CN105006845A - 配电网内分布式电源有功无功解耦的多阶段调度方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种配电网内分布式电源有功无功解耦的多阶段调度方法，其步骤包括：1)在日内滚动阶段调度，对配电网日前调度进行修正，得到日内分布式电源的有功出力；2)根据分布式电源有功和无功的耦合关系，通过日内滚动阶段调度得到的分布式电源有功出力确定分布式电源的无功出力范围，实现有功、无功出力的解耦；3)将分布式电源的有功和无功出力分别纳入配电网的实时优化调度。本发明提供的技术方案能够在配电网的优化调度中实现分布式电源的有功和无功解耦，并在配电网优化调度中考虑了分布式电源的无功出力，能够有效减少配电公司运行成本，降低负荷预测不确定性对配电网的不利影响，提高配电网运行的安全稳定性。

Description

配电网内分布式电源有功无功解耦的多阶段调度方法

 技术领域

本发明属于电力市场环境下配电网优化调度领域，涉及一种配电网内分布式电源有功无功解耦的多阶段调度方法。

 背景技术

近年来，在可持续发展战略的影响下，环境恶化和能源短缺逐渐引起人们重视，分布式电源因为其对环境的友好性，逐渐受到人们关注。此外，随着电力市场化进程的不断加快，不仅用户对电能质量及用电可靠性的要求不断提高，而且电能需求的增长十分迅速，己经远远高于计划的增长速度。因此，为了满足未来不断增长的电力需求，分布式电源作为可再生的绿色能源，逐渐显现出其光明的应用前景。

配电网在接入分布式电源之后，不仅改变了传统配电网辐射状的结构，同时也改变了系统的潮流分布，这样在对配电系统的无功分布进行预测时就会出现各种的不合理，就会出现无功过剩或者不足等状况，而无功又与系统电压直接相关，这样系统电压就会过高或者过低。配电系统进行无功调节，在薄弱点注入一定量的无功，就可以升高电压，避免出现电压崩溃等故障。这样就改善了电压质量，使电力系统能够安全稳定运行，而且能够有效降低系统有功功率损耗、节约成本。

光伏发电、燃料电池等通过逆变器并入电网的分布式电源以及微型燃气轮机、生物质能发电系统等以励磁电压可调型同步发电机形式并入电网的分布式电源均具有一定的无功容量，在向电网输送有功功率的同时，也能输送一定容量的无功功率。将分布式电源的无功出力纳入配电网的优化运行中，能充分发挥分布式电源的无功补偿能力，有助于提高配电网的运行水平。

 发明内容：

技术问题：本发明所要解决的技术问题是：提供配电网内分布式电源有功无功解耦的多阶段调度方法，该方法能够实现电力市场环境下配电网对接入其中的分布式电源有功、无功出力的有效调度，发挥分布式电源对配电网的支撑作用，降低配电系统运行成本，提高系统运行的安全稳定性。       

技术方案：本发明的配电网内分布式电源有功无功解耦的多阶段调度方法，包括下述步骤：

步骤1）基于短期负荷、可再生能源出力预测，采用日内滚动阶段调度，对配电网日前阶段调度确定的分布式电源有功出力进行滚动修正，得到修正后的分布式电源有功出力；

步骤2）根据所述步骤1）日内滚动阶段调度确定的修正后分布式电源有功出力，结合各类型分布式电源的有功、无功耦合特性，确定分布式电源的无功出力范围，实现有功、无功解耦；

步骤3）基于超短期负荷、可再生能源预测，对分布式电源的有功出力和所述步骤2）确定的无功出力范围内的分布式电源无功出力进行配电网实时阶段调度。

进一步的，所述步骤1）中的配电网日前阶段调度确定的分布式电源有功出力，是以配电网日前运行成本最小为调度目标，以日前功率平衡约束、日前系统备用约束、日前分布式电源出力约束、日前分布式电源爬坡约束、日前市场购电约束为约束条件进行调度得到的。

进一步的，所述配电网日前运行成本最小的调度目标为：

式中：C ^DA 为配电网日前运行的总成本；ΔT为时间间隔；T为调度周期；NDG为配电网内接入的分布式电源数量；a _i 、b _i 、c _i 分别为第i台分布式电源的二次出力成本系数；PDA i,t为日前第i台分布式电源在t时刻发出的功率；ρDA g,t为日前t时刻的市场购电电价；PDA g,t为日前t时刻的市场购电量；

