CN107611968B - 分布式能源互动消纳的主动配电网经济运行方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种分布式能源互动消纳的主动配电网经济运行方法，其包括：当发电总量与用电总量不平衡，且存在分布式能源当前时段发用电量的实际值偏离日前计划量时，计算该分布式能源请求主动配电网中其他分布式能源，对其偏离日前计划量的功率偏离值进行消纳的付出成本；接收分布式能源反馈的消纳所述功率偏离值所报价的消纳响应价格，并采用小于所述付出成本的消纳响应价格生成互动运行方案；采用构建的主动配电网互动运行经济性模型计算互动运行方案产生的实际经济效益；采用主动配电网的运行参数，对最优实际经济效益的互动运行方案进行安全校验；当最优实际经济效益的互动运行方案满足安全校验，则控制主动配电网采用该互动运行方案运行。

Description

分布式能源互动消纳的主动配电网经济运行方法

技术领域

本发明涉及能源分配、电力调度与电力市场领域，具体涉及一种分布式能源互动消纳的主动配电网经济运行方法。

背景技术

主动配电网是指内部包含分布式能源且具有自我控制、管理和运行能力的配电网。分布式能源设备大量接入电网，易引发过电压、阻塞、继电保护问题，且分布式能源发电出力波动性大，因而往往限制分布式能源上网，造成大量的弃发电量。促进分布式能源在主动配电网内互动消纳，将避免分布式能源浪费，提高主动配电网对分布式能源的容纳能力，推进电网安全环保、高效清洁发展，降低用户用电成本，对社会、经济发展意义重大。

现有主动配电网运行方法，如“余电上网”“强行配额制”“发电补贴”“优先上网”，虽一定程度上促进了分布式能源的消纳，但都牺牲了市场部分主体的经济利益，只能短期提升分布式能源的竞争能力和市场参与度。

因此，如何基于价格手段协调分布式能源互动消纳，形成合理的主动配电网互动运行机制，最大化利用分布式能源，最大化分布式能源设备和主动配电网的经济效益，成为能源分配、电力调度与电力市场领域需要迫切解决的研究问题。

发明内容

针对现有技术中的上述不足，本发明提供的分布式能源互动消纳的主动配电网经济运行方法能够在主动配电网电能不平衡时，通过量化的电价刺激手段来协调分布式能源进行互动消纳，并保证分布式能源设备效益、主动配电网效益均达到最优化，实现参与各方经济互利。

为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：

提供一种分布式能源互动消纳的主动配电网经济运行方法，其包括：

获取当前时段主动配电网的发电总量和用电总量；

当发电总量与用电总量不平衡时，获取主动配电网中分布式能源当前时段发用电量的日前计划量；

当存在分布式能源当前时段发用电量的实际值偏离日前计划量时，计算该分布式能源请求主动配电网中其他分布式能源，对其偏离日前计划量的功率偏离值进行消纳的付出成本；

接收所有分布式能源反馈的消纳所述功率偏离值所报价的消纳响应价格，并采用小于所述付出成本的消纳响应价格生成若干协调分布式能源对功率偏离值进行消纳的互动运行方案；

采用构建的主动配电网互动运行经济性模型计算所有互动运行方案产生的实际经济效益，并以优先选择经济效益高的排序策略对所有互动运行方案的实际经济效益进行排序；

采用主动配电网的运行参数，对最优实际经济效益的互动运行方案进行安全校验；

当最优实际经济效益的互动运行方案满足安全校验，则控制主动配电网采用该互动运行方案运行。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

(1)本方案在主动配电网电能不平衡时，通过量化的电价刺激手段来协调分布式能源进行互动消纳，通过这种方式能够有效消纳其他分布式能源冗余的电力资源。

(2)本方案将主动配电网分为分布式能源设备层和主动配电网层进行分析，通过分布式能源基于自身经济运行模型进行评估所提供的参与消纳的消纳相应价格及主动配电网层最优实际运行经济效益评估，从具体到整体两方面进行经济评估，实现了分布式能源自身经济运行的同时，主动配电网互动运行整体经济效益最佳，达到各方互利的情形。

(3)本方案采用先对互动运行方案经济性排序，再进行安全性校验，得到满足安全性校验的最优经济方案的技术方案，使最终运行方案的确定过程简洁、快速。

附图说明

图1示意性地示出了本发明分布式能源互动消纳的主动配电网经济运行方法流程图。

图2示意性地示出了本发明的主动配电网系统的结构示意图。

图3示意性地示出了本发明的分布式可再生能源发电成本曲线。

图4示意性地示出了本发明的柔性负荷需求曲线。

图5示意性地示出了本发明的主动配电网多代理系统结构。

图6示意性地示出了本发明的主动配电网多代理系统互动消纳过程。

图7示意性地示出了本发明的安全性校验算法流程。

图8-A示意性地示出了互动消纳前主网平衡功率波动出力；图8-B示意性地示出了互动消纳后主网平衡功率波动出力。

图9-A示意性地示出了风电设备互动过程；图9-B示意性地示出了光伏设备互动过程；图9-C示意性地示出了柔性负荷互动过程；图9-D示意性地示出了储能设备互动过程。

具体实施方式

下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。

参考图1，图1示意性地示出了本发明分布式能源互动消纳的主动配电网经济运行方法流程图；如图1所示，该方法100包括步骤101至步骤107。

在步骤101中，获取当前时段主动配电网的发电总量和用电总量；发电总量为主动配电网中所有发电设备产生的电量及主网(输电网)在此时刻向主动配电网输送的电量之和，用电总量为主动配电网中的所有能源消耗设备所消耗的电量之和。

