CN104882892A - 一种基于电压调节的需求侧响应方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于电压调节的需求侧响应方法，所述方法包括以下步骤：确定静态负荷信息，建立静态负荷模型；确定期望降低的用电量值；确定静态负荷电压设置值；减少电能需求。该方法通过合理降低系统电压来减小电压敏感型负荷的瞬时功率，从而减小系统总用电量，因此可以实现在负荷高峰期不切除用户负荷的情况下满足全网用户用电需求。

Description

一种基于电压调节的需求侧响应方法

技术领域：

本发明涉及一种配电网需求侧响应方法，更具体涉及一种基于电压调节的需求侧响应方法。

背景技术：

随着经济社会的发展，人们对能源的需求与日剧增，电能作为一种清洁、方便的二次能源在人们的生产生活中发挥着重要作用。由于经济发展与电力建设的不同步，电能供需矛盾日益突出，甚至因此发生了许多停电事故，给经济和社会造成了巨大的损失。尤其在夏季用电高峰，电力负荷需求甚至超出电能供给，导致许多输电线路、设备出现频繁过载运行情况，严重威胁电网安全，为此电力调度部门不得不切除部分负荷来减少全网用电量，因此解决负荷高峰期电能供需矛盾具有十分重要的意义。

本发明提供一种将基于电压/无功控制的电压调节方法用于需求侧响应，当系统处于用电高峰时，适当降低系统电压来有效减小可调负荷的用电量，从而减小全网电能需求，保障系统安全。

发明内容：

本发明的目的是提供一种基于电压调节的需求侧响应方法，该方法实现配电网中峰值负荷降低的目标。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种基于电压调节的需求侧响应方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：

(1)确定静态负荷信息并建立静态负荷模型；

(2)确定期望降低的用电量值；

(3)确定静态负荷电压设置值；

(4)减少电能需求。

本发明提供的一种基于电压调节的需求侧响应方法，所述步骤(1)中的静态负荷为配电网中的居民负荷；所述静态负荷信息包括静态负荷值、恒阻抗负荷所占比重和恒电流负荷所占比重。

本发明提供的一种基于电压调节的需求侧响应方法，所述步骤(1)中模型为：

$P_i=\frac{V_a^2}{V_n^2}\·S_n\·Z_{\%}\·\cos \left(Z_{\mathrm{\θ}}\right)+\frac{V_a}{V_n}\·S_n\·I_{\%}\·\cos \left(I_{\mathrm{\θ}}\right)+S_n\·P_{\%}\·\cos \left(P_{\mathrm{\θ}}\right)---\left(1\right)$

$Q_i=\frac{V_a^2}{V_n^2}\·S_n\·Z_{\%}\·\sin \left(Z_{\mathrm{\θ}}\right)+\frac{V_a}{V_n}\·S_n\·I_{\%}\·\sin \left(I_{\mathrm{\θ}}\right)+S_n\·P_{\%}\·\sin \left(P_{\mathrm{\θ}}\right)---\left(2\right)$

1＝Z_％+I_％+P_％    (3)

其中，P_i、Q_i分别是第i个负荷节点消耗的有功功率、无功功率；V_a、V_n分别是线路末端实际电压和额定电压；S_n是负荷的额定视在功率；Z_％、I_％、P_％分别是恒阻抗负荷、恒电流负荷和恒功率负荷在总负荷中占的比例；Z_θ、I_θ、P_θ是恒阻抗的相角、恒电流的相角和恒功率的相角。

本发明提供的一种基于电压调节的需求侧响应方法，所述步骤(2)中的用电量值为电力调度部门统计的把当前实际高峰负荷降到不对电力系统安全稳定造成影响的负荷水平所要减少的用电量。

本发明提供的另一优选的一种基于电压调节的需求侧响应方法，所述步骤(3)中的电压设置值是以电力系统中的调控中心根据所述步骤(1)和步骤(2)确定的。

本发明提供的再一优选的一种基于电压调节的需求侧响应方法，所述电压设置值通过下式(4)确定：

$V_s=\frac{{-S}_n{I}_{\%}\cos \left(I_{\mathrm{\θ}}\right)+\sqrt{{\left(S_n{I}_{\%}\cos \left(I_{\mathrm{\θ}}\right)\right)}^2-{4S}_n{Z}_{\%}\cos \left(Z_{\mathrm{\θ}}\right)(S_n{P}_{\%}\cos \left(P_{\mathrm{\θ}}\right)-P_i-\mathrm{\ΔP})}}{{2S}_n{Z}_{\%}\cos \left(Z_{\mathrm{\θ}}\right)}{V}_n---\left(4\right)$