所述日前功率平衡约束为：

式中：PDA L,t为次日t时刻配电网内负荷的功率需求值；

所述日前系统备用约束为：

式中：Pmax i为第i台分布式电源的最大出力；Pmax g为从电力市场购电的上限值；

所述日前分布式电源出力约束为：

式中：Pmin i为第i台分布式电源的最小出力；Ui,t为第i台分布式电源在t时刻的启停状态，1表示启动，0表示关停；

所述日前分布式电源爬坡约束为：

式中：R _up,i  、R _dn,i 分别为第i台分布式电源的爬坡上、下限；

所述日前市场购电约束为：

。

进一步的，所述步骤1）中的日内滚动阶段调度，是以日内配电网运行成本最小为调度目标，以滚动功率平衡约束、滚动分布式电源爬坡约束、滚动市场购电约束、滚动调度对日前调度的修正约束为约束条件进行调度。

进一步的，所述日内配电网运行成本最小的调度目标为：

式中：C ^R 为日内滚动阶段调度的配电网运行成本；T ₀为日内当前时刻；a _i0、b _i0、c _i0分别为滚动阶段修正后的分布式电源的二次成本系数；ρR g,t为滚动阶段t时刻的预测电价；PR g,t为滚动阶段t时刻从市场的购电量；为日前阶段调度确定的t时刻的市场购电量；

所述滚动功率平衡约束为：

式中：ΔPR i,t为日内t时刻分布式电源出力变化量；ΔPR g,t为日内t时刻的电网购电量的变化量；ΔPR L,t为日内t时刻负荷的变化量；

所述滚动分布式电源爬坡约束为：

  

所述滚动市场购电约束为：

式中： PR g,t为日内t时刻确定的滚动阶段市场购电量；

所述滚动调度对日前调度的修正约束为：

式中：PRnew i,t为最新计划中第i台分布式电源在时段t的出力值；为日前计划中分布式电源出力值；为每台分布式电源在滚动调度阶段时的出力与最初的日前调度计划之差的上限。

进一步的，所述各类型分布式电源的有功、无功耦合特性包括：

1)通过逆变器并网的分布式电源的有功、无功耦合特性如下式所示：

式中：代表分布式电源提供的最大无功功率；S _max 表示分布式电源并网逆变器能提供的最大视在功率；P _act 代表并网逆变器提供的有功功率；

2)以同步发电机为核心的分布式电源的有功、无功耦合特性如下式所示：

式中：P、Q分别为分布式电源输出有功和无功;E ₀为空载电势；X _d 为分布式电源的同步电抗；U为机端电压。

进一步的，所述配电网实时阶段调度以配电网实时运行成本最小为调度目标，以潮流约束、电压约束、无功补偿器容量约束、分布式电源无功出力约束为约束条件进行调度。

进一步的，所述配电网实时运行成本最小的调度目标为：

式中：C ^RT 为配电公司在实时阶段调度t时刻的运行优化成本；PRT g,t为实时阶段t时刻从市场的购电量；PRT i,t为实时阶段第i台分布式电源在t时刻的发电量；ρRT g,t为实时阶段t时刻的实时电价；ρ _gc 为辅助市场的无功电价；QRT g为配电公司从辅助市场购买的无功功率；

所述潮流约束为：

式中：Pgrid i、PDG i、PL i分别为节点i注入的电网有功功率、分布式电源的有功出力以及负荷的有功需求量；Qgrid i、QDG i、QC i、QL i分别为节点i注入的电网无功功率、分布式电源的无功出力、无功补偿器的补偿容量以及负荷的无功需求量；Y _ij 为节点i、j之间的电导；θ _ij 为Y _ij 的相角；δ _i 、δ _j 分别为节点i、j的电压相角；

