CN108988329B - 一种电力系统节能发电调度控制器及调度方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及电力系统及其自动化领域，具体是涉及一种电力系统节能发电调度控制器及调度方法。一种电力系统节能发电调度控制器，由能量信号采集单元、节能发电调度单元、信号处理单元和预警指示单元组成。利用经济措施诱导用户参与需求响应计划，增加或减少负荷功率，以促进用户主动改变用电方式，实现有效的需求侧管理和系统削峰填谷的目的。本发明在保证配电网一次侧发电系统正常、稳定运用下，通过对用户端负荷调节构造多目标节能调度模型实现对配电网的优化调度，从而达到预期经济效益。同时，完成需求侧用户中拥有快速响应能力的可控负荷调度，即为调动用户需求响应的积极性，优化配置能源资源提供快速响应。
Description
技术领域
本发明涉及电力系统及其自动化领域，具体是涉及一种电力系统节能发电调度控制器及调度方法。
背景技术
电力工业均衡有效发展需要转换能源使用的方式，有效使用清洁能源、减少煤炭、石油、天然气等一次能源的消耗。目前，我国优先使用清洁能源，充分利用清洁能源的可再生特点，实现可再生能源与火电方式的有效互补，达到多类型能源利用合理布局，提高电力系统运行的安全性以及使用的经济性。大力发展清洁能源，实现其与传统碳基电源优势互补，采用先进技术优化调整电力能源结构、优化电网生产结构和模式，可以充分发挥清洁能源高效、低成本和便捷性的优势，能够显著降低能源消费过程中的污染程度，实现能源开发和利用可持续发展。这是当前电力工业能源利用重要调整方向和目标。因此，研究如何实现清洁与常规碳基电源优势互补，促进电力工业经济、低耗、高效发展，无疑具有十分重要的理论和现实意义。因此，做好电力系统节能发电调度工作是摆在我们面前的一个非常重要的大问题。
近年来，随着智能电网技术的不断发展，智能电网与终端用户的双向互动已成为智能电网的重要特征，需求侧用户中拥有快速响应能力的可控负荷已经突显出较大的资源配置效益和节能减排潜力。需求响应作为需求侧管理的重要手段之一，相比于传统方法，由于它具有节能环保、系统所需的成本相对较低以及用户能够快速响应等特点，在提高系统运行的安全稳定性同时，使系统经济效益性等方面都得到了显著的提升。因此，发明一种电力系统节能发电调度控制器及调度方法，有助于调动了用户参与电网调度的积极性，实现清洁与常规碳基电源优势互补，促进电力工业经济、低耗、高效发展。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足而提供一种电力系统节能发电调度控制器。该装置为调动用户需求响应的积极性，优化配置电网能源资源提供了一种快速、实用和安全的调度方法，为运行人员分析配电网负荷分布提供了监测，并且能够为配电网的一次侧与二次侧的安全配网提供快速预警，具有工程应用价值。
为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案为：一种电力系统节能发电调度控制器，由能量信号采集单元、节能发电调度单元、信号处理单元和预警指示单元组成；
节能发电调度单元主要分为三个模块，模块一为发布需求响应信号：节能发电调度单元根据预测的系统负荷变化情况和批发市场电价λiso的大小发布需求响应信号；模块二：用户类型划分：考虑到可控负荷用户功率调整成本以及对电价响应的差异性，以可控负荷增功率或减功率历史报价信息：报价θdi和功率调整量上限值ΔPdi为聚类特征，将用户划分成负荷功率增加类型和负荷功率减少类型；模块三：预测用户选择：节能发电调度单元根据可控负荷参与需求响应的特点，根据聚类划分的用户类型结果，选择可控负荷功率调整量通过电网网络损耗最小进行电网调度；
能量信号采集单元由检测单元、第一信号导线、第二信号导线、电阻、单片机8096和直流电源组成，监控配电网能量变换的程序被存储在单片机8096的内存中，其主要分为三个模块，即参数拟合模块、参数计算模块和预警模块；检测单元由电流互感器，电压互感器，功率因素测量单元组成；能量信号采集单元实时监测配电网一次侧的有功与无功功率流向；
预警指示单元由与单片机8096连接的双色发光二极管和喇叭组成；
信号处理单元是根据节能发电调度控制器的指示进行电网调度，其基于潮流方程的电网网络损耗数学模型；
式(5)中，K表示节点数目；Vi、Vj、θi、θj以及Rij、Xij分别表示节点i、节点j的电压、相角以及节点i与节点j之间的电阻、电抗；得到电网网络损耗最小化目标函数：
