CN110783927B - 多时间尺度交直流配电网调度方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种多时间尺度交直流配电网调度方法及装置，属于交直流配电网调度技术领域。该方法包括：建立双时间尺度的调度模型，包括日前调度模型和实时调度模型，获取光伏、柔性负荷的短期预测值和超短期预测值；将光伏、柔性负荷的短期预测值输入日前调度模型，得到燃气轮机的启停状态、AA‑CAES装置的运行工况和柔性负荷的调度计划的日前调度结果，将日前调度结果和光伏、柔性负荷的超短期预测值输入实时调度模型，得到实时调度结果，通过实时调度结果对交直流配电网进行调度。本发明提高系统运行灵活稳定性，提高系统可再生能源消纳能力，降低系统运行能耗的效果，为电网安全、稳定、经济运行提供指导。
Description
技术领域
本发明涉及一种多时间尺度交直流配电网调度方法及装置，属于交直流配电网调度技术领域。
背景技术
相对于传统配电网，通过直流配电网将光伏直接接入直流侧将节省大量的换流环节，提升能量利用率；此外，换流站能够灵活提供无功支撑，协调换流站的无功补偿，可以确保配电系统的安全运行。
近年来，由于储能装置考虑先进绝热压缩空气储能(Advanced AdiabaticCompressed Air Energy Storage，AA-CAES)，AA-CAES具有容量大、寿命长、无污染、成本低等优点，该储能装置已成为目前最具发展潜力的物理储能技术之一，受到了学术界和工业界的广泛关注。现有技术中并没有包含该储能装置的交直流配电网的成熟的调度控制方法，无法保证包含该储能装置的交直流配电网可靠、稳定的运行。
发明内容
本发明的目的在于提供一种多时间尺度交直流配电网调度方法及装置，用以解决现有技术无法保证包含AA-CAES储能装置的交直流配电网可靠、稳定的运行的问题。
为实现上述目的，本发明提出一种多时间尺度交直流配电网调度方法，包括以下步骤：
获取光伏、柔性负荷的短期预测值和超短期预测值；
将光伏、柔性负荷的短期预测值输入至预先建立的日前调度模型，得到日前调度结果，日前调度结果包括燃气轮机的启停状态、AA-CAES装置的运行工况和柔性负荷的调度计划；
将所述日前调度结果和光伏、柔性负荷的超短期预测值输入至预先建立的实时调度模型，得到实时调度结果，通过实时调度结果对交直流配电网进行调度；
所述日前调度模型包括日前调度的目标函数和约束条件；所述日前调度的目标函数是以日前调度中燃气轮机运行能耗、日前调度中废弃光伏等效能耗和日前调度中柔性负荷等效调度能耗之和最小的日前目标函数；日前调度的约束条件包括线性化的Distflow支路的日前潮流约束、燃气轮机调度运行的日前约束、AA-CAES装置调度运行的日前约束以及柔性负荷调度运行的日前约束；
所述实时调度模型包括实时调度的目标函数和约束条件；所述实时调度的目标函数是以实时调度中燃气轮机运行能耗、实时调度中废弃光伏等效能耗和实时调度中柔性负荷等效调度能耗之和最小的实时目标函数；实时调度的约束条件包括线性化的Distflow支路的实时潮流约束、燃气轮机调度运行的实时约束、AA-CAES装置调度运行的实时约束；
交直流配电网包括直流配电网、交流配电网和换流站；直流配电网包括光伏配电和直流负荷，交流配电网包括燃气轮机、AA-CAES装置以及交流负荷，直流负荷和交流负荷统称为柔性负荷。
另外，本发明还提出一种多时间尺度交直流配电网调度装置，包括：
获取模块，用于获取光伏、柔性负荷的短期预测值和超短期预测值；
第一处理模块，用于将光伏、柔性负荷的短期预测值输入至预先建立的日前调度模型，得到日前调度结果，日前调度结果包括燃气轮机的启停状态、AA-CAES装置的运行工况和柔性负荷的调度计划；
第二处理模块，用于将所述日前调度结果和光伏、柔性负荷的超短期预测值输入至预先建立的实时调度模型，得到实时调度结果；
调度模块，用于通过实时调度结果对交直流配电网进行调度；
