CN109193681A - 一种考虑dlc空调轮控的配电网无功优化协调控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种考虑DLC空调轮控的配电网无功优化协调控制方法，包括：建立考虑DLC空调负荷轮控特性的无功优化协调控制模型；基于考虑DLC空调负荷轮控特性的无功优化协调控制模型，对配电网的无功优化进行协调控制；在考虑DLC空调轮控及启动电压特性基础上，提出负荷聚合商台区接入点的启动电压约束；提出了考虑DLC空调轮控的配电网无功优化协调控制模型，所建模型将DLC控制特性与无功优化控制深入结合，达到既能有效的进行需求侧响应，实现错峰、避峰调度，又能协调解决空调DLC轮控过程中可能出现的电压无功问题的目的。

Description

一种考虑DLC空调轮控的配电网无功优化协调控制方法

技术领域

本发明涉及配电网无功优化领域，具体地，涉及一种考虑DLC空调轮控的配电网无功优化协调控制方法。

背景技术

在迎峰度夏(冬)期间，由于受季节影响的原因，中压配电网负荷特性体现为“承载负荷”总体偏高，局部时段“尖锋负荷”过高，全天“峰谷差”特性显著增大。受气候原因，电网负荷的增量主要为空调负荷，大概占峰荷总量的30-40％，而且逐年呈增长趋势。在配电网负荷高位运行期间，线路的低电压问题非常突出，严重影响了相关用户的生产与生活。考虑到配电网内增量负荷多数为空调负荷，且空调负荷具有一定的热储存能力，具备较大的负荷调节潜力，电力公司通过合理的直接负荷控制(DLC)的轮停手段，能够快速响应电网侧的“避峰、错峰”调度。如果进行DLC空调轮控，即适当地削减了部分空调负荷，达到伴随解决配电网中存在的低电压问题的目的。为此，结合DLC空调轮控的特性，研究配电网的无功优化协调控制模型，解决空调轮控过程中出现的电压无功问题，将需求侧响应与无功优化控制之间进行合理协调。

在实际运行中，电力公司采取DLC空调轮控有效的进行电网侧的“避峰、错峰”调度，消除负荷高峰时段的主变过载问题；在削减负荷的同时，又可协调解决配电网重载时的电压不合格问题，甚至可解决在负荷过重、无功补偿严重不足等极端情况下含电压不可行节点的电压越下限引起的安全问题。但是如何协调DLC空调轮控方式与配电网内调压设备之间的控制关系，是解决当前配电网无功优化之间协调控制需要解决的关键问题。

现有配电网无功优化研究一般分为2类：一类是与需求侧电源控制相协调，如含分布式电源的无功优化方法、考虑光照概率性的含光伏发电系统的配电网无功优化方法；另一类是与需求侧负荷响应相协调，如考虑DLC空调负荷轮控的高压配电网无功优化模型，但并没有将DLC空调轮控状态引入到无功优化模型，即DLC轮控与无功优化控制两者合二为一进行协调控制，为此，开展考虑DLC空调轮控为代表的需求侧相应与无功优化控制结合，对于当前智能配电网的电压无功优化调节具有显著意义。

发明内容

本发明的目的就在于克服上述现有技术的缺点和不足，为自动电压控制(AVC)系统提供一种考虑DLC空调轮控的配电网无功优化协调控制方法。

为实现上述发明目的，本申请提供了一种考虑DLC空调轮控的配电网无功优化协调控制方法，所述方法包括：

建立考虑DLC空调负荷轮控特性的无功优化协调控制模型；

基于考虑DLC空调负荷轮控特性的无功优化协调控制模型，对配电网的无功优化进行协调控制；其中考虑DLC空调负荷轮控特性的无功优化协调控制模型为：

min f₄＝P_Loss (10)

s.t.P_G,i-P_D,i-s_iΔP_D,i+P_i＝0 i＝1,...N_b (11)