式(6)中，Pgi、Pgj分别表示节点i与节点j的注入有功功率，BiQ、Bij、BQQ为电网网络损耗计算系数；
信号处理单元根据水电站、火电站、光伏电站的运行特点分别得到相应的运行约束条件，进行电网的优化调度，包括如下基本步骤：
(1)系统参数初始化，主要包括配电网系统的基本参数以及蝙蝠迭代算法的基本参数；
(2)选取第一代蝙蝠迭代最优解；
(3)根据式蝙蝠算法，更新速度与位置；
(4)定义一个满足[0,1]均匀分布的随机数rand，判断rand与Ri是否满足约束条件；如果满足，转到(5)；反之，进行局部搜索，直到满足约束条件，进入步骤(5)；
(5)获取位置新解；
(6)判断位置新解是否优于原来的最优解，并判断rand是否满足rand＜Ai；如果满足，转到(7)；反之，回到(3)；
(7)更新位置参数；
(8)判断位置新解是否优于当前解；如果满足，转到(9)；反之，转到(10)；
(9)以位置新解代替当前最优解，再次更新位置、速度；
(10)判断是否达到最大迭代次数；如果满足，转到(11)；反之，回到(2)；
(11)输出蝙蝠算法最优解；
(12)算法结束。
本发明的一种电力系统节能发电调度方法，利用经济措施诱导用户参与需求响应计划，增加或减少负荷功率，以促进用户主动改变用电方式，实现有效的需求侧管理和系统削峰填谷的目的；
首先，电力系统节能发电调度控制器根据系统实时状况和天气情况提前一天或几个小时预测当前操作日剩余时间内的电量变化和市场电价λiso的大小等情况；当预测的系统电量变化较大，供需不平衡或者批发市场电价λiso较大时，电力系统节能发电调度控制器将会提前发布需求响应信号；选取一次函数形式来描述可控负荷功率调整成本，即：
式中：
为可控负荷i功率调整的真实成本，分为增功率和减功率成本
ΔPdi为功率调整量，分为增功率
和减功率
为用户类型参数，即真实成本系数，包括增减成本系数
是用户的私有信息，表示功率调整的边际成本，随用户类型的不同而不同；adi为成本的常数项
对于用户而言，参与需求响应项目的收益来自于电力系统节能发电调度控制器给予的经济补偿和功率调整成本的差值，则用户i参与需求响应获得的收益Udi为：
式中，λ为补偿电价，包括增减功率补偿电价λ+、λ-；
用户增减功率量与用户类型参数、补偿电价和需求弹性系数之间满足如下关系：
式中：
分别为可控负荷i的功率增加和减少量；
分别为可控负荷i增、减功率的用户类型参数，即功率调整边际成本系数；ε是需求弹性系数；
分别为用户没有参与调度，负荷功率增、减之前的负荷需求量；
用户根据需求响应电价λ，决定上报可控负荷报价θdi和功率调整量上限值
功率增减补偿电价与用户类型参数的差值在一定程度上反映了用户愿意参与电网调度和市场交易的程度；电力系统节能发电调度控制器根据用户需求响应上报的信息和负荷实施情况，考虑输电网安全约束，进行统一电网能量调度，并发布系统调度结果。
本发明的电力系统节能发电调度控制器及调度方法，其有益效果表现在：
本发明的电力系统节能发电调度控制器及调度方法在保证配电网一次侧发电系统正常、稳定运用下，通过对用户端负荷调节构造多目标节能调度模型实现对配电网的优化调度，从而达到预期经济效益。同时，完成需求侧用户中拥有快速响应能力的可控负荷调度，即为调动用户需求响应的积极性，优化配置能源资源提供快速响应。
附图说明
图1为本发明的电力系统节能发电调度控制器的结构示意图。
图2为节能发电调度单元的结构示意图。
图3为能量信号采集单元的结构示意图。
图4为信号处理单元的结构示意图。
具体实施方式
为进一步描述本发明的电力系统节能发电调度控制器及调度方法，下面结合附图对其作进一步说明。
请参阅图1所示，一种电力系统节能发电调度控制器由能量信号采集单元2、节能发电调度单元1、信号处理单元3和预警指示单元4组成。
节能发电调度单元1的总体结构如图2所示，其结构中分为几个模块，模块一为发布需求响应信号：节能发电调度单元根据预测的系统负荷变化情况和批发市场电价λiso的大小发布需求响应信号。模块二：用户类型划分：考虑到可控负荷用户功率调整成本以及对电价响应的差异性，以可控负荷增功率或减功率历史报价信息：报价θdi和功率调整量上限值ΔPdi为聚类特征，将用户划分成负荷功率增加类型和负荷功率减少类型。模块三：预测用户选择：节能发电调度单元根据可控负荷参与需求响应的特点，根据聚类划分的用户类型结果，选择可控负荷功率调整量通过电网网络损耗最小进行电网调度。
