CN105932664B - 一种变电站供区内各节点综合负荷的主动管理调度方法 - Google Patents

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Abstract

一种变电站供区内各节点综合负荷的主动管理调度方法，该方法是以日为调度周期，基于变电站负荷以及DG出力的时间序列，综合考虑变电站综合负荷特性及各负荷点负荷平移能力建立负荷平移策略，具体包括以下三个步骤：a)步骤1，根据变电站综合负荷特性确定各时段变电站负荷波动系数；b)步骤2，根据变电站各负荷点负荷特性确定负荷点平移能力：变电站将综合负荷特性反馈给各负荷点后，负荷点需根据自身负荷特性及日最大可平移电量进行负荷平移；c)步骤3，综合考虑变电站负荷波动系数及负荷点负荷平移能力进行负荷平移：综合考虑变电站综合负荷特性与负荷点负荷平移能力建立负荷平移系数；日总的移入和移出负荷量相等，以保证日用电量守恒。

Description

一种变电站供区内各节点综合负荷的主动管理调度方法
技术领域
本发明涉及的是一种变电站供区内各节点综合负荷的主动管理调度方法，尤其是一种基于负荷及DG时间序列改善变电站综合负荷特性的负荷平移策略，属于配电网负荷主动管理技术领域。
背景技术
电网中新型负荷接入以及友好负荷比重的增加，使得电网与用户之间的联系更加紧密，越来越多的负荷可以与电网进行友好互动；近年来分布式发电技术快速发展，分布式电源(distributed generation，DG)具有环境友好、可再生的特点，使其在配电网中得到了大量应用。然而新型负荷负荷特性的复杂性以及分布式电源出力的随机性及间歇性都为电网运行注入了不确定因素。变电站作为区域负荷以及分布式电源分配以及电力供应的重要环节，其综合负荷运行特性的优化直接影响到未来电网运行的经济性、安全性以及供电质量的优劣，综合考虑变电站综合负荷特性对电网中的可控负荷进行有效管理，对未来电网智能化以及配电自动化的发展起到至关重要的作用。
国内外对电网中负荷的主动管理方法进行了大量研究，其中包括：一种基于电网负荷的可平移特性对电网中需求侧资源进行主动管理；一种针对不同的负荷目标优化曲线进行了微电网中负荷以及DG资源的综合优化调度；一种综合考虑“源—荷—储”三维资源建立了微网运行优化构架；一种对主动配电网中以及智能电网中需求侧管理存在的主要问题进行了分析等等。随着电网中DG渗透率的提高，DG出力随机性、间歇性的特点使得电网中的负荷特性变得复杂，对电网中的负荷进行主动管理需要综合考虑DG接入的影响。
上述研究在负荷预测及电网优化调度等方面考虑了主动负荷的影响，但所建立的负荷优化目标主要针对单个负荷点进行，而当关注于变电站综合负荷特性时，单个负荷点运行特性的优化不能代表变电站综合负荷优化的需求，在变电站负荷特性优化时的负荷主动管理方法还需根据变电站负荷特性做进一步的改进；同时电网中的负荷具有显著的时序特性，一般的负荷主动管理主要对典型日负荷曲线进行主动管理，对实际负荷的运行特性缺少精确的把握。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术存在的不足，而提供一种基于DG出力及负荷的时间序列，对变电站综合负荷的时序特性进行了充分考虑的变电站供区内各节点综合负荷的主动管理调度方法；该方法针对DG接入后变电站综合负荷波动性的增强，提出了随不同调度日的变电站综合负荷特性变化的负荷主动管理策略，在负荷主动管理中既考虑了DG接入的影响，又对不同类型负荷点的负荷平移能力进行了区分。
本发明的目的是通过如下技术方案来完成的，一种变电站供区内各节点综合负荷的主动管理调度方法，所述的主动管理调度方法是以日为调度周期，基于变电站负荷以及DG出力的时间序列，综合考虑变电站综合负荷特性及各负荷点负荷平移能力建立负荷平移策略，具体包括以下三个步骤：