所述日前调度模型包括日前调度的目标函数和约束条件；所述日前调度的目标函数是以日前调度中燃气轮机运行能耗、日前调度中废弃光伏等效能耗和日前调度中柔性负荷等效调度能耗之和最小的日前目标函数；日前调度的约束条件包括线性化的Distflow支路的日前潮流约束、燃气轮机调度运行的日前约束、AA-CAES装置调度运行的日前约束以及柔性负荷调度的日前约束；
所述实时调度模型包括实时调度的目标函数和约束条件；所述实时调度的目标函数是以实时调度中燃气轮机运行能耗、实时调度中废弃光伏等效能耗和实时调度中柔性负荷等效调度能耗之和最小的实时目标函数；实时调度的约束条件包括线性化的Distflow支路的实时潮流约束、燃气轮机调度运行的实时约束、AA-CAES装置调度运行的实时约束；
交直流配电网包括直流配电网、交流配电网和换流站；直流配电网包括光伏配电和直流负荷，交流配电网包括燃气轮机、AA-CAES装置以及交流负荷，直流负荷和交流负荷统称为柔性负荷。
有益效果是：本发明面向交直流配电网运行场景，考虑AA-CAES储能装置、柔性负荷、光伏和燃气轮机的协调互动，提出交直流配电网的日前、实时协调调度模型，实现多时间尺度协调调度，AA-CAES储能装置、柔性负荷、燃气轮机的协调互动，将提高交直流配电网运行灵活稳定性，提高交直流配电网可再生能源消纳能力，降低运行能耗的效果，为电网安全、稳定、经济运行提供指导。
进一步的，上述多时间尺度交直流配电网调度方法及装置中，日前目标函数为：
其中，
为日前调度中燃气轮机运行能耗；
为日前调度中废弃光伏等效能耗；
为日前调度中柔性负荷等效能耗；t为时刻；T为日前调度时间段内的取点数量；NTG为燃气轮机数量；NPV为光伏电站数量；NDR为参与IDR的柔性负荷节点数量；bTG,m为燃气轮机m的燃料系数；PTG,m,t为燃气轮机m在t时刻的出力大小；cCur为废弃光伏等效能耗系数；ΔPCur,n,t为t时刻光伏电站n的配电网弃光量；cDR为通过IDR调度柔性负荷的等效能耗系数；
为t时刻柔性负荷节点q的增负荷量；
为t时刻柔性负荷节点q的减负荷量。
进一步的，上述多时间尺度交直流配电网调度方法及装置中，实时目标函数为：
其中，
为实时调度中燃气轮机运行能耗；
为实时调度中废弃光伏等效能耗；CTL为实时调度中柔性负荷等效能耗；t为时刻；T′为实时调度时间段内的取点数量；NTG为燃气轮机数量；NPV为光伏电站数量；bTG,m为燃气轮机m的燃料系数；P′TG,m,t为燃气轮机m在t时刻的出力大小；cCur为废弃光伏等效能耗系数；ΔP′Cur,n,t为t时刻光伏电站n的配电网弃光量。
进一步的，上述多时间尺度交直流配电网调度方法及装置中，线性化的Distflow支路的日前潮流约束包括功率平衡约束、系统安全约束；功率平衡约束包括交流配电网的潮流约束、直流配电网的功率平衡约束以及VSC系统潮流模型约束；系统安全约束包括电压安全约束、潮流安全约束和备用约束。
进一步的，上述多时间尺度交直流配电网调度方法及装置中，燃气轮机调度运行的日前约束包括燃气轮机出力上下限约束、爬坡约束、最小持续运行/停运时间约束。
进一步的，上述多时间尺度交直流配电网调度方法及装置中，AA-CAES装置调度运行的日前约束包括压缩功率上下限约束、发电功率上下限约束、运行工况约束、储能容量上下限约束。
进一步的，上述多时间尺度交直流配电网调度方法及装置中，柔性负荷调度运行的日前约束包括负荷的转移量上下限约束、转入转出量平衡约束和单日总转移量上限约束。
进一步的，上述多时间尺度交直流配电网调度方法及装置中，燃气轮机调度运行的实时约束包括燃气轮机出力上下限约束、爬坡约束。
进一步的，上述多时间尺度交直流配电网调度方法及装置中，AA-CAES装置调度运行的实时约束包括压缩功率上下限约束、发电功率上下限约束、储能容量上下限约束。
附图说明
图1为本发明交直流配电网结构示意图；
图2为本发明交直流配电网日前-实时调度模型示意图；
图3为本发明直流配电网示意图；
图4为本发明光伏及负荷短期预测曲线示意图；
图5为本发明光伏及负荷超短期预测曲线示意图；
图6为本发明常规机组日前调度的出力示意图；
图7为本发明CAES电站及TL日前调度结果曲线示意图；