在步骤102中，当发电总量与用电总量不平衡时，获取主动配电网中分布式能源当前时段发用电量的日前计划量；分布式能源包括可再生能源设备、储能设备和柔性负荷，分布式能源当前时段发用电量的日前计划量包括可再生能源设备可提供电量的日前计划量，储能设备充放电量的日前计划量，柔性负荷消耗电能的日前计划量。

在本发明的一个实施例中，主动配电网中分布式能源当前时段发用电量的日前计划量的获取方法包括：

基于历史运行数据、配电网拓扑结构、设备装置状态，考虑主动配电网中风电、光伏能源的可发电量不确定性，不同时段、不同负荷类型的负荷时序波动性，主动配电网中可再生能源设备、储能设备、柔性负荷以及节点负荷，采用随机型时间序列法分别对自身发用电状态进行预测得到发用电预测量。

采用可再生能源设备的发电边际成本得到主动配电网的总发电成本曲线；采用储能设备收益和柔性负荷的边际收益得到主动配电网的用电效益曲线；

将满足主网电价约束的总发电成本曲线和用电效益曲线的交点作为主动配电网计划电价；

采用可再生能源设备、储能设备和柔性负荷的发用电预测量和主动配电网计划电价计算可再生能源设备、储能设备和柔性负荷每个时段的日前计划量；

所述可再生能源设备的发电边际成本计算公式为：

其中，Q_DG为可再生能源设备的实际发电量；Q_DG,lim为可再生能源设备的最大发电量；

所述储能设备收益Profit_ESS为：

其中，t代表各个时段，T代表储能设备进行充电、放电的时段集合；p_ADN(t)为t时段的主动配电网实际电价；Q_ESS(t)为储能设备在t时段的充放电量，当Q_ESS(t)<0时为充电电量，当Q_ESS(t)>0时为放电电量；C_ESS(t)为储能设备在t时段的运行成本；

所述柔性负荷需求模型为：

计算柔性负荷根据主动配电网实际电价响应付出成本的边际收益MR_FL为：

其中，Q_L,DR(t)为t时段柔性负荷根据电价水平进行需求响应后的实际用电量；Q_L,sch(t)为t时段柔性负荷的计划用电量；p_ADN(t)为t时段的主动配电网实际电价；p_ADN,sch(t)为t时段的主动配电网计划电价；ε为柔性负荷对电价的灵敏度；Q_L为微分变量，代表柔性负荷用电量。

所述主网电价约束具体为：

主网(输电网)的上网电价(即收购价)和售电电价会影响分布式能源的经济运行方式，主动配电网计划电价p_ADN,sch需满足主网电价约束；用如下公式确定是否满足主网电价约束：

p_grid,inj<p_ADN,sch<p_grid,sell

其中，p_grid,inj为主网收购分布式能源的上网电价，主动配电网计划电价p_ADN,sch需高于主网上网电价p_grid,inj，即分布式能源出售电量给本地主动配电网能获取更好经济性，保证分布式能源设备积极参加主动配电网运行；p_grid,sell为主网售电电价，主动配电网计划电价p_ADN,sch需低于主网售电电价p_grid,sell，即主动配电网用户能从本地分布式能源处购得更廉价电量，保证分布式能源能够被积极消纳；

所述可再生能源设备、储能设备和柔性负荷每个时段的日前计划量的获取方式包括：

对所有下一日中每个时段进行上述过程，可确定所有时段下的主动配电网计划电价p_ADN,sch(t)；

基于对主动配电网发电、用电状态的预测和柔性负荷边际收益及储能设备收益分别求取主动配电网中所有设备在主动配电网计划电价p_ADN,sch(t)条件下，最经济的发电、用能方式，以此作为主动配电网计划运行方案；

其中，主动配电网计划运行方案包括储能设备各时段的充放电计划(充放电量)、柔性负荷各时段的用电计划(用电量)、分布式可再生能源设备各时段的发电计划(发电量)，即可再生能源设备、储能设备和柔性负荷每个时段的日前计划量。

采用上述进一步方案的有益效果是：发电边际成本、储能设备收益和柔性负荷的边际收益三个模型的构建，能够指导主动配电网制定计划电价(包括下一日中每个时段的计划电价)、计划运行方案；从设备层面表征各个设备具体的经济运行方式，作为主动配电网运行的基础，能够保证配电网的整体经济运行是在各设备自身经济运行的前提和基础上实现的，即配电网实现整体经济运行的同时也符合各设备的经济利益。

