CN108711886A - 一种园区配网时序运行样本生成方法 - Google Patents

一种园区配网时序运行样本生成方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种园区配网时序运行样本生成方法，包括以下步骤：S1：分别进行清洁能源主体出力生成、储能主体出力生成和负荷主体出力生成；S2：生成园区配网运行数据：S3：输出园区配网时序运行样本，所述园区配网时序运行样本包括：风力发电单元和光伏发电单元的输出功率、储能单元的输出功率、负荷主体的基础功率需求量和负荷主体中柔性负荷单元的功率需求量以及园区配网运行数据。与现有技术相比，本发明实现对园区配网实时运行情况的仿真模拟，为园区配网的规划设计、运行控制及改造投资提供科学合理的可行样本数据，弥补现有园区配网中大数据应用的相关研究中样本数据量的缺失或不足情况。

Description

一种园区配网时序运行样本生成方法
技术领域
本发明涉及配电系统规划领域，尤其是涉及一种园区配网时序运行样本生成方法。
背景技术
清洁能源(清洁能源主体包括但不限于风力发电单元、光伏发电单元)的接入给园区配网的改造升级提供了新的思路，同时随着园区主动元件(主动元件包括但不限于储能单元、柔性负荷单元)种类和数量的不断增多，使得园区配网需要应对更加复杂的安全问题。一方面需要协调好清洁能源、主动元件与园区负荷(负荷主体包括刚性负荷单元和柔性负荷单元)之间的平衡关系，而另一方面又要保证在充分消纳清洁能源的同时，维持园区配网的安全经济运行以及可靠优质供电能力。考虑到园区配网中诸多强耦合因素的存在，传统的基于模型的分析方法开始显现出不足，因此已经开始有相关研究着眼于数据分析的方法应用。这一思路的关键在于如何获取大量的系统运行数据，常见的获取途径有两种，分别是：实际系统数据采样、仿真系统数据抽取。前者由于目前缺乏成熟的实际运行系统以供采样，故而不易获取相关运行数据，而且所采集到的数据也存在一定的误差，因此通过这种途径获得的数据，在合理性和全面性方面存在明显的不足。更多的研究选择的是通过仿真模拟的途径来获取系统数据，已有方法在合理性和全面性方面上无法很好的满足要求。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种园区配网时序运行样本生成方法，实现对园区配网实时运行情况的仿真模拟，为园区配网的规划设计、运行控制及改造投资提供科学合理的可行样本数据，弥补现有园区配网中大数据应用的相关研究中样本数据量的缺失或不足情况。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种园区配网时序运行样本生成方法包括以下步骤：
S1：分别进行清洁能源主体出力生成、储能主体出力生成和负荷主体出力生成，对应获得风力发电单元和光伏发电单元的输出功率、储能单元的输出功率、负荷主体的基础功率需求量和负荷主体中柔性负荷单元的功率需求量；
S2：将园区配网网架数据结合风力发电单元和光伏发电单元的输出功率、储能单元的输出功率以及负荷主体的基础功率需求量和负荷主体中柔性负荷单元的功率需求量，通过园区配网潮流分析获取园区配网运行数据；
S3：输出园区配网时序运行样本，所述园区配网时序运行样本包括：风力发电单元和光伏发电单元的输出功率、储能单元的输出功率、负荷主体的基础功率需求量和负荷主体中柔性负荷单元的功率需求量以及园区配网运行数据。
所述清洁能源主体出力生成中风力发电单元和光伏发电单元的输出功率满足以下公式：