图8为本发明日前调度弃光量曲线示意图；
图9为本发明常规机组实时调度的出力曲线示意图；
图10为本发明CAES电站实时调度结果示意图；
图11为本发明实时弃光量曲线示意图。
具体实施方式
多时间尺度交直流配电网调度方法实施例：
本实施例提出的多时间尺度交直流配电网调度方法是基于如图1所示的简化的交直流配电系统(即交直流配电网)，交直流配电网包括直流配电网、交流配电网和VSC换流站；直流配电网包括光伏配电和直流负荷，交流配电网包括燃气轮机、AA-CAES装置以及交流负荷，其中TG为燃气轮机，PV为光伏，CAES为AA-CAES装置，也即压缩空气储能，并假设交直流负荷均能够参与IDR(激励性需求响应Incentive Demand Response)。
多时间尺度交直流配电网调度方法包括以下步骤：
建立如图2所示的双时间尺度的调度模型(日前-实时调度模型，该模型为预先建立好的，每次调度时输入相应的参数即可)，交直流配电网日前-实时调度模型包括：
日前调度模型，包括日前调度的目标函数和约束条件；
实时调度模型，包括实时调度的目标函数和约束条件；
获取光伏和负荷的短期预测值和超短期预测值；
日前调度每24小时执行一次，单位调度时长为15分钟，调度时间窗为24小时；基于光伏和负荷的短期预测数据，根据日前调度模型制定柔性负荷的调度计划(即调度结果)、燃气轮机的启停计划(即启停状态)和AA-CAES装置的机组状态计划(即运行工况)。由于燃气轮机通常需要20分钟左右的开机时间，AA-CAES装置需要15分钟左右的工况转换时间，因此，日前调度完成后，在实时调度阶段不考虑调整燃气轮机和AA-CAES装置的启停状态和运行工况。此外，考虑到用户用电满意度，柔性负荷通常需要在长时间范围内进行统筹调度，以满足用电负荷的转移要求，因此，考虑柔性负荷调度结果在日前调度中制定后，不能够在实时调度中进行修改。
实时调度每15分钟执行一次，单位调度时长为5分钟，调度时间窗为1小时；基于光伏超短期预测值和日前调度制定柔性负荷的即调度结果、燃气轮机的启停状态、AA-CAES装置的运行工况，根据实时调度模型制定调度结果，调度结果包括燃气轮机的出力计划、AA-CAES装置出力计划、换流站无功支撑计划和弃光计划，通过实时调度制定的调度结果对交直流配电网进行调度。
日前-实时调度模型主要为最小化交直流配电网的运行能耗。其中，为了提升光伏消纳率，在目标函数中考虑了弃光等效能耗。此外，光伏和AA-CAES装置在发电过程中均不消耗额外的燃料，因此不计其运行能耗。日前调度的目标函数表示如下：
其中，
为日前调度中燃气轮机运行能耗；
为日前调度中废弃光伏等效能耗；
为日前调度中柔性负荷等效能耗；t为时刻；T为日前调度时间段内的取点数量，一般取值为96；NTG为燃气轮机数量；NPV为光伏电站数量；NDR为参与IDR的柔性负荷节点数量；bTG,m为燃气轮机m的燃料系数；PTG,m,t为燃气轮机m在t时刻的出力大小；cCur为废弃光伏等效能耗系数；ΔPCur,n,t为t时刻光伏电站n的配电网弃光量；cDR为通过IDR调度柔性负荷的等效能耗系数；
为t时刻柔性负荷节点q的增负荷量；
为t时刻柔性负荷节点q的减负荷量。
日前调度约束包括：线性化的Distflow支路的日前潮流约束、燃气轮机调度运行的日前约束、AA-CAES装置调度运行的日前约束以及柔性负荷调度的日前约束。
线性化的Distflow支路的日前潮流约束包括功率平衡约束、系统安全约束，功率平衡约束包括交流配电网的潮流约束、直流配电网部分的功率平衡约束以及VSC系统潮流模型约束；系统安全约束包括电压安全约束、潮流安全约束和备用约束。
功率平衡约束用于保证交直流配电网内各柔性负荷节点的发电量和负荷量时刻平衡，对于如图1所示的辐射状的交直流配电网，可采用线性化的Distflow支路潮流模型表示交直流配电网的潮流分布，其中，交流配电网的潮流约束如下：
Pjk,t＝Pij,t-Pj,t；
Qjk,t＝Qij,t-Qj,t；
