CN103746384A - 电力负荷调度控制方法及其系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种电力负荷调度控制方法及其系统，通过对大量可调控的负荷分类、聚合以建立能效发电机，进而构建能效电厂模型，将能效电厂模型引入电力市场的有、无功功率备用容量计算模型中，建立含能效发电厂的电力系统有、无功功率备用容量计算模型，采用内点法求解该模型，计算各能效电厂所分摊的有、无功功率备用容量；将计算得到的能效发电厂分摊的有、无功功率备用容量代入对应的能效发电机有、无功功率备用容量分摊优化模型中，采用内点法计算各能效发电机(负荷群)所需要分摊的有、无功功率备用容量，再通过对可调控用电负荷的再调度，实现为电力系统提供虚拟有、无功功率备用，以提高电力系统运行经济性，降低发电厂碳排放量。

Description

电力负荷调度控制方法及其系统

技术领域

本发明涉及电力调度控制的技术领域，特别是涉及一种电力负荷调度控制方法及系统。

背景技术

随着电能的广泛使用，电力系统规模不断扩大，已成为世界上最为复杂的人造系统之一。为保证电力系统供电的安全性和可靠性，电力系统必须留用足够的有功和无功功率备用，以便电网发生故障时，可快速接入系统，保证电力系统运行的安全性和供电的可靠性。电力系统的有、无功功率备用是一种处在运行状态的有、无功功率备用，只在电网故障或紧急情况下才可使用，因此在正常运行方式下，发电机的有、无功功率备用易浪费大量的有功功率和无功功率。同时随着可再生能源的大规模接入，为抑制可再生能源的间隙性和波动性，改善因可再生能源接入电网所带来的安全稳定问题，电力系统需进一步增加机组的有、无功功率备用容量，确保电网安全稳定运行，而增加机组有、无功功率备用容量必然会降低水/火电机组的年运行小时数，恶化了水/火电机组运行的经济性，同时有、无功功率备用容量的增加必然会导致机组运行效率低下、化石燃料不能充分燃烧、二氧化硫、二氧化碳和漂浮固体的排放量剧增，严重影响了人类的生活环境。

随着智能电网的提出和发展，通讯技术和分布式计算的广泛应用。需求侧响应(Demend Response,DR)技术和电力系统模型技术成为了两种进行电力调度控制的常用手段。

需求侧响应是通过先进的测量通讯技术以及控制手段将负荷作为一种响应调度的资源，弥补电力系统传统热备用容量的不足，提高电网运行的安全性和经济性，已成为电力行业研究的热点。需求侧响应通过电价或者其他激励措施，在市场电价较高或者系统运行可靠性较低时，通过引导用户改变正常用电方式，减少用电需求；在紧急情况下，将负荷响应作为备用提高电力系统运行的安全性和稳定性，大幅降低资源浪费。

而电力系统模型技术则是通过对真实的电力系统进行建模，建立数据模型，对真实的电力系统进行仿真，通过仿真模型模拟电力系统真实运行的状态，从而可对电力系统的各种运行状态通过计算得到。

目前，将需求侧响应技术和电力系统模型技术结合，对于基于负荷响应的有、无功功率备用研究已提出了许多建模方法和控制方法，但这些方法都并不完善，未能有效地调节电力系统的有、无功功率备用，影响电力系统的运行效率。

发明内容

针对现有需求侧的电力负荷调度方法未能有效地调节电力系统的有、无功功率备用，影响电力系统的运行效率和安全的问题。本发明提出一种电力负荷调度控制方法及其系统，能够通过需求侧的电力负荷调度对整个电力系统各个区域的有、无功功率备用作出调整，从而合理地分配电力系统的有、无功功率备用，提高电力系统的运行效率。

一种电力负荷调度控制方法，包括以下步骤：

对电力系统中参与负荷调度的负荷按区域和类型进行分类；

将同一种类型的负荷按照区域进行统计、聚合，建立对应各类型负荷的能效发电机模型；

将所述区域内的所有的能效发电机模型聚合成所述区域对应的能效发电厂模型，并建立所述能效发电厂模型对应的能效发电机有、无功功率备用容量分摊优化模型，其中，所述有、无功功率备用容量分摊优化模型包括能效发电厂中各个能效发电机的有、无功功率备用容量优化分摊比例；将所述能效发电厂模型与传统的基于最优潮流的有、无功功率备用容量计算模型相结合，建立对应的电力系统有、无功功率备用容量计算模型；