其中，P_i是第i个负荷节点消耗的有功功率；ΔP为期望降低的用电量值；V_n是线路末端额定电压；S_n是负荷的额定视在功率；Z_％、I_％、P_％分别是恒阻抗负荷、恒电流负荷和恒功率负荷在总负荷中占的比例；Z_θ、I_θ、P_θ是恒阻抗的相角、恒电流的相角和恒功率的相角。

本发明提供的又一优选的一种基于电压调节的需求侧响应方法，所述电力系统电压值通过电网中的调压器调节为所述电压设置值。

本发明提供的又一优选的一种基于电压调节的需求侧响应方法，所述调节过程包括电压调压和功率因数调节。

本发明提供的又一优选的一种基于电压调节的需求侧响应方法，所述电压调节的过程为：

确定变电所电压V₀与负荷侧最小电压V_end间的压降V_d；

通过压降V_d确定所述调节器电压带宽V_bw；

根据所述电压设置值V_set和所述电压V_end比较选择抽头动作；

当V_end<V_set-V_bw，所述调压器的内部抽头位置自动上升；

当V_end>V_set+V_bw，所述调压器的内部抽头位置自动下降。

本发明提供的又一优选的一种基于电压调节的需求侧响应方法，所述功率因数调节过程为：

根据期望功率因数ds_pf和实际功率因数cur_pf判断无功缺额或超出量；

根据变电所中的各电容当前状态和大小判断电容器投切；

缺少无功功率时投入满足条件的最大电容；无功功率过多时切除满足条件的最小电容。

和最接近的现有技术比，本发明提供技术方案具有以下优异效果

1、本发明将基于电压/无功控制的电压调节方法用于居民需求侧响应，来减小负荷高峰总电能需求；

2、本发明的调控中心根据用户负荷大小及各类负荷所占比例和期望减少的总电能，计算出电压设置值，然后调压器能够根据电压设置值自动改变系统电压；

3、本发明能构建配电网中居民用电设备的精细化模型，并基于此模型进行实时仿真分析；

4、本发明可根据不同配电网中实际负荷构成及其大小，自行改变系统模型构成；

5、本发明基于居民负荷的精细化建模，采用电压调节方法实现配电网中峰值负荷降低的目标；

6、本发明保障了电力系统的安全。

附图说明

图1为本发明的方法流程图；

图2为本发明的电压/无功控制中电压调节流程图；

图3为本发明的电压/无功控制中功率因数调节流程示意图。

具体实施方式

下面结合实施例对发明作进一步的详细说明。

实施例1：

如图1-3所示，本例的发明基于电压调节的需求侧响应方法包括以下步骤：

(1)确定静态负荷信息，建立静态负荷模型；

(2)确定期望降低的用电量值；

(3)确定静态负荷电压设置值；

(4)减少电能需求。

所述步骤(1)中的静态负荷ZIP负荷为配电网中的居民负荷；所述静态负荷信息包括静态负荷值、恒阻抗负荷所占比重和恒电流负荷所占比重，建立起静态负荷的模型。

所述步骤(1)中模型为：

$P_i=\frac{V_a^2}{V_n^2}\&CenterDot;S_n\&CenterDot;Z_{\%}\&CenterDot;\cos \left(Z_{\mathrm{\&theta;}}\right)+\frac{V_a}{V_n}\&CenterDot;S_n\&CenterDot;I_{\%}\&CenterDot;\cos \left(I_{\mathrm{\&theta;}}\right)+S_n\&CenterDot;P_{\%}\&CenterDot;\cos \left(P_{\mathrm{\&theta;}}\right)---\left(1\right)$

$Q_i=\frac{V_a^2}{V_n^2}\&CenterDot;S_n\&CenterDot;Z_{\%}\&CenterDot;\sin \left(Z_{\mathrm{\&theta;}}\right)+\frac{V_a}{V_n}\&CenterDot;S_n\&CenterDot;I_{\%}\&CenterDot;\sin \left(I_{\mathrm{\&theta;}}\right)+S_n\&CenterDot;P_{\%}\&CenterDot;\sin \left(P_{\mathrm{\&theta;}}\right)---\left(2\right)$