a)步骤1，根据变电站综合负荷特性确定各时段变电站负荷波动系数：它是将变电站所有负荷及DG出力时间序列进行叠加，得到变电站综合负荷时间序列如下
式中：Pst(t)为变电站第t小时的有功功率，t＝1,L,8760；j为负荷点，J为变电站所带负荷点集合，g为DG节点，G为变电站含DG节点集合，Pj(t)为负荷点j第t小时的有功功率；Pg(t)为DG点g第t小时的有功出力；
以日为调度周期，根据变电站综合负荷特性对变电站第d天各时段的负荷波动系数Kd(h)定义如下
式中：为变电站时间序列Pst(t)在一年中第d天第h小时的功率，d＝1,L,365，h＝1,L,24；为变电站第d天的日负荷均值；
将变电站综合负荷特性反馈给变电站各负荷点：当负荷高于日负荷均值时，即Kd(h)＞0时，变电站综合负荷处于峰荷期，此时段传递给各负荷点的信息为降低负荷，且Kd(h)值越大，需减小的负荷量越大；当负荷低于日负荷均值时，即Kd(h)＜0时，变电站综合负荷处于谷荷期，此时段传递给各负荷点的信息为增加负荷，且|Kd(h)|值越大，需增加的负荷量越大；
由于负荷波动系数Kd(h)为有量纲值，根据Kd(h)取值正负将其转化为[-1，1]范围内的无量纲值：
b)步骤2，根据变电站各负荷点负荷特性确定负荷点平移能力：变电站将综合负荷特性反馈给各负荷点后，负荷点需根据自身负荷特性及日最大可平移电量进行负荷平移；根据变电站负荷点j负荷特性得到其第d天各时段负荷平移能力系数Wj,d(h)为
式中：Pj,d(h)为负荷点j第d天的负荷时间序列；为负荷点j第d天的日负荷均值。负荷平移能力系数的含义为：当Wj,d(h)＞0时，负荷点可响应变电站综合负荷特性来移出负荷使负荷降低，且Wj,d(h)值越大，可降低量越大；反之则负荷点可响应变电站综合负荷特性移入负荷使负荷增加；应用与式(3)同样的方法将其去量纲化得到wj,d(h)；
负荷点最大可平移电量定义为负荷点日发电量的百分比，用下式表示为
式中：αj为负荷点j的最大可平移负荷系数，与负荷点类型有关，可根据负荷统计数据得到；
c)步骤3，综合考虑变电站负荷波动系数及负荷点负荷平移能力进行负荷平移：综合考虑变电站综合负荷特性与负荷点负荷平移能力建立负荷平移系数为
式中：各变量省略了时间h，当ki,d(h)与wj,d(h)同号时，表明该时段负荷能够对变电站综合负荷负荷优化目标作出有效的响应；当ki,d(h)与wj,d(h)异号或有一项为0时，表明该时段负荷不能有效响应变电站负荷优化目标或无需作出响应；
变电站规划中负荷平移即为以最大的负荷平移能力响应变电站综合负荷特性的优化目标，使变电站综合负荷峰谷差降低，波动性减小，并保证日总的移入和移出负荷量相等，以保证日用电量守恒。通过负荷平移最终得到变电站中各负荷点平移后负荷时间序列为
式中：负号表示大于0时需降低负荷需求。
作为优选：所述的步骤1中：所述的变电站的负荷时间序列应考虑如下时序特性，即时序变化规律受负荷性质、气候条件、宏观经济政策以及人口数量的变化等因素影响；并以城市配电网中的电力负荷特点确定为工业负荷、商业负荷以及市政生活负荷三类；
所述的DG出力的时间序列应考虑如下时序特性，即DG出力受规划地区风能资源影响，其中风速变化具有一定的地域及季节特性；光伏发电设备出力的时序特性受规划地区光照强度影响，而光照强度又受天气变化、云层遮挡等因素影响具有一定的随机特性。
所述的步骤b)中，所述的可平移负荷主要为负荷供电时间可按计划变动的负荷，包括居民负荷中的洗衣机、消毒柜等可根据用户及电网的节电需求等进行用电时间平移；通过负荷平移策略对负荷进行主动管理，主要需要考虑两方面因素：一是负荷平移的优化目标，如与峰谷电价成反比，与电网中DG发电量成正比等；另一方面是电网中负荷的可平移能力，其主要与负荷类型及负荷平移时段有关。