请参阅图3所示，能量信号采集单元2由检测单元5、第一信号导线6、第二信号导线7、电阻8、单片机8096 12和直流电源11组成。监控配电网能量变换的程序被存储在单片机8096 12的内存中，其主要分为三个模块，即参数拟合模块、参数计算模块和预警模块；检测单元5由电流互感器，电压互感器，功率因素测量单元组成。能量信号采集单元2实时监测配电网一次侧的有功与无功功率流向。
预警指示单元4由与单片机8096 12连接的双色发光二极管13和喇叭14组成。
信号处理单元3是根据节能发电调度控制器的指示进行电网调度，其基于潮流方程的电网网络损耗数学模型。
式(5)中，K表示节点数目；Vi、Vj、θi、θj以及Rij、Xij分别表示节点i、节点j的电压、相角以及节点i与节点j之间的电阻、电抗。得到电网网络损耗最小化目标函数：
式(6)中，Pgi、Pgj分别表示节点i与节点j的注入有功功率，BiQ、Bij、BQQ为电网网络损耗计算系数。
根据水电站、火电站、光伏电站的运行特点分别得到相应的运行约束条件，如图4所示进行电网的优化调度，包括如下基本步骤：
(1)系统参数初始化，主要包括配电网系统的基本参数以及蝙蝠迭代算法的基本参数。
(2)选取第一代蝙蝠迭代最优解。
(3)根据式蝙蝠算法，更新速度与位置。
(4)定义一个满足[0,1]均匀分布的随机数rand，判断rand与Ri是否满足约束条件。如果满足，转到(5)；反之，进行局部搜索，直到满足约束条件，进入步骤(5)。
(5)获取位置新解。
(6)判断位置新解是否优于原来的最优解，并判断rand是否满足rand＜Ai。如果满足，转到(7)；反之，回到(3)。
(7)更新位置参数。
(8)判断位置新解是否优于当前解。如果满足，转到(9)；反之，转到(10)。
(9)以位置新解代替当前最优解，再次更新位置、速度。
(10)判断是否达到最大迭代次数。如果满足，转到(11)；反之，回到(2)。
(11)输出蝙蝠算法最优解。
(12)算法结束。
本发明的一种电力系统节能发电调度方法，利用经济措施(电价)诱导用户参与需求响应计划，增加或减少负荷功率，以促进用户主动改变用电方式，实现有效的需求侧管理和系统削峰填谷的目的；
首先，电力系统节能发电调度控制器根据系统实时状况和天气情况提前一天或几个小时预测当前操作日剩余时间内的电量变化和市场电价λiso的大小等情况；当预测的系统电量变化较大，供需不平衡或者批发市场电价λiso较大时，电力系统节能发电调度控制器将会提前发布需求响应信号；选取一次函数形式来描述可控负荷功率调整成本，即：
式中：
为可控负荷i功率调整的真实成本(分为增功率和减功率成本
)；ΔPdi为功率调整量(分为增功率
和减功率
)；
为用户类型参数，即真实成本系数(包括增减成本系数
)，是用户的私有信息，表示功率调整的边际成本，随用户类型的不同而不同；adi为成本的常数项
对于用户而言，参与需求响应项目的收益来自于电力系统节能发电调度控制器给予的经济补偿和功率调整成本的差值，则用户i参与需求响应获得的收益Udi为：
式中，λ为补偿电价(包括增减功率补偿电价λ+、λ-)；
用户增减功率量与用户类型参数、补偿电价和需求弹性系数之间满足如下关系：
式中：
分别为可控负荷i的功率增加和减少量；
分别为可控负荷i增、减功率的用户类型参数，即功率调整边际成本系数；ε是需求弹性系数；
分别为用户没有参与调度，负荷功率增、减之前的负荷需求量；
用户根据需求响应电价λ，决定上报可控负荷报价θdi和功率调整量上限值
功率增减补偿电价与用户类型参数的差值在一定程度上反映了用户愿意参与电网调度和市场交易的程度；电力系统节能发电调度控制器根据用户需求响应上报的信息和负荷实施情况，考虑输电网安全约束，进行统一电网能量调度，并发布系统调度结果。
以上内容仅仅是对本发明的构思所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明的构思或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。
Claims (2)
1.一种电力系统节能发电调度控制器，其特征在于，由能量信号采集单元(2)、节能发电调度单元(1)、信号处理单元(3)和预警指示单元(4)组成；