Q_G,i-Q_D,i+Q_cri-s_iΔQ_D,i+Q_i＝0 i＝1,...N_b (12)

ΔQ_D,j＝ΔP_D,j·tanγ j＝1,...N_s (14)

V_Ds,j≤V_D,j j＝1,...N_s (15)

s_j∈{0,1} j＝1,...N_s (19)

其中：P_G,i和Q_G,i分别为配电网首端电源节点i的有功和无功功率；P_D,i和Q_D,i分别为节点i的有功和无功负荷；P_i和Q_i分别为节点i的注入有功和无功；Q_cr,i为无功补偿节点i的无功补偿量；tanγ表示受控空调单元的功率常数，γ＝arccosθ，θ为功率因数角；ΔP_D,j 和分别为受控空调单元j的空调负荷最小和最大削减量；k_D 和表示配变有载调压档位下限和上限；k_t 和表示110kV主变有载调压档位下限和上限；Q_cr 和表示110kV站低压侧的补偿无功下限和上限；Q_crD 和表示配变无功补偿柜的补偿无功下限和上限。

进一步的，所建考虑DLC空调负荷轮控特性的无功优化协调控制模型需要满足负荷聚合商台区接入点的电压幅值应大于或者等于临界启动电压，即临界启动电压约束，见式(1)；

V_Ds,j≤V_D,j j＝1,...N_s (1)

式中，V_Ds,j表示受控空调单元j的临界启动电压。

进一步的，配电网无功优化控制目标包括：

对负荷节点的电压不合格问题引用半绝对离差表示，具体如下：

其中，|V_i-V_i,min|_-为V_i-V_i,min的半绝对离差，其运算符号表示的含义为对任意实数v，|v|＝max{0,-v}；V_i为节点i的电压幅值，V_i,min为节点i的电压幅值安全下限；N_b为10kV配电网全网节点数。

进一步的，配电网无功优化控制目标还包括：

DLC受控空调单元j的控制状态s_j是由室温与轮控临界温度决定的，即

式中，s_j表示受控空调单元的控制状态，1表示空调单元j在关停状态，0表示空调单元j在运行状态；T_j表示空调单元j的室温，单位为摄氏度；T_j,min和T_j,max分别为空调单元j轮控的最低和最高临界温度；

当配电网多处台区的受控空调的室温高于T_j,max时，为保证不引起二次电压越下限问题，即

s_j＝1,T_j≥T_j,max (3)

建立DLC受控空调单元j的控制状态与理想状态偏差最小的目标函数，即

式中，s_j ^*表示满足式(2)的受控空调控制状态；s_j表示实际受控空调控制状态。

进一步的，配电网无功优化控制目标还包括：

受控空调单元的负荷削减量应等于电力调度中心日前计划下发的总削减量：

进一步的，配电网无功优化控制目标还包括：

全网有功网损P_Loss应满足；

min f₄＝P_Loss。 (6)

进一步的，在建立该模型时，假设某条10kV馈线上不同配变接入有N_s组不同的受控空调单元，N_s组受控空调单元的负荷削减量为ΔP_D,1,ΔP_D,2,...,ΔP_D,Ns，并假设电力调度中心日前计划下发空调负荷总的削减量为ΔP_T；在受控空调的配变低压侧电源点电压V_D,j大于受控空调单元j的临界启动电压V_Ds,j后，以这N_s组受控空调单元的实际控制状态s以及其相应的负荷削减量ΔP_D、所有配变低压侧无功补偿柜Q_crD、110kV变电站低压侧无功补偿电容器Q_cr和其主变有载调压变比k_t为优化变量，建立考虑DLC空调负荷轮控特性的无功优化协调控制模型。

本申请提出的考虑DLC空调轮控的配电网无功优化协调控制方法，既能有效的进行需求侧响应，实现“错峰、避峰”调度，又能协调解决空调轮控过程中可能出现的电压无功问题。该方法具有如下技术效果：