采用内点法求解所述电力系统有、无功功率备用容量计算模型，获取对应的各个能效发电厂所分摊的有、无功功率备用容量；

将各个所述能效发电厂所分摊的有、无功功率备用容量代入对应的能效发电机有、无功功率备用容量分摊优化模型，采用内点法求解所述能效发电机的有、无功功率备用容量分摊优化模型，获取所述能效发电厂中各个能效发电机所分摊的有、无功功率备用容量；

将各个能效发电机所分摊的有、无功功率备用容量代入对应的能效发电机模型，获取组成该能效发电机模型的同类负荷的调控量；

根据各类负荷的调控量，调整可调度负荷的运行定值。

一种电力负荷调度控制系统，包括：资源控制系统和电网电能调度系统；

所述资源控制系统用于对电力系统中参与负荷调度的负荷按区域和类型进行分类，将同一种类型的负荷按照区域进行统计、聚合，建立对应各类型负荷的能效发电机模型，将所述区域内的所有的能效发电机模型聚合成所述区域对应的能效发电厂模型，并建立所述能效发电厂模型对应的能效发电机有、无功功率备用容量分摊优化模型，其中，所述有、无功功率备用容量分摊优化模型包括能效发电厂中各个能效发电机的有、无功功率备用容量优化分摊比例；并根据各个所述能效发电厂所分摊的有、无功功率备用容量，采用内点法求解所述能效发电机的有、无功功率备用容量分摊优化模型，获取所述能效发电厂中各个能效发电机所分摊的有、无功功率备用容量，将各个能效发电机所分摊的有、无功功率备用容量代入对应的能效发电机模型，获取组成该能效发电机模型的各类负荷的调控量，根据各类负荷的调控量，调整可调度负荷的运行定值；

所述电网电能调度系统用于将所述能效发电厂模型与传统的基于最优潮流的有、无功功率备用容量计算模型相结合，建立对应的电力系统有、无功功率备用容量计算模型，并采用内点法求解所述电力系统有、无功功率备用容量计算模型，获取对应的各个能效发电厂所分摊的有、无功功率备用容量。

本发明的电力负荷调度控制方法及其系统中，通过对大量可调控的用电设备（负荷）分类、聚合以建立能效发电机，进而构建聚合模型(能效电厂模型)，将能效电厂模型引入有、无功功率备用容量计算模型中，建立含能效发电厂的电力系统有、无功功率备用容量计算模型，采用内点法求解该模型，计算各能效电厂所分摊的有、无功功率备用容量；将计算得到的能效发电厂分摊的有、无功功率备用容量代入对应的能效发电机有、无功功率备用容量分摊优化模型中，采用内点法计算各能效发电机(负荷群)所需要分摊的有、无功功率备用容量，再通过对可调控用电负荷的再调度，实现为电力系统提供虚拟有、无功功率备用，以提高电力系统运行经济性，降低发电厂碳排放量。

本发明将基于负荷响应的市场集成与控制方式相结合，提出一种“自下而上”的负荷响应参与电力市场有、无功功率备用的技术框架。通过对大量可参与负荷调控的负荷分类、聚合，构建能效发电机，进而根据能效发电机构建能效电厂，将能效电厂引入电力系统有、无功功率备用容量计算模型中，通过提供电力系统的虚拟有、无功功率备用容量，在不影响电力系统安全稳定运行的前提下，改善电力系统运行经济性，提升了电力系统运行的经济效益、降低了发电厂碳排放量，实现经济和环境的双受益。

