双向流动的规模；小规模的分布式电源以及储能设施的装设将使用户转变为供电商；针对不同用户将出现不同的电价政策，需求侧响应将更有效地调节负荷用电。负荷侧的互动资源包括：常规负荷，指居民、传统工业、商业、农业、非居民照明等常规用户的总和；柔性可控负荷，指自带储能装置的可控负荷，主要以电动汽车，智能家居为主；可中断负荷，指与供电公司签订合同，当系统出现功率不平衡时，供电公司可以切断的负荷；负荷侧可控电源，指负荷侧的可控小规模分布式电源，如柴油发电机、汽油发电机等；负荷侧间歇性电源，指负荷侧的间歇性分布式电源，如小型风电机，太阳能电池板等；负荷侧储能，指负荷侧的小型储能设施。

每一种互动资源都有其自身的自然功率，自然功率是指在未经互动时表现出的功率特性，是后续互动的基础。

传统电力系统中，电源侧主要由火电、水电等常规电源组成，负荷侧主要由可控性弱的常规负荷组成，电能由电源侧通过电网传送到负荷侧，电源和电网侧根据用户的用电行为及其变化规律，通过控制端进行被动调节。在未来的电力系统中，电源侧除了常规电源外还包括间歇性电源、大型储能设施等大量新型电源。在负荷侧，除了常规负荷外，还包括电动汽车等柔性可控负荷，同时如小型间歇性电源、小型可控电源、小型储能设备等分布式电源的渗透率会更高。配合安装有广域测量系统等新型电力电子设备的柔性电力系统中源、网、荷三者之间将形成能量和信息的双向传递形式。

现有的电源-电网-负荷控制方法是按照现有电力系统架构来设计，不能适应未来具有互动作用的电力系统。

发明内容

发明目的：本发明提出一种电力系统源-网-荷互动控制方法，通过电价、激励、调度机制对电力系统源、网、荷三侧的资源进行互动控制，形成各电力设备功率的互动量，表征出源、网、荷的互动关系，为充分发挥资源的互动潜力，保证电力系统的能量平衡，消纳不可控资源，尤其是清洁可再生能源，以及电力系统的安全稳定、优质经济运行提供依据。

技术方案：本发明采用的技术方案为一种电力系统源-网-荷互动控制方法，协调电源、电网、负荷三侧可调度控制的对象，实现电力系统的安全稳定、优质经济运行，以及源、网、荷三侧的广义均衡目标。具体步骤如下：

1）获取电力系统源、网、荷三侧电力设备信息及其自然功率特性，分析各电力设备的互动行为特性，建立电力系统互动资源结构；

2）分析各互动资源对电价、激励和调度三种激励机制的响应特性，建立各互动资源在各互动激励机制下的功率变化曲线；

3）计算各互动资源的互动潜力，在互动潜力范围内，建立各互动资源的互动成本变化曲线；

4）计算在不同的电价策略、调度策略和激励策略下各互动资源的功率，选出满足系统功率平衡需求且总互动成本最小的互动策略组合，得出互动控制方案。

作为本发明的一种改进，所述步骤2）中分析各互动资源对电价、激励和调度三种激励机制的响应特性，首先分析各互动资源是否响应电价、激励和调度三种激励机制，然后采用曲线拟合方法，针对每一类互动资源建立互动后的功率改变量分别随三种激励机制变化的曲线。

作为本发明的一种改进，所述步骤3）中互动资源的互动潜力是指该互动资源参与互动后的最大功率改变量与其自然功率的比值。其中若互动后功率变大则为正向互动潜力，如公式（1）所示，若互动后功率变小则为反向互动潜力，如公式（2）所示。

作为本发明的一种改进，所述步骤3）中互动成本是指互动资源因参与互动而产生的额外支出，采用供电公司售电收入的变化量与签订合同等时产生的单位固定成本之和表示。对于消耗电能的C_B互动资源，则其互动成本计算公式如式（3）所示；对于产生电能的互动资源，则其互动成本计算公式如式（4）所示。