主网电价约束主动配电网电价，使得分布式能源设备参与主动配电网运行，相较于参加主网能够获得经济效益最大化，保证主动配电网有序、有效运行；基于分布式能源设备经济性模型所确定的主动配电网分时电价，既符合所有设备具体的经济运行方式，又体现配电网整体效益最佳。

在步骤103中，当存在分布式能源当前时段发用电量的实际值偏离日前计划量时，计算该分布式能源请求主动配电网中其他分布式能源，对其偏离日前计划量的功率偏离值进行消纳的付出成本。

在步骤104中，接收所有分布式能源反馈的消纳所述功率偏离值所报价的消纳响应价格，并采用小于所述付出成本的消纳响应价格生成若干协调分布式能源对功率偏离值进行消纳的互动运行方案。

其中，互动运行方案包括主动配电网实际电价p_ADN(t)、分布式能源互动消纳运行方式及互动运行过程中的主动配电网电力负荷参数。

实施时，可再生能源设备、储能设备和柔性负荷在当前时段均可获取发用电量的实际值和发用电量的日前计划量，且均会针对所述功率偏离值生成一个消纳响应价格。

由于各分布式能源针对所述功率偏离值生成一个消纳响应价格，那么针对这一功率偏离值所有分布式能源就会产生若干消纳响应价格，互动运行方案则由小于所述付出成本的若干消纳响应价格中的至少一个组合得到。

在步骤103至步骤104中，本方案可以采用主动配电网多代理系统来实现，本方案采用的主动配电网多代理系统由3类独立的Agent通过合作、互动组成，包括：主动配电网运营中心Agent、分布式能源设备Agent和主网Agent。

其中，上述3类Agent均为自主的智能信息单元，能够独立运算、分析、决策，与其他Agent传递信息、互动合作。

其中，主动配电网运营中心Agent负责向主网递交运行请求，向分布式能源设备收集请求、发布要求，计算配电网整体最优运行方式。主动配电网运营中心Agent存在三个子Agent：信息平台Agent，负责接收、通知和分配信息；数据库Agent，负责整合、提供系统运行数据、历史参考数据；校验Agent，负责计算运行方式是否满足安全性约束。

其中，主动配电网中各个分布式能源设备(可再生能源设备、储能设备和柔性负荷)分别建立各自的Agent，负责预测自身设备的运行数据，计算自身最优运行计划，向主动配电网运营中心Agent发出响应信息，接收并执行主动配电网运营中心Agent的要求。

其中，主网Agent负责与主动配电网协调，调度主网资源配合主动配电网运行。

在步骤103至步骤104中，主动配电网多代理系统以电价刺激来协调配电网内的分布式能源调整运行状态，消纳功率波动，生成互动运行方案，具体过程为：

a.某分布式能源设备偏离日前运行计划，产生系统功率波动，功率偏离值为P_wave；

b.Agent_DG,wave向Agent_数据库调取系统运行状态，计算“付出成本C_res,wave”；

c.Agent_DG,wave向Agent_信息平台发送请求，请求其他设备进行互动消纳，同时发送“功率偏离值P_wave”和“付出成本C_res,wave”；

d.Agent_信息平台收集信息，通知各分布式能源设备需要互动消纳的“功率偏离值P_wave”；

e.Agent_DG,j收到通知后，向Agent_数据库调取系统运行状态，根据自身经济运行方式，向Agent_信息平台反馈“消纳响应价格P_act,j”和对应的“响应电价U_act,j”；

f.Agent_信息平台接收所有分布式能源设备Agent反馈的消纳响应价格

g.如果所有消纳响应价格均高于Agent_DG,wave提出的“付出成本C_res,wave”，则多代理系统无法协调各分布式能源设备进行功率消纳，Agent_信息平台将向Agent_主网发送请求，请求主网平衡功率偏离值P_wave；

h.否则，所有消纳响应价格中存在报价低于Agent_DG,wave提出的“付出成本C_res,wave”，Agent_信息平台将提取满足报价要求的分布式能源设备，协调消纳响应价格最优的单个分布式能源设备消纳功率波动或组合多个分布式能源设备共同消纳功率波动，生成多种互动运行方案，并基于参与互动消纳的分布式能源设备反馈的“响应电价U_act,j”，协调制定互动运行时主动配电网运行的实际电价p_ADN(t)，并以实际电价p_ADN(t)进行互动消纳过程。

其中，P_wave为功率偏离值，即发生波动的分布式能源设备偏离日前运行计划的功率总量(单位：kW)，当P_wave<0时，表明实际功率小于计划功率，存在功率缺额，当P_wave>0时，表明实际功率大于计划功率，存在功率超额；Agent_DG,wave为发生波动的分布式能源设备的Agent；Agent_数据库为主动配电网Agent中的数据库Agent；Agent_信息平台为主动配电网Agent中的信息平台Agent；Agent_DG,j为主动配电网中第j个分布式能源设备的Agent；Agent_主网为主网Agent。