其中，Pi WT(t)为第i个风力发电单元在t时刻的输出功率，为第i个风力发电单元的额定输出功率，vi(t)为第i个风力发电单元在t时刻的风速，是第i个风力发电单元的切入风速，是第i个风力发电单元的切出风速，是第i个风力发电单元的额定风速，Pi PV(t)是第i个光伏发电单元在t时刻的有功输出功率，Pi STC是第i个光伏发电单元的最大输出功率，ri STC是第i个光伏发电单元与Pi STC对应的光照强度，ri(t)是第i个光伏发电单元在t时刻的光照强度，ki是第i个光伏发电单元的功率温度系数，且单位为W/℃，Ti(t)是第i个光伏发电单元在t时刻的电池温度，Ti τ是第i个光伏发电单元的参考温度。
功率温度系数ki取值范围为0.001～0.005。
所述储能主体出力生成为：设置控制周期和控制时段，在每一个控制周期内，根据储能单元的最大充放电允许次数的约束条件，结合园区配网的实时电价曲线，获取对应储能单元的最小放电指导价格和最大充电指导价格；当园区配网实时电价比最小放电指导价格大时，储能单元在对应当前时刻的控制时段内进行放电动作，而当园区配网实时电价比储能最大充电指导价格低时，储能单元在对应当前时刻的控制时段内进行充电动作，根据控制周期内储能单元的放电动作和充电动作得到储能单元的输出功率。
所述储能主体出力生成中获取对应储能单元的最小放电指导价格和最大充电指导价格具体过程为：
在园区配网的实时电价曲线上按照电价从大到小排序后，取排在第Nmax dis个的电价作为对应储能单元的最小放电指导价格cmin dis，其中，Nmax dis表示储能单元的最大放电允许次数；
在园区配网的实时电价曲线上按照电价从小到大排序后，取排在第Nmax cha个的电价作为对应储能单元的最大充电指导价格cmax dis，其中，Nmax cha表示储能单元的最大充电允许次数。
所述负荷主体出力生成包括以下步骤：
1)在设定的园区配网基础负荷的前提下，根据园区负荷历史变化数据，确定各类负荷主体相应的月因子和日因子，并初步预测得到各类负荷主体的基础功率需求量，满足以下公式：
其中，为第k类负荷主体在t时刻的基础功率需求量，k＝1,2,3，为第k类负荷主体的初始功率需求量，γk(t)为对应t时刻的第k类负荷主体的日因子，θk(t)为对应t时刻的第k类负荷主体的月因子，τk为第k类负荷主体的年均增长率，y为负荷预测的年数，βk为不确定性因子；
2)计算柔性负荷单元的功率需求量，满足以下公式：
其中，为第k类负荷主体中柔性负荷在t时刻的功率需求量，αk(t)为第k类负荷主体中柔性负荷在t时刻的柔性负荷调节因子。
日因子γk(t)取值范围为0.3～1.5，月因子θk(t)取值范围为0.8～1.5，不确定性因子βk取值范围为0.85～1.15。
柔性负荷调节因子αk(t)取值范围为-0.3～0.3。
所述园区配网运行数据包括园区配网各个时刻的节点电压值、线路传输功率和园区配网的不平衡电量。
该方法还包括步骤S4：判断输出园区配网时序运行样本的个数是否达到预设的样本总数，若是，则结束，若否，则跳转步骤S1。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：考虑了主动元件的差异性以及清洁能源的随机性在园区配网中的应用情况，采用多主体的方式，在分别实现对园区中各主件的时序建模基础上，进行园区配网的运行样本计算。其中，各主体的出力模型充分考虑到其自身特性以及所在园区的历史运行状况，能够科学合理的表征其在未来一定时间内的输出功率，实现对园区配网未来状态的精确预测。而所生成的海量园区配网运行数据，能够为采用大数据作为核心技术的关联性分析及网络升级改造提供可靠的测试样本。
附图说明
图1为本发明方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