C＝P₀×p₀-P×p+C_B （3）

C＝P×p-P₀×p₀+C_B （4）

式中P₀和P分别为互动资源参与互动前后的功率，p₀和p为互动资源参与互动前后的电价，C_B为固定成本。

有益效果：本发明定义了互动潜力、互动成本等关键的互动概念，建立了基于三种激励机制：电价机制、激励机制、以及调度机制的互动资源的互动控制方法，能够通过电价、激励、调度机制对电力系统源、网、荷三侧的资源进行互动控制，形成各电力设备功率的互动量，表征出源、网、荷的互动关系，为充分发挥资源的互动潜力，保证电力系统的能量平衡，消纳不可控资源，尤其是清洁可再生能源，以及电力系统的安全稳定、优质经济运行提供依据。

附图说明

图1为本发明电力系统源-网-荷互动控制流程图；

图2本发明试验系统结构图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等同形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的围。

首先，获取电力系统源、网、荷三侧电力设备信息及其自然功率曲线。如图2所示试验系统，获取电网接线、电源和负荷在电网中的分布情况，以及接入母线1的常规电源、接入母线2的电源侧间歇性电源、电源侧储能、接入母线3的负荷侧可控电源、负荷侧间歇性电源-储能系统、接入母线5的常规负荷、柔性可控负荷、可中断负荷、接入母线6的常规负荷、柔性可控负荷、外网等值电源、接入母线8的常规负荷、柔性可控负荷、线路1-4、线路2-7、线路3-9、线路4-5、线路4-6、线路5-7、线路6-9、线路7-8、线路8-9的自然功率曲线。

然后，分析各电力设备的互动行为特性，建立电力系统互动资源结构。在电力系统中，水电厂、火电厂等常规电源，风电场、太阳能电站等间歇性电源，邻网功率支援形成的外网等值电源，大型储能电站等电源侧资源均可根据系统需求改变出力，构成电源侧的互动资源；负荷侧的互动资源除常规负荷外，还包括以电动汽车为代表的柔性可控负荷、可中断负荷、负荷侧可控电源、负荷侧间歇性电源、负荷侧储能；除网内的输电容量外，在具备条件的地方可借助邻网的供电容量进行过网输电，这构成了电网侧的互动资源。比如在本发明的试验系统中，间歇性电源与大型储能设施并行接入母线2，相互协调输出整体的功率曲线；负荷侧间歇性电源-储能系统与可控电源并行接入母线3，在一定程度上相互协调输出整体的功率曲线；接入母线5的负荷除常规负荷外，还包括柔性可控负荷、可中断负荷，可通过互动改变母线5的负荷功率曲线；母线4与母线5之间，除线路4-5以外，可通过外网传输一定的功率。

分析各互动资源对电价、激励和调度三种激励机制的响应特性，在本发明的试验系统中，响应电价机制的互动资源有常规电源、常规负荷、柔性可控负荷、负荷侧可控电源以及负荷侧间歇性电源-储能系统，根据这几类互动资源的历史功率数据和相应的电价数据，采用曲线拟合方法建立各类互动资源功率随电价的变化曲线；响应调度机制的互动资源有常规电源、电源侧间歇性电源、电源侧储能、柔性可控负荷、负荷侧可控电源、负荷侧间歇性电源-储能系统、网内输电容量及过网输电容量，各类互动资源的功率改变量即为调度调节功率；响应激励机制的互动资源为可中断负荷，响应激励是一种对电价、调度中的任意一种或两种激励机制的响应，根据历史功率数据和相应的电价数据，采用曲线拟合方法建立参与此类互动的互动资源功率随电价的变化曲线，其功率改变量为调度调节功率。

本实施例定义互动资源的互动潜力Pot为该互动资源参与互动后的最大功率改变量与其自然功率的比值，并且如果互动后功率变大则为正向互动潜力Pot_p，如公式（1）所示，如果互动后功率变小则为反向互动潜力Pot_n，如公式（2）所示。式中P_max和P_min分别为最大功率值和最小功率值。可以看出正向互动潜力Pot_p为正数，反向互动潜力Pot_n为负数。在分析互动资源结构基础上，计算各互动资源的互动潜力，比如接入母线1的常规电源的装机容量是600MW，最小发电量是50MW，当前已发电450MW，其发电功率最大可增加150MW，可减小400MW，因此其正向互动潜力为33%，反向互动潜力-89%。