式中，i、j、k均表示柔性负荷节点编号；Pij,t和Qij,t分布为支路ij的有功功率和无功功率；Pj,t和Qj,t分别为t时刻自j节点流出的有功和无功功率；Pjk,t和Qjk,t分别为t时刻自j节点流向k节点的有功功率和无功功率；rij和xij分布为支路ij的电阻和电抗；Vj,t为节点j在t时刻的电压；Vi,t为节点i在t时刻的电压；Vac,0表示交流配网额定电压；j的上标表示在节点j上的调度资源，
和
分别为t时刻节点j上负荷的有功和无功需求；
分别为t时刻在j节点的负荷增量、负荷减量；
为t时刻在j节点的燃气轮机发电量；
分别为t时刻在j节点的光伏电站配电网弃光量；
分别为t时刻在节点j上光伏电站的有功、无功输出功率；
和
分别表示t时刻在j节点上的AA-CAES电站的发电功率和压缩功率；
为光伏的功率因数角，本文设定光伏电站的运行方式为定功率因数控制。
直流配电网部分的功率平衡约束如图3所示(图3中0,1，i，j，k表示直流负荷的节点)，包括：
式中，下标dc表示直流配电网；
为t时刻从直流配电网节点j流向直流配电网节点k的有功功率；
为t时刻从直流配电网节点i流向直流配电网节点j的有功功率；
为直流配电网的流出或流入功率；
为直流配电网节点i的电压，
为直流配电网节点j的电压；
为直流配电网支路ij的电阻；Vdc,0为直流配电网额定电压；
分别为t时刻在直流配电网节点j的直流有功负荷需求量、光伏电站发电量、光伏电站弃光功率。
VSC换流站模型可以等效为一个电阻为RVSC、电抗为XVSC的支路，系统潮流模型类似交流线路模型，但需要额外考虑VSC系统潮流模型约束，包括：
其中，PVSC,i,t为t时刻自换流站i交流测流入的单相有功功率，
为时刻自换流站i直流侧流出的直流有功功率；VVSC,i,t为t时刻换流站交流测所连接配电网节点i的相电压幅值，
为t时刻换站站直流侧所连接配电网节点i的电压幅值。
电压安全约束表示如下：
Vi,min≤Vi,t≤Vi,max；
Vdc,i,min≤Vdc,i,t≤Vdc,i,max；
VVSC,i,min≤VVSC,i,t≤VVSC,i,max；
式中，Vi,min、Vi,max分别为配电网交流节点i的相电压幅值上限值和下限值；Vdc,i,max和Vdc,i,min分别为直流节点i的电压上限和下限；VVSC,i,max和VVSC,i,min分别为VSC换流站节点i的电压上限和下限。
采用Distflow线性化的潮流安全约束用以圆内接正十二变形近似原本的圆形约束区域，具体可写作如下：
αwPij,t+βwQij,t≤δwSij,max；
式中，Sij,max为直流线路ij的最大传输容量,αw、βw和δw为线性化载流量约束的系数。
备用约束表示如下：
式中，PTG,m,max为燃气轮机m的最大出力；PTG,m,t为燃气轮机m在t时刻的出力；Pg,max为上级电网的传输功率上限；Pg,t为t时刻从上级电网传输的功率；PCAESg,max和PCAESc,min分别为AA-CAES装置的最大发电功率和最小压缩功率；uCAESg,t和uCAESc,t分别为用于表示AA-CAES装置处于发电工况和压缩工况的二进制变量；RL和RPV分别为预留给柔性负荷和光伏电站的备用。
燃气轮机调度运行的日前约束包括：燃气轮机出力上下限约束、爬坡约束、最小持续运行/停运时间约束，分别表示如下：
PTG,m,minuTG,m≤PTG,m,t≤PTG,m,maxuTG,m；
|PTG,m,t-PTG,m,t-1|≤rTG,mΔt15；
式中，uTG,m为用于表示燃气轮机m运行状态的二进制变量；PTG,m,min为燃气轮机m最小出力；rTG,m为燃气轮机m的爬坡/滑坡速度；Δt15为日前调度的单位调度时长；
和
分别为燃气轮机m在t时段的持续运行/停运时间；
和
分别为燃气轮机m的最小持续运行/停运时间。
AA-CAES装置调度运行的日前约束包括：压缩功率上下限约束、发电功率上下限约束、运行工况约束、储能容量上下限约束，分别表示为：
PCAESg,minuCAESg,t≤PCAESg,t≤PCAESg,maxuCAESg,t；
PCAESc,minuCAESc,t≤PCAESc,t≤PCAESc,maxuCAESc,t；