其中，C_res,wave为发生波动的分布式能源设备的付出成本，即让其他设备调整运行状态对功率偏离值P_wave进行消纳，该分布式能源设备可接受的付出成本。

在本发明的一个实施例中，所述付出成本C_res,wave的计算公式为：

其中，C_res,wave为发生波动的分布式能源设备的付出成本；p_ADN,sch(t)为t时段主动配电网计划电价；P_wave为功率偏离值；C_breach,wave为发生波动的分布式能源偏离运行计划的违约成本；p_breach为付出成本电价；k_breach为违约系数，一般取2，即违约成本电价(付出成本电价)为主动配电网当前时段计划电价的2倍。

其中，P_act,j为第j个分布式能源设备参与互动消纳的消纳响应价格，即完成消纳功率偏离值P_wave这一操作的报价；U_act,j为第j个分布式能源设备参与互动消纳的响应电价；j为分布式能源设备号。

在本发明的一个实施例中，响应电价U_act,j和消纳响应价格P_act,j的计算方法为：

主动配电网的运行电价将指导包括储能设备、柔性负荷、可再生能源设备在内的分布式能源，利用其趋利性使其向一定方向改变运行方式，以达到主动配电网功率平衡、消纳功率偏离的目的。

关于储能设备的响应电价和消纳响应价格

根据主动配电网计划电价，计算储能设备产生消纳响应价格所对应的响应电价；具体计算过程如下：

多代理系统下，储能设备Agent为使得自身利益最大化，将根据响应电价U_act,j改变充放电计划，表示为：

充电：U_act,j≤max{p_ADN,sch(T_cha)}

放电：U_act,j≥min{p_ADN,sch(T_discha)}

其中，p_ADN,sch(t)为t时段主动配电网计划电价；T_cha为未来一定时间内的计划充电时段集合，如需储能设备在此时段进行充电，消纳此时段的功率超额偏离值P_wave,(P_wave>0)，则储能设备给出的响应电价U_act,j需小于等于未来计划充电时段的购电电价，即替换某个未来计划充电时段，提前进行充电，将获取超过计划运行方案的收益；T_discha为未来一定时间内的计划放电时段集合；如需储能设备在此时段进行放电，消纳此时段的功率缺额偏离值P_wave,(P_wave<0)，则储能设备给出的响应电价U_act,j需大于等于未来计划放电时段的售电电价，即替换某个未来计划放电时段，提前进行放电，将获取超过计划运行方案的收益。

根据储能设备的响应电价，计算储能设备的消纳响应价格：

P_act,j＝U_act,jQ_ESS(t)-C_ESS(t)

其中，Q_ESS(t)为储能设备在t时段的充放电量，当Q_ESS(t)<0时为充电电量，当Q_ESS(t)>0时为放电电量；C_ESS(t)为储能设备在t时段的运行成本；

关于柔性负荷的响应电价和消纳响应价格

计算所述柔性负荷生成消纳响应价格时所对应的响应电价：

根据柔性负荷的响应电价，计算柔性负荷消纳响应价格：

其中，ε为柔性负荷对电价的灵敏度，Q_L,sch(t)为t时段柔性负荷的计划用电量；

关于可再生能源设备的响应电价和消纳响应价格

当所述可再生能源设备的实际发电量小于等于最大发电量时，其响应电价U_act,j＝0，消纳响应价格P_act,j＝0。

其中，p_ADN(t)为主动配电网实际电价，由Agent_信息平台基于参与互动消纳的分布式能源设备反馈的响应电价U_act,j所制定。

在本发明的一个实施例中，实际电价p_ADN(t)的计算公式为：

其中，n_act为参与互动消纳的可再生能源、储能设备和柔性负荷的总数量。

下面结合储能设备进行互动消纳的简单实例对互动过程进行说明：

假设主动配电网发生波动前，主动配电网的电价为0.4元/kW·h；在某一时段风力发电设备(可再生能源设备之一)偏离日前运行计划，产生系统功率波动，功率偏离值为P_wave＝-10kW，即实际发电功率小于日前计划发电功率10kW。

根据上述过程，风力发电设备计算其付出成本为C_res,wave＝k_breachp_ADN,sch(t)P_wave＝2×0.4×10＝8元/h，付出成本电价为p_breach＝k_breachp_ADN,sch(t)＝2×0.4＝0.8元/kW·h(选违约系数k_breach＝2)。

该风力发电设备Agent向Agent_信息平台发送功率偏离值P_wave＝-10kW和付出成本C_res,wave＝8元/h，请求其他设备进行互动消纳；Agent_信息平台之后通知各分布式能源设备。

