CN107959293A - 一种基于最优潮流和分段激励的居民负荷削减调度方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于最优潮流和分段激励的居民负荷削减调度方法，采集网络中用户节点的电器数据，包括电器的运行状态、电流、电压、温度值、湿度值，将这些数据存储到数据库。在采集的过程中，根据数据的阈值，可以对电器的工作状态进行评估。基于用户节点的历史数据，可以分析出该节点的可调功率范围，从而对其进行等级划分。在用电高峰期时，发电端的发电量不足以满足用户端的功率需求量，依据各用户节点不同的可调功率，降低网络中线路上的有功功率损耗和补贴支出，给出网络节点的功率削减量。

Description

一种基于最优潮流和分段激励的居民负荷削减调度方法
技术领域
本发明属于智能电网运行和调度领域，尤其涉及一种基于最优潮流和分段激励的居民负荷削减调度方法。
背景技术
电力需求快速增长，尤其是居民侧需求，并且负荷的季节性变化给电网系统安全运行带来了诸多挑战，例如居民空调用电占高峰电力负荷的三分之一以上，夏季甚至达到了40％，而在冬季，空调和热水器的负荷也占有较高的比例，因此，需要在用电高峰期削平用户的负荷曲线，从而能够良好的控制居民用电，这有助于电力系统的稳定。
降低峰值负荷的需求响应，已经有很多的理论研究，特别是通过一些智能控制设备，比如说智能插座。这些设备广泛连接到能源管理服务系统，用以对智能电网中电器的监测和控制。最近，居民的住宅需求对削减高峰电力需求起到了重要作用，因为住宅负荷响应更快，更灵活。这些所有的家用电器可以通过家庭能源管理系统(HEMS)集中控制。然而，居民还是不得不承受改变他们用电行为所带来某种程度上的不适，因为难以对用户的动态行为进行建模。
在电力系统中，最优潮流(OPF)是一个最根本的问题。OPF能确定电力系统的最低成本操作点，因此，有许多的工作对OPF问题进行了研究。OPF问题根据基尔霍夫定律，线路的电流和电压限制，优化某个目标函数，例如功率损耗，发电成本和用户效用。虽然OPF是整个电力系统削减负荷的基础，但是交流潮流方程一般是非线性的，甚至是非凸的。基于这样的困难，在很多负荷调度中，均未涉及电网的网络约束，本发明在负荷削减的过程中考虑了线路潮流的问题。
发明内容
本发明针对分布式发电系统和微电网中不同电力用户的可调度能力不同和电网的潮流约束，提出了一种基于最优潮流和分段激励的居民负荷削减调度方法，从而为电力市场情况下，电力运营方和用户方共同努力，调解用电高峰期用电紧张的问题提供有效依据。
本发明解决技术问题所采用的技术方案如下：一种基于最优潮流和分段激励的居民负荷削减调度方法，该方法包括以下步骤：
步骤1、采集电器数据，该数据包括电器的运行状态、电流、电压、温度值、湿度值；
步骤2、将步骤1采集到的数据存储到数据库；
步骤3、通过对获得的电器数据进行分析，判断数据是不是存在丢包，若数据存在丢失，返回步骤2，进行再一次的数据请求；若数据接收正常，测量的数据存在明显错误，错误判断条件如下：
a)电压超过阈值；
b)温度值超过阈值；
若以上a)和b)中任意一个条件出现，判断该电器出现问题，发出警报，及时反馈检查，否则一切运行正常，执行步骤4；
步骤4、在一个区域性的电网中，对所有的用户节点进行历史数据分析，利用前一至两个月的用电数据，分析该处网络节点的可调度功率范围，并对用户节点的可调度功率范围进行等级的划分；
步骤5、在用电高峰期时，发电端的发电量不足以满足用户端的功率需求量，调节每个用户节点的电器可调功率，在满足网络中潮流约束的条件下，根据步骤4中所划分的可调度功率等级，使整个网络线路上的有功功率损耗和电网对于用户的总补贴量最小，给出网络节点的功率削减量；
步骤6、获得每个用户节点的功率削减量之后，通过调整电器的状态，转移和削减当前的功率，达到用电高峰期削峰的目的。
进一步的，所述步骤4中，利用历史数据对用户节点的可调度功率范围进行等级的划分，划分公式为：
其中ci表示第i个用户节点的激励因子，表示第m个等级的可调度功率上限，m表示划分等级的个数。
进一步的，所述步骤5中满足网络节点中的潮流约束具体为：
其中方程(1a)表示每个节点处的功率平衡方程，Sjk表示线路(j→k)上流过的功率，Sij表示线路(i→j)上流过的功率，zij|Iij|2表示线路(i→j)上的线路损耗，lij＝|Iij|2表示线路 (i→j)上电流的平方，Sj表示用户节点j的注入功率，N表示整个网络的用户节点数；
方程(1b)表示每条线路上的潮流方程，vj＝|Vj|2表示节点j电压的平方，ljk＝|Ijk|2表示线路(j→k)上电流的平方，Pjk表示线路(j→k)上的有功功率，Qjk表示线路(j→k)上的无功功率，E表示整个网络的线路数。
进一步的，所述步骤5中使整个网络线路上的有功功率损耗和电网对于用户的总补贴量最小，具体方法如下：
从电网运营角度出发，综合考虑电网线路损耗和补贴费用因素构建目标函数V，公式为：
其中表示所有线路上的有功损耗，rij表示线路(i→j)的电阻值，α表示的是电网给用户的补贴花费和有功损耗之间的权值，α>0，pi表示第i个用户节点的功率削减量。