所述电压约束为：

式中：V _imin、V _imax分别为节点i的电压上、下限值；

所述无功补偿器容量约束：

式中：QC imax、QC imin分别为安装在节点i处的无功补偿装置的容量上、下限。

所述分布式电源无功出力约束：

式中：QDG i为第i台分布式电源的无功出力；QDG imax、QDG imin分别为第i台分布式电源无功出力的上、下限。

有益效果：本发明和现有技术相比，具有以下优点：

目前的配电网优化调度技术方法中，只包含日前一个阶段或日前和实时两个阶段的调度，其中，一个阶段的调度过于简单，两个阶段的调度时间跨度太大，都不适应于接入大规模分布式电源的配电网的实际运行。并且现有的配电网实时调度技术方案中，没有解决分布式电源有功、无功出力耦合的问题，直接将分布式电源有功、无功出力纳入实时调度会降低求解效率，大大增加计算时间。本发明提供的技术方案在日前和实时阶段之间增加了日内滚动调度阶段，减小了配电网调度的时间跨度，通过日内滚动调度阶段的过渡和修正，可以提高配电网调度的准确性，更加贴合配电网运行实际。此外在滚动调度阶段可以实现有功、无功出力的解耦，确定分布式电源的无功出力范围，从而在实时调度阶段分别对有功、无功出力进行优化，提高了求解效率，适合大规模配电网的计算需求。

 附图说明

图1为本发明技术方案提供的方法流程图。

 具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例和说明书附图对本发明进行深入地详细说明。

本发明方法的一种实施例中，具体步骤如下：

步骤1）基于短期负荷、可再生能源出力预测，采用日内滚动阶段调度，对配电网日前调度阶段确定的分布式电源有功出力进行滚动修正；日内滚动阶段调度的调度周期为1~2小时，可针对实际配电网调度在该范围内合理选择。

步骤2）根据滚动阶段最新确定的分布式电源有功出力，结合各类型分布式电源的有功、无功耦合特性，确定分布式电源的无功出力范围，实现有功、无功解耦；

步骤3）在配电网实时调度阶段，基于超短期负荷、可再生能源预测，对分布式电源的有功出力和滚动调度阶段确定的无功出力范围内对分布式电源无功出力进行调度。

其中，所述配电网日前调度阶段以配电网日前运行成本最小为调度目标，以日前功率平衡约束、日前系统备用约束、日前分布式电源出力约束、日前分布式电源爬坡约束、日前市场购电约束为约束条件进行调度。

配电网日前运行成本最小的调度目标为：

式中：C ^DA 为配电网日前运行的总成本；ΔT为时间间隔；T为调度周期；NDG为配电网内接入的分布式电源数量；a _i 、b _i 、c _i 分别为第i台分布式电源的二次出力成本系数；PDA i,t为日前第i台分布式电源在t时刻发出的功率；ρDA g,t为日前t时刻的市场购电电价；PDA g,t为日前t时刻的市场购电量。

所述日前功率平衡约束为：

式中：PDA L,t为次日t时刻配电网内负荷的功率需求值；

所述日前系统备用约束为：

式中：Pmax i为第i台分布式电源的最大出力；Pmax g为从电力市场购电的上限值；

所述日前分布式电源出力约束为：

式中：Pmin i为第i台分布式电源的最小出力；Ui,t为第i台分布式电源在t时刻的启停状态，1表示启动，0表示关停；

所述日前分布式电源爬坡约束为：

式中：R _up,i  、R _dn,i 分别为第i台分布式电源的爬坡上、下限；

所述日前市场购电约束为：

。

日内滚动调度阶段以日内配电网运行成本最小为调度目标，以滚动功率平衡约束、滚动分布式电源爬坡约束、滚动市场购电约束、滚动调度对日前调度的修正约束为约束条件进行调度。

所述日内滚动调度阶段配电网运行成本最小的调度目标为：

式中：C ^R 为日内滚动调度阶段的配电网运行成本；T ₀为日内当前时刻；a _i0、b _i0、c _i0分别为滚动阶段修正后的分布式电源的二次成本系数；ρR g,t为滚动阶段t时刻的预测电价；PR g,t为滚动阶段t时刻从市场的购电量；为日前调度阶段确定的t时刻的市场购电量。

所述滚动功率平衡约束为：

式中：ΔPR i,t为日内t时刻分布式电源出力变化量；ΔPR g,t为日内t时刻的电网购电量的变化量；ΔPR L,t为日内t时刻负荷的变化量；

所述滚动分布式电源爬坡功率约束为：

  

所述滚动市场购电约束为：

式中： PR g,t为日内t时刻确定的滚动阶段市场购电量；

所述滚动调度对日前调度的修正约束为：

式中：PRnew i,t为最新计划中第i台分布式电源在时段t的出力值；为日前计划中分布式电源出力值；为每台分布式电源在滚动调度阶段时的出力与最初的日前调度计划之差的上限。