若储能设备参与互动消纳功率偏离值P_wave＝-10kW，在当前时刻进行放电，其前提为储能设备给出的响应电价U_act,ESS需大于等于未来计划放电时段的售电电价，即U_act,ESS≥min{p_ADN,sch(T_discha)}，否则储能设备的经济收益不能超过按日前计划的运行收益。再次假设，在日前运行计划中储能设备的计划放电时段里，最低的计划售电电价为min{p_ADN,sch(T_discha)}＝0.6元/kW·h；根据上述过程，其响应电价需满足U_act,ESS≥0.6元/kW·h；若取U_act,ESS＝0.6元/kW·h，储能设备的消纳响应价格为P_act,ESS＝U_act,ESSQ_ESS(t)-C_ESS(t)＝0.6×10＝6元/h(暂时不考虑储能设备运行成本，即C_ESS(t)＝0)。

储能设备将消纳响应价格P_act,ESS＝6元/h和响应电价U_act,ESS＝0.6元/kW·h反馈给Agent_信息平台；储能设备的消纳响应价格满足6元/h＝P_act,ESS<C_res,wave＝8元/h。

若Agent_信息平台进行协调后，选取储能设备来消纳功率波动，作为互动运行方案，则互动运行时主动配电网运行的实际电价

将实际电价p_ADN(t)作为最终成交的响应电价U_act,ESS，储能设备消纳响应价格(收入)为P_act,ESS,deal＝p_ADN(t)Q_ESS(t)-C_ESS(t)＝0.7×10＝7元/h，即风力发电设备需向储能设备支付消纳费用7元/h。

采用上述进一步方案的有益效果是：量化了通过电价手段协调分布式能源设备进行互动消纳的具体方法，有效消纳冗余的电力资源，并形成主动配电网互动运行机制；

利用多代理系统，将主动配电网分割为多个智能信息单元进行分散式决策，实现分布式能源设备独立、自主、逐利地收敛到互动运行方案；多代理系统各设备Agent根据自身运行状态和经济性模型进行独立计算、决策，保证设备自身的经济运行，相较于系统对所有设备进行全局决策，更具精确性；多代理系统将系统全局决策的高维问题，分散给各Agent分别决策，转化为多个低维问题，提升决策速度，更具快速性；多代理系统各Agent间灵活、紧密的互联关系，使得主动配电网设备间行为交互和能量交易更具及时性；多代理系统主动配电网运营中心Agent协调各个Agent单元进行信息交互和共享，更具整体性；

协调分布式能源设备相互消纳功率波动使电量平衡，将功率波动限制在配电网内部，降低了主网的功能和要求，提升了分布式能源设备的利用率和经济效益。

在步骤105中，采用构建的主动配电网互动运行经济性模型计算所有互动运行方案产生的实际经济效益，并以优先选择经济效益高的排序策略对所有互动运行方案的实际经济效益进行排序。

在本发明的一个实施例中，所述主动配电网互动运行经济性模型为：

P_net＝P_DG+P_ESS+P_LF

其中，P_net为主动配电网互动运行经济效益；P_DG为可再生能源设备互动运行经济效益；P_ESS为储能设备互动运行经济效益；P_LF为柔性负荷互动运行经济效益；

所述可再生能源设备互动运行经济效益P_DG的计算公式为：

P_DG＝p_ADN(t)·ΔP_DG(t)

其中，ΔP_DG(t)为_t时段可再生能源设备参与互动运行的变化电量；p_ADN(t)为t时段的主动配电网实际电价；

所述储能设备互动运行经济效益P_ESS的计算公式为：

其中，ΔQ_ESS(t)为t时段储能设备参与互动运行的变化电量，当ΔQ_ESS(t)<0时表示充电，当ΔQ_ESS(t)>0时表示放电；p_ADN,sch(t)为t时段主动配电网计划电价；T_cha为未来一定时间内的计划充电时段集合，当t时段的主动配电网实际电价p_ADN(t)小于未来计划充电时段的购电电价时，储能设备将在t时段进行充电；T_discha为未来一定时间内的计划放电时段集合，当t时段的主动配电网实际电价p_ADN(t₎大于未来计划充电时段的售电电价时，储能设备将在t时段进行放电。

所述柔性负荷互动运行经济效益P_LF的计算公式为：

其中，Q_L,DR(t)为t时段柔性负荷参与互动运行的电量，即电量调整量；Q_L,sch(t)为t时段柔性负荷的计划用电量；ε为柔性负荷对电价的灵敏度；Q为微分变量。

下面结合步骤104中储能设备进行互动消纳的实例继续说明：

根据上述过程，储能设备互动运行经济效益P_ESS＝(p_ADN(t)-min{p_ADN,sch(T_discha)})ΔQ_ESS(t)＝(0.7-0.6)×10＝1元/h；同时，风力发电设备相较于进行违约赔偿的收益为C_res,wave-P_act,ESS,deal＝8-7＝1元/h。

采用上述进一步方案的有益效果是：主动配电网互动运行经济性模型从配电网层面表征系统整体的经济运行方式，保证在符合设备自身经济运行的前提和基础上，寻求配电网互动运行整体经济效益最佳，即同时达到分布式能源设备具体的经济效益最大化和主动配电网整体的经济效益最大化。

