CN111262282B - 一种考虑收益的分布式能源和用户交直流系统管控方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种考虑收益的分布式能源和用户交直流系统管控方法；包括以下步骤：步骤一，对交直流系统进行初始化，获取初始特征值；步骤二，更新各管控单元的功率值，并与初始特征值进行比较，计算获取各管控单元的敏感度系数；步骤三，根据各管控单元的敏感度系数，结合调度功率和售电/购电信息，生成考虑收益的各管控单元调节指令；本发明通过获取各管控单元的敏感度系数，并结合调度功率和售电/购电信息，有针对性地生成功率调度下考虑收益的各管控单元功率调节指令，能够尽可能地共同分担该调度功率指令，并在保障系统稳定的情况下实现经济运行。

Description

一种考虑收益的分布式能源和用户交直流系统管控方法

技术领域

本发明涉及电力领域，尤其涉及一种考虑收益的分布式能源和用户交直流系统管控方法。

背景技术

大量电动汽车等直流用电设备广泛使用使得直流配电技术快速发展。由于交流设备为现阶段配电网中用电负载的重要形式，直流设备、交流设备长期共存的局面使得交直流配电成为未来配电的重要形式之一。交直流混联系统具备点对点互联或者环网、手拉手、并供及衍生结构等形式，其中，多端互联结构从根本上改变了交流配电网的原有形态和支路连通能力，使系统具备了灵活可控、多样化的可行拓扑结构和良好的网络连通性，为增强电网运行的灵活性和供电可靠性带来了本质性的变革。

其中，直流网中光伏、风电等可再生能源，以及储能系统通常接入直流母线，电动汽车/LED等直流负载可以接入直流母线，当其电压等级与直流母线电压等级不匹配时可以配置DC/DC变换器进行适配。与此同时，电动汽车/LED等直流负载也可以在各换流站处进行集成。当直流负荷增加或者减少，系统将计算产生相应的调度功率来平衡系统的负荷波动，直流母线处储能装置、各换流站这些管控单元可以采取统一管控的方式，通过一定的策略可以分解该调度功率指令、在保障系统稳定的情况下尽可能地实现经济运行。某一个分布式能源和用户交直流系统对应的电气结构如图1所示。其中，某一端换流站采用定直流电压控制，作为主站为直流网提供恒定直流电压支撑；剩余各管控单元采取定有功功率控制，接受功率调度。

变量下标m、s1、s2、dc分别表示主站、管控单元1、管控单元2以及直流母线等效负荷的物理量。U_m、i_m分别表示主站的直流电压、直流电流，U_s1、i_s1、C_s1、P₁分别表示管控单元1的直流电压、直流电流、直流侧电容、当前功率，U_s2、i_s2、C_s2、P₂分别表示管控单元2的直流电压、直流电流、直流侧电容、当前功率，U_dc、i_dc、C_dc、P_dc分别表示直流母线的直流电压、直流电流、直流侧电容、当前功率。r_m，r_s1，r_s2分别为主线路，支路1，支路2阻抗的电阻，L_m，L_s1，L_s2分别为主线路，支路1，支路2阻抗的电抗。分布式能源和用户交直流系统对应的电路满足：

以Δ表示小信号变化量。

分布式能源和用户交直流系统对应的电路以矩阵形式进行表示，则得到系统模型：

dΔx/dt＝AΔx

Δx是系统状态向量，具体为[Δi_m,Δi_s1,Δi_s2,ΔU_dc,ΔU_s1,ΔU_s2]^T，A是系统状态矩阵：

分别为直流母线的直流电压初始值、管控单元1的直流电压初始值、管控单元2的直流电压初始值。

当直流母线负载出现波动时，上级调度机构经过决策，分布式能源和用户交直流系统将收到相应的调度功率来平衡负荷波动，各管控单元可采用智能管控方法，共同分担该调度功率指令，并在保障系统稳定的情况下尽可能地实现经济运行。

现有技术无法协调控制各个管控单元，系统功率分担能力和供电能力较弱，经济收益较低。

发明内容

为了解决以上问题，本发明提出一种考虑收益的分布式能源和用户交直流系统管控方法，填补相关技术空白，应用前景广阔。通过多端之间的协调控制，系统将具有更宽范围的功率分担能力和供电能力，充分利用系统中的管控单元，可以实现系统经济运行，进而推动分布式能源和用户交直流系统技术的快速发展。因此，本发明提出一种考虑收益的分布式能源和用户交直流系统管控方法；包括以下步骤：

步骤一，对交直流系统进行初始化，获取初始特征值；

步骤二，更新各管控单元的功率值，并与初始特征值进行比较，计算获取各管控单元的敏感度系数；

步骤三，根据各管控单元的敏感度系数，结合调度功率和售电/购电信息，生成考虑收益的各管控单元调节指令。

进一步的，所述步骤一中，初始化过程为：

(1.1)建立交直流系统小信号模型dΔx/dt＝AΔx，中Δx是系统状态向量、A是系统状态矩阵；

(1.2)求解A矩阵，获得N个初始特征根，其中第n个初始特征根λ^o _n表示为：

λ^o _n＝σ^o _n+jω^o _n

其中，上标o表示初始值，σ^o _n表示第n个初始特征根的实部，ω^o _n表示第n个初始特征根的虚部,j表示虚数单位；

(1.3)设定σ^o ₁，σ^o ₂，σ^o _n，...，σ^o _N中的最大值为σ^o _max。

进一步的，所述步骤二中，更新各管控单元的功率值，并与初始特征值进行比较，计算获取各管控单元的敏感度系数；具体包括如下步骤：

(2.1)假定系统有J个管控单元，P_j为第j个管控单元的当前功率，P_j，rated为第j个管控单元的额定容量，P_j，ava为第j个管控单元的可用容量，P_com为P_1，rated，…，P_j，rated，…，P_J，rated的公约数，设定F_j为第j个管控单元的标志位，设定m_j为第j个管控单元的敏感度系数，设定f_n为第n个特征根的敏感度系数因子；设定j＝1；