1)通过DLC空调轮控的方式，本申请模型能够按照电力调度中心下达的负荷削减计划，尽可能实现空调削减量与计划量偏差最小。

2)本申请模型将负荷削减最优分配与电压无功最优控制相结合，能够发挥全网的电压无功最佳控制能力，消除在空调轮控过程中，可能存在的空调启动电压不足问题和负荷节点电压不合格问题。

3)由于需求侧响应的时段往往负荷较重，负荷节点电压越下限问题较为突出，本申请所建模型恰好是需求侧响应与无功优化控制相协调、实现两者共赢的一次有益探索，为智能配电网较好的进行需求侧管理提供了有效且合理的解决途径。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定；

图1是1台受控空调的DLC轮控启停曲线示意图；

图2是单台空调负荷轮控的外加电压曲线示意图；

图3是DLC空调轮控的配电网接线示意图。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在相互不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述范围内的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。

请参考图1-图3，本方法的具体实施方式为：

对每个参与电网侧的能量市场的负荷聚合商而言，电力公司的电力调度中心会在日前调度计划确定第2天的各个负荷聚合商的空调负荷削减总量；然后再由每个负荷聚合商根据自身受控空调的削减负荷的能力，将负荷削减总量按需分配至不同的受控空调单元组执行。但是，不同的受控空调可能分散接入在配电网的不同配变下面，如果不同受控空调之间的负荷削减分配量不合理，可能出现10kV馈线出现无功严重不平衡，引起DLC空调的启动电压不足；或者负荷节点电压越下限问题仍无法调节至安全范围。

为此，所建配电网无功协调控制模型需要满足2点：1)保证所有受控空调能够正常启动，即负荷聚合商台区接入点的电压幅值应大于或者等于临界启动电压，即临界启动电压约束，见式(1)。2)通过DLC空调负荷削减的最优分配，解决配电网中的负荷节点的电压越下限安全问题。

V_Ds,j≤V_D,j j＝1,...N_s (1)

式中，V_Ds,j表示受控空调单元j的临界启动电压。

当然，负荷聚合商开展需求侧响应时，也需要满足用户舒适度要求，同时受控空调的负荷削减总量还需要与调度中心的计划削减量尽量保持一致，并且满足电网运行经济性要求。综合上述，本申请提出以下4个配电网无功优化控制目标：

1)采用DLC削减空调负荷后，改变了配电网内无功的分布，可能会伴随解决当前配电网中的电压不合格问题。由此，本申请对负荷节点的电压不合格问题，本申请引用半绝对离差表示，具体如下：

式中，|V_i-V_i,min|_-为V_i-V_i,min的半绝对离差，其运算符号表示的含义为对任意实数v，|v|＝max{0,-v}；V_i为节点i的电压幅值，V_i,min为节点i的电压幅值安全下限；N_b为10kV配电网全网节点数。

2)在实际运行中，DLC受控空调单元j的控制状态s_j是由室温与轮控临界温度决定的，即

式中，s_j表示受控空调单元的控制状态，1表示空调单元j在关停状态，0表示空调单元j在运行状态；T_j表示空调单元j的室温，单位为摄氏度；T_j,min和T_j,max分别为空调单元j轮控的最低和最高临界温度。

但是，当配电网多处台区的受控空调的室温高于T_j,max时，此时全网将有多处受控空调开始启动，导致全网负荷大量增加，可能又出现负荷节点电压不合格问题。为保证不引起二次电压越下限问题，即使受控空调j的室温高于T_j,max，也将延长其空调关停时间，继续让其处于关停状态，即

s_j＝1,T_j≥T_j,max (3)

但是，延长空调关停时间，将引起室温继续升高，对用户舒适度影响较大。为尽量减少对用户舒适度的影响，本申请建立DLC受控空调单元j的控制状态与理想状态偏差最小的目标函数，即

式中，s_j ^*表示满足式(2)的受控空调控制状态；s_j表示实际受控空调控制状态。

3)受控空调单元的负荷削减量应可能等于电力调度中心日前计划下发的总削减量。

4)全网有功网损P_Loss应尽可能较小，保证配电网运行的经济效益；

min f₄＝P_Loss (6)