1＝Z_％+I_％+P_％    (3)

其中，P_i、Q_i分别是第i个负荷节点消耗的有功功率、无功功率；V_a、V_n分别是线路末端实际电压和额定电压；S_n是负荷的额定视在功率；Z_％、I_％、P_％分别是恒阻抗负荷、恒电流负荷和恒功率负荷在总负荷中占的比例；Z_θ、I_θ、P_θ是恒阻抗的相角、恒电流的相角和恒功率的相角。由上式可知，通过调节电压值，能够改变负荷消耗的有功和无功功率大小。该模型包括时不变的三部分：恒阻抗、恒电流和恒功率。对于恒阻抗和恒电流负荷，负荷大小分别与电压成平方和正比关系，因此可通过调节电压来改变其消耗的有功、无功功率。居民负荷的恒阻抗负荷包括白炽灯、电炉等，恒功率负荷包括空调、电冰箱等，洗碗机是恒阻抗和恒功率负荷的混合，其负荷特性可近似用恒电流负荷来描述。功率随电压变化的负荷为可调负荷，即当电压变化时，居民可调负荷会相应地变化。

所述步骤(2)中的用电量值为电力调度部门统计的把当前实际高峰负荷降到不对电力系统安全稳定造成影响的负荷水平所要减少的用电量。

所述步骤(3)中的电压设置值是以电力系统中的调控中心根据所述步骤(1)和步骤(2)确定的。

所述电压设置值通过下式(4)确定：

$V_s=\frac{{-S}_n{I}_{\%}\cos \left(I_{\mathrm{\&theta;}}\right)+\sqrt{{\left(S_n{I}_{\%}\cos \left(I_{\mathrm{\&theta;}}\right)\right)}^2-{4S}_n{Z}_{\%}\cos \left(Z_{\mathrm{\&theta;}}\right)(S_n{P}_{\%}\cos \left(P_{\mathrm{\&theta;}}\right)-P_i-\mathrm{\&Delta;P})}}{{2S}_n{Z}_{\%}\cos \left(Z_{\mathrm{\&theta;}}\right)}{V}_n---\left(4\right)$

其中，P_i是第i个负荷节点消耗的有功功率；ΔP为期望降低的用电量值；V_n是线路末端额定电压；S_n是负荷的额定视在功率；Z_％、I_％、P_％分别是恒阻抗负荷、恒电流负荷和恒功率负荷在总负荷中占的比例；Z_θ、I_θ、P_θ是恒阻抗的相角、恒电流的相角和恒功率的相角。

所述电力系统电压值通过电网中的调压器调节为所述电压设置值。所述调节过程包括电压调压和功率因数调节。

所述电压调节的过程为：

确定变电所电压V₀与负荷侧最小电压V_end间的压降V_d；

通过压降V_d确定所述调节器电压带宽V_bw；

根据所述电压设置值V_set和所述电压V_end比较选择抽头动作；

当V_end<V_set-V_bw，所述调压器的内部抽头位置自动上升；

当V_end>V_set+V_bw，所述调压器的内部抽头位置自动下降。

所述功率因数调节过程为：

根据期望功率因数ds_pf和实际功率因数cur_pf判断无功缺额或超出量；

根据变电所中的各电容当前状态和大小判断电容器投切；

缺少无功功率时投入满足条件的最大电容；无功功率过多时切除满足条件的最小电容。

在含有可调负荷的配电网处于负荷高峰时，合理调节系统电压能够减少恒阻抗和恒电流负荷消耗电能，从而减小系统总负荷。电网中调压器根据电压设置值自动改变系统电压，从而使居民负荷按照期望的目标减少电能需求。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，所属领域的普通技术人员尽管参照上述实施例应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，均在申请待批的本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于电压调节的需求侧响应方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：

(1)确定静态负荷信息并建立静态负荷模型；

(2)确定期望降低的用电量值；

(3)确定静态负荷电压设置值；

(4)减少电能需求。

2.如权利要求1所述的一种基于电压调节的需求侧响应方法，其特征在于：所述步骤(1)中的静态负荷为配电网中的居民负荷；所述静态负荷信息包括静态负荷值、恒阻抗负荷所占比重和恒电流负荷所占比重。