如图1所示，一种含主动元件和清洁能源的园区配网时序运行样本生成方法包括以下步骤：
S1：分别进行清洁能源主体出力生成、储能主体出力生成和负荷主体出力生成；
101：清洁能源主体出力生成的方法为：根据园区配网的实际情况并结合历史数据确定出式(1)、式(2)中各参数的取值，进而可以分别生成风力发电单元和光伏发电单元的输出功率数据。
其中，Pi WT(t)为第i个风力发电单元在t时刻的输出功率，为第i个风力发电单元的额定输出功率，vi(t)为第i个风力发电单元在t时刻的位置风速，是第i个风力发电单元的切入风速，是第i个风力发电单元的切出风速，是第i个风力发电单元的额定风速，Pi PV(t)是第i个光伏发电单元在t时刻的有功输出功率(即有功出力)，Pi STC是第i个光伏发电单元的最大输出功率，ri STC是第i个光伏发电单元与Pi STC对应的光照强度，ri(t)是第i个光伏发电单元在t时刻的光照强度，ki是第i个光伏发电单元的功率温度系数，且单位为W/℃，ki其取值较小，一般在0.001～0.005之间，本实施例中设为0.0025，Ti(t)是第i个光伏发电单元在t时刻的电池温度(即光伏发电单元内各电池的电池温度和)，Ti τ是第i个光伏发电单元的参考温度。
102：储能主体出力生成的方法为：
首先，设置其控制时段为一小时，控制周期为一天，在每一个控制周期内，根据储能单元的最大充放电允许次数的约束条件，结合园区配网的实时电价曲线，确定对应储能单元的最小放电指导价格和最大充电指导价格。其中，对于储能的最小放电指导价格cmin dis，需要通过其最大放电允许次数Nmax dis决定，在园区配网的实时电价曲线上按照电价从大到小排序后，取排在第Nmax dis个的电价作为cmin dis；用同样的方式也可以得到其最大充电指导价格cmax dis，在园区配网的实时电价曲线上按照电价从小到大排序后，取排在第Nmax cha个的电价作为cmax dis，Nmax cha表示储能单元的最大充电允许次数。需要说明的是，储能单元的最小放电指导价格和最大充电指导价格会随着其实际处理情况而不断的变化，因此在实际计算中需要不断更新这两个指导价格。
其次，当园区配网实时电价比最小放电指导价格大时，储能单元在对应当前时刻的控制时段内进行放电动作，而当园区配网实时电价比储能最大充电指导价格低时，储能单元在对应当前时刻的控制时段内进行充电动作，根据控制周期内储能单元的放电动作和充电动作得到储能单元的输出功率，若进行放电动作则输出功率为放电功率，若进行充电动作则输出功率为充电功率的负值，若无放电动作或充电动作，则输出功率为0。
储能单元的剩余荷电状态(State of Charge，SOC)由其初始SOC和充/放电功率共同决定，满足以下公式：
SOCj,t+1＝SOCj,t+ηt chΔPj,t chΔt-ηt disΔPj,t disΔt (3)
约束条件：
其中，SOCj,t为第j个储能单元在t时刻的荷电状态(即电量)；ΔPj,t ch为第j个储能单元在t时刻的充电功率，ΔPj,t dis为第j个储能单元在t时刻的放电功率；ηt ch为对应t时刻的充电效率，ηt dis为对应t时刻的放电效率，Δt为充放电时长；ΔPch,j max为第j个储能单元的最大充电功率，ΔPdis,j max为第j个储能单元的最大放电功率；SOCj min为第j个储能单元允许的最小荷电状态，SOCj max分别为第j个储能单元允许的最大荷电状态。
103：负荷主体出力生成的方法为：将园区配网内所有的负荷主体按主动特性分为：刚性负荷单元和柔性负荷单元，分别获取负荷主体的基础功率需求量和柔性负荷单元的功率需求量。其中，刚性负荷指不可调控的负荷，亦即常规负荷，而柔性负荷是可以主动调节的负荷，因此刚性负荷在确定后就不会变化，而柔性负荷的基础负荷在确定后还会存在一定的波动范围，对于刚性负荷单元的功率需求量即为预测值，所以负荷主体的基础功率需求量和柔性负荷单元的功率需求量通过以下步骤获取：