uCAESg,t+uCAESc,t≤1；
式中，uCAESg,t为t时刻AA-CAES装置的发电状态0、1变量，其值为1时表示AA-CAES处于发电工况，为0时表示AA-CAES未处于发电工况；uCAESc,t为t时刻AA-CAES装置的压缩状态0、1变量，其值为1时表示AA-CAES处于压缩工况，为0时表示AA-CAES未处于压缩工况；PCAESg,t和PCAESc,t分别为t时段AA-CAES装置的发电功率和压缩功率；PCAESg,min和PCAESg,min分别为AA-CAES装置的最小发电功率和最大发电功率；PCAESc,min和PCAESc,max分别为AA-CAES装置的最小压缩功率和最大压缩功率；QCAES,t和QCAES,t-1分别为AA-CAES装置在t时段和t-1时段的储能容量；kg和kc分别为压缩和发电过程中的储能系数，两系数的比值与AA-CAES装置效率相关；QCAES,min和QCAES,max分别为AA-CAES装置的最小和最大储能容量。
柔性负荷调度的日前约束包括：负荷的转移量上下限约束、转入转出量平衡约束和单日总转移量上限约束，分别表示如下：
式中，
和
分别为节点j上负荷转入量下限和上限；
为柔性负荷节点j在t时刻的正向负荷调度状态0、1变量，其值为1时表示在柔性负荷节点j进行了正向的负荷调度，为0时表示没有在柔性负荷节点j进行正向的负荷调度；
为柔性负荷节点j在t时刻的负向负荷调度状态0、1变量，其值为1时表示在柔性负荷节点j进行了负向的负荷调度，为0时表示没有在柔性负荷节点j进行负向的负荷调度；
和
分别为节点j上可转移负荷的负荷转出量下限和上限；
表示负荷的单日转移量上限；t为时刻，96为日前调度时间段内的取点数量。
实时调度的目标函数同样是最小化交直流配电网的运行能耗：
其中，
为实时调度中燃气轮机运行能耗；
为实时调度中废弃光伏等效能耗；t为时刻；T′为实时调度时间段内的取点数量，这里取值为288；NTG为燃气轮机数量；NPV为光伏电站数量；bTG,m为燃气轮机m的燃料系数；P′TG,m,t为燃气轮机m在t时刻的出力大小；cCur为废弃光伏等效能耗系数；ΔP′Cur,n,t为t时刻光伏电站n的配电网弃光量；CTL为实时调度中柔性负荷等效能耗，该部分能耗已经在日前调度中确定，为保证用户用电满意度的需求，在实时调度中不再进行变动，因此该部分调度能耗保持恒定。
实时调度阶段的约束条件包括：功率平衡约束、系统安全约束、燃气轮机约束、AA-CAES装置约束。其中实时调度阶段的功率平衡约束和系统安全约束表达式与日前调度阶段的对应约束相同。但需要说明的是，实时调度阶段，由于负荷和光伏的超短期预测误差明显小于其短期预测误差，因此，为负荷和光伏的预留的备用量明显降低。
由于实时调度阶段不改变燃气轮机启停状态和AA-CAES装置的运行工况，因此，燃气轮机实时调度约束包括：出力上下限约束和爬坡约束，其表达式与日前调度的对应约束表达式类似；AA-CAES装置约束包括：压缩功率上下限约束、发电功率上下限约束和储能容量上下限约束，其表达式与日前调度的对应约束表达式类似，在此不做赘述。
为验证本发明的有效性，基于图1所示的系统包含2台常规机组、1座CAES电站和1座光伏发电厂，可转移负荷按交流负荷比例接在节点1、2(图1中0表示配电网与上级输电网耦合的联络节点，1和2表示交流负荷的节点，3和4表示直流负荷的节点)上。传输线参数参考了IEEE 33节点标准配电网系统数据。采用德国Huntorf CAES电站的运行数据作为算例系统中CAES电站调度参数的参考数据，并根据系统总负荷量进行一定比例的缩减。1号节点和2号节点上所接常规机组容量比为10：9，因此对应地假设1号和2号节点上的负荷分别为交流总负荷的52.63％和47.37％。调度中，假设可转移负荷的可转移时间段为0:00～10:00和20:00～24:00；单位时间段的最小和最大负荷转移量为12.5MW和50MW；单日可转移总量为400MW.h；单位负荷转入/转出等效天然气能耗系数均为18.64m3/MW.h。