附图说明

图1是本发明电力负荷调度控制方法的流程示意图；

图2是本发明电力负荷调度控制系统的结构示意图。

具体实施方式

请参阅图1，图1是本发明电力负荷调度控制方法的流程示意图。

所述电力负荷调度控制方法，包括以下步骤：

S101，对电力系统中参与负荷调度的负荷按区域和类型进行分类，将同一种类型的负荷按照区域进行统计、聚合，建立对应各类型负荷的能效发电机模型；

S102，将所述区域内的所有能效发电机模型聚合成所述区域对应的能效发电厂模型，并建立所述能效发电厂模型对应的能效发电机有、无功功率备用容量分摊优化模型，其中，所述有、无功功率备用容量分摊优化模型包括能效发电厂中各个能效发电机的有、无功功率备用容量优化分摊比例；

S103，将所述能效发电厂模型与传统的基于最优潮流的有、无功功率备用容量计算模型相结合，建立含能效发电厂的电力系统有、无功功率备用容量计算模型；

S104，采用内点法求解所述电力系统有、无功功率备用容量计算模型，获取对应的各个能效发电厂所分摊的有、无功功率备用容量；

S105，将各个所述能效发电厂所分摊的有、无功功率备用容量代入对应的能效发电机有、无功功率备用容量分摊优化模型，采用内点法求解所述能效发电机的有、无功功率备用容量分摊优化模型，获取所述能效发电厂中各个能效发电机所分摊的有、无功功率备用容量；

S106，将各个能效发电机所分摊的有、无功功率备用容量代入对应的能效发电机模型，获取组成该能效发电机模型的各类负荷的调控量；

S107，根据各类负荷的调控量，调整可调度负荷的运行定值。

本发明的一种负荷调度控制方法，根据改善电力系统有、无功功率备用容量和提高电力系统运行经济性的需要，将负荷调度用于电力系统有、无功功率备用中。将在电力系统中参与负荷调度的负荷进行按属地和负荷类型进行分类，将各类负荷聚合，构建能效发电机；将区域内的所有能效发电机聚合为一个整体，构建能效电厂；将能效电厂引入电力系统有、无功功率备用容量市场，采用优化算法确定能效电厂所分摊的有、无功功率备用容量；根据能效电厂分摊的有、无功功率备用容量，确定各能效发电机所分摊的有、无功功率备用容量，以得出各负荷聚合体所需分摊的有、无功功率备用容量，进而根据所需分摊的有、无功功率对负荷再调度，为电力系统提供虚拟有、无功功率备用，以实现提高电力系统运行的安全性、经济性和减少碳排放量的目的。

在步骤S101中，统计在电力系统中参与负荷调度的负荷的类型、容量及所属区域，将同一区域内同一类型的负荷进行聚合，建立所述能效发电机模型；

其中，所述能效发电机模型的输出有、无功功率为该类型负荷正常工作时的额定有、无功功率的累加和；所述能效发电机模型的有、无功功率出力的约束上边界为其包含的所有负荷在满足预设用户舒适度时消耗的有、无功功率的约束上边界之和；所述能效发电机模型的有、无功功率出力的约束下边界为其包含的所有负荷在满足预设用户舒适度时消耗的有、无功功率的约束下边界之和。

所述负荷正常工作时的额定有、无功功率可根据各个用电设备的额定参数获得。所述负荷在满足预设用户舒适度时消耗的有、无功功率的约束上边界是指，当所述负荷在满足预设的用户舒适度的情况下，其消耗的有、无功功率的最大值；所述负荷在满足预设用户舒适度时消耗的有、无功功率的约束下边界是指，当所述负荷在满足预设的用户舒适度的情况下，其消耗的有、无功功率的最小值。

所述能效发电机模型的有、无功功率出力的约束上边界和约束下边界分别为其包含的所有负荷在满足预设用户舒适度时消耗的有、无功功率的最大值和最小值之和。

在步骤S102中，将所述区域内的所有能效发电机模型结合成所述区域对应的能效发电厂模型。

其中，所述能效发电厂模型出力为其包含的所有能效发电机模型的出力之和；所述能效发电厂模型的有、无功功率出力的约束上边界为其包含的所有能效发电机模型的有、无功功率的约束上边界之和；所述能效发电厂模型的有、无功功率出力的约束下边界为其包含的所有能效发电机模型的有、无功功率的约束下边界之和。