节能发电调度单元(1)分为三个模块，模块一：发布需求响应信号：节能发电调度单元根据预测的系统负荷变化情况和批发市场电价λiso的大小发布需求响应信号；模块二：用户类型划分：考虑到可控负荷用户功率调整成本以及对电价响应的差异性，以可控负荷增功率或减功率历史报价信息：报价θdi和功率调整量上限值ΔPdi为聚类特征，将用户划分成负荷功率增加类型和负荷功率减少类型；模块三：预测用户选择：节能发电调度单元根据可控负荷参与需求响应的特点，根据聚类划分的用户类型结果，选择可控负荷功率调整量通过电网网络损耗最小进行电网调度；
能量信号采集单元(2)由检测单元(5)、第一信号导线(6)、第二信号导线(7)、电阻(8)、单片机8096(12)和直流电源(11)组成，监控配电网能量变换的程序被存储在单片机8096(12)的内存中，监控配电网能量变换的程序分为三个模块，即参数拟合模块、参数计算模块和预警模块；检测单元(5)由电流互感器，电压互感器，功率因素测量单元组成；能量信号采集单元(2)实时监测配电网一次侧的有功与无功功率流向；
预警指示单元(4)由与单片机8096(12)连接的双色发光二极管(13)和喇叭(14)组成；
信号处理单元(3)是根据节能发电调度控制器的指示进行电网调度，其基于潮流方程的电网网络损耗数学模型：
式(5)中，K表示节点数目；Vi、Vj、θi、θj以及Rij、Xij分别表示节点i、节点j的电压、相角以及节点i与节点j之间的电阻、电抗；得到电网网络损耗最小化目标函数：
式(6)中，Pgi、Pgj分别表示节点i与节点j的注入有功功率，BiQ、Bij、BQQ为电网网络损耗计算系数；
信号处理单元(3)根据水电站、火电站、光伏电站的运行特点分别得到相应的运行约束条件，进行电网的优化调度，包括如下基本步骤：
(1)系统参数初始化，主要包括配电网系统的基本参数以及蝙蝠迭代算法的基本参数；
(2)选取第一代蝙蝠迭代最优解；
(3)根据蝙蝠算法，更新速度与位置；
(4)定义一个满足[0,1]均匀分布的随机数rand，判断rand与Ri是否满足约束条件；如果满足，转到(5)；反之，进行局部搜索，直到满足约束条件，进入步骤(5)；
(5)获取位置新解；
(6)判断位置新解是否优于原来的最优解，并判断rand是否满足rand＜Ai；如果满足，转到(7)；反之，回到(3)；
(7)更新位置参数；
(8)判断位置新解是否优于当前解；如果满足，转到(9)；反之，转到(10)；
(9)以位置新解代替当前最优解，再次更新位置、速度；
(10)判断是否达到最大迭代次数；如果满足，转到(11)；反之，回到(2)；
(11)输出蝙蝠算法最优解；
(12)算法结束。
2.一种基于如权利要求1所述电力系统节能发电调度控制器的调度方法，其特征在于，利用经济措施诱导用户参与需求响应计划，增加或减少负荷功率，以促进用户主动改变用电方式，实现有效的需求侧管理和系统削峰填谷的目的；
首先，电力系统节能发电调度控制器根据系统实时状况和天气情况提前一天或几个小时预测当前操作日剩余时间内的电量变化和批发市场电价λiso的大小情况；当预测的系统电量变化较大，供需不平衡或者批发市场电价λiso较大时，电力系统节能发电调度控制器将会提前发布需求响应信号；选取一次函数形式来描述可控负荷功率调整成本，即：
式中：
为可控负荷i功率调整的真实成本，分为增功率和减功率成本
ΔPdi为功率调整量，分为增功率
和减功率
为用户类型参数，即真实成本系数，包括增成本系数
减成本系数
是用户的私有信息，表示功率调整的边际成本，随用户类型的不同而不同；adi为成本的常数项
对于用户而言，参与需求响应项目的收益来自于电力系统节能发电调度控制器给予的经济补偿和功率调整成本的差值，则用户i参与需求响应获得的收益Udi为：
式中，λ为补偿电价，包括增功率补偿电价λ+、减功率补偿电价λ-；
用户增、减功率量与用户类型参数、补偿电价和需求弹性系数之间满足如下关系：
式中：
分别为可控负荷i的功率增加和减少量；
分别为可控负荷i增、减功率的用户类型参数，即功率调整边际成本系数；ε是需求弹性系数；
分别为用户没有参与调度，负荷功率增、减之前的负荷需求量；
用户根据需求响应补偿电价λ，决定上报可控负荷报价θdi和功率调整量上限值
增、减功率补偿电价分别与用户类型参数的差值在一定程度上反映了用户愿意参与电网调度和市场交易的程度；电力系统节能发电调度控制器根据用户需求响应上报的信息和负荷实施情况，考虑输电网安全约束，进行统一电网能量调度，并发布系统调度结果。
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