进一步的，所述各类型分布式电源的有功、无功耦合特性包括：

1)通过逆变器并网的分布式电源的有功、无功耦合特性如下式所示：

式中：代表分布式电源提供的最大无功功率；S _max 表示分布式电源并网逆变器能提供的最大视在功率；P _act 代表并网逆变器提供的有功功率；

2)以同步发电机为核心的分布式电源的有功、无功耦合特性如下式所示：

式中：P、Q分别为分布式电源输出有功和无功;E ₀为空载电势；X _d 为分布式电源的同步电抗；U为机端电压。

进一步的，配电网实时调度阶段以配电网实时运行成本最小为调度目标，以潮流约束、电压约束、无功补偿器容量约束、分布式电源无功出力约束为约束条件进行调度。

进一步的，所述配电网实时运行成本最小的调度目标为：

式中：C ^RT 为配电公司在实时优化阶段t时刻的运行优化成本；PRT g,t为实时阶段t时刻从市场的购电量；PRT i,t为实时阶段第i台分布式电源在t时刻的发电量；ρRT g,t为实时阶段t时刻的实时电价；ρ _gc 为辅助市场的无功电价；QRT g为配电公司从辅助市场购买的无功功率。

所述潮流约束为：

式中：Pgrid i、PDG i、PL i分别为节点i注入的电网有功功率、分布式电源的有功出力以及负荷的有功需求量；Qgrid i、QDG i、QC i、QL i分别为节点i注入的电网无功功率、分布式电源的无功出力、无功补偿器的补偿容量以及负荷的无功需求量；Y _ij 为节点i、j之间的电导；θ _ij 为Y _ij 的相角；δ _i 、δ _j 分别为节点i、j的电压相角；

所述电压约束为：

式中：V _imin、V _imax分别为节点i的电压上、下限值；

所述无功补偿器容量约束：

式中：QC imax、QC imin分别为安装在节点i处的无功补偿装置的容量上、下限。

所述分布式电源无功出力约束：

式中：QDG i为第i台分布式电源的无功出力；QDG imax、QDG imin分别为第i台分布式电源无功出力的上、下限。

 上述实施例仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和等同替换，这些对本发明权利要求进行改进和等同替换后的技术方案，均落入本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种配电网内分布式电源有功无功解耦的多阶段调度方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：

步骤1）基于短期负荷、可再生能源出力预测，采用日内滚动阶段调度，对配电网日前阶段调度确定的分布式电源有功出力进行滚动修正，得到修正后的分布式电源有功出力；

步骤2）根据所述步骤1）日内滚动阶段调度确定的修正后分布式电源有功出力，结合各类型分布式电源的有功、无功耦合特性，确定分布式电源的无功出力范围，实现有功、无功解耦；

步骤3）基于超短期负荷、可再生能源预测，对分布式电源的有功出力和所述步骤2）确定的无功出力范围内的分布式电源无功出力进行配电网实时阶段调度。

2.如权利要求1所述的配电网内分布式电源有功无功解耦的多阶段调度方法，其特征在于：所述步骤1）中的配电网日前阶段调度确定的分布式电源有功出力，是以配电网日前运行成本最小为调度目标，以日前功率平衡约束、日前系统备用约束、日前分布式电源出力约束、日前分布式电源爬坡约束、日前市场购电约束为约束条件进行调度得到的。

3.如权利要求2所述的配电网内分布式电源有功无功解耦的多阶段调度方法，其特征在于：所述配电网日前运行成本最小的调度目标为：

式中：C ^DA 为配电网日前运行的总成本；ΔT为时间间隔；T为调度周期；NDG为配电网内接入的分布式电源数量；a _i 、b _i 、c _i 分别为第i台分布式电源的二次出力成本系数；PDA i,t为日前第i台分布式电源在t时刻发出的功率；ρDA g,t为日前t时刻的市场购电电价；PDA g,t为日前t时刻的市场购电量；