本发明主要是基于DG出力及负荷的时间序列，对变电站综合负荷的时序特性进行了充分考虑；并在针对DG接入后变电站综合负荷波动性的增强，提出了随不同调度日的变电站综合负荷特性变化的负荷主动管理策略，在负荷主动管理中既考虑了DG接入的影响，又对不同类型负荷点的负荷平移能力进行了区分；对未来电网智能化以及配电自动化的发展起到了积极作用。
附图说明
图1是本发明所述三类典型负荷负荷时序特性曲线图。
图2是本发明所述某实际风机及光伏出力日时序特性曲线图。
图3是本发明所述一种实施例中110kV变电站供电区域负荷及DG地理分布信息图。
图4是本发明所述一种实施例的变电站综合负荷负荷平移前后的时序曲线图。
图5是本发明所述一种实施例的变电站内不同类型负荷平移前后的时序曲线图。
具体实施方式
下面将结合具体实施例和附图对本发明作详细的介绍：本发明所述的一种变电站供区内各节点综合负荷的主动管理调度方法，所述的主动管理调度方法是以日为调度周期，基于变电站负荷以及DG出力的时间序列，综合考虑变电站综合负荷特性及各负荷点负荷平移能力建立负荷平移策略，具体包括以下三个步骤：
a)步骤1，根据变电站综合负荷特性确定各时段变电站负荷波动系数：它是将变电站所有负荷及DG出力时间序列进行叠加，得到变电站综合负荷时间序列如下
式中：Pst(t)为变电站第t小时的有功功率，t＝1,L,8760；j为负荷点，J为变电站所带负荷点集合，g为DG节点，G为变电站含DG节点集合，Pj(t)为负荷点j第t小时的有功功率；Pg(t)为DG点g第t小时的有功出力；
以日为调度周期，根据变电站综合负荷特性对变电站第d天各时段的负荷波动系数Kd(h)定义如下
式中：为变电站时间序列Pst(t)在一年中第d天第h小时的功率，d＝1,L,365，h＝1,L,24；为变电站第d天的日负荷均值；
将变电站综合负荷特性反馈给变电站各负荷点：当负荷高于日负荷均值时，即Kd(h)＞0时，变电站综合负荷处于峰荷期，此时段传递给各负荷点的信息为降低负荷，且Kd(h)值越大，需减小的负荷量越大；当负荷低于日负荷均值时，即Kd(h)＜0时，变电站综合负荷处于谷荷期，此时段传递给各负荷点的信息为增加负荷，且|Kd(h)|值越大，需增加的负荷量越大；
由于负荷波动系数Kd(h)为有量纲值，根据Kd(h)取值正负将其转化为[-1，1]范围内的无量纲值：
b)步骤2，根据变电站各负荷点负荷特性确定负荷点平移能力：变电站将综合负荷特性反馈给各负荷点后，负荷点需根据自身负荷特性及日最大可平移电量进行负荷平移；根据变电站负荷点j负荷特性得到其第d天各时段负荷平移能力系数Wj,d(h)为
式中：Pj,d(h)为负荷点j第d天的负荷时间序列；为负荷点j第d天的日负荷均值。负荷平移能力系数的含义为：当Wj,d(h)＞0时，负荷点可响应变电站综合负荷特性来移出负荷使负荷降低，且Wj,d(h)值越大，可降低量越大；反之则负荷点可响应变电站综合负荷特性移入负荷使负荷增加；应用与式(3)同样的方法将其去量纲化得到wj,d(h)；
负荷点最大可平移电量定义为负荷点日发电量的百分比，用下式表示为
式中：αj为负荷点j的最大可平移负荷系数，与负荷点类型有关，可根据负荷统计数据得到；
c)步骤3，综合考虑变电站负荷波动系数及负荷点负荷平移能力进行负荷平移：综合考虑变电站综合负荷特性与负荷点负荷平移能力建立负荷平移系数为
式中：各变量省略了时间h，当ki,d(h)与wj,d(h)同号时，表明该时段负荷能够对变电站综合负荷负荷优化目标作出有效的响应；当ki,d(h)与wj,d(h)异号或有一项为0时，表明该时段负荷不能有效响应变电站负荷优化目标或无需作出响应；
变电站规划中负荷平移即为以最大的负荷平移能力响应变电站综合负荷特性的优化目标，使变电站综合负荷峰谷差降低，波动性减小，并保证日总的移入和移出负荷量相等，以保证日用电量守恒。通过负荷平移最终得到变电站中各负荷点平移后负荷时间序列为
式中：负号表示大于0时需降低负荷需求。
