CN104201701A - 一种消纳分布式电源波动的柔性负荷协调控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种消纳分布式电源波动的柔性负荷协调控制方法，包括步骤：10)当分布式电源发生功率波动时，测算分布式电源功率波动值；20)柔性负荷数据采集；30)柔性负荷调节经济性评估；40)根据各柔性负荷的运行信息和经济性制定不同的参与权重；50)协调分配调节控制参考指令到各柔性负荷对应的控制器中，利用柔性负荷协调优化减载控制消纳分布式电源波动。本发明方法依据系统运行特性对各类柔性负荷进行协调控制，可提升配电网的消纳能力，促进分布式电源的主动、就地消纳。

Description

一种消纳分布式电源波动的柔性负荷协调控制方法

技术领域

本发明属于柔性负荷控制技术领域，涉及一种用于分布式电源波动就地消纳的柔性负荷协调控制方法。

背景技术

目前，风能、太阳能等分布式能源(Distributed Energy Resources，DER)的广泛开发和利用是解决全球化能源和环境问题的有效措施之一，其能降低电力工业对化石能源的依赖并减少温室和污染气体的排放，因而受到世界各国的普遍重视。未来，随着智能电网技术的深入发展，以及风能、太阳能等分布式发电技术的日益成熟，DER的规模化接入与应用是电网智能化、可持续发展的大势所趋。

然而，DER的大量接入将对配电网电压水平、短路容量、继电保护、供电可靠性以及电能质量等方面均会造成较大的影响。如何使配电网就地充分消纳各类分布式电源，实现安全、有序并网，是亟需解决的关键科学问题和技术难题。

发明内容

本发明的目的，就是为了解决上述问题而提供了一种消纳分布式电源波动的柔性负荷协调控制方法，综合考虑经济性和实用性，利用各类柔性负荷的协调控制实现分布式电源的主动、就地消纳，在满足安全性、可靠性和供电质量要求的同时，提高配电网的主动、自治控制能力和抗干扰能力，有效提升配电网的能源利用效率。

本发明的目的是这样实现的：

本发明的一种消纳分布式电源波动的柔性负荷协调控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤10)当分布式电源发生功率波动时，测算分布式电源功率波动量ΔP_DER；

步骤20)柔性负荷数据采集，监测系统的运行状况，采集各类柔性负荷的运行信息，所述运行信息包括柔性负荷的电压、电流和可调容量；

步骤30)评估各柔性负荷参与系统调节的经济性调节权重：通过建立柔性负荷调节经济性成本函数模型，得出各柔性负荷的边际成本模型，进而利用各柔性负荷的边际成本函数确定各柔性负荷的经济性调节权重；

步骤40)根据各柔性负荷的运行信息和经济性调节权重制定各柔性负荷的参与权重：通过步骤20)采集的各柔性负荷的运行信息，分析制定各类柔性负荷的可调容量参与权重，确定可调容量参与权重与步骤30)得出的经济性调节权重的比重，进而得到各柔性负荷的参与权重Φ_i；

步骤50)根据步骤40)分析综合制定的各柔性负荷的参与权重，由以下的式(1)计算得到各柔性负荷的优化减载容量L_LSi：

L_LSi＝φ_iΔP_DER  式(1)

其中，L_LSi为第i个柔性负荷的优化减载容量；Φi为第i个柔性负荷的参与权重；i＝1,2,…,n；n为大于等于3的整数；ΔP_DER为根据步骤10)测算的分布式电源的功率波动量；

再将计算得到的各柔性负荷的优化减载容量L_LSi通过协调分配调节控制参考指令发送到各柔性负荷对应的控制器中，各柔性负荷根据控制参考指令进行优化减载，从而实现各柔性负荷协调优化减载控制，利用可控柔性负荷的调节作用最大化消纳分布式能源间歇性波动，保证分布式电源的就地消纳。

上述的一种消纳分布式电源波动的柔性负荷协调控制方法，其中，所述步骤30)包括：

步骤31)建立柔性负荷调节经济性成本函数模型，该函数模型如以下式(2)所示，

C_i(L_Ci,χ_i)＝α₁L_Ci ²+α₂(L_Ci-L_Ciχ_i)  式(2)

其中，i＝1,2,…,n；n为大于等于3的整数；L_Ci为i个柔性负荷的负荷调节量；C_i为第i个柔性负荷的调节量为L_Ci时的成本函数；α₁和α₁为常量，χ_i为第i个柔性负荷的调节意愿参数，调节意愿参数可设置为[0,1]区间的内数值，其能够反映柔性负荷调节负荷的意愿，意愿越强，其数值相对越大；