并且，同时建立所述能效发电厂模型对应的能效发电机有、无功功率备用容量分摊优化模型。

其中，所述有、无功功率备用容量分摊优化模型包括能效发电厂中各个能效发电机的有、无功功率备用容量优化分摊比例。所述能效发电机的有、无功功率备用容量分摊优化模型的优化目标为所述能效发电厂中的所有能效发电机的调度量最小；约束边界为各个能效发电机的预设控制步长的上、下限。

所述优化分摊比例可以按照上述优化目标和约束条件经过优化计算后求得，并可预先设置好。

在步骤S103中，将所述能效发电厂模型与传统的基于最优潮流的有、无功功率备用容量计算模型相结合，建立对应的电力系统有、无功功率备用容量计算模型；

所述传统的基于最优潮流的有、无功功率备用容量计算模型可以从电力潮流计算系统中获取。

将以用户舒适度为约束的能效发电厂模型与传统基于最优潮流的电力市场有、无功功率备用容量计算模型相结合，建立含能效发电厂模型的电力系统有、无功功率备用容量计算模型。

所述含能效发电厂模型的电力系统有、无功功率备用容量计算模型的模型优化目标为电力系统全网运行成本最经济；约束条件为：电力系统的潮流方程、节点电压幅值约束、发电机有功和无功约束、线路电流约束、能效发电厂的约束。

在步骤S104中，采用内点法求解该含能效发电厂模型的电力系统有、无功功率备用容量计算模型，即可确定对应的各个能效发电厂所分摊的有、无功功率备用容量。

在步骤S105中，将各个所述能效发电厂所分摊的有、无功功率备用容量代入对应的能效发电机有、无功功率备用容量分摊优化模型，然后采用内点法求解所述能效发电机的有、无功功率备用容量分摊优化模型，即可获得所述能效发电厂中各个能效发电机所分摊的有、无功功率备用容量；

在步骤S106中，将各个能效发电机所分摊的有、无功功率备用容量代入对应的能效发电机模型，获取组成该能效发电机模型的各类负荷的调控量；

最后在步骤S107，根据各类负荷的调控量，调整可调度负荷的运行定值。通过调整可调度负荷的运行定值来分摊所需承担的有、无功功率备用容量。

请参阅图2，图2是实现本发明的电力负荷调度控制方法的电力负荷调度控制系统的结构示意图。

所述电力负荷调度控制系统，包括：资源控制系统11和电网电能调度系统12。

所述资源控制系统11用于对电力系统中参与负荷调度的负荷按区域和类型进行分类，将同一种类型的负荷的容量按照区域进行统计，建立对应各类型负荷的能效发电机模型，将所述区域内的所有的能效发电机模型结合成所述区域对应的能效发电厂模型，并建立所述能效发电厂模型对应的能效发电机有、无功功率备用容量分摊优化模型，其中，所述有、无功功率备用容量分摊优化模型包括能效发电厂中各个能效发电机的有、无功功率备用容量优化分摊比例；并根据各个所述能效发电厂所分摊的有、无功功率备用容量，采用内点法求解所述能效发电机的有、无功功率备用容量分摊优化模型，获取所述能效发电厂中各个能效发电机所分摊的有、无功功率备用容量，将各个能效发电机所分摊的有、无功功率备用容量代入对应的能效发电机模型，获取组成该能效发电机模型的各类负荷的调控量，根据各类负荷的调控量，调整可调度负荷的运行定值；

所述电网电能调度系统12用于将所述能效发电厂模型与传统的基于最优潮流的有、无功功率备用容量计算模型相结合，建立对应的电力系统有、无功功率备用容量计算模型，并采用内点法求解所述电力系统有、无功功率备用容量计算模型，获取对应的各个能效发电厂所分摊的有、无功功率备用容量。