本发明所述的负荷及DG出力的时序特性包括：
1)负荷的时序特性：电力负荷具有显著的时序特性，其时序变化规律受负荷性质、气候条件、宏观经济政策以及人口数量的变化等因素影响。现阶段城市配电网中的电力负荷大致可以分为三类：工业负荷、商业负荷以及市政生活负荷，不同类型负荷具有不同的变化规律，其典型负荷时序特性曲线如图1所示。
2)出力的时序特性：风电机组出力的时序特性主要受规划地区风能资源影响，风速变化具有一定的地域及季节特性；光伏发电设备出力的时序特性主要受规划地区光照强度影响，而光照强度又受天气变化、云层遮挡等因素影响具有一定的随机特性，某实际风机及光伏出力时序特性曲线如图2所示，由于风机及光伏两类分布式电源应用较广泛且随机性较强，本发明主要对这两类分布式电源进行了考虑。
综上可知，负荷的波动性不但受到负荷性质影响，还随天气、季节等因素变化，电网负荷特性的优化既要考虑不同负荷类型的负荷特性，又要根据全年负荷时间序列建立不同调度日的负荷管理策略；当分布式电源接入后，由于分布式电源出力昼夜特性明显、间歇性较强，变电站综合负荷波动性增强，使得变电站综合负荷运行特性的优化显得尤为重要。
本发明所述的变电站中负荷的主动管理策略是：电力系统中除了部分不可控的重要用电负荷之外，还存在着大量能与电网友好合作的可平移负荷。可平移负荷主要为负荷供电时间可按计划变动的负荷，如居民负荷中的洗衣机、消毒柜等可根据用户及电网的节电需求等进行用电时间平移。通过负荷平移策略对负荷进行主动管理，主要需要考虑两方面因素：一是负荷平移的优化目标，如与峰谷电价成反比，与电网中DG发电量成正比等；另一方面是电网中负荷的可平移能力，其主要与负荷类型及负荷平移时段有关。
对于变电站负荷特性优化而言，负荷平移的目标不再是针对单个负荷点进行负荷特性优化，而是使变电站所带所有负荷(包括DG)的综合负荷特性得到优化，如使综合负荷峰谷差降低、波动性减小等。
综合考虑变电站负荷波动系数及负荷点负荷平移能力进行负荷平移，由于各负荷点负荷类型、负荷特性的不同，变电站将综合负荷特性反馈给各负荷点时负荷点不一定能有效地作出响应，如变电站传递给某负荷点的信息为增加负荷时，若此时该负荷正处于峰荷期，负荷点负荷的可移入量已经达到极限，不能有效响应变电站负荷特性优化的需求。
以下结合案例对本发明进行详细说明。
本发明取某城市12.213km2的实际供电区域为仿真算例，该区域内最大负荷为238.4MW，DG总容量为47MW，各变电站负荷及DG地理分布信息如图3所示，各变电站负荷及DG地理各变电站坐标及带负荷及DG容量信息如表1所示，居民负荷、工业负荷及商业负荷的最大可平移负荷系数分别取10％、8％、2％。
基于规划区域负荷及DG出力的时间序列，根据负荷平移策略对各分区中变电站负荷进行主动管理，得到S1某天内综合负荷负荷平移前后的时序曲线如图4所示，变电站S1该天内不同类型负荷平移前后的时序曲线如图5所示，其他变电站及变电站内负荷也可得到相似的结果。
由图2、图3可见，本发明所提负荷平移策略能够较好的响应变电站综合负荷的优化需求，具有较好的削峰填谷效果，各负荷点根据自身负荷特性进行负荷平移，使得变电站综合负荷特性得到改善。
由图3同时可以看出，居民负荷对变电站综合负荷的平移需求具有较好的响应，商业负荷响应程度最低，工业负荷在晚高峰时需求具有一定的下降，以尽量平衡该时段S1供区内居民负荷较高的需求。总的来说，各类负荷依据自身的平移能力在各时段取得了良好的平移效果。

Claims (2)

1.一种变电站供区内各节点综合负荷的主动管理调度方法，其特征在于所述的主动管理调度方法是以日为调度周期，基于变电站负荷以及DG出力的时间序列，综合考虑变电站综合负荷特性及各负荷点负荷平移能力建立负荷平移策略，具体包括以下三个步骤：
a)步骤1，根据变电站综合负荷特性确定各时段变电站负荷波动系数：它是将变电站所有负荷及DG出力时间序列进行叠加，得到变电站综合负荷时间序列如下