如图4、图5所示，分别是光伏及负荷短期预测曲线和超短期预测曲线示意图，两台常规机组的调度参数见表1。
表一 常规机组的调度参数
| 常规机组1 | 常规机组2 | |
| 最大有功出力/MW | 240 | 120 |
| 最小有功出力/MW | 40 | 20 |
| 最大无功出力/MW | 144 | 72 |
| 最小无功出力/MW | 24 | 12 |
| 爬坡速率/(MW/min) | 1 | 1 |
| 线性耗量参数b/(m<sup>3</sup>/MW.h) | 7.41 | 7.19 |
| 固定耗量参数/m<sup>3</sup> | 9.31 | 8.95 |
需要说明的是，由于所选配电网规模较小，在选取预测数据时，认为各节点用户的负荷行为保持一致，负荷曲线趋势保持一致。图4、图5中时间对应的是日前和实时的调度时段，其中日前每15分钟取一点进行计算，共96点；实时每5分钟取一点进行计算，共288点。从图4、图5可以明显看出，在光伏出力高峰期，光伏出力大于系统负荷总量，如果不引入CAES装置(也即CAES电站)或可转移负荷等调度资源，系统将出现严重弃光。
如图6、图7、图8所示，分别是本发明实施例的常规机组日前调度出力曲线、CAES电站及TL日前调度(TL为可转移负荷)结果曲线以及弃光量曲线(也即废弃光伏等效能耗曲线)，代表了本发明日前调度的结果。
图6为常规机组日前调度的出力曲线。由图6可知，由于各交流节点的常规机组与负荷进行了匹配，常规机组出力曲线的趋势大致与负荷曲线保持一致。图6中，接于交流节点1处的TG为G1，接于交流节点2处的TG为G2。机组G1计及固定发电能耗后，其单位发电能耗低于机组G2，且由于其出力上限较高，以及1号交流节点本地负荷比例较高，故而G1承担了主要的发电任务，在其出力高峰时期，出力值一定程度超出了对应时段1号节点的负荷水平。参考线路潮流计算结果，G1出力中一部分也供给给了2号节点的交流负荷。
图7为CAES电站及TL日前调度结果曲线示意图。由图7可知，CAES电站出力值为正代表工作于发电状态，出力值为负代表工作于压缩即充电状态；可转移负荷值为负时负荷削减，等效为可转移负荷出力为正，反之可转移负荷值为正时负荷增加，等效为可转移负荷出力为负，可以看出可转移负荷的工作行为有一定的储能性质。CAES电站及TL主要在系统净负荷量较大时进行正出力，而在光伏出力较高，系统净负荷值较小或为负时，主要进行负出力，为消纳系统光伏提供帮助。在本实施例中，CAES的工作状态进行了较频繁的变化。技术上而言，CAES电站爬坡速度较快，可以快速地响应系统负荷的改变，但频繁地启停会损伤CAES机组，降低其使用寿命，在后续研究中可以进一步对此进行约束，优化CAES电站的运行工况切换。
图8为本发明日前调度的弃光量曲线示意图，分析图8曲线及其数据，可以看出系统弃光量在时间分布趋势上基本与光伏出力值保持一致，且弃光水平较高。总体而言，计及CAES压缩和TL转移后，系统的负荷量峰值大致与光伏出力峰值持平。弃光出现的原因主要有两点：一是光伏出力与系统负荷峰值有偏移，系统净负荷水平较低；二是在光伏电站侧潮流约束下，光伏电站发电的外送受到了严重的限制，这也是本系统中弃光量产生的主要原因。
图9为本发明实时调度的常规机组出力曲线示意图；图10为本发明实时调度的CAES电站实时调度结果；图11为本发明实时调度的实时弃光量曲线示意图。在实时调度中，使用了日前调度的如下结果：常规机组启停状态，CAES电站运行工况，各时段可转移负荷调度量。由图9、图10和图11可知，在日前调度的基础上进行实时调度，使得各调度资源的调度结果与日前调度结果趋势一致，在其基础上进行了一定的调整。
本发明日前调度和实时调度能耗参数对比如表二所示：
表二 日前调度和实时调度能耗参数对比