其中，所述资源控制系统11完成对参与电力系统有、无功功率备用市场的负荷进行聚合、建模、构建能效发电机。其详细实施为:统计所属区域内参与电力系统有、无功功率备用市场的负荷类型、容量，对所有负荷以类型为属性进行归类，对同一类型负荷线性累积构建基于该类型负荷的能效发电机，该发电机的实际出力为同类负荷实际工作功率之和；约束条件以满足用户舒适度的负荷消耗功率输出上、下界为能效发电机的有功出力上、下界；根据能效发电机进一步构建能效电厂，将所有能效发电机的实际有功功率之和作为能效发电厂的实际有功出力，所有能效发电机运行的上、下边界累加构成能效发电厂的运行上、下边界，构建能效电厂的数学模型；此外根据能效发电厂所分摊的有、无功功率备用容量，计算各相应的能效发电机所需分摊的有、无功功率备用容量，依据各能效发电机分摊的有、无功功率备用容量，计算所需调控的负荷量，对负荷进行调控。

所述电网电能调度系统12在电网调度层建立含能效发电厂的电力市场有、无功功率备用模型，根据负荷预测信息、传统燃煤电厂及能源发电厂的实际状态，计算在一次调节时能效发电厂与传统燃煤电厂所分摊的有、无功功率备用容量理论值；同时根据一次调节的结果确定重新计算燃煤电厂所分摊的有、无功功率备用容量，实现有、无功功率备用容量的无差调节。其详细实施为：将能效电厂纳入基于最优潮流的电力系统有、无功功率备用容量计算模型；根据负荷预测信息、传统燃煤电厂及能源发电厂的实际状态，采用内点法求解该模型，计算能效电厂和传统燃煤电厂所需分摊的有、无功功率备用容量；将该有、无功功率备用容量值下送到各能效电厂和传统燃煤电厂；同时采集一次调节的结果，通过分析计算，更新并下送燃煤电厂的有、无功功率备用容量，实现有、无功功率备用容量的无差调节。

根据图2所示本发明的电力负荷调度控制方法的电力负荷调度控制系统的结构，负荷参与电力系统有、无功功率备用容量的响应控制可分为四个层次，分别为物理层、设备层、集中层和电网层，各层功能如下：

物理层：

物理层是负荷产生的物理基础，在不对负荷进行控制时各种热力学负荷的状态将根据初始设定的条件缓慢变化；而当对负荷进行控制后，负荷的热力学过程将根据设定的条件自然过渡到新的状态。

设备层：

在k时刻到来之后，负荷的控制单元将保持当前运行状态不变，直至k+1时刻到来，再根据是否收到集中层的附加负荷控制信号以及自身运行状态决定是否更改当前的运行状态。

集中层：

集中层是实现对一片区域内的多个参与电力市场的负荷进行集中控制起到承上启下的作用，与下层的负荷控制单元、上次的系统级调度中心之间双向通讯。集中层主要任务：采集对区域内负荷的状态量、电气量、温湿度信息；根据统计得到的负荷类型及采集负荷运行信息对负荷进行分类，构建能效发电机；将采集到的可控负荷信息作为初始条件，对物理层负荷的热力学动态进行仿真，预估下一时刻负荷量；将所构建的能效发电机信息、预估的负荷量上传至系统侧；接收系统侧调度控制中心的控制目标，若系统侧调度控制中心无控制信息下送，则保持各负荷当前运行状态到下一时刻；否则根据下送的控制信息，制定相应的负荷控制策略并将控制策略下送到物理层中各负荷设备层的控制单元。

系统层：

系统层接收各局部控制中心上传的能效发电机信息、预估的负荷量进行汇总。根据汇总的能效发电机信息构建能效电厂，将能效电厂和预估的负荷量代入到基于最优潮流的电力市场有、无功功率备用容量计算模型，采用内点法求解该数学模型，计算能效电厂所分摊的能效有、无功功率备用容量；根据能效电厂所分摊的能效有、无功功率备用容量，计算各局部控制中心能效发电机所分摊的有、无功功率备用容量并将各局部中心所分摊的有、无功功率备用容量信息下送至各局部控制中心，各局部控制中心对本辖区内参与负荷调度的用电负荷下发负荷控制命令，实现对负荷的控制。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。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，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (5)

