CN103997125B - 一种多源配电网节能优化调度系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多源配电网节能优化调度系统，包括一种三层调度架构，所述调度架构包括主站、子站及智能终端，其中所述主站与子站之间采用光纤通信方式，所述子站与智能终端之间采用光纤、载波或无线通信方式。本发明的多源配电网节能优化调度系统层次清晰，可实现对可控型电源出力的最优控制，将发电能耗水平最低作为优化目标之一，体现了低碳节能的特点，当在主站中执行优化调度指令时，其会根据获取的配网数据建立上述多目标节能优化调度模型，并进行解算，将优化调度结果显示在工作站人机界面中，供调度员决策参考。

Description

一种多源配电网节能优化调度系统

技术领域

本发明属于配电网调度自动化技术领域，具体涉及配电网的优化调度技术，为一种多源配电网节能优化调度系统。

背景技术

当前以绿色、低碳技术为核心的新一轮能源变革在世界范围内逐步兴起，开发利用可再生能源是大势所趋。以太阳能光伏发电、风力发电为代表的分布式电源(DistributedGeneration,DG)因其低碳环保等优势得到各国的普遍重视，DG以分散或微网的形式在配电网中的渗透率正在逐步提高。这使得整个配电网络呈现多源融合的复杂结构特征，由于多数分布式电源的输出功率具有较强的间歇性和随机性，甚至具有反调峰特性，这对配网调度自动化系统带来了新的挑战。

传统的配网调度自动化系统以设备“两遥”信息的采集为基础，结合“遥控”对现场设备进行管理和操作，优化调度的模型往往以网络损耗等经济指标为优化目标，以功率平衡、电压水平等为约束条件，控制措施主要包括开关状态、变压器变比、电容器投切等。而在新型多源配电网中，调度目标除了尽可能降低网损外，还应充分考虑环保节能目标，以充分发挥可再生能源发电的优势；在控制措施方面，部分可控电源(如燃气轮机发电)和微网的运行状态可以作为控制对象，在电网调度中起到不可忽视的作用，若能对此类电源的运行状态进行适当控制，不仅可以改善配电系统运行的经济性，还可以使电力系统的运行更加节能环保。

总之，在含分布式发电的多源配电网中，传统的调度方式由于缺乏对分布式电源和微网的控制措施，已不再适用，应重新构建新的调度模型和开发新型调度系统。

发明内容

为了克服上述现有技术中的不足，本发明提供了一种多源配电网节能优化调度系统，将可控型电源的运行状态纳入优化调度的范围中。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案为：

一种多源配电网节能优化调度系统，其特征在于：包括一种三层调度架构，所述调度架构包括主站、子站及智能终端，其中所述主站与子站之间采用光纤通信方式，所述子站与智能终端之间采用光纤、载波或无线通信方式，所述主站包括用于优化调度模型构建与快速解算的优化调度服务器，所述优化调度模型由目标函数和约束条件构成；

所述优化调度模型的目标函数包括配电网络损耗、购电成本及能耗水平，具体公式如下：

$\begin{array}{cc}\min & f_1={\mathrm{\ΔP}}_l(P_G^i,k_T^j,Q_C^m,x_S^p)\end{array}$

$\begin{array}{cc}\min & f_2={\mathrm{\γ}}^0{P}_S+\underset{i=1}{\overset{NG}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\γ}}^i{P}_G^i\end{array}$

$\begin{array}{cc}\min & f_3={\mathrm{\α}}^0{P}_S+\underset{i=1}{\overset{NG}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\α}}^i{P}_G^i\end{array}$

其中，f₁、f₂和f₃分别代表配电网络损耗、购电成本和能耗水平三个目标函数的取值；△P_l为网络有功损耗，是分布式电源有功出力变压器变比无功补偿元件的补偿容量和开关状态的函数；γ⁰和P_S分别为从外部电网的购电电价和购电容量；γⁱ为第i个分布式电源的上网标杆电价；NG为分布式电源7数量；αⁱ为第i个分布式电源的能耗系数；α⁰为外部电网的平均能耗系数；

