CN110445151B - 考虑不确定性需求的配电网灵活性裕度时序量化分析方法 - Google Patents
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Abstract
一种考虑不确定性需求的配电网灵活性裕度时序量化分析方法,根据选定的辐射状运行的有源配电系统,输入其统结构及参数;在不考虑可控资源调节作用的前提下,进行系统时序潮流计算,获得确定性条件下的配电系统各时段的初始运行状态;建立考虑不确定性的节点灵活性裕度时序量化分析模型;建立考虑不确定性的有源配电系统灵活性裕度时序量化分析模型;对考虑不确定性的有源配电系统灵活性裕度时序量化分析模型进行求解,得到各时段中节点可控资源的运行策略的集合;计算得到各时段中量化的配电系统灵活性裕度。本发明得到有源配电系统灵活性裕度的评价方法,适应负荷需求、分布式电源出力的不确定性和分布式电源的高渗透率接入。
Description
技术领域
本发明涉及一种配电网灵活性裕度时序量化分析方法。特别是涉及一种考虑不确定性需求的配电网灵活性裕度时序量化分析方法。
背景技术
随着分布式电源(Distributed Generators,DGs)广泛地接入配电系统中,配电系统逐渐转变为具有收集、传输、存储、分配功能的有源配电系统。在有源配电系统中,用户侧不确定的负荷需求和分布式电源出力的频繁波动,使配电系统的不确定性进一步增加。在实际运行中,为应对种类繁多的运行需求和运行场景,有源配电系统必须具有协调灵活资源、调节运行状态的能力,即灵活性。
灵活性的基础是配电系统中装设的可控资源,传统的可控资源多为离散调节,其应对不确定性条件的能力较低,在灵活性方面的潜力较小;随着电力电子设备的发展,可控资源逐渐具有快速调节的能力,能够实时响应配电系统运行状态的变化,有效适应不确定性条件下配电系统的灵活性需求。但由于现有配电技术局限性,实现对多样化可控资源的有效统筹分析仍较为困难。
通过可控资源运行策略的调节,可控资源的灵活性转变为节点的灵活性。通过物理网络进行耦合,节点的灵活性组成了配电系统的灵活性。考虑到负荷需求、分布式电源出力的不确定性,灵活性的评价方式从原始的单一数值,逐渐转变为具有上下限的“域”的概念。在不确定性的条件下,配电系统具有在一定范围内调节运行状态的能力,即灵活性裕度。
针对配电系统不同运行的场景,国内外已经广泛开展了灵活性裕度量化分析的相关研究,并给出了一系列灵活性裕度的评价方法。目前现有的灵活性裕度的量化分析方法虽然都在一定程度上反映了电力系统调节可控资源的能力,但各方法在应用场景和评价方法等方面均有所不同。应用场景方面主要针对确定性场景下的灵活性进行量化分析,对不确定性条件下有源配电系统的灵活性量化分析仍处于初级阶段;评价方法方面,现有评价方法主要采用灵活性不足指标描述配电系统的供需不平衡程度,缺少面向灵活运行的配电系统灵活性裕度的评价手段。因此,亟需一种面向灵活、高效、安全运行配电系统的灵活性裕度量化分析方法,用以解决分布式电源高渗透率接入下有源配电系统的灵活性裕度量化问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是,提供一种适应负荷需求、分布式电源出力的不确定性和分布式电源高渗透率接入的考虑不确定性需求的配电网灵活性裕度时序量化分析方法。
本发明所采用的技术方案是:一种考虑不确定性需求的配电网灵活性裕度时序量化分析方法,包括如下步骤:
1)根据选定的辐射状运行的有源配电系统,输入如下参数:线路参数,负荷水平,网络拓扑连接关系,系统节点电压安全范围和支路电流限制,不可控分布式电源的接入位置和容量,可控资源的接入位置、容量及参数,量化分析的时段及总时长,负荷需求、分布式电源出力在各时段的波动系数预测值,负荷需求的波动区间、分布式电源出力的波动区间;
2)依据步骤1)提供的配电系统结构及参数,在不考虑可控资源调节作用的前提下,进行系统时序潮流计算,获得确定性条件下的配电系统各时段的初始运行状态;
3)依据步骤2)得到的确定性条件下的配电系统各时段的初始运行状态,进一步考虑负荷需求、分布式电源的波动区间,建立考虑不确定性的节点灵活性裕度时序量化分析模型;