本发明的有益效果是：本发明方法除了在对运行电器的健康状况能进行警报；通过一种基于最优潮流和分段激励的居民负荷削减调度方法，结合各个节点的历史用电数据，对不同可调度能力的节点提供不同补贴机制；为适应分布式发电系统，综合考虑电力网络中的潮流约束，以系统运营方提供的补贴和网络线路上的有功功率损耗最小化为需求，为系统运行提供了一种科学合理的直接负荷调度方法。
附图说明
图1表示直接负荷削减调度算法流程图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。
如图1所示，本发明提供一种基于最优潮流和分段激励的居民负荷削减调度方法，该方法包括以下步骤：
步骤1、采集电器数据，该数据包括电器的运行状态、电流、电压、温度值、湿度值；
步骤2、将步骤1采集到的数据存储到数据库；
步骤3、通过对获得的电器数据进行分析，判断数据是不是存在丢包，若数据存在丢失，返回步骤2，进行再一次的数据请求；若数据接收正常，测量的数据存在明显错误，错误判断条件如下：
a)电压超过阈值；
b)温度值超过阈值；
若以上a)和b)中任意一个条件出现，判断该电器出现问题，发出警报，及时反馈检查，否则一切运行正常，执行步骤4；
步骤4、在一个区域性的电网中，对所有的用户节点进行历史数据分析，利用前一至两个月的用电数据，分析该处网络节点的可调度功率范围，并对用户节点的可调度功率范围进行等级的划分；
步骤5、在用电高峰期时，发电端的发电量不足以满足用户端的功率需求量，调节每个用户节点的电器可调功率，在满足网络中潮流约束的条件下，根据步骤4中所划分的可调度功率等级，使整个网络线路上的有功功率损耗和电网对于用户的总补贴量最小，给出网络节点的功率削减量；
步骤6、获得每个用户节点的功率削减量之后，通过调整电器的状态，转移和削减当前的功率，达到用电高峰期削峰的目的。
进一步的，所述步骤4中，利用历史数据对用户节点的可调度功率范围进行等级的划分，划分公式为：
其中ci表示第i个用户节点的激励因子，表示第m个等级的可调度功率上限，m表示划分等级的个数。
进一步的，所述步骤5中满足网络节点中的潮流约束具体为：
其中方程(1a)表示每个节点处的功率平衡方程，Sjk表示线路(j→k)上流过的功率，Sij表示线路(i→j)上流过的功率，zij|Iij|2表示线路(i→j)上的线路损耗，lij＝|Iij|2表示线路 (i→j)上电流的平方，Sj表示用户节点j的注入功率，N表示整个网络的用户节点数；
方程(1b)表示每条线路上的潮流方程，vj＝|Vj|2表示节点j电压的平方，ljk＝|Ijk|2表示线路(j→k)上电流的平方，Pjk表示线路(j→k)上的有功功率，Qjk表示线路(j→k)上的无功功率，E表示整个网络的线路数。
进一步的，所述步骤5中使整个网络线路上的有功功率损耗和电网对于用户的总补贴量最小，具体方法如下：
从电网运营角度出发，综合考虑电网线路损耗和补贴费用因素构建目标函数V，公式为：
其中表示所有线路上的有功损耗，rij表示线路(i→j)的电阻值，α表示的是电网给用户的补贴花费和有功损耗之间的权值，α>0，pi表示第i个用户节点的功率削减量。
实施例
图1表示直接负荷削减调度算法流程图，对整个网络的电力负荷赤字进行优化削减。同时对控制信号进行二次检验，防止控制信号丢包。表1为在某一个时刻，一个区域电网中56 个节点的功率，功率单位是MW,有些节点没有电器在工作，所以显示的功率值是0。表2是根据本发明的优化调度方法，在电网发电端和用户需求端出现1MW的功率赤字时，需要削减功率的9个节点和他们的削减值，同时他们的节点电压满足约束条件。
表1
表2

Claims (4)

1.一种基于最优潮流和分段激励的居民负荷削减调度方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤1、采集电器数据，该数据包括电器的运行状态、电流、电压、温度值、湿度值；
步骤2、将步骤1采集到的数据存储到数据库；
步骤3、通过对获得的电器数据进行分析，判断数据是不是存在丢包，若数据存在丢失，返回步骤2，进行再一次的数据请求；若数据接收正常，测量的数据存在明显错误，错误判断条件如下：
a)电压超过阈值；
b)温度值超过阈值；
若以上a)和b)中任意一个条件出现，判断该电器出现问题，发出警报，及时反馈检查，否则一切运行正常，执行步骤4；
步骤4、在一个区域性的电网中，对所有的用户节点进行历史数据分析，利用前一至两个月的用电数据，分析该处网络节点的可调度功率范围，并对用户节点的可调度功率范围进行等级的划分；
步骤5、在用电高峰期时，发电端的发电量不足以满足用户端的功率需求量，调节每个用户节点的电器可调功率，在满足网络中潮流约束的条件下，根据步骤4中所划分的可调度功率等级，使整个网络线路上的有功功率损耗和电网对于用户的总补贴量最小，给出网络节点的功率削减量。
步骤6、获得每个用户节点的功率削减量之后，通过调整电器的状态，转移和削减当前的功率，达到用电高峰期削峰的目的。
