CN109286206A - 一种基于单元网布局下的多级能源主动调控方法 - Google Patents

一种基于单元网布局下的多级能源主动调控方法 Download PDF

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顾黎强
张麟
赵文恺
沈健
陈志樑
费韶峰
袁秋实
侯四维
杨永华
张晋
奚曹明
史勇杰
朱佳杰
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Abstract

本发明公开了一种基于单元网布局下的多级能源主动调控方法，该方法包括以下步骤：步骤1：对配电网进行单元网的布局，即自下而上划分为：以配变电变压器单元作为点单元的微电网单元、以变电站10kV馈线作为线单元的馈线单元和以变电站层面作为面单元的配电单元；步骤2：基于单元网的布局，自下而上进行可调控容量的计算分析并逐层上传；经过可调控容量的计算分析，结合主网功率曲线综合分析，将可调控容量采用自上而下进行容量传输及分配，形成多级能源优化的整体吸纳；步骤3：对主动调控运行效果进行评估。本发明可切实解决配电网调控运行存在的问题，改善发展配电网，提高分布式能源消纳能力及电网的供电可靠性。

Description

一种基于单元网布局下的多级能源主动调控方法
技术领域
本发明涉及电力行业中调度控制运行领域，具体涉及一种基于单元网布局下的多级能源主动调控方法。
背景技术
随着电力电子技术、信息与通信技术和智能电网技术的发展，大规模间歇性分布式能源逐步接入电网。然而分布式能源的消纳、调度、保护和监控，会给传统被动配电网带来很多问题。从分布式能源消纳的角度来说，传统配电网就地消纳吸收分布式能源，不能上送至上层电网，对于分布式电源所发的过剩电能没有一定的消纳策略，只能将多余的资源弃掉；从分布式能源调度的角度来说，传统配电网中分布式能源采取就地独立控制模式，不参与配电网的潮流优化，不参与调度；从分布式能源的保护角度，传统配电网中，一旦所连接配电网出现故障，分布式电源只能停机退出运行；从分布式能源的监控角度来说，传统配电网中分布式电源的监控系统是独立的，不与主网相连。
所以，针对于上述问题，国际上提出主动配电网技术。采用主动配电网的优化控制技术可实现分布式能源与配电网的友好集成，提高清洁能源接入配电网的渗透率及其经济运行的水平，满足清洁能源全消纳与用户对电能质量和供电可靠性。但是以何种架构实现多级能源高占比消纳，采用何种调控运行模型协调多级能源，其调控效果如何，值得研究分析。
经过对现有技术文献的检索分析，现行配电网调控运行方法主要存在以下不足：
(1)未进行分布式能源调控。现行配电网调控运行系统主要基于电网故障进行调控运行，并未包括分布式电源等能源的调控运行，因此在实际运行中分布式电源点并网过大将出现闪变等问题。
(2)集中调控运行方式。现行调控运行系统主要以集中控制方法为主，控制功能比较完善，但是控制响应速度较慢，故障影响范围较广。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于单元网布局下的多级能源主动调控方法，以解决上述现有技术的问题。
为达到上述目的，本发明提供了一种基于单元网布局下的多级能源主动调控方法，其包括以下步骤：
步骤1：对配电网进行单元网的布局，即自下而上划分为：以配变电变压器单元作为点单元的微电网单元、以变电站10kV馈线作为线单元的馈线单元和以变电站层面作为面单元的配电单元；
步骤2：基于单元网的布局，自下而上进行可调控容量的计算分析并逐层上传；经过可调控容量的计算分析，结合主网功率曲线综合分析，将可调控容量采用自上而下进行容量传输及分配，形成多级能源优化的整体吸纳；
步骤3：对主动调控运行效果进行评估。
上述的基于单元网布局下的多级能源主动调控方法，其中，步骤1中，所述微电网单元的划分原则为：
馈线上2个分段开关间隔内如果包含可控分布式能源，则其为1个独立的微电网单元；
馈线上从分支界定开关到线路末端如果包含可控分布式能源，则其是1个独立的微电网单元。
上述的基于单元网布局下的多级能源主动调控方法，其中，步骤1中，所述配电单元的划分原则为：
10kV母线接的某一馈线出口处为起点，按电网实际拓扑连接进行衍生；
经馈线间的联络开关在末端负荷、分布式电源或35kV电站下的10kV母线处停止。
上述的基于单元网布局下的多级能源主动调控方法，其中，步骤2中，单元网的调控运行方法具体采用以局部平衡、分区协调、整体吸纳的优化调控流程。