步骤32)得出各柔性负荷的边际成本模型，如以下式(3)所示，

MC_i(L_Ci,χ_i)＝2α₁L_Ci+α₂-χ_i  式(3)

其中，i＝1,2,…,n；n为大于等于3的整数；MC_i为第i个柔性负荷的边际成本；L_Ci为i个柔性负荷的负荷调节量；α₁和α₁为常量,χ_i为第i个柔性负荷的调节意愿参数，调节意愿参数可设置为[0,1]区间的内数值；

步骤33)利用各柔性负荷的边际成本函数由以下的式(4)计算得到各柔性负荷的经济性调节权重η_i：

${\mathrm{\η}}_i=\frac{{\mathrm{MC}}_i}{{\mathrm{MC}}^{\mathrm{TOT}}}=\frac{{\mathrm{MC}}_i}{{\mathrm{\Σ}}_i{\mathrm{MC}}_i}$ 式(4)

其中，η_i为第i个柔性负荷的经济性调节权重；i＝1,2,…,n；n为大于等于3的整数；MC^TOT为系统中所有柔性负荷的总边际成本；

上述的一种消纳分布式电源波动的柔性负荷协调控制方法，其中，所述步骤40)包括：

步骤41)根据步骤20)采集的各柔性负荷的运行信息，利用以下的式(5)计算各柔性负荷的可调容量参与权重τ_i：

${\mathrm{\τ}}_i=\frac{C_{\mathrm{FLi}}}{C_{\mathrm{FL}}^{\mathrm{TOT}}}=\frac{C_{\mathrm{FLi}}}{{\mathrm{\Σ}}_i{C}_{\mathrm{FLi}}}i=\mathrm{1,2},\·\·\·n$ 式(5)

其中，τ_i为第i个柔性负荷的可调容量参与权重；C_FLi为第i个柔性负荷的可调容量；i＝1,2,…,n；n为大于等于3的整数；为系统中所有柔性负荷的总可调容量；

步骤42)根据步骤33)得到的各柔性负荷的经济性调节权重η_i和步骤41)得到的各柔性负荷的可调容量参与权重τ_i，综合评估上述两种权重在柔性负荷调节中的重要性，并比较上述两种权重的重要性程度，其中：

若经济性调节权重η_i与可调容量参与权重τ_i同等重要，则ε₁＝0.5，ε₂＝0.5；

若经济性调节权重η_i比可调容量参与权重τ_i稍微重要，则ε₁＝0.4，ε₂＝0.6；

若经济性调节权重η_i比可调容量参与权重τ_i重要，则ε₁＝0.3，ε₂＝0.7；

若经济性调节权重η_i比可调容量参与权重τ_i明显重要，则ε₁＝0.2，ε₂＝0.8；

若经济性调节权重η_i比可调容量参与权重τ_i强烈重要，则ε₁＝0.1，ε₂＝0.9；

步骤43)根据步骤42)的比重通过以下的式(6)计算得到各柔性负荷的参与权重Φ_i：

φ_i＝ε₁τ_i+ε₂η_i  式(6)

其中，Φ_i为第i个柔性负荷的参与权重，其综合考虑了各柔性负荷的经济性和可调容量，在满足经济性的同时能够考虑系统的运行状态；ε₁为可调容量参与权重的比重，ε₂为经济性调节权重的比重。

上述的一种消纳分布式电源波动的柔性负荷协调控制方法，其中，在步骤31)的式(2)中，α₁＝0.5，α₂＝1。

本发明方法有利于充分利用配电网内丰富的柔性负荷资源，发挥各类柔性可控负荷的调节作用，以提升分布式电源的经济性、实用性、互动性、主动性。

现有的分布式电源波动消纳技术大都采用基于储能系统的消纳方法，该方法成本高昂，大规模使用经济效益差，实用价值低；本发明方法充分利用配电网内丰富的柔性可控负荷资源，经济性和实用性更强，且具有良好的可调度性和互动性，可作为配电网分布式能源就地消纳的重要手段，从而可有效弥补现有方法的不足。