所述优化调度模型的约束条件包括：

功率平衡约束：其中，ND为负荷10数目；为第j个负荷吸收的复功率；S_S为外部电网的注入复功率；△S_l为配电网损耗复功率；为第i个分布式电源的注入复功率；

节点电压约束：其中，Vⁱ为节点i的电压幅值；和分别为节点i的电压上限和电压下限；

变压器变比约束：式中为第j个变压器的变比；和分别为第j个变压器的最小和最大分接头位置所对应的变比；

无功补偿容量约束：其中，为第m个无功补偿元件的额定无功容量；

分布式电源的出力约束：其中，和分别为第i个分布式电源的有功出力上限和下限；

其中分布式电源有功出力变压器变比无功补偿容量和开关状态为控制变量。

作为上述技术方案的改进，所述主站采用浏览器/服务器(B/S)架构，其设置有服务器群及调度工作站。

作为上述技术方案的改进，所述服务器群包括优化调度服务器、实时数据服务器、历史数据服务器、模型服务器及WEB服务器。

作为上述技术方案的改进，所述模型服务器包括各类配电变压器、分布式电源、储能元件、配电线路、负荷及无功补偿元件的公共信息模型。

本发明带来的有益效果有：

本发明的多源配电网节能优化调度系统层次清晰，可实现对可控型电源出力的最优控制，将发电能耗水平最低作为优化目标之一，体现了低碳节能的特点，当在主站中执行优化调度指令时，其会根据获取的配网数据建立上述多目标节能优化调度模型，并进行解算，将优化调度结果显示在工作站人机界面中，供调度员决策参考。

附图说明

下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步说明，

附图1是本发明的节能优化调度系统的层次结构示意图，

附图标号说明：1为主站，2为子站，3为智能终端，4为配电变压器，5为断路器，6为网源分界开关，7为分布式电源，8为储能元件，9为配电线路，10为负荷，11为无功补偿元件。

具体实施方式

本发明目的在于针对现有配网调度方式不能有效发挥分布式电源7的优势、不能体现环保节能目标的问题，为我们提供了一种多源配电网节能优化调度系统，将可控型电源的运行状态纳入优化调度的范围中。

参照附图1，本节能优化调度系统包括一种三层调度架构，该调度架构由参与调度的主站1、子站2及智能终端3构成，其中主站1与子站2间采用光纤通信方式交换信息，子站2与智能终端3的通信方式则因地制宜，可采用光纤、载波或无线等通信方式。

在本发明中，主站1采用浏览器/服务器(B/S)架构，设置有服务器群和调度工作站，通过基于IEC61968/61970标准的信息交互总线与配电自动化系统(SCADA)、生产管理系统(PMS)、用电管理系统(CIS)等模块进行信息交互。具体的，服务器群包括优化调度服务器、实时数据服务器、历史数据服务器、模型服务器和WEB服务器，优化调度服务器主要负责节能优化调度数学模型的构建和快速解算，实时数据服务器与历史数据服务器主要存储配电系统的实时状态数据和历史数据，在模型服务器中，则建立各类配电变压器4、分布式电源7、储能元件8、配电线路9、负荷10和无功补偿元件11的公共信息模型(CIM)。

上述多目标节能优化调度模型由目标函数和约束条件构成：

目标函数有如下三个：

$\begin{array}{cc}\min & f_1={\mathrm{\ΔP}}_l(P_G^i,k_T^j,Q_C^m,x_S^p)\end{array}$

$\begin{array}{cc}\min & f_2={\mathrm{\γ}}^0{P}_S+\underset{i=1}{\overset{NG}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\γ}}^i{P}_G^i\end{array}$

$\begin{array}{cc}\min & f_3={\mathrm{\α}}^0{P}_S+\underset{i=1}{\overset{NG}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\α}}^i{P}_G^i\end{array}$

其中，f₁、f₂和f₃分别代表配电网络损耗、购电成本和能耗水平三个目标函数的取值；△P_l为网络有功损耗，它是分布式电源7有功出力变压器变比无功补偿元件11的补偿容量和开关状态的函数；γ⁰和P_S分别为从外部电网的购电电价和购电容量；γⁱ为第i个分布式电源7的上网标杆电价；NG为分布式电源7数量；αⁱ为第i个分布式电源7的能耗系数；α⁰为外部电网的平均能耗系数。

约束条件包括如下五种：

(1)功率平衡约束：

$\underset{j=1}{\overset{ND}{\mathrm{\Σ}}}{S}_D^j=S_S+{\mathrm{\ΔS}}_l+\underset{i=1}{\overset{NG}{\mathrm{\Σ}}}{S}_G^i$