上述的基于单元网布局下的多级能源主动调控方法，其中，局部平衡是以微电网单元进行区域内部的就地控制及消纳，当微电网分布式电源发电量大于负荷需求时，进行并网操作；反之处于离网运行过程中，对分布式电源出力以及负荷进行调节。
上述的基于单元网布局下的多级能源主动调控方法，其中，分区协调即为馈线单元根据接收到的信号确定失电母线、故障区段或分布式能源产生潮流逆送的现象，主动协调控制器将自动通过联络开关隔离故障区域、并可将非故障的负荷转接到分布式能源富足线路。
上述的基于单元网布局下的多级能源主动调控方法，其中，整体吸纳即为配电网单元根据负荷和分布式电源出力的变化趋势，确定优化运行方式通过自主能量管理，通过信息通道传送给馈线连通系层，获得恢复供电负荷多和备用容量大的运行方式。
上述的基于单元网布局下的多级能源主动调控方法，其中，步骤2中，可调控容量的计算分析以最大用电需量和电源侧的电力供应量及其可调度量为边界条件。
上述的基于单元网布局下的多级能源主动调控方法，其中，步骤3中，采用供蓄比率指标、间歇式能源出力预测准确率指标、负荷预测准确率指标及控制偏差率指标对主动配电网控制特性进行评估；采用消纳率指标、消纳收益率指标、电压合格率指标及馈线注入功率波动性指标对主动配电网运行特性进行评估。
相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：
本发明可以解决由于分布式能源大量接入对配电网产生的影响，可切实解决配电网调控运行存在的问题，改善发展配电网，提高分布式能源消纳能力及电网的供电可靠性。
附图说明
图1为主动配电网的单元网划分示意图；
图2为主动配电网的单元网拓扑结构图；
图3为单元网布局下的多级能源可调控容量优化流程图；
图4为单元网布局下的多级能源主动调控方法流程图。
具体实施方式
以下结合附图通过具体实施例对本发明作进一步的描述，这些实施例仅用于说明本发明，并不是对本发明保护范围的限制。
本发明针对于主动配电网进行“单元网”布局划分、调控运行及评估指标体系建立，具体包括以下部分：
1、主动配电网“单元网”布局
如图1和图2所示，首先对于配电网进行“单元网”的划分，分为三个单元微电网单元1、馈线单元2、配电单元3。其中，形成自下而上的单元网分配方式，呈现环环相扣，单元范围逐渐扩大，能源协调性逐渐增大。
如图3所示，主动配电网“单元网”分为三环，环环相扣，自下而上进行可调控容量的计算分析(最大用电需量和电源侧的电力供应量及其可调度量为边界条件)逐层上传；经过可调控容量的计算分析，结合主网功率曲线综合分析，将其可调控容量采用自上而下进行容量传输及分配，形成多级能源优化的整体吸纳。
1.1配电单元3
配电单元3即从变电站层面考虑作为“面”单元，分布式能源发电倒送至变电站10kV母线，需要更改系统运行方式。其划分原则如下：
1)10kV母线接的某一馈线出口处为起点，按电网实际拓扑连接进行衍生；
2)经馈线间的联络开关在末端负荷、分布式电源或35kV电站下的10kV母线处停止。
1.2馈线单元2
馈线分区以变电站10kV馈线作为“线”单元，分布式能源发电在单个馈线单元2内或多个馈线单元2间消纳，且不存在分布式能源发电功率倒送至变电站层面。
1.3微电网单元1
微电网层即为配变电变压器单元作为“点”单元，间歇式能源在该区间内协调消纳，不存在功率倒送至馈线上其他单元。
微电网层的划分关系到主动配电网协调控制器的配置以及各个微电网层单元等效分布式电源初始目标功率的计算结果，划分原则如下：
1)馈线上2个分段开关间隔内如果包含可控分布式能源，则其为1个独立的微电网层单元；
2)馈线上从分支界定开关到线路末端如果包含可控分布式能源，则其是1个独立的微电网层单元。
2、主动配电网“单元网”调控运行方法
如图4所示，单元网的调控运行方法采用以局部平衡-分区协调-整体吸纳的优化调控流程。
局部平衡是以微电网层各单元进行区域内部的就地控制及消纳，当微电网分布式电源发电量大于负荷需求时，进行并网操作；反之处于离网运行过程中，对分布式电源出力以及负荷进行调节，以此来实现微电网单元1的稳定运行。
分区协调即为馈线分区层根据接收到的信号确定失电母线、故障区段或分布式能源产生潮流逆送等现象，主动协调控制器将自动通过联络开关隔离故障区域、并可将非故障的负荷转接到分布式能源富足线路，不仅可提高分布式能源的消纳问题也可解决线路故障问题。