步骤106中，采用主动配电网的运行参数，对最优实际经济效益的互动运行方案进行安全校验。

如图7所示，在本发明的一个实施例中，采用主动配电网的运行参数，对互动运行方案进行安全校验进一步包括：

采用主动配电网的运行参数，计算最优实际经济效益的互动运行方案是否满足电量平衡约束、节点电压约束和线路容量约束；

当最优实际经济效益的互动运行方案同时满足电量平衡约束、节点电压约束和线路容量约束，判断配电网中是否存在预先设定的重要负荷：

若存在重要负荷，则对最优实际经济效益的互动运行方案进行N-1安全校验，若通过N-1安全校验，则其满足安全校验，否则不满足安全校验；

若不存在重要负荷，则最优实际经济效益的互动运行方案满足安全校验；

当最优实际经济效益不满足电量平衡约束、节点电压约束和线路容量约束中任一约束，则最优实际经济效益的互动运行方案不满足安全校验。

在步骤107中，当最优实际经济效益的互动运行方案满足安全校验，则控制主动配电网采用该运行方案运行。

实施时，本方案优选分布式能源互动消纳的主动配电网经济运行方法还包括当最优实际经济效益的互动运行方案不满足安全校验，删除该互动运行方案，返回所述步骤105的经济性排序，取出次优经济性方案，重新开始校验；迭代收敛至满足所有安全约束的，经济性最佳的互动运行方案，确定为最终运行方案。

采用上述进一步方案的有益效果是：安全性校验是所有实际运行方式必须通过的检验；由于最优经济性的运行方式往往只有一种或有限种，而满足安全性的运行方式通常有无数多种，故对所有的互动运行方案进行经济性排序，迭代进行安全性校验，相较于对校验所有互动运行方式的安全性再进行经济评估，更为简洁、快速。

在本发明的一个实施例中，所述电量平衡约束具体为：

其中，ΔP_DG(t)为t时段可再生能源设备参与互动运行的变化电量；ΔQ_ESS(t)为t时段储能设备参与互动运行的电量变化；ΔQ_L(t)为t时段所有负荷的电量变化；

所述节点电压约束具体为：

其中，i为节点号，n_node为主动配电网中存在的节点数量；V_i为节点i的实际电压，V_i,min为节点i的最低限制电压，V_i,max为节点i的最高限制电压。

所述线路容量约束具体为：

其中，l为线路号，n_line为主动配电网中存在的线路数量；S_l为线路l的实际输电量，S_l,min为线路l的最低限制输电量，S_l,max为线路l的最高限制输电量。

下面结合具体实例，对本方案的主动配电网经济运行方法进行说明：

如图2所示，本实施例选用主动配电网系统在1年(8760小时)的时段中，实施本方案的主动配电网经济运行方法；本实例中，认为工业负荷、商业负荷为柔性负荷，其中可再生能源设备的发电成本曲线如图3所示，柔性负荷需求曲线如图4所示，主动配电网多代理系统结构如图5所示，采用本方案的方法计算的主动配电网不同时段的计划电价如表1所示。

表1

主动配电网互动消纳过程如图6所示。图6中的信息1指代采用主动配电网多代理系统互动消纳中步骤b运算过程；信息2指代主动配电网多代理系统互动消纳中步骤c运算过程；信息3—6指代主动配电网多代理系统互动消纳中步骤d运算过程；信息7—14指代主动配电网多代理系统互动消纳中步骤e运算过程；信息15指代主动配电网多代理系统互动消纳中步骤h运算过程。

互动消纳前后，主动配电网平衡功率波动的出力对比情况如图8-A和8-B所示，体现出互动消纳运行方案能在一定程度上将功率波动限制在主动配电网内部、达到主动配电网供需均衡。

可再生能源设备、柔性负荷和储能设备的具体互动过程如图9-A至图9-D所示：图9-A体现了风力发电设备的互动过程、图9-B体现了光伏设备的互动过程：由于分布式可再生能源发电成本为零，减发将带来大量损失，将尽力寻求互动响应，且存在发电容量限制，故互动过程中不会削减或增加自身出力；图9-C体现了柔性负荷的互动过程：柔性负荷在价格刺激下需求响应量有明显变化，体现在低电价环境下增加用电量，高电价环境下减少用电量；图9-D体现了储能设备的互动过程：体现了改变充放电时段，如图中所示，在3040小时处、3085小时处储能设备发生了明显的充放电计划调整.互动消纳前后，主动配电网的电量差和经济效益差如表2所示。

表2

从上表可以看出，可再生能源设备虽然在互动消纳前后发电差值没有改变，但通过互动消纳过程，将原本出售给电网的电量以更高的售价给储能装置和柔性负荷，共获得利润310770.6元；柔性负荷在互动消纳过程中，响应电价刺激，改变了3884.633MWh的充放电计划，共获得利润466156元，每度电单位互动利润达0.08元/kWh；储能设备由于容量较小，通过互动消纳共获得利润22201.75元，但储能设备灵活性、可控性强，每度电单位互动利润高达0.15元/kWh。