本发明定义互动成本是指互动资源因参与互动而产生的额外支出，并采用供电公司售电收入的变化量与签订合同等时产生的单位固定成本C_B之和表示互动资源在互动潜力范围内的互动成本变化曲线。对于消耗电能的互动资源，则其互动成本计算公式如式（3）所示；对于产生电能的互动资源，则其互动成本计算公式如式（4）所示：

C＝P₀×p₀-P×p+C_B （3）

C＝P×p-P₀×p₀+C_B （4）

式中P₀和P分别为互动资源参与互动前后的功率，p₀和p为互动资源参与互动前后的电价，C_B为固定成本。

在此基础上，根据前述的功率变化曲线计算在不同的电价策略、调度策略和激励策略下各互动资源参与互动后的功率改变量，然后叠加在该互动资源的自然功率曲线上，获得一定电价策略、调度策略和激励策略下互动资源的功率，并分别计算电源侧和负荷侧的总功率，以及根据公式（3）、公式（4）计算互动成本，选出满足系统功率平衡需求且总互动成本最小的互动策略组合，得出互动控制方案。比如对于本发明的试验系统，满足系统功率平衡需求且互动成本最小的策略为：接入母线3的间歇性电源-储能系统参与调度机制互动，功率增加3.89MW，互动后功率变为303.89MW；母线5处针对柔性可控负荷的电价由0.55元/kWh调整为0.605元/kWh，功率减少量10MW，互动后功率变为90MW；母线5处针对常规负荷的电价变由0.55元/KWh调整为0.58元/KWh，功率减少量为32.26MW，互动后功率变为467.74MW。母线5处可中断负荷通过响应激励参与互动，功率减少10MW，变为190MW。母线6处针对常规负荷的电价由0.55元/kWh调整为0.581元kKWh，功率减少33.39MW，变为566.61MW。母线8处针对常规负荷的电价由0.55元/KWh调整为0.58元/KWh，功率减少32.35MW，互动后功率变为567.65MW。系统互动后的总互动成本为14044元，为最低互动成本。

Claims (3)

1.一种电力系统源-网-荷互动控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)获取电力系统源、网、荷三侧电力设备信息及其自然功率曲线，分析各电力设备的互动行为特性，建立电力系统互动资源结构；

2)分析各互动资源对电价、激励和调度三种激励机制的响应特性，建立各互动资源在各互动激励机制下的功率变化曲线；

3)计算各互动资源的互动潜力，在互动潜力范围内，建立各互动资源的互动成本变化曲线；

其中互动资源的互动潜力是指该互动资源参与互动后的最大功率改变量与其自然功率的比值，其中若互动后功率变大则为正向互动潜力Pot_p如公式(1)所示，若互动后功率变小则为反向互动潜力Pot_n如公式(2)所示：

${\mathrm{Pot}}_p=\frac{P_{max}-P_0}{P_0}\×100\%---\left(1\right)$

${\mathrm{Pot}}_n=\frac{P_{\min }-P_0}{P_0}\×100\%---\left(2\right)$

式中P_max和P_min分别为最大功率值和最小功率值；

4)计算在不同的电价策略、调度策略和激励策略下各互动资源的功率，选出满足系统功率平衡需求且总互动成本最小的互动策略组合，得出互动控制方案。

2.根据权利要求1所述的电力系统源-网-荷互动控制方法，其特征在于，所述步骤2)中分析各互动资源对电价、激励和调度三种激励机制的响应特性，首先分析各互动资源是否响应电价、激励和调度三种激励机制，然后采用曲线拟合方法，针对每一类互动资源建立互动后的功率改变量分别随三种激励机制变化的曲线。

3.根据权利要求1所述的电力系统源-网-荷互动控制方法，其特征在于，所述步骤3)中互动成本是指互动资源因参与互动而产生的额外支出，对于消耗电能的互动资源，则其互动成本计算公式如式(3)所示；对于产生电能的互动资源，则其互动成本计算公式如式(4)所示：

C＝P₀×p₀-P×p+C_B (3)

C＝P×p-P₀×p₀+C_B (4)

式中P₀和P分别为互动资源参与互动前后的功率，p₀和p为互动资源参与互动前后的电价，C_B为固定成本。