所述日前功率平衡约束为：

式中：PDA L,t为次日t时刻配电网内负荷的功率需求值；

所述日前系统备用约束为：

式中：Pmax i为第i台分布式电源的最大出力；Pmax g为从电力市场购电的上限值；

所述日前分布式电源出力约束为：

式中：Pmin i为第i台分布式电源的最小出力；Ui,t为第i台分布式电源在t时刻的启停状态，1表示启动，0表示关停；

所述日前分布式电源爬坡约束为：

式中：R _up,i  、R _dn,i 分别为第i台分布式电源的爬坡上、下限；

所述日前市场购电约束为：

。

4.如权利要求1所述的配电网内分布式电源有功无功解耦的多阶段调度方法，其特征在于：所述步骤1）中的日内滚动阶段调度，是以日内配电网运行成本最小为调度目标，以滚动功率平衡约束、滚动分布式电源爬坡约束、滚动市场购电约束、滚动调度对日前调度的修正约束为约束条件进行调度。

5.如权利要求4所述的配电网内分布式电源有功无功解耦的多阶段调度方法，其特征在于：所述日内配电网运行成本最小的调度目标为：

式中：C ^R 为日内滚动阶段调度的配电网运行成本；T ₀为日内当前时刻；a _i0、b _i0、c _i0分别为滚动阶段修正后的分布式电源的二次成本系数；ρR g,t为滚动阶段t时刻的预测电价；PR g,t为滚动阶段t时刻从市场的购电量；为日前阶段调度确定的t时刻的市场购电量；

所述滚动功率平衡约束为：

式中：ΔPR i,t为日内t时刻分布式电源出力变化量；ΔPR g,t为日内t时刻的电网购电量的变化量；ΔPR L,t为日内t时刻负荷的变化量；

所述滚动分布式电源爬坡约束为：

  

所述滚动市场购电约束为：

式中： PR g,t为日内t时刻确定的滚动阶段市场购电量；

所述滚动调度对日前调度的修正约束为：

式中：PRnew i,t为最新计划中第i台分布式电源在时段t的出力值；为日前计划中分布式电源出力值；为每台分布式电源在滚动调度阶段时的出力与最初的日前调度计划之差的上限。

6. 如权利要求1所述的配电网内分布式电源有功无功解耦的多阶段调度方法，其特征在于：所述各类型分布式电源的有功、无功耦合特性包括：

1)通过逆变器并网的分布式电源的有功、无功耦合特性如下式所示：

式中：代表分布式电源提供的最大无功功率；S _max 表示分布式电源并网逆变器能提供的最大视在功率；P _act 代表并网逆变器提供的有功功率；

2)以同步发电机为核心的分布式电源的有功、无功耦合特性如下式所示：

式中：P、Q分别为分布式电源输出有功和无功;E ₀为空载电势；X _d 为分布式电源的同步电抗；U为机端电压。

7.如权利要求1所述的配电网内分布式电源有功无功解耦的多阶段调度方法，其特征在于：所述配电网实时阶段调度以配电网实时运行成本最小为调度目标，以潮流约束、电压约束、无功补偿器容量约束、分布式电源无功出力约束为约束条件进行调度。

8.如权利要求7所述的配电网内分布式电源有功无功解耦的多阶段调度方法，其特征在于：

所述配电网实时运行成本最小的调度目标为：

式中：C ^RT 为配电公司在实时阶段调度t时刻的运行优化成本；PRT g,t为实时阶段t时刻从市场的购电量；PRT i,t为实时阶段第i台分布式电源在t时刻的发电量；ρRT g,t为实时阶段t时刻的实时电价；ρ _gc 为辅助市场的无功电价；QRT g为配电公司从辅助市场购买的无功功率；

所述潮流约束为：

式中：Pgrid i、PDG i、PL i分别为节点i注入的电网有功功率、分布式电源的有功出力以及负荷的有功需求量；Qgrid i、QDG i、QC i、QL i分别为节点i注入的电网无功功率、分布式电源的无功出力、无功补偿器的补偿容量以及负荷的无功需求量；Y _ij 为节点i、j之间的电导；θ _ij 为Y _ij 的相角；δ _i 、δ _j 分别为节点i、j的电压相角；

所述电压约束为：

式中：V _imin、V _imax分别为节点i的电压上、下限值；

所述无功补偿器容量约束：

式中：QC imax、QC imin分别为安装在节点i处的无功补偿装置的容量上、下限；

所述分布式电源无功出力约束：

式中：QDG i为第i台分布式电源的无功出力；QDG imax、QDG imin分别为第i台分布式电源无功出力的上、下限。