综上所示，本方案利用电价手段进行调控，调控分布式能源互动消纳，形成合理的主动配电网互动运行机制，满足设备自身经济运行的同时，主动配电网互动运行整体经济效益最佳，实现参与各方经济互利。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.分布式能源互动消纳的主动配电网经济运行方法，其特征在于，包括：

获取当前时段主动配电网的发电总量和用电总量；

当发电总量与用电总量不平衡时，获取主动配电网中分布式能源当前时段发用电量的日前计划量；

当存在分布式能源当前时段发用电量的实际值偏离日前计划量时，计算该分布式能源请求主动配电网中其他分布式能源，对其偏离日前计划量的功率偏离值进行消纳的付出成本；

接收所有分布式能源反馈的消纳所述功率偏离值所报价的消纳响应价格，并采用小于所述付出成本的消纳响应价格生成若干协调分布式能源对功率偏离值进行消纳的互动运行方案；

采用构建的主动配电网互动运行经济性模型计算所有互动运行方案产生的实际经济效益，并以优先选择经济效益高的排序策略对所有互动运行方案的实际经济效益进行排序；

采用主动配电网的运行参数，对最优实际经济效益的互动运行方案进行安全校验；

当最优实际经济效益的互动运行方案满足安全校验，则控制主动配电网采用该互动运行方案运行。

2.根据权利要求1所述的分布式能源互动消纳的主动配电网经济运行方法，其特征在于，还包括当最优实际经济效益不满足安全校验，删除该实际经济效益，并对余下的最优实际经济效益进行安全校验，直至最优实际经济效益满足安全校验。

3.根据权利要求1所述的分布式能源互动消纳的主动配电网经济运行方法，其特征在于，所述采用主动配电网的运行参数，对互动运行方案进行安全校验进一步包括：

采用主动配电网的运行参数，计算最优实际经济效益的互动运行方案是否满足电量平衡约束、节点电压约束和线路容量约束；

当最优实际经济效益的互动运行方案同时满足电量平衡约束、节点电压约束和线路容量约束，判断配电网中是否存在预先设定的重要负荷：

若存在重要负荷，则对最优实际经济效益的互动运行方案进行N-1安全校验，若通过N-1安全校验，则其满足安全校验，否则不满足安全校验；

若不存在重要负荷，则最优实际经济效益的互动运行方案满足安全校验；

当最优实际经济效益不满足电量平衡约束、节点电压约束和线路容量约束中任一约束时，则最优实际经济效益的互动运行方案不满足安全校验。

4.根据权利要求3所述的分布式能源互动消纳的主动配电网经济运行方法，其特征在于，所述电量平衡约束的具体公式为：

其中，ΔP_DG(t)为t时段可再生能源设备参与互动运行的变化电量；ΔQ_ESS(t)为t时段储能设备参与互动运行的电量变化；ΔQ_L(t)为t时段所有负荷的电量变化；

所述节点电压约束的具体公式为：

其中，i为节点号，n_node为主动配电网中存在的节点数量；V_i为节点i的实际电压，V_i,min为节点i的最低限制电压，V_i,max为节点i的最高限制电压；

线路容量约束的具体公式为：

其中，l为线路号，n_line为主动配电网中存在的线路数量；S_l为线路l的实际输电量，S_l,min为线路l的最低限制输电量，S_l,max为线路l的最高限制输电量。

5.根据权利要求1-4任一所述的分布式能源互动消纳的主动配电网经济运行方法，其特征在于，所述分布式能源包括可再生能源设备、储能设备和柔性负荷，所述可再生能源设备、储能设备和柔性负荷在当前时段均可获取发用电量的实际值和发用电量的日前计划量，且均会针对所述功率偏离值生成一个消纳响应价格。

6.根据权利要求5所述的分布式能源互动消纳的主动配电网经济运行方法，其特征在于，所述主动配电网互动运行经济性模型为：

P_net＝P_DG+P_ESS+P_LF

其中，P_net为主动配电网互动运行经济效益；P_DG为可再生能源设备互动运行经济效益；P_ESS为储能设备互动运行经济效益；P_LF为柔性负荷互动运行经济效益；

可再生能源设备互动运行经济效益P_DG的具体计算公式为：

P_DG＝p_ADN(t)·ΔP_DG(t)

其中，ΔP_DG(t)为t时段可再生能源设备参与互动运行的变化电量；p_ADN(t)为t时段的主动配电网实际电价；

储能设备互动运行经济效益P_ESS的具体计算公式为：

其中，ΔQ_ESS(t)为t时段储能设备参与互动运行的变化电量，当ΔQ_ESS(t)<0时表示充电，当ΔQ_ESS(t)>0时表示放电；p_ADN,sch(t)为t时段主动配电网计划电价；T_cha为未来一定时间内的计划充电时段集合，当t时段的主动配电网实际电价p_ADN(t)小于未来计划充电时段的购电电价时，储能设备将在t时段进行充电；T_discha为未来一定时间内的计划放电时段集合，当t时段的主动配电网实际电价p_ADN(t)大于未来计划放电时段的售电电价时，储能设备将在t时段进行放电；