1)在给出的园区配网基础负荷的前提下，根据园区负荷历史变化数据，将所有负荷主体按时序特性聚类为三类：居民类、商业类和工业类，确定各类负荷主体相应的月因子和日因子，并初步预测得到各类负荷主体的基础功率需求量，满足以下公式：
其中，为第k类负荷主体在t时刻的基础功率需求量，k＝1,2,3，本实施例中，第1、2、3类负荷主体依次顺序为居民类负荷主体、商业类负荷主体和工业类负荷主体，为第k类负荷主体的初始功率需求量，γk(t)为对应t时刻的第k类负荷主体的日因子，γk(t)取值范围为0.3～1.5，θk(t)为对应t时刻的第k类负荷主体的月因子，θk(t)取值范围为0.8～1.5，τk为第k类负荷主体的年均增长率，y为负荷预测的年数，βk为不确定性因子，βk取值范围为0.85～1.15。
2)进而计算柔性负荷单元的功率需求量，满足以下公式：
其中，为第k类负荷主体中柔性负荷在t时刻的功率需求量，αk(t)为第k类负荷主体中柔性负荷在t时刻的柔性负荷调节因子，αk(t)取值范围为-0.3～0.3。
S2：生成园区配网运行数据：
将园区配网网架数据结合上述步骤S1所得的风力发电单元和光伏发电单元的输出功率、储能单元的输出功率以及负荷主体的基础功率需求量和负荷主体中柔性负荷单元的功率需求量，通过园区配网潮流分析获取园区配网在每一时段下的园区配网运行数据，园区配网运行数据包括园区配网各个时刻的节点电压值、线路传输功率和园区配网的不平衡电量。
S3：输出完整的园区配网时序运行样本，园区配网时序运行样本包括上述步骤S1所得的各个主体的实际出力以及园区配网运行数据，即风力发电单元和光伏发电单元的输出功率、储能单元的输出功率、负荷主体的基础功率需求量和负荷主体中柔性负荷单元的功率需求量以及园区配网各个时刻的节点电压值、线路传输功率和园区配网的不平衡电量。
S4：判断输出园区配网时序运行样本的个数count是否达到预设的样本总数N，若是，则结束，若否，则跳转步骤S1，直至count＝N，将N个园区配网时序运行样本输出至数据库，作为后续园区配网的规划设计、运行控制及改造投资的可行样本数据。
本发明方法生成的园区配网时序运行样本同时考虑清洁能源自身的不确定性以及园区主动元件特性等众多因素的耦合影响，很好的满足合理性和全面性方面上的要求。

Claims (10)

1.一种园区配网时序运行样本生成方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：分别进行清洁能源主体出力生成、储能主体出力生成和负荷主体出力生成，对应获得风力发电单元和光伏发电单元的输出功率、储能单元的输出功率、负荷主体的基础功率需求量和负荷主体中柔性负荷单元的功率需求量；
S2：将园区配网网架数据结合风力发电单元和光伏发电单元的输出功率、储能单元的输出功率以及负荷主体的基础功率需求量和负荷主体中柔性负荷单元的功率需求量，通过园区配网潮流分析获取园区配网运行数据；
S3：输出园区配网时序运行样本，所述园区配网时序运行样本包括：风力发电单元和光伏发电单元的输出功率、储能单元的输出功率、负荷主体的基础功率需求量和负荷主体中柔性负荷单元的功率需求量以及园区配网运行数据。
2.根据权利要求1所述的一种园区配网时序运行样本生成方法，其特征在于，所述清洁能源主体出力生成中风力发电单元和光伏发电单元的输出功率满足以下公式：