4)依据步骤3)得到的考虑不确定性的节点灵活性裕度时序量化分析模型,进一步考虑配电网络的拓扑连接关系,建立考虑不确定性的有源配电系统灵活性裕度时序量化分析模型;
5)通过蒙特卡洛模拟法对步骤4)得到的考虑不确定性的有源配电系统灵活性裕度时序量化分析模型进行求解,得到各时段中节点可控资源的运行策略的集合;
6)依据步骤5)得到的各时段中节点可控资源的运行策略的集合,计算得到各时段中量化的配电系统灵活性裕度。
本发明的考虑不确定性需求的配电网灵活性裕度时序量化分析方法,立足于解决有源配电系统灵活性裕度的量化问题,适应负荷需求、分布式电源出力的不确定性和分布式电源的高渗透率接入。本发明综合考虑不确定性条件下的节点灵活性裕度量化方法、配电系统灵活性裕度的量化分析方法,建立考虑不确定性需求的配电网灵活性裕度时序量化分析方法,得到有源配电系统灵活性裕度的评价方法。
附图说明
图1是本发明考虑不确定性需求的配电网灵活性裕度时序量化分析方法的流程图;
图2是改进的IEEE 33节点算例结构图;
图3是负荷需求、分布式电源出力在各时段的波动系数示意图;
图4是不同波动区间下的灵活性裕度图形化展示图。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明的考虑不确定性需求的配电网灵活性裕度时序量化分析方法做出详细说明。
如图1所示,本发明的考虑不确定性需求的配电网灵活性裕度时序量化分析方法,包括如下步骤:
1)根据选定的辐射状运行的有源配电系统,输入如下参数:线路参数,负荷水平,网络拓扑连接关系,系统节点电压安全范围和支路电流限制,不可控分布式电源的接入位置和容量,可控资源的接入位置、容量及参数,量化分析的时段及总时长,负荷需求、分布式电源出力在各时段的波动系数预测值,负荷需求的波动区间、分布式电源出力的波动区间;
2)依据步骤1)提供的配电系统结构及参数,在不考虑可控资源调节作用的前提下,进行系统时序潮流计算,获得确定性条件下的配电系统各时段的初始运行状态;
3)依据步骤2)得到的确定性条件下的配电系统各时段的初始运行状态,进一步考虑负荷需求、分布式电源的波动区间,建立考虑不确定性的节点灵活性裕度时序量化分析模型;
所述的考虑不确定性的节点灵活性裕度时序量化分析模型,表示为如下形式:
式中,Ct,i为t时段节点i的等效储能的容量,为t时段节点i的相对于上一时段的荷电状态变化量,为t时段分布式电源注入节点i的不可调度的有功功率,为t时段节点i上不可调度的负荷有功需求,为t时段注入节点i的可控资源的有功功率,为t时段节点 i流入配电网的有功功率总量,为t时段分布式电源注入节点i的不可调度的无功功率,为t时段节点i上不可调度的负荷无功需求,为t时段注入节点i的可控资源的无功功率,为t时段节点i流入配电网的无功功率总量,为t时段分布式电源注入节点i的不可调度的有功功率的预测值的下限,为t时段分布式电源注入节点i的不可调度的有功功率的预测值的上限,为t时段节点i上的不可调度的负荷有功需求的预测值的下限,为t 时段节点i上的不可调度的负荷有功需求的预测值的上限,为注入节点i的可控资源的有功功率最小值,为注入节点i的可控资源的有功功率最大值,为t时段节点i上的不可调度的负荷无功需求的预测值的下限,为t时段节点i上的不可调度的负荷无功需求的预测值的上限,为注入节点i的可控资源的无功功率最小值,为注入节点i的可控资源的无功功率最大值。
4)依据步骤3)得到的考虑不确定性的节点灵活性裕度时序量化分析模型,进一步考虑配电网络的拓扑连接关系,建立考虑不确定性的有源配电系统灵活性裕度时序量化分析模型;
所述的考虑不确定性的有源配电系统灵活性裕度时序量化分析模型具体表示如下:
式中,Φt,k表示t时段节点k可控资源运行策略可行解的集合,为t时段注入节点k的可控资源的有功功率,为t时段节点k的相对于上一时段的荷电状态变化量,为t时段注入节点k的可控资源的无功功率,表示t时段支路ij的初始有功功率预测值,β(j)表示节点j及节点j子节点的集合,包括节点j下游支路所经过的节点以及节点j本身,即 表示节点j到源节点之间的唯一路径,Ct,k为t时段节点k的等效储能的容量,表示配电系统中所有节点的集合,表示t时段支路ij的初始无功功率预测值,表示支路ij 的传输容量上限,表示t时段节点i的初始电压幅值的平方,v表示节点电压允许的最小值, Rik表示节点i到源节点的唯一路径与节点k到源节点的唯一路径的公共支路的电阻,Xik表示节点i到源节点的唯一路径与节点k到源节点的唯一路径的公共支路的电抗,表示节点电压允许的最大值;表示t时段支路ij的最大有功功率预测值,表示t时段支路ij的最大无功功率预测值,表示t时段节点i的最小电压幅值的平方的预测值;表示t时段支路ij的最小有功功率预测值,表示t时段支路ij的最小无功功率预测值,表示t时段节点i的最大电压幅值的平方的预测值。