对表2数据进行分析，实时调度中系统常规机组运行能耗较日前调度中有15％的削减，这与系统负荷的改变有关。而从弃光这一角度分析，实时调度的弃光等效能耗较日前调度提升了7.96％，这主要是由于：当可转移负荷和CAES的运行工况均只在日前调度下进行优化配置时，日前调度资源变的更为丰富，因而日前调度阶段的总能耗在一定程度上得到削减，但是，这也使得实时调度阶段的功率调节灵活性降低，因而可能会导致在系统弃光量增加，致使系统每日总运行能耗增加。综上所述，本发明所提出的包含压缩空气储能的多时间尺度交直流配电网优化调度方法具备有效性及合理性。
多时间尺度交直流配电网调度装置实施例：
基于同一发明构思，本发明还提出了一种多时间尺度交直流配电网调度装置，该装置解决技术问题的原理与一种多时间尺度交直流配电网调度方法类似，重复之处不再赘述。
本实施例提出的多时间尺度交直流配电网调度装置，包括：
获取模块，用于获取光伏、柔性负荷的短期预测值和超短期预测值；
第一处理模块，用于将光伏、柔性负荷的短期预测值输入至预先建立的日前调度模型，得到日前调度结果，日前调度结果包括燃气轮机的启停状态、AA-CAES装置的运行工况和柔性负荷的调度计划；
第二处理模块，用于将所述日前调度结果和光伏、柔性负荷的超短期预测值输入至预先建立的实时调度模型，得到实时调度结果；
调度模块，用于通过实时调度结果对交直流配电网进行调度；
所述日前调度模型包括日前调度的目标函数和约束条件；所述日前调度的目标函数是以燃气轮机运行能耗、废弃光伏等效能耗和柔性负荷等效调度能耗之和最小的日前目标函数；日前调度的约束条件包括线性化的Distflow支路的日前潮流约束、燃气轮机调度运行的日前约束、AA-CAES装置调度运行的日前约束以及柔性负荷调度的日前约束；
所述实时调度模型包括实时调度的目标函数和约束条件；所述实时调度的目标函数是以燃气轮机运行能耗、废弃光伏等效能耗和柔性负荷等效调度能耗之和最小的实时目标函数；实时调度的约束条件包括线性化的Distflow支路的实时潮流约束、燃气轮机调度运行的实时约束、AA-CAES装置调度运行的实时约束；
交直流配电网包括直流配电网、交流配电网和换流站；直流配电网包括光伏配电和直流负荷，交流配电网包括燃气轮机、AA-CAES装置以及交流负荷，直流负荷和交流负荷统称为柔性负荷。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
需要强调的是，本发明所述的实施例是说明性的，而不是限定性的，因此本发明包括并不限于具体实施方式中所述的实施例，凡是由本领域技术人员根据本发明的技术方案得出的其他实施方式，同样属于本发明保护的范围。
Claims (10)
1.一种多时间尺度交直流配电网调度方法，其特征在于，包括以下步骤：
获取光伏、柔性负荷的短期预测值和超短期预测值；
将光伏、柔性负荷的短期预测值输入至预先建立的日前调度模型，得到日前调度结果，日前调度结果包括燃气轮机的启停状态、AA-CAES装置的运行工况和柔性负荷的调度计划；
将所述日前调度结果和光伏、柔性负荷的超短期预测值输入至预先建立的实时调度模型，得到实时调度结果；
通过实时调度结果对交直流配电网进行调度；
所述日前调度模型包括日前调度的目标函数和约束条件；所述日前调度的目标函数是以日前调度中燃气轮机运行能耗、日前调度中废弃光伏等效能耗和日前调度中柔性负荷等效调度能耗之和最小的日前目标函数；日前调度的约束条件包括线性化的Distflow支路的日前潮流约束、燃气轮机调度运行的日前约束、AA-CAES装置调度运行的日前约束以及柔性负荷调度的日前约束；
所述实时调度模型包括实时调度的目标函数和约束条件；所述实时调度的目标函数是以实时调度中燃气轮机运行能耗、实时调度中废弃光伏等效能耗和实时调度中柔性负荷等效调度能耗之和最小的实时目标函数；实时调度的约束条件包括线性化的Distflow支路的实时潮流约束、燃气轮机调度运行的实时约束、AA-CAES装置调度运行的实时约束；
交直流配电网包括直流配电网、交流配电网和换流站；直流配电网包括光伏配电和直流负荷，交流配电网包括燃气轮机、AA-CAES装置以及交流负荷，直流负荷和交流负荷统称为柔性负荷。
2.根据权利要求1所述的多时间尺度交直流配电网调度方法，其特征在于，所述日前目标函数为：
其中，
为日前调度中燃气轮机运行能耗；
为日前调度中废弃光伏等效能耗；