整体吸纳即为配电网层根据负荷和分布式电源出力的变化趋势，确定优化运行方式通过自主能量管理，通过信息通道传送给馈线连通系层，获得恢复供电负荷多和备用容量大的运行方式，实现整体的最大化消纳及高可靠性。
3、主动配电网调控运行评估指标分析
3.1主动配电网控制特性指标
主动配电网控制特性指标反映的是主动配电网二次控制系统的主动控制能力，其具体内容包括供蓄比率指标、预测准确率指标和控制偏差率指标。其中，供蓄比率指标反映的是主动配电网可调度分布式资源的配置规模，预测准确率指标和控制偏差率指标则分别反映的是系统的状态感知能力和控制精度。
(1)供蓄比率指标
主动配电网供蓄比率指标Rss定义为
式中：Pres表示配网中间歇式能源的有功出力；Pl表示配网的有功负荷；表示配网中可控分布式资源(储能或可控负载)的最大蓄电功率。其中可控分布式资源的最大蓄电功率不仅要受到额定功率和能量的约束(以储能为例，与储能的额定充电功率和SOC状态有关)，还要受到网络的潮流和电压等约束条件限制。
主动配电网供蓄比率指标实时反映网络对于间歇式能源的消纳能力，可以为间歇式能源的消纳模式选择提供依据。若Rss大于1，则表明此时间歇式能源不能被完全消纳，需要通过其他控制手段(线路转供)来消纳。
(2)间歇式能源出力预测准确率指标
间歇式能源出力预测准确率σres可表示为
式中：n表示预测点样本数；表示第i个点的预测值；Pres(i)表示第i个点的实际值；QCap表示间歇式能源的并网容量。
σres越接近1，表明其对于间歇式能源的出力预测精度越高，反之，其值越小则说明预测精度越差。
(3)负荷预测准确率指标
同理，负荷预测准确率σl可表示为
式中：Pl fc(i)表示第i个点的负荷预测值；Pl(i)表示第i个点的负荷实际值；Pl avg表示平均负荷值。
预测准确率指标表征了主动配电网决策者对于系统不确定性(间歇式能源出力的不确定性和负荷的不确定性)的把握程度，客观反映了系统整体的状态感知能力，也决定了主动配电网管理者所制订的调度策略的合理性和有效性。
(4)控制偏差率指标
控制偏差率指标ε是指主动配电网的控制单元对于控制目标的累计平均控制偏差，可表示为
式中：P*表示控制目标值；P(i)表示在控制周期内第i个采样点的实际控制值；n表示控制周期的总采样点。
该指标可用于描述主动配电网二次控制机构的控制水平，反映了主动配电网二次控制机构对于控制目标的执行力度，控制偏差率指标越低，表示控制机构对于控制目标的执行力越强，控制精度越高，控制稳定性越好。
3.2主动配电网运行特性指标
主动配电网运行特性指标表征的是主动配电网经过主动管理及协调控制后的整体运行效果，其具体内容包括：间歇式能源消纳率，间歇式能源消纳收益率，电压合格率，馈线出口功率波动率。其中，间歇式能源消纳率指标反映了主动配电网对于间歇式能源的兼容性，而电压合格率和馈线出口功率波动率指标反映的是主动配电网系统运行的安全性和可靠性，间歇式能源消纳效率则是反映了主动配电网运行的经济性。
(1)消纳率指标
消纳率指标θ是指主动配电网运行期间间歇式能源的消纳百分比，可表示为
式中：Pres表示间歇式能源的实际出力；表示实际环境下间歇式能源的最大允许出力。
消纳率指标反映了对间歇式能源的利用率，体现了主动配电网的兼容性，当消纳率指标达到100％时，则说明主动配电网对于间歇式能源实现了100％消纳利用。
(2)消纳收益率指标
消纳收益率指标是指系统在进行间歇式能源消纳时带来的经济收益比上消纳过程所需的成本，其具体定义为
式中：Cprofit表示间歇式能源消纳过程带来的经济收益，包括削峰填谷收益、降低线损收益以及为用户提供高质量电力的供电服务收益等；Ccost则表示间歇式能源消纳过程产生的成本，包括间歇式能源发电的上网成本和控制系统的运维成本。
消纳收益率指标表现为间歇式能源消纳花费的单位成本所能获取的经济收益，反映了间歇式能源消纳的质量。消纳收益率指标体现了主动配电网运行的经济性。
(3)电压合格率指标
电压合格率指标是配网各节点(包括间歇式能接入点)的综合电压合格率，可以用式(3)表示：
式中：Nv-exceed是指电压越限节点数；Nall表示总节点数。
电压合格率指标反映了主动配电网运行过程中的综合电压质量，可在一定程度上表征主动配电网运行的安全性。
(4)馈线注入功率波动性指标
馈线注入功率波动性指标RFfeeder定义如下：
式中：△T表示基准时间间隔；n表示全天基准时间间隔数；Pfeeder(i×△T)表示前一时刻馈线注入功率值；Pfeeder[(i+1)×△T]表示后一时刻馈线注入功率值；表示全天馈线注入功率平均值。