其中，ND为负荷10数目；为第j个负荷10吸收的复功率；S_S为外部电网的注入复功率；△S_l为配电网损耗复功率；为第i个分布式电源7的注入复功率。

(2)节点电压约束条件：

$V_{min}^i\≤V^i\≤V_{max}^i$

其中，Vi为节点i的电压幅值；和分别为节点i的电压上限和电压下限。

(3)变压器变比约束：

$k_{Tmin}^j\≤k_T^j\≤k_{Tmax}^j$

其中，为第j个变压器的实际变比；和分别为第j个变压器的最小和最大分接头位置所对应的变比。

(4)无功补偿容量约束：

$Q_C^m\≤Q_{CN}^m$

其中，为第m个无功补偿元件11的额定无功容量。

(5)分布式电源的出力约束：

$P_{Gmin}^i\≤P_G^i\≤P_{Gmax}^i$

其中，和分别为第i个分布式电源的有功出力上限和下限。

上述多目标节能优化调度模型中，可控电源有功出力变压器变比无功补偿容量和开关状态为控制变量。

在调度工作站中执行优化调度指令，优化调度服务器根据获取的配网数据建立上述多目标节能优化调度模型，并进行解算，将优化调度结果显示在工作站人机界面中，供调度员决策参考。

需要说明的是，以上所述只是本发明的较佳实施例而已，本发明并不局限于上述实施方式，只要其以相同的手段达到本发明的技术效果，都应属于本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种多源配电网节能优化调度系统，其特征在于：包括一种三层调度架构，所述调度架构包括主站(1)、子站(2)及智能终端(3)，其中所述主站(1)与子站(2)之间采用光纤通信方式，所述子站(2)与智能终端(3)之间采用光纤、载波或无线通信方式，所述主站(1)包括用于优化调度模型构建与快速解算的优化调度服务器，所述优化调度模型由目标函数和约束条件构成；

所述优化调度模型的目标函数包括配电网络损耗、购电成本及能耗水平，具体公式如下：

min $f_1={\mathrm{\ΔP}}_l(P_G^i,k_T^j,Q_C^m,x_S^p)$

min $f_2={\mathrm{\γ}}^0{P}_S+\underset{i=1}{\overset{NG}{\Σ}}{\mathrm{\γ}}^i{P}_G^i$

min $f_3={\mathrm{\α}}^0{P}_S+\underset{i=1}{\overset{NG}{\Σ}}{\mathrm{\α}}^i{P}_G^i$

其中，f₁、f₂和f₃分别代表配电网络损耗、购电成本和能耗水平三个目标函数的取值；ΔP_l为网络有功损耗，是分布式电源(7)有功出力变压器变比无功补偿元件(11)的补偿容量和开关状态的函数；γ⁰和P_S分别为从外部电网的购电电价和购电容量；γⁱ为第i个分布式电源(7)的上网标杆电价；NG为分布式电源(7)数量；αⁱ为第i个分布式电源(7)的能耗系数；α⁰为外部电网的平均能耗系数；

所述优化调度模型的约束条件包括：

功率平衡约束：其中，ND为负荷(10)数目；

为第j个负荷(10)吸收的复功率；S_S为外部电网的注入复功率；ΔS_l为配电网损耗复功率；为第i个分布式电源(7)的注入复功率；

节点电压约束：其中，Vi为节点i的电压幅值；和分别为节点i的电压上限和电压下限；

变压器变比约束：式中为第j个变压器的变比；和分别为第j个变压器的最小和最大分接头位置所对应的变比；

无功补偿容量约束：其中，为第m个无功补偿元件(11)的额定无功容量；

分布式电源的出力约束：其中，和分别为第i个分布式电源的有功出力上限和下限；

其中分布式电源有功出力变压器变比无功补偿容量和开关状态为控制变量。

2.根据权利要求1所述的一种多源配电网节能优化调度系统，其特征在于：所述主站(1)采用浏览器/服务器(B/S)架构，其设置有服务器群及调度工作站。

3.根据权利要求2所述的一种多源配电网节能优化调度系统，其特征在于：所述服务器群包括优化调度服务器、实时数据服务器、历史数据服务器、模型服务器及WEB服务器。

4.根据权利要求3所述的一种多源配电网节能优化调度系统，其特征在于：所述模型服务器包括各类配电变压器(4)、分布式电源(7)、储能元件(8)、配电线路(9)、负荷(10)及无功补偿元件(11)的公共信息模型。