为日前调度中柔性负荷等效能耗；t为时刻；T为日前调度时间段内的取点数量；NTG为燃气轮机数量；NPV为光伏电站数量；NDR为参与IDR的柔性负荷节点数量；bTG,m为燃气轮机m的燃料系数；PTG,m,t为燃气轮机m在t时刻的出力大小；cCur为废弃光伏等效能耗系数；ΔPCur,n,t为t时刻光伏电站n的配电网弃光量；cDR为通过IDR调度柔性负荷的等效能耗系数；
为t时刻柔性负荷节点q的增负荷量；
为t时刻柔性负荷节点q的减负荷量。
3.根据权利要求1所述的多时间尺度交直流配电网调度方法，其特征在于，所述实时目标函数为：
其中，
为实时调度中燃气轮机运行能耗；
为实时调度中废弃光伏等效能耗；CTL为实时调度中柔性负荷等效能耗；t为时刻；T′为实时调度时间段内的取点数量；NTG为燃气轮机数量；NPV为光伏电站数量；bTG,m为燃气轮机m的燃料系数；P′TG,m,t为燃气轮机m在t时刻的出力大小；cCur为废弃光伏等效能耗系数；ΔP′Cur,n,t为t时刻光伏电站n的配电网弃光量。
4.根据权利要求1或2或3所述的多时间尺度交直流配电网调度方法，其特征在于，线性化的Distflow支路的日前潮流约束包括功率平衡约束、系统安全约束；功率平衡约束包括交流配电网的潮流约束、直流配电网的功率平衡约束以及VSC系统潮流模型约束；系统安全约束包括电压安全约束、潮流安全约束和备用约束。
5.根据权利要求1或2或3所述的多时间尺度交直流配电网调度方法，其特征在于，燃气轮机调度运行的日前约束包括燃气轮机出力上下限约束、爬坡约束、最小持续运行/停运时间约束。
6.根据权利要求1或2或3所述的多时间尺度交直流配电网调度方法，其特征在于，AA-CAES装置调度运行的日前约束包括压缩功率上下限约束、发电功率上下限约束、运行工况约束、储能容量上下限约束。
7.根据权利要求1或2或3所述的多时间尺度交直流配电网调度方法，其特征在于，柔性负荷调度的日前约束包括负荷的转移量上下限约束、转入转出量平衡约束和单日总转移量上限约束。
8.根据权利要求5所述的多时间尺度交直流配电网调度方法，其特征在于，燃气轮机调度运行的实时约束包括燃气轮机出力上下限约束、爬坡约束。
9.根据权利要求6所述的多时间尺度交直流配电网调度方法，其特征在于，AA-CAES装置调度运行的实时约束包括压缩功率上下限约束、发电功率上下限约束、储能容量上下限约束。
10.一种多时间尺度交直流配电网调度装置，其特征在于，包括：
获取模块，用于获取光伏、柔性负荷的短期预测值和超短期预测值；
第一处理模块，用于将光伏、柔性负荷的短期预测值输入至预先建立的日前调度模型，得到日前调度结果，日前调度结果包括燃气轮机的启停状态、AA-CAES装置的运行工况和柔性负荷的调度计划；
第二处理模块，用于将所述日前调度结果和光伏、柔性负荷的超短期预测值输入至预先建立的实时调度模型，得到实时调度结果；
调度模块，用于通过实时调度结果对交直流配电网进行调度；
所述日前调度模型包括日前调度的目标函数和约束条件；所述日前调度的目标函数是以日前调度中燃气轮机运行能耗、日前调度中废弃光伏等效能耗和日前调度中柔性负荷等效调度能耗之和最小的日前目标函数；日前调度的约束条件包括线性化的Distflow支路的日前潮流约束、燃气轮机调度运行的日前约束、AA-CAES装置调度运行的日前约束以及柔性负荷调度的日前约束；
所述实时调度模型包括实时调度的目标函数和约束条件；所述实时调度的目标函数是以实时调度中燃气轮机运行能耗、实时调度中废弃光伏等效能耗和实时调度中柔性负荷等效调度能耗之和最小的实时目标函数；实时调度的约束条件包括线性化的Distflow支路的实时潮流约束、燃气轮机调度运行的实时约束、AA-CAES装置调度运行的实时约束；
交直流配电网包括直流配电网、交流配电网和换流站；直流配电网包括光伏配电和直流负荷，交流配电网包括燃气轮机、AA-CAES装置以及交流负荷，直流负荷和交流负荷统称为柔性负荷。
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