在以上4个目标函数中，本申请优先考虑解决当前配电网中负荷节点的电压不合格问题，保证配电网的运行安全；其次考虑受控空调单元的负荷削减对用户舒适度影响最小，确保需求侧响应能够长期进行；然后考虑负荷聚合商的负荷削减量与计划削减量相差最小，响应电网侧削峰调度；最后才考虑当前配电网运行的经济效益。

在建立该模型时，假设某条10kV馈线上不同配变接入有N_s组不同的受控空调单元，N_s组受控空调单元的负荷削减量为ΔP_D,1,ΔP_D,2,...,ΔP_D,Ns，见图3所示。并假设电力调度中心日前计划下发空调负荷总的削减量为ΔP_T。

由于配变低压侧电源点到空调负荷的线路较短，这段低压线路的电压损失本申请忽略不计。因此，在受控空调的配变低压侧电源点电压V_D,j大于受控空调单元j的临界启动电压V_Ds,j后，以这N_s组受控空调单元的实际控制状态s以及其相应的负荷削减量ΔP_D、所有配变低压侧无功补偿柜Q_crD、110kV变电站低压侧无功补偿电容器Q_cr和其主变有载调压变比k_t为优化变量，建立考虑DLC空调负荷轮控特性的无功优化协调控制模型：

min f₄＝P_Loss (10)

s.t.P_G,i-P_D,i-s_iΔP_D,i+P_i＝0 i＝1,...N_b (11)

Q_G,i-Q_D,i+Q_cri-s_iΔQ_D,i+Q_i＝0 i＝1,...N_b (12)

ΔQ_D,j＝ΔP_D,j·tanγ j＝1,...N_s (14)

V_Ds,j≤V_D,j j＝1,...N_s (15)

s_j∈{0,1} j＝1,...N_s (19)

式中：P_G,i和Q_G,i分别为配电网首端电源节点i的有功和无功功率；P_D,i和Q_D,i分别为节点i的有功和无功负荷；P_i和Q_i分别为节点i的注入有功和无功；Q_cr,i为无功补偿节点i的无功补偿量；tanγ表示受控空调单元的功率常数，γ＝arccosθ，θ为功率因数角；ΔP_D,j 和分别为受控空调单元j的空调负荷最小和最大削减量；k_D 和表示配变有载调压档位下限和上限；k_t 和表示110kV主变有载调压档位下限和上限；Q_cr 和表示110kV站低压侧的补偿无功下限和上限；Q_crD 和表示配变无功补偿柜的补偿无功下限和上限。

本方法在考虑DLC空调轮控及启动电压特性基础上，提出负荷聚合商台区接入点的启动电压约束。然后在此基础上，提出了一种考虑DLC空调轮控的配电网无功优化协调控制模型。在具体在实现过程中，所建模型将DLC控制特性与无功优化控制深入结合，达到既能有效的进行需求侧响应，实现“错峰、避峰”调度，又能协调解决空调DLC轮控过程中可能出现的电压无功问题的目的。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (7)

1.一种考虑DLC空调轮控的配电网无功优化协调控制方法，其特征在于，所述方法包括：

建立考虑DLC空调负荷轮控特性的无功优化协调控制模型；

基于考虑DLC空调负荷轮控特性的无功优化协调控制模型，对配电网的无功优化进行协调控制；其中考虑DLC空调负荷轮控特性的无功优化协调控制模型为：

min f₄＝P_Loss (10)

s.t.P_G,i-P_D,i-s_iΔP_D,i+P_i＝0i＝1,...N_b (11)

Q_G,i-Q_D,i+Q_cri-s_iΔQ_D,i+Q_i＝0i＝1,...N_b(12)

ΔQ_D,j＝ΔP_D,j·tanγj＝1,...N_s (14)