3.如权利要求2所述的一种基于电压调节的需求侧响应方法，其特征在于：所述步骤(1)中模型为：

$P_i=\frac{V_a^2}{V_n^2}\&CenterDot;S_n\&CenterDot;Z_{\%}\&CenterDot;\cos \left(Z_{\mathrm{\&theta;}}\right)+\frac{V_a}{V_n}\&CenterDot;S_n\&CenterDot;I_{\%}\&CenterDot;\cos \left(I_{\mathrm{\&theta;}}\right)+S_n\&CenterDot;P_{\%}\&CenterDot;\cos \left(P_{\mathrm{\&theta;}}\right)---\left(1\right)$

$Q_i=\frac{V_a^2}{V_n^2}\&CenterDot;S_n\&CenterDot;Z_{\%}\&CenterDot;\sin \left(Z_{\mathrm{\&theta;}}\right)+\frac{V_a}{V_n}\&CenterDot;S_n\&CenterDot;I_{\%}\&CenterDot;\sin \left(I_{\mathrm{\&theta;}}\right)+S_n\&CenterDot;P_{\%}\&CenterDot;\sin \left(P_{\mathrm{\&theta;}}\right)---\left(2\right)$

1＝Z_％+I_％+P_％     (3)

其中，P_i、Q_i分别是第i个负荷节点消耗的有功功率、无功功率；V_a、V_n分别是线路末端实际电压和额定电压；S_n是负荷的额定视在功率；Z_％、I_％、P_％分别是恒阻抗负荷、恒电流负荷和恒功率负荷在总负荷中占的比例；Z_θ、I_θ、P_θ是恒阻抗的相角、恒电流的相角和恒功率的相角。

4.如权利要求2所述的一种基于电压调节的需求侧响应方法，其特征在于：所述步骤(2)中的用电量值为电力调度部门统计的把当前实际高峰负荷降到不对电力系统安全稳定造成影响的负荷水平所要减少的用电量。

5.如权利要求4所述的一种基于电压调节的需求侧响应方法，其特征在于：所述步骤(3)中的电压设置值是以电力系统中的调控中心根据所述步骤(1)和步骤(2)确定的。

6.如权利要求5所述的一种基于电压调节的需求侧响应方法，其特征在于：所述电压设置值通过下式(4)确定：

$V_s=\frac{{-S}_n{I}_{\%}\cos \left(I_{\mathrm{\&theta;}}\right)+\sqrt{{\left(S_n{I}_{\%}\cos \left(I_{\mathrm{\&theta;}}\right)\right)}^2-{4S}_n{Z}_{\%}\cos \left(Z_{\mathrm{\&theta;}}\right)(S_n{P}_{\%}\cos \left(P_{\mathrm{\&theta;}}\right)-P_i-\mathrm{\&Delta;P})}}{{2S}_n{Z}_{\%}\cos \left(Z_{\mathrm{\&theta;}}\right)}{V}_n---\left(4\right)$

其中，P_i是第i个负荷节点消耗的有功功率；ΔP为期望降低的用电量值；V_n是线路末端额定电压；S_n是负荷的额定视在功率；Z_％、I_％、P_％分别是恒阻抗负荷、恒电流负荷和恒功率负荷在总负荷中占的比例；Z_θ、I_θ、P_θ是恒阻抗的相角、恒电流的相角和恒功率的相角。

7.如权利要求5所述的一种基于电压调节的需求侧响应方法，其特征在于：所述电力系统电压值通过电网中的调压器调节为所述电压设置值。

8.如权利要求7所述的一种基于电压调节的需求侧响应方法，其特征在于：所述调节过程包括电压调压和功率因数调节。

9.如权利要求8所述的一种基于电压调节的需求侧响应方法，其特征在于：所述电压调节的过程为：

确定变电所电压V₀与负荷侧最小电压V_end间的压降V_d；

通过压降V_d确定所述调节器电压带宽V_bw；

根据所述电压设置值V_set和所述电压V_end比较选择抽头动作；

当V_end<V_set-V_bw，所述调压器的内部抽头位置自动上升；

当V_end>V_set+V_bw，所述调压器的内部抽头位置自动下降。

10.如权利要求8所述的一种基于电压调节的需求侧响应方法，其特征在于：所述功率因数调节过程为：

根据期望功率因数ds_pf和实际功率因数cur_pf判断无功缺额或超出量；

根据变电所中的各电容当前状态和大小判断电容器投切；

缺少无功功率时投入满足条件的最大电容；无功功率过多时切除满足条件的最小电容。