柔性负荷互动运行经济效益P_LF的具体计算公式为：

其中，Q_L,DR(t)为t时段柔性负荷参与互动运行的实际用电量；Q_L,sch(t)为t时段柔性负荷的计划用电量；ε为柔性负荷对电价的灵敏度；Q为微分变量。

7.根据权利要求5所述的分布式能源互动消纳的主动配电网经济运行方法，其特征在于，所述付出成本的计算公式为：

其中，C_res,wave为发生波动的分布式能源设备的付出成本；p_ADN,sch(t)为t时段主动配电网计划电价；P_wave为功率偏离值；C_breach,wave为发生波动的分布式能源偏离运行计划的违约成本；p_breach为付出成本电价；k_breach为违约系数。

8.根据权利要求7所述的分布式能源互动消纳的主动配电网经济运行方法，其特征在于，所述分布式能源根据功率偏离值计算消纳响应价格的进一步方法包括：

根据主动配电网计划电价，计算储能设备产生消纳响应价格所对应的响应电价：

充电：U_act,j≤max{p_ADN,sch(T_cha)}

放电：U_act,j≥min{p_ADN,sch(T_discha)}

其中，p_ADN,sch(t)为t时段主动配电网计划电价；T_cha为未来一定时间内的计划充电时段集合；T_discha为未来一定时间内的计划放电时段集合；U_act,j为第j个分布式能源设备参与互动消纳的响应电价；j为分布式能源设备号；根据储能设备的响应电价，计算储能设备的消纳响应价格：

P_act,j＝U_act,jQ_ESS(t)-C_ESS(t)

其中，P_act,j为第j个分布式能源设备参与互动消纳的消纳响应价格；Q_ESS(t)为储能设备在t时段的充放电量，当Q_ESS(t)<0时为充电电量，当Q_ESS(t)>0时为放电电量；C_ESS(t)为储能设备在t时段的运行成本；

计算所述柔性负荷生成消纳响应价格时所对应的响应电价：

根据柔性负荷的响应电价，计算柔性负荷消纳响应价格：

其中，ε为柔性负荷对电价的灵敏度；Q_L,sch(t)为t时段柔性负荷的计划用电量；

当所述可再生能源设备的实际发电量小于等于最大发电量时，其响应电价p_act,j＝0，消纳响应价格P_act,j＝0。

9.根据权利要求8所述的分布式能源互动消纳的主动配电网经济运行方法，其特征在于，所述主动配电网运行的实际电价p_ADN(t)为：

其中，n_act为参与互动消纳的可再生能源、储能设备和柔性负荷的总数量。

10.根据权利要求6-9任一所述的分布式能源互动消纳的主动配电网经济运行方法，其特征在于，所述主动配电网中分布式能源当前时段发用电量的日前计划量的获取方法包括：

基于历史运行数据、配电网拓扑结构、设备装置状态，主动配电网中可再生能源设备、储能设备、柔性负荷以及节点负荷，采用随机型时间序列法分别对自身发用电状态进行预测得到发用电预测量；

采用可再生能源设备的发电边际成本得到主动配电网的总发电成本曲线；采用储能设备收益和柔性负荷的边际收益得到主动配电网的用电效益曲线；

将满足主网电价约束的总发电成本曲线和用电效益曲线的交点作为主动配电网计划电价；

采用可再生能源设备、储能设备和柔性负荷的发用电预测量和主动配电网计划电价计算可再生能源设备、储能设备和柔性负荷每个时段的日前计划量；

所述可再生能源设备的发电边际成本计算公式为：

其中，Q_DG为可再生能源设备的实际发电量；Q_DG,lim为可再生能源设备的最大发电量；

所述储能设备收益Profit_ESS为：

其中，t代表各个时段，T代表储能设备进行充电、放电的时段集合；p_ADN(t)为t时段的主动配电网实际电价；Q_ESS(t)为储能设备在t时段的充放电量，当Q_ESS(t)<0时为充电电量，当Q_ESS(t)>0时为放电电量；C_ESS(t)为储能设备在t时段的运行成本；

所述柔性负荷需求模型为：

计算柔性负荷根据主动配电网实际电价响应付出成本的边际收益MR_FL为：

其中，Q_L,DR(t)为t时段柔性负荷根据电价水平进行需求响应后的实际用电量；Q_L,sch(t)为t时段柔性负荷的计划用电量；p_ADN(t)为t时段的主动配电网实际电价；p_ADN,sch(t)为t时段的主动配电网计划电价；ε为柔性负荷对电价的灵敏度；Q_L为微分变量，代表柔性负荷用电量。