馈线注入功率波动性指标反映的是全天馈线注入功率的变化的均方根值比上当日的平均供电功率，其值越小则说明控制系统对于间歇式能源波动性的抑制效果越好，电网受到间歇式能源不确定性的影响越小，体现了主动配电网的可靠性。
本发明公开了一种分别从主动配电网“单元网”的划分、主动配电网“单元网”调控运行方法及调控运行评估指标体系进行综合分析的“单元网”布局下的多级能源主动调控运行方法，其中“单元网”消纳布局划分为配电网单元、馈线单元2及微电网单元1；调控运行方法基于“单元网”消纳布局，实现区域自治-分区协调-整体吸纳的调控运行，其边界约束条件为用电需求量、电源侧电源供应量、可调度量及电网的安全约束量；通过调控与运行评估指标体系，对于调控运行方法实现进行评估分析，以此完成整体最优的多级能源主动调控运行。
单元网布局由微电网单元1、馈线单元2及配电单元3网构成，各层级单元可由多个同级单元网格构成，如同层级微电网单元1可由多个单元网格构成。基于单元网消纳布局，在电网、电源、负荷的约束条件下，实现分布式能源的区域自治消纳、分区能源的协调控制，整体能源容量的优化配置及传递。调控与运行指标在多级能源调控运行时，计算分析满足其优化调控量化分析，评估校核。
本发明可以解决由于分布式能源大量接入对配电网产生的影响，可切实解决配电网调控运行存在的问题，改善发展配电网，提高分布式能源消纳能力及电网的供电可靠性。
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (9)

1.一种基于单元网布局下的多级能源主动调控方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：对配电网进行单元网的布局，即自下而上划分为：以配变电变压器单元作为点单元的微电网单元、以变电站10kV馈线作为线单元的馈线单元和以变电站层面作为面单元的配电单元；
步骤2：基于单元网的布局，自下而上进行可调控容量的计算分析并逐层上传；经过可调控容量的计算分析，结合主网功率曲线综合分析，将可调控容量采用自上而下进行容量传输及分配，形成多级能源优化的整体吸纳；
步骤3：对主动调控运行效果进行评估。
2.如权利要求1所述的基于单元网布局下的多级能源主动调控方法，其特征在于，步骤1中，所述微电网单元的划分原则为：
馈线上2个分段开关间隔内如果包含可控分布式能源，则其为1个独立的微电网单元；
馈线上从分支界定开关到线路末端如果包含可控分布式能源，则其是1个独立的微电网单元。
3.如权利要求1所述的基于单元网布局下的多级能源主动调控方法，其特征在于，步骤1中，所述配电单元的划分原则为：
10kV母线接的某一馈线出口处为起点，按电网实际拓扑连接进行衍生；
经馈线间的联络开关在末端负荷、分布式电源或35kV电站下的10kV母线处停止。
4.如权利要求1所述的基于单元网布局下的多级能源主动调控方法，其特征在于，步骤2中，单元网的调控运行方法具体采用以局部平衡、分区协调、整体吸纳的优化调控流程。
5.如权利要求4所述的基于单元网布局下的多级能源主动调控方法，其特征在于，局部平衡是以微电网单元进行区域内部的就地控制及消纳，当微电网分布式电源发电量大于负荷需求时，进行并网操作；反之处于离网运行过程中，对分布式电源出力以及负荷进行调节。
6.如权利要求4所述的基于单元网布局下的多级能源主动调控方法，其特征在于，分区协调即为馈线单元根据接收到的信号确定失电母线、故障区段或分布式能源产生潮流逆送的现象，主动协调控制器将自动通过联络开关隔离故障区域、并可将非故障的负荷转接到分布式能源富足线路。
7.如权利要求4所述的基于单元网布局下的多级能源主动调控方法，其特征在于，整体吸纳即为配电网单元根据负荷和分布式电源出力的变化趋势，确定优化运行方式通过自主能量管理，通过信息通道传送给馈线连通系层，获得恢复供电负荷多和备用容量大的运行方式。
8.如权利要求1所述的基于单元网布局下的多级能源主动调控方法，其特征在于，步骤2中，可调控容量的计算分析以最大用电需量和电源侧的电力供应量及其可调度量为边界条件。
9.如权利要求1所述的基于单元网布局下的多级能源主动调控方法，其特征在于，步骤3中，采用供蓄比率指标、间歇式能源出力预测准确率指标、负荷预测准确率指标及控制偏差率指标对主动配电网控制特性进行评估；采用消纳率指标、消纳收益率指标、电压合格率指标及馈线注入功率波动性指标对主动配电网运行特性进行评估。
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