5)通过蒙特卡洛模拟法对步骤4)得到的考虑不确定性的有源配电系统灵活性裕度时序量化分析模型进行求解,得到各时段中节点可控资源的运行策略的集合;
6)依据步骤5)得到的各时段中节点可控资源的运行策略的集合,计算得到各时段中量化的配电系统灵活性裕度。
所述的各时段中量化的配电系统灵活性裕度,由下式进行计算:
式中,表示t时段配电系统有功功率总的可调节范围,表示系统中所有节点的集合,为t时段注入节点i的可控资源的有功功率,Ct,i为t时段节点i的等效储能的容量,为t时段节点i的相对于上一时段的荷电状态变化量,为t时段注入节点i的可控资源的无功功率,表示t时段配电系统无功功率总的可调节范围。
下面给出具体实施例:
对于本实施例,首先输入IEEE 33节点系统中线路元件的阻抗值,负荷元件的有功功率、无功功率,网络拓扑连接关系,其结构如图2所示,详细参数见表1和表2;设置两个可控资源接入点,可控资源的类型、位置及功率见表3;考虑分布式电源的高渗透率接入,在节点12、14、16、18、20、22处分别接入6组分布式电源,容量均为1MVA;考虑配电系统中靠近源节点的线路具有更大的传输容量,线路传输容量上限的设置见表4;节点电压最小值设置为0.9p.u.,节点电压最大值设置为1.1p.u.,量化分析的时序间隔为1小时,总时长为24 小时。
通过时序运行曲线对有源配电系统的运行灵活性进行时序分析负荷需求、分布式电源出力在各时段的波动系数见图3。构建2个场景分析不确定性场景下有源配电系统的灵活性裕度,场景1中负荷需求、分布式电源出力预测值均为准确值,量化分析确定性条件下有源配电系统原始的灵活性,方案2中考虑负荷需求、分布式电源出力的预测误差,量化分析波动区间为±10%时的灵活性裕度。通过蒙特卡洛模拟法量化分析有源配电系统的灵活性裕度,为保证计算精度和计算速度,蒙特卡洛模拟法的抽样数目设定为106,测试结果见表5、表6。不同波动区间下的灵活性裕度见图4。
执行优化计算的计算机硬件环境为Intel(R)Xeon(R)CPU E5-1620,主频为3.70GHz,内存为32GB;软件环境为Windows 10操作系统。
通过所提出的考虑不确定性的量化分析方法,能够量化分析不确定性场景下有源配电系统的灵活性裕度。从表5中可以看出,在负荷需求、分布式电源出力均为准确值时,配电系统中的可控资源具有调节有功、无功分布的能力,其灵活性最小值为15.6237MVA。随着预测值的不确定程度不断增加,可控资源的出力策略趋于保守,有源配电系统的灵活性裕度降低,在考虑±10%的不确定性时,配电系统灵活性裕度的最小值降低为7.6578MVA。图4为各场景下灵活性裕度的图形化展示,深色灵活性面积代表10%不确定性需求下的灵活性裕度,随着不确定性需求的增加,配电系统的灵活性裕度降低。
表1 IEEE 33节点算例负荷接入位置及功率
表2 IEEE33节点算例线路参数
表3可控资源配置情况
位置 | 可控资源类型 | 可调容量 |
15 | 储能系统 | 3MVA |
16 | 静止无功补偿器 | 1Mvar |
29 | 电动汽车充电站 | 5MW |
31 | 静止无功补偿器 | 2Mvar |
表4线路容量上限设置情况
表5场景一测试结果
表6场景二测试结果
时段 | 灵活性裕度(MVA) | 时段 | 灵活性裕度(MVA) |
1 | 13.0319 | 13 | 7.9361 |
2 | 14.5615 | 14 | 7.6578 |
3 | 13.7075 | 15 | 10.2232 |
4 | 13.5316 | 16 | 9.7835 |
5 | 13.7854 | 17 | 10.2746 |