附图说明

图1是本发明方法的流程图；

图2是本发明实施例中采用的配电网仿真系统结构图；

图3是本发明实施例中消纳分布式电源波动的柔性负荷协调控制方法效果图。

具体实施方式

下面将结合附图，对本发明作进一步说明。

本发明的消纳分布式电源波动的柔性负荷协调控制方法，如图1所示，包括以下步骤：

步骤10)当分布式电源发生功率波动时，测算分布式电源功率波动量ΔP_DER；

步骤20)柔性负荷数据采集，监测系统的运行状况，采集各类柔性负荷的运行信息，所述运行信息包括柔性负荷的电压、电流和可调容量；

步骤30)评估各柔性负荷参与系统调节的经济性调节权重：通过建立柔性负荷调节经济性成本函数模型，得出各柔性负荷的边际成本模型，进而利用各柔性负荷的边际成本函数确定各柔性负荷的经济性调节权重；

步骤40)根据各柔性负荷的运行信息和经济性调节权重制定各柔性负荷的参与权重：通过步骤20)采集的各柔性负荷的运行信息，分析制定各类柔性负荷的可调容量参与权重，确定可调容量参与权重与步骤30)得出的经济性调节权重的比重，进而得到各柔性负荷的参与权重Φ_i；

步骤50)根据步骤40)分析综合制定的各柔性负荷的参与权重，由以下的式(1)计算得到各柔性负荷的优化减载容量L_LSi：

L_LSi＝φ_iΔP_DER式(1)

其中，L_LSi为第i个柔性负荷的优化减载容量；Φi为第i个柔性负荷的参与权重；i＝1,2,…,n；n为大于等于3的整数；ΔP_DER为根据步骤10)测算的分布式电源的功率波动量；

再将计算得到的各柔性负荷的优化减载容量L_LSi通过协调分配调节控制参考指令发送到各柔性负荷对应的控制器中，各柔性负荷根据控制参考指令进行优化减载，从而实现各柔性负荷协调优化减载控制，利用可控柔性负荷的调节作用最大化消纳分布式能源间歇性波动，保证分布式电源的就地消纳。

上述步骤30)包括：

步骤31)建立柔性负荷调节经济性成本函数模型，该函数模型如以下式(2)所示，

C_i(L_Ci,χ_i)＝α₁L_Ci ²+α₂(L_Ci-L_Ciχ_i)式(2)

其中，i＝1,2,…,n；n为大于等于3的整数；L_Ci为i个柔性负荷的负荷调节量；C_i为第i个柔性负荷的调节量为L_Ci时的成本函数；α₁和α₁为常量，χ_i为第i个柔性负荷的调节意愿参数，调节意愿参数可设置为[0,1]区间的内数值，其能够反映柔性负荷调节负荷的意愿，意愿越强，其数值相对越大；

步骤32)得出各柔性负荷的边际成本模型，如以下式(3)所示，

MC_i(L_Ci,χ_i)＝2α₁L_Ci+α₂-χ_i  式(3)

其中，i＝1,2,…,n；n为大于等于3的整数；MC_i为第i个柔性负荷的边际成本；L_Ci为i个柔性负荷的负荷调节量；α₁和α₁为常量，α₁＝0.5，α₂＝1,χ_i为第i个柔性负荷的调节意愿参数，调节意愿参数可设置为[0,1]区间的内数值；

步骤33)利用各柔性负荷的边际成本函数由以下的式(4)计算得到各柔性负荷的经济性调节权重η_i：

${\mathrm{\η}}_i=\frac{{\mathrm{MC}}_i}{{\mathrm{MC}}^{\mathrm{TOT}}}=\frac{{\mathrm{MC}}_i}{{\mathrm{\Σ}}_i{\mathrm{MC}}_i}$ 式(4)

其中，η_i为第i个柔性负荷的经济性调节权重；i＝1,2,…,n；n为大于等于3的整数；MC^TOT为系统中所有柔性负荷的总边际成本；

上述步骤40)包括：

步骤41)根据步骤20)采集的各柔性负荷的运行信息，利用以下的式(5)计算各柔性负荷的可调容量参与权重τ_i：

${\mathrm{\τ}}_i=\frac{C_{\mathrm{FLi}}}{C_{\mathrm{FL}}^{\mathrm{TOT}}}=\frac{C_{\mathrm{FLi}}}{{\mathrm{\Σ}}_i{C}_{\mathrm{FLi}}}i=\mathrm{1,2},\·\·\·n$ 式(5)

其中，τ_i为第i个柔性负荷的可调容量参与权重；C_FLi为第i个柔性负荷的可调容量；i＝1,2,…,n；n为大于等于3的整数；为系统中所有柔性负荷的总可调容量；

步骤42)根据步骤33)得到的各柔性负荷的经济性调节权重η_i和步骤41)得到的各柔性负荷的可调容量参与权重τ_i，综合评估上述两种权重在柔性负荷调节中的重要性，并比较上述两种权重的重要性程度，其中：