V_Ds,j≤V_D,j j＝1,...N_s (15)

s_j∈{0,1}j＝1,...N_s (19)

其中：P_G,i和Q_G,i分别为配电网首端电源节点i的有功和无功功率；P_D,i和Q_D,i分别为节点i的有功和无功负荷；P_i和Q_i分别为节点i的注入有功和无功；Q_cr,i为无功补偿节点i的无功补偿量；tanγ表示受控空调单元的功率常数，γ＝arccosθ，θ为功率因数角；ΔP_D,j 和分别为受控空调单元j的空调负荷最小和最大削减量；k_D 和表示配变有载调压档位下限和上限；k_t 和表示110kV主变有载调压档位下限和上限；Q_cr 和表示110kV站低压侧的补偿无功下限和上限；Q_crD 和表示配变无功补偿柜的补偿无功下限和上限。

2.根据权利要求1所述的考虑DLC空调轮控的配电网无功优化协调控制方法，其特征在于，所建考虑DLC空调负荷轮控特性的无功优化协调控制模型需要满足负荷聚合商台区接入点的电压幅值应大于或者等于临界启动电压，即临界启动电压约束，见式(1)；

V_Ds,j≤V_D,j j＝1,...N_s (1)

式中，V_Ds,j表示受控空调单元j的临界启动电压。

3.根据权利要求1所述的考虑DLC空调轮控的配电网无功优化协调控制方法，其特征在于，配电网无功优化控制目标包括：

对负荷节点的电压不合格问题引用半绝对离差表示，具体如下：

其中，|V_i-V_i,min|_-为V_i-V_i,min的半绝对离差，其运算符号表示的含义为对任意实数v，|v|＝max{0,-v}；V_i为节点i的电压幅值，V_i,min为节点i的电压幅值安全下限；N_b为10kV配电网全网节点数。

4.根据权利要求1所述的考虑DLC空调轮控的配电网无功优化协调控制方法，其特征在于，配电网无功优化控制目标还包括：

DLC受控空调单元j的控制状态s_j是由室温与轮控临界温度决定的，即

式中，s_j表示受控空调单元的控制状态，1表示空调单元j在关停状态，0表示空调单元j在运行状态；T_j表示空调单元j的室温，单位为摄氏度；T_j,min和T_j,max分别为空调单元j轮控的最低和最高临界温度；

当配电网多处台区的受控空调的室温高于T_j,max时，为保证不引起二次电压越下限问题，即

s_j＝1,T_j≥T_j,max (3)

建立DLC受控空调单元j的控制状态与理想状态偏差最小的目标函数，即

式中，s_j ^*表示满足式(2)的受控空调控制状态；s_j表示实际受控空调控制状态。

5.根据权利要求1所述的考虑DLC空调轮控的配电网无功优化协调控制方法，其特征在于，配电网无功优化控制目标还包括：

受控空调单元的负荷削减量应等于电力调度中心日前计划下发的总削减量：

6.根据权利要求1所述的考虑DLC空调轮控的配电网无功优化协调控制方法，其特征在于，配电网无功优化控制目标还包括：

全网有功网损P_Loss应满足；

min f₄＝P_Loss。 (6)

7.根据权利要求1所述的考虑DLC空调轮控的配电网无功优化协调控制方法，其特征在于，在建立该模型时，假设某条10kV馈线上不同配变接入有N_s组不同的受控空调单元，N_s组受控空调单元的负荷削减量为并假设电力调度中心日前计划下发空调负荷总的削减量为ΔP_T；在受控空调的配变低压侧电源点电压V_D,j大于受控空调单元j的临界启动电压V_Ds,j后，以这N_s组受控空调单元的实际控制状态s以及其相应的负荷削减量ΔP_D、所有配变低压侧无功补偿柜Q_crD、110kV变电站低压侧无功补偿电容器Q_cr和其主变有载调压变比k_t为优化变量，建立考虑DLC空调负荷轮控特性的无功优化协调控制模型。