其中，Pi WT(t)为第i个风力发电单元在t时刻的输出功率，为第i个风力发电单元的额定输出功率，vi(t)为第i个风力发电单元在t时刻的风速，是第i个风力发电单元的切入风速，是第i个风力发电单元的切出风速，是第i个风力发电单元的额定风速，Pi PV(t)是第i个光伏发电单元在t时刻的有功输出功率，Pi STC是第i个光伏发电单元的最大输出功率，ri STC是第i个光伏发电单元与Pi STC对应的光照强度，ri(t)是第i个光伏发电单元在t时刻的光照强度，ki是第i个光伏发电单元的功率温度系数，且单位为W/℃，Ti(t)是第i个光伏发电单元在t时刻的电池温度，Ti τ是第i个光伏发电单元的参考温度。
3.根据权利要求2所述的一种园区配网时序运行样本生成方法，其特征在于，功率温度系数ki取值范围为0.001～0.005。
4.根据权利要求1所述的一种园区配网时序运行样本生成方法，其特征在于，所述储能主体出力生成为：设置控制周期和控制时段，在每一个控制周期内，根据储能单元的最大充放电允许次数的约束条件，结合园区配网的实时电价曲线，获取对应储能单元的最小放电指导价格和最大充电指导价格；当园区配网实时电价比最小放电指导价格大时，储能单元在对应当前时刻的控制时段内进行放电动作，而当园区配网实时电价比储能最大充电指导价格低时，储能单元在对应当前时刻的控制时段内进行充电动作，根据控制周期内储能单元的放电动作和充电动作得到储能单元的输出功率。
5.根据权利要求4所述的一种园区配网时序运行样本生成方法，其特征在于，所述储能主体出力生成中获取对应储能单元的最小放电指导价格和最大充电指导价格具体过程为：
在园区配网的实时电价曲线上按照电价从大到小排序后，取排在第Nmax dis个的电价作为对应储能单元的最小放电指导价格cmin dis，其中，Nmax dis表示储能单元的最大放电允许次数；
在园区配网的实时电价曲线上按照电价从小到大排序后，取排在第Nmax cha个的电价作为对应储能单元的最大充电指导价格cmax dis，其中，Nmax cha表示储能单元的最大充电允许次数。
6.根据权利要求1所述的一种园区配网时序运行样本生成方法，其特征在于，所述负荷主体出力生成包括以下步骤：
1)在设定的园区配网基础负荷的前提下，根据园区负荷历史变化数据，确定各类负荷主体相应的月因子和日因子，并初步预测得到各类负荷主体的基础功率需求量，满足以下公式：
其中，为第k类负荷主体在t时刻的基础功率需求量，k＝1,2,3，为第k类负荷主体的初始功率需求量，γk(t)为对应t时刻的第k类负荷主体的日因子，θk(t)为对应t时刻的第k类负荷主体的月因子，τk为第k类负荷主体的年均增长率，y为负荷预测的年数，βk为不确定性因子；
2)计算柔性负荷单元的功率需求量，满足以下公式：
其中，为第k类负荷主体中柔性负荷在t时刻的功率需求量，αk(t)为第k类负荷主体中柔性负荷在t时刻的柔性负荷调节因子。
7.根据权利要求6所述的一种园区配网时序运行样本生成方法，其特征在于，日因子γk(t)取值范围为0.3～1.5，月因子θk(t)取值范围为0.8～1.5，不确定性因子βk取值范围为0.85～1.15。
8.根据权利要求6所述的一种园区配网时序运行样本生成方法，其特征在于，柔性负荷调节因子αk(t)取值范围为-0.3～0.3。
9.根据权利要求1所述的一种园区配网时序运行样本生成方法，其特征在于，所述园区配网运行数据包括园区配网各个时刻的节点电压值、线路传输功率和园区配网的不平衡电量。
10.根据权利要求1所述的一种园区配网时序运行样本生成方法，其特征在于，该方法还包括步骤S4：判断输出园区配网时序运行样本的个数是否达到预设的样本总数，若是，则结束，若否，则跳转步骤S1。
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