若经济性调节权重η_i与可调容量参与权重τ_i同等重要，则ε₁＝0.5，ε₂＝0.5；

若经济性调节权重η_i比可调容量参与权重τ_i稍微重要，则ε₁＝0.4，ε₂＝0.6；

若经济性调节权重η_i比可调容量参与权重τ_i重要，则ε₁＝0.3，ε₂＝0.7；

若经济性调节权重η_i比可调容量参与权重τ_i明显重要，则ε₁＝0.2，ε₂＝0.8；

若经济性调节权重η_i比可调容量参与权重τ_i强烈重要，则ε₁＝0.1，ε₂＝0.9；

步骤43)根据步骤42)的比重通过以下的式(6)计算得到各柔性负荷的参与权重Φ_i：

φ_i＝ε₁τ_i+ε₂η_i  式(6)

其中，Φ_i为第i个柔性负荷的参与权重，其综合考虑了各柔性负荷的经济性和可调容量，在满足经济性的同时能够考虑系统的运行状态；ε₁为可调容量参与权重的比重，ε₂为经济性调节权重的比重。

如图2所示，仿真所用系统包含两个分布式电源(DG，Distributedgenerator)、两组储能系统(ESS，Energy storage system)和三个负荷，L1为敏感负荷，L2和L3为柔性负荷，系统频率为50Hz，电压为0.4kV，初始状态下各分布式能源和储能系统的容量及参考功率如下所示：

初始状态下三个负荷的参数如下：

在初始状态时，系统稳定运行，本地分布式电源的发电总量为450kW，联络线功率为100kW，有功负荷总量为550kW。假设在2s时，DG2出力波动，出力增加90kW，导致系统发电过剩，上层配电网不参与消纳，利用本地可控柔性负荷调节来主动消纳分布式电源发电过剩，α₁＝0.5，α₂＝1，ε₁＝0.4，ε₂＝0.6，χ₁＝0.2，χ₂＝0.8，对该工况下的柔性负荷协调控制技术进行了仿真模拟，仿真持续时间为10s，仿真结果如图3所示。

在图3中，横坐标表示时间，单位：秒，纵坐标表示有功功率，单位：兆瓦。

如图3所示，利用本发明方法，协调分配负荷调节量到可控负荷L2和L3，根据式(1)可得出L2和L3的优化减载容量，如下所示：

$\left\{\begin{array}{c}{L}_{\mathrm{LS}2}={\mathrm{\φ}}_2*\mathrm{\Δ}{P}_{\mathrm{DER}}=0.054\mathrm{kW}\\ L_{\mathrm{LS}3}={\mathrm{\φ}}_3*\mathrm{\Δ}{P}_{\mathrm{DER}}=0.036\mathrm{kW}\end{array}\right.$

由图3可知，L1为不可控负荷，保持不变，而L2和L3柔性可控，其负荷调节量与计算分配结果一致。由此可知，在系统中能够利用本地柔性可控负荷的柔性调节能力，在满足系统功率平衡约束的条件下，主动消纳本地过剩的分布式间歇式能源发电波动。

以上实施例仅供说明本发明之用，而非对本发明的限制，有关技术领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以作出各种变换或变型，因此所有等同的技术方案也应该属于本发明的范畴，应由各权利要求所限定。

Claims (4)

1.一种消纳分布式电源波动的柔性负荷协调控制方法，其特征在于，包括以下步骤： 

步骤10)当分布式电源发生功率波动时，测算分布式电源功率波动量ΔP_DER； 

步骤20)柔性负荷数据采集，监测系统的运行状况，采集各类柔性负荷的运行信息，所述运行信息包括柔性负荷的电压、电流和可调容量； 

步骤30)评估各柔性负荷参与系统调节的经济性调节权重：通过建立柔性负荷调节经济性成本函数模型，得出各柔性负荷的边际成本模型，进而利用各柔性负荷的边际成本函数确定各柔性负荷的经济性调节权重； 

步骤40)根据各柔性负荷的运行信息和经济性调节权重制定各柔性负荷的参与权重：通过步骤20)采集的各柔性负荷的运行信息，分析制定各类柔性负荷的可调容量参与权重，确定可调容量参与权重与步骤30)得出的经济性调节权重的比重，进而得到各柔性负荷的参与权重Φ_i； 