2.根据权利要求1所述的一种基于最优潮流和分段激励的居民负荷削减调度方法，其特征在于，所述步骤4中，利用历史数据对用户节点的可调度功率范围进行等级的划分，划分公式为：
其中ci表示第i个用户节点的激励因子，表示第m个等级的可调度功率上限，m表示划分等级的个数。
3.根据权利要求2所述的一种基于最优潮流和分段激励的居民负荷削减调度方法，其特征在于，所述步骤5中满足网络节点中的潮流约束具体为：
<mrow> <munder> <mo>&amp;Sigma;</mo> <mrow> <mi>k</mi> <mo>:</mo> <mi>j</mi> <mo>&amp;RightArrow;</mo> <mi>k</mi> </mrow> </munder> <msub> <mi>S</mi> <mrow> <mi>j</mi> <mi>k</mi> </mrow> </msub> <mo>=</mo> <munder> <mo>&amp;Sigma;</mo> <mrow> <mi>i</mi> <mo>:</mo> <mi>i</mi> <mo>&amp;RightArrow;</mo> <mi>k</mi> </mrow> </munder> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>S</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mi>j</mi> </mrow> </msub> <mo>-</mo> <msub> <mi>z</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mi>j</mi> </mrow> </msub> <msub> <mi>l</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mi>j</mi> </mrow> </msub> <mo>)</mo> </mrow> <mo>+</mo> <msub> <mi>S</mi> <mi>j</mi> </msub> <mo>,</mo> <mi>j</mi> <mo>&amp;Element;</mo> <mi>N</mi> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>1</mn> <mi>a</mi> <mo>)</mo> </mrow> </mrow>
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其中方程(1a)表示每个节点处的功率平衡方程，Sjk表示线路(j→k)上流过的功率，Sij表示线路(i→j)上流过的功率，zij|Iij|2表示线路(i→j)上的线路损耗，lij＝|Iij|2表示线路(i→j)上电流的平方，Sj表示用户节点j的注入功率，N表示整个网络的用户节点数；
方程(1b)表示每条线路上的潮流方程，vj＝|Vj|2表示节点j电压的平方，ljk＝|Ijk|2表示线路(j→k)上电流的平方，Pjk表示线路(j→k)上的有功功率，Qjk表示线路(j→k)上的无功功率，E表示整个网络的线路数。
4.根据权利要求3所述的一种基于最优潮流和分段激励的居民负荷削减调度方法，其特征在于，所述步骤5中使整个网络线路上的有功功率损耗和电网对于用户的总补贴量最小，具体方法如下：
从电网运营角度出发，综合考虑电网线路损耗和补贴费用因素构建目标函数V，公式为：
<mrow> <mi>V</mi> <mo>=</mo> <mi>&amp;alpha;</mi> <munder> <mo>&amp;Sigma;</mo> <mi>m</mi> </munder> <munder> <mo>&amp;Sigma;</mo> <mrow> <mi>i</mi> <mo>&amp;Element;</mo> <mi>&amp;Omega;</mi> <mi>m</mi> </mrow> </munder> <msub> <mi>c</mi> <mi>m</mi> </msub> <msub> <mi>p</mi> <mi>i</mi> </msub> <mo>+</mo> <munder> <mo>&amp;Sigma;</mo> <mi>i</mi> </munder> <munder> <mo>&amp;Sigma;</mo> <mi>j</mi> </munder> <msub> <mi>r</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mi>j</mi> </mrow> </msub> <msub> <mi>l</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mi>j</mi> </mrow> </msub> </mrow>
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