式中：Pst(t)为变电站第t小时的有功功率，t＝1,…,8760；j为负荷点，J为变电站所带负荷点集合，g为DG节点，G为变电站含DG节点集合，Pj(t)为负荷点j第t小时的有功功率；Pg(t)为DG节点g第t小时的有功出力；
以日为调度周期，根据变电站综合负荷特性对变电站第d天各时段的负荷波动系数Kd(h)定义如下
式中：为变电站综合负荷时间序列Pst(t)在一年中第d天第h小时的功率，d＝1,…,365，h＝1,…,24；为变电站第d天的日负荷均值；
将变电站综合负荷特性反馈给变电站各负荷点：当负荷高于日负荷均值时，即Kd(h)＞0时，变电站综合负荷处于峰荷期，此时段传递给各负荷点的信息为降低负荷，且Kd(h)值越大，需减小的负荷量越大；当负荷低于日负荷均值时，即Kd(h)＜0时，变电站综合负荷处于谷荷期，此时段传递给各负荷点的信息为增加负荷，且|Kd(h)|值越大，需增加的负荷量越大；
由于负荷波动系数Kd(h)为有量纲值，根据Kd(h)取值正负将其转化为[-1，1]范围内的无量纲值：
b)步骤2，根据变电站各负荷点负荷特性确定负荷点平移能力：变电站将综合负荷特性反馈给各负荷点后，负荷点需根据自身负荷特性及日最大可平移电量进行负荷平移；根据变电站负荷点j负荷特性得到其第d天各时段负荷平移能力系数Wj,d(h)为
式中：Pj,d(h)为负荷点j第d天的负荷时间序列；为负荷点j第d天的日负荷均值，负荷平移能力系数的含义为：当Wj,d(h)＞0时，负荷点可响应变电站综合负荷特性来移出负荷使负荷降低，且Wj,d(h)值越大，可降低量越大；反之则负荷点可响应变电站综合负荷特性移入负荷使负荷增加；应用与式(3)同样的方法将其去量纲化得到wj,d(h)；
负荷点最大可平移电量定义为负荷点日发电量的百分比，用下式表示为
式中：αj为负荷点j的最大可平移负荷系数，与负荷点类型有关，可根据负荷统计数据得到；
c)步骤3，综合考虑变电站负荷波动系数及负荷点负荷平移能力进行负荷平移：综合考虑变电站综合负荷特性与负荷点负荷平移能力建立负荷平移系数为
式中：各变量省略了时间h，当Kd(h)与wj,d(h)同号时，表明该时段负荷能够对变电站综合负荷负荷优化目标作出有效的响应；当Kd(h)与wj,d(h)异号或有一项为0时，表明该时段负荷不能有效响应变电站负荷优化目标或无需作出响应；
变电站规划中负荷平移即为以最大的负荷平移能力响应变电站综合负荷特性的优化目标，使变电站综合负荷峰谷差降低，波动性减小，并保证日总的移入和移出负荷量相等，以保证日用电量守恒，通过负荷平移最终得到变电站中各负荷点平移后负荷时间序列为
式中：负号表示大于0时需降低负荷需求。
2.根据权利要求1所述的变电站供区内各节点综合负荷的主动管理调度方法，其特征在于所述的步骤1中：所述的变电站的负荷时间序列应考虑如下时序特性，即时序变化规律受负荷性质、气候条件、宏观经济政策以及人口数量的变化影响；并以城市配电网中的电力负荷特点确定为工业负荷、商业负荷以及市政生活负荷三类；
所述的DG出力的时间序列应考虑如下时序特性，即DG出力受规划地区风能资源影响，其中风速变化具有一定的地域及季节特性；光伏发电设备出力的时序特性受规划地区光照强度影响，而光照强度又受天气变化、云层遮挡因素影响具有一定的随机特性；
所述的步骤2中，可平移负荷主要为负荷供电时间可按计划变动的负荷，包括居民负荷中的洗衣机、消毒柜可根据用户及电网的节电需求进行用电时间平移；通过负荷平移策略对负荷进行主动管理，主要需要考虑两方面因素：一是负荷平移的优化目标，与峰谷电价成反比，与电网中DG发电量成正比；另一方面是电网中负荷的可平移能力，其主要与负荷类型及负荷平移时段有关。
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