6 | 13.7896 | 18 | 11.3142 |
7 | 13.0866 | 19 | 12.5545 |
8 | 13.2311 | 20 | 14.3269 |
9 | 11.3217 | 21 | 14.4994 |
10 | 12.2468 | 22 | 14.6130 |
11 | 12.2953 | 23 | 12.5469 |
12 | 10.2228 | 24 | 14.4719 |
Claims (1)
1.一种考虑不确定性需求的配电网灵活性裕度时序量化分析方法,其特征在于,包括如下步骤:
1)根据选定的辐射状运行的有源配电系统,输入如下参数:线路参数,负荷水平,网络拓扑连接关系,系统节点电压安全范围和支路电流限制,不可控分布式电源的接入位置和容量,可控资源的接入位置、容量及参数,量化分析的时段及总时长,负荷需求、分布式电源出力在各时段的波动系数预测值,负荷需求的波动区间、分布式电源出力的波动区间;
2)依据步骤1)提供的配电系统结构及参数,在不考虑可控资源调节作用的前提下,进行系统时序潮流计算,获得确定性条件下的配电系统各时段的初始运行状态;
3)依据步骤2)得到的确定性条件下的配电系统各时段的初始运行状态,进一步考虑负荷需求、分布式电源的波动区间,建立考虑不确定性的节点灵活性裕度时序量化分析模型,表示为如下形式:
式中,Ct,i为t时段节点i的等效储能的容量,为t时段节点i的相对于上一时段的荷电状态变化量,为t时段分布式电源注入节点i的不可调度的有功功率,为t时段节点i上不可调度的负荷有功需求,为t时段注入节点i的可控资源的有功功率,为t时段节点i流入配电网的有功功率总量,为t时段分布式电源注入节点i的不可调度的无功功率,为t时段节点i上不可调度的负荷无功需求,为t时段注入节点i的可控资源的无功功率,为t时段节点i流入配电网的无功功率总量,为t时段分布式电源注入节点i的不可调度的有功功率的预测值的下限,为t时段分布式电源注入节点i的不可调度的有功功率的预测值的上限,为t时段节点i上的不可调度的负荷有功需求的预测值的下限,为t时段节点i上的不可调度的负荷有功需求的预测值的上限,为注入节点i的可控资源的有功功率最小值,为注入节点i的可控资源的有功功率最大值,为t时段节点i上的不可调度的负荷无功需求的预测值的下限,为t时段节点i上的不可调度的负荷无功需求的预测值的上限,为注入节点i的可控资源的无功功率最小值,为注入节点i的可控资源的无功功率最大值;
4)依据步骤3)得到的考虑不确定性的节点灵活性裕度时序量化分析模型,进一步考虑配电网络的拓扑连接关系,建立考虑不确定性的有源配电系统灵活性裕度时序量化分析模型,具体表示如下:
式中,Φt,k表示t时段节点k可控资源运行策略可行解的集合,为t时段注入节点k的可控资源的有功功率,为t时段节点k的相对于上一时段的荷电状态变化量,为t时段注入节点k的可控资源的无功功率,表示t时段支路ij的初始有功功率预测值,β(j)表示节点j及节点j子节点的集合,包括节点j下游支路所经过的节点以及节点j本身,即 表示节点j到源节点之间的唯一路径,Ct,k为t时段节点k的等效储能的容量,表示配电系统中所有节点的集合,表示t时段支路ij的初始无功功率预测值,表示支路ij的传输容量上限,表示t时段节点i的初始电压幅值的平方,v表示节点电压允许的最小值,Rik表示节点i到源节点的唯一路径与节点k到源节点的唯一路径的公共支路的电阻,Xik表示节点i到源节点的唯一路径与节点k到源节点的唯一路径的公共支路的电抗,表示节点电压允许的最大值;表示t时段支路ij的最大有功功率预测值,表示t时段支路ij的最大无功功率预测值,表示t时段节点i的最小电压幅值的平方的预测值;表示t时段支路ij的最小有功功率预测值,表示t时段支路ij的最小无功功率预测值,表示t时段节点i的最大电压幅值的平方的预测值;
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PB01 | Publication | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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