步骤50)根据步骤40)分析综合制定的各柔性负荷的参与权重，由以下的式(1)计算得到各柔性负荷的优化减载容量L_LSi： 

L_LSi＝φ_iΔP_DER  式(1) 

其中，L_LSi为第i个柔性负荷的优化减载容量；Φi为第i个柔性负荷的参与权重；i＝1,2,…,n；n为大于等于3的整数；ΔP_DER为根据步骤10)测算的分布式电源的功率波动量； 

再将计算得到的各柔性负荷的优化减载容量L_LSi通过协调分配调节控制参考指令发送到各柔性负荷对应的控制器中，各柔性负荷根据控制参考指令进行优化减载，从而实现各柔性负荷协调优化减载控制，利用可控柔性负荷的调节作用最大化消纳分布式能源间歇性波动，保证分布式电源的就地消纳。 

2.如权利要求1所述的一种消纳分布式电源波动的柔性负荷协调控制方法，其特征在于，所述步骤30)包括： 

步骤31)建立柔性负荷调节经济性成本函数模型，该函数模型如以下式(2)所示， 

C_i(L_Ci,χ_i)＝α₁L_Ci ²+α₂(L_Ci-L_Ciχ_i)  式(2) 

其中，i＝1,2,…,n；n为大于等于3的整数；L_Ci为i个柔性负荷的负荷调节量；C_i为第i个柔性负荷的调节量为L_Ci时的成本函数；α₁和α₁为常量，χ_i为第i个柔性负荷的调节意愿参数，调节意愿参数可设置为[0,1]区间的内 数值，其能够反映柔性负荷调节负荷的意愿，意愿越强，其数值相对越大； 

步骤32)得出各柔性负荷的边际成本模型，如以下式(3)所示， 

MC_i(L_Ci,χ_i)＝2α₁L_Ci+α₂-χ_i  式(3) 

其中，i＝1,2,…,n；n为大于等于3的整数；MC_i为第i个柔性负荷的边际成本；L_Ci为i个柔性负荷的负荷调节量；α₁和α₁为常量,χ_i为第i个柔性负荷的调节意愿参数，调节意愿参数可设置为[0,1]区间的内数值； 

步骤33)利用各柔性负荷的边际成本函数由以下的式(4)计算得到各柔性负荷的经济性调节权重η_i： 

式(4) 

其中，η_i为第i个柔性负荷的经济性调节权重；i＝1,2,…,n；n为大于等于3的整数；MC^TOT为系统中所有柔性负荷的总边际成本。 

3.如权利要求1所述的一种消纳分布式电源波动的柔性负荷协调控制方法，其特征在于，所述步骤40)包括： 

步骤41)根据步骤20)采集的各柔性负荷的运行信息，利用以下的式(5)计算各柔性负荷的可调容量参与权重τ_i： 

式(5) 

其中，τ_i为第i个柔性负荷的可调容量参与权重；C_FLi为第i个柔性负荷的可调容量；i＝1,2,…,n；n为大于等于3的整数；为系统中所有柔性负荷的总可调容量； 

步骤42)根据步骤33)得到的各柔性负荷的经济性调节权重η_i和步骤41)得到的各柔性负荷的可调容量参与权重τ_i，综合评估上述两种权重在柔性负荷调节中的重要性，并比较上述两种权重的重要性程度，其中： 

若经济性调节权重η_i与可调容量参与权重τ_i同等重要，则ε₁＝0.5，ε₂＝0.5； 

若经济性调节权重η_i比可调容量参与权重τ_i稍微重要，则ε₁＝0.4，ε₂＝0.6； 

若经济性调节权重η_i比可调容量参与权重τ_i重要，则ε₁＝0.3，ε₂＝0.7； 

若经济性调节权重η_i比可调容量参与权重τ_i明显重要，则ε₁＝0.2，ε₂＝0.8； 

若经济性调节权重η_i比可调容量参与权重τ_i强烈重要，则ε₁＝0.1，ε₂＝0.9； 

步骤43)根据步骤42)的比重通过以下的式(6)计算得到各柔性负荷的参与权重Φ_i： 

φ_i＝ε₁τ_i+ε₂η_i  式(6) 

其中，Φ_i为第i个柔性负荷的参与权重，其综合考虑了各柔性负荷的经济性和可调容量，在满足经济性的同时能够考虑系统的运行状态；ε₁为可调容量参与权重的比重，ε₂为经济性调节权重的比重。 

4.如权利要求2所述的一种消纳分布式电源波动的柔性负荷协调控制方法，其特征在于，在步骤31)的式(2)中，α₁＝0.5，α₂＝1。