1.一种电力负荷调度控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

对电力系统中参与负荷调度的负荷按区域和类型进行分类；

将同一种类型的负荷按照区域进行统计、聚合，建立对应各类型负荷的能效发电机模型；

将所述区域内的所有的能效发电机模型聚合成所述区域对应的能效发电厂模型，并建立所述能效发电厂模型对应的能效发电机有、无功功率备用容量分摊优化模型，其中，所述有、无功功率备用容量分摊优化模型包括能效发电厂中各个能效发电机的有、无功功率备用容量优化分摊比例；

将所述能效发电厂模型与传统的基于最优潮流的有、无功功率备用容量计算模型相结合，建立对应的电力系统有、无功功率备用容量计算模型；

采用内点法求解所述电力系统有、无功功率备用容量计算模型，获取对应的各个能效发电厂所分摊的有、无功功率备用容量；

将各个所述能效发电厂所分摊的有、无功功率备用容量代入对应的能效发电机有、无功功率备用容量分摊优化模型，采用内点法求解所述能效发电机的有、无功功率备用容量分摊优化模型，获取所述能效发电厂中各个能效发电机所分摊的有、无功功率备用容量；

将各个能效发电机所分摊的有、无功功率备用容量代入对应的能效发电机模型，获取组成该能效发电机模型的各类负荷的调控量；

根据各类负荷的调控量，调整可调度负荷的运行定值。

2.如权利要求1所述的电力负荷调度控制方法，其特征在于，将同一种类型的负荷按照区域进行统计，建立对应各类型负荷的能效发电机模型的步骤包括：

统计在电力系统中参与负荷调度的负荷的类型、容量及所属区域，将同一区域内同一类型的负荷进行聚合，建立所述能效发电机模型，所述能效发电机模型的输出有、无功功率为该类型负荷正常工作时的额定有、无功功率的累加和；所述能效发电机模型的有、无功功率出力的约束上边界为其包含的所有负荷在满足预设用户舒适度时消耗的有、无功功率的约束上边界之和；所述能效发电机模型的有、无功功率出力的约束下边界为其包含的所有负荷在满足预设用户舒适度时消耗的有、无功功率的约束下边界之和。

3.如权利要求2所述的电力负荷调度控制方法，其特征在于，所述能效发电厂模型出力为其包含的所有能效发电机模型的出力之和；所述能效发电厂模型的有、无功功率出力的约束上边界为其包含的所有能效发电机模型的有、无功功率的约束上边界之和；所述能效发电厂模型的有、无功功率出力的约束下边界为其包含的所有能效发电机模型的有、无功功率的约束下边界之和。

4.如权利要求3所述的电力负荷调度控制方法，其特征在于，所述能效发电机的有、无功功率备用容量分摊优化模型的优化目标为所述能效发电厂中的所有能效发电机的调度量最小；约束边界为各个能效发电机的预设控制步长的上、下限。

5.一种电力负荷调度控制系统，其特征在于，包括：资源控制系统和电网电能调度系统；

所述资源控制系统用于对电力系统中参与负荷调度的负荷按区域和类型进行分类，将同一种类型的负荷按照区域进行统计、聚合，建立对应各类型负荷的能效发电机模型，将所述区域内的所有的能效发电机模型聚合成所述区域对应的能效发电厂模型，并建立所述能效发电厂模型对应的能效发电机有、无功功率备用容量分摊优化模型，其中，所述有、无功功率备用容量分摊优化模型包括能效发电厂中各个能效发电机的有、无功功率备用容量优化分摊比例；并根据各个所述能效发电厂所分摊的有、无功功率备用容量，采用内点法求解所述能效发电机的有、无功功率备用容量分摊优化模型，获取所述能效发电厂中各个能效发电机所分摊的有、无功功率备用容量，将各个能效发电机所分摊的有、无功功率备用容量代入对应的能效发电机模型，获取组成该能效发电机模型的各类负荷的调控量，根据各类负荷的调控量，调整可调度负荷的运行定值；

所述电网电能调度系统用于将所述能效发电厂模型与传统的基于最优潮流的有、无功功率备用容量计算模型相结合，建立对应的电力系统有、无功功率备用容量计算模型，并采用内点法求解所述电力系统有、无功功率备用容量计算模型，获取对应的各个能效发电厂所分摊的有、无功功率备用容量。

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