(2.2)P_j＝P_j+P_com，更新系统状态矩阵A，并求解系统状态矩阵A，获得N个特征根，第n个特征根λ_n表示为：λ_n＝σ_n+jω_n；σ_n表示第n个特征根的实部，ω_n表示第n个特征根的虚部,j表示虚数单位；

(2.3)设定σ₁，σ₂，σ_n，...，σ_N中的最大值为σ_max，

如果σ_max>σ^o _max，设置F_j＝1；

从第1个特征根开始判断，直至第N个特征根结束，如果σ_n>σ^o _max，则：

f_n＝1+(σ_n-σ^o _n)/(σ^o _max-σ^o _n)；

否则f_n＝(σ_n-σ^o _n)/(σ^o _max-σ^o _n)；

最后计算m_j＝f₁+…+f_n+…+f_N；

如果σ_max≤σ^o _max，设置F_j＝0；

从第1个特征根开始判断，直至第N个特征根结束，

f_n＝(σ_n-σ^o _n)/(σ^o _max-σ^o _n)；

最后计算m_j＝f₁+…+f_n+…+f_N；

(2.4)如果j＝J则退出步骤二，否则j＝j+1，返回步骤(2.2)。

进一步的，所述步骤三中，根据各管控单元的敏感度系数，结合调度功率和售电/购电信息，生成考虑收益的各管控单元调节指令，具体包括如下步骤：

(3.1)如果发生功率波动，设定分布式能源和用户交直流系统收到相应的调度功率为P，设定临时变量m＝max(m₁，…m_j…m_J)，此时设定d_j表示第j个管控单元的相对灵敏因子，则d_j＝m_j/m；

(3.2)设定P_j，ref表示第j个管控单元的调度调节量，假定B_j表示第j个管控单元的购电成本，设定临时变量B＝max(B₁，…B_j…B_J)，设定b_j表示第j个管控单元的相对购电因子，则b_j＝B_j/B；

假定S_j表示第j个管控单元的售电价格，设定临时变量S＝max(S₁，…S_j…S_J)，设定s’_j表示第j个管控单元的相对售电因子，则s’_j＝S_j/S；

设定kd为相对灵敏因子的占比系数，kb为相对购电因子的占比系数，ks为相对售电因子的占比系数；设定q_j表示第j个管控单元的权重系数；

(3.3)当P≥0时，即系统需要吸收功率，

q_j＝sqrt[(kd*d_j/∑d_j)²+(kb*b_j/∑b_j)²]；

P_j，ref＝min(P*q_j/∑q_j，P_j，ava)；

当P<0时，即系统需要输出功率，

q_j＝sqrt[(1-kd*d_j/∑d_j)²+(ks*s’_j/∑s’_j)²]；

P_j，ref＝max(P*q_j/∑q_j，-P_j，ava)。

有益效果：

本发明通过所提出的一种考虑收益的分布式能源和用户交直流系统管控方法，获取各管控单元的敏感度系数，并结合调度功率和售电/购电信息，有针对性地生成功率调度下考虑收益的各管控单元功率调节指令，能够尽可能地共同分担该调度功率指令，并在保障系统稳定的情况下实现经济运行。

附图说明

图1：分布式能源和用户交直流系统结构图；

图2：本发明的系统管控方法流程框图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅为本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域的普通技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。

本发明提出一种考虑收益的分布式能源和用户交直流系统管控方法，包括以下步骤：

步骤一，对交直流系统进行初始化，获取初始特征值；

步骤二，更新各管控单元的功率值，并与初始特征值进行比较，计算获取各管控单元的敏感度系数；

步骤三，根据各管控单元的敏感度系数，结合调度功率和售电/购电信息，生成考虑收益的各管控单元调节指令。

进一步的，所述步骤一中，初始化过程为：

(1.1)建立交直流系统小信号模型dΔx/dt＝AΔx，中Δx是系统状态向量、A是系统状态矩阵；

(1.2)求解A矩阵，获得N个初始特征根，其中第n个初始特征根λ^o _n表示为：

λ^o _n＝σ^o _n+jω^o _n

其中，上标o表示初始值，σ^o _n表示第n个初始特征根的实部，ω^o _n表示第n个初始特征根的虚部,j表示虚数单位；

(1.3)设定σ^o ₁，σ^o ₂，σ^o _n，…，σ^o _N中的最大值为σ^o _max。

进一步的，所述步骤二中，更新各管控单元的功率值，并与初始特征值进行比较，计算获取各管控单元的敏感度系数；具体包括如下步骤：

(2.1)假定系统有J个管控单元，P_j为第j个管控单元的当前功率，P_j，rated为第j个管控单元的额定容量，P_j，ava为第j个管控单元的可用容量，P_com为P_1，rated，…，P_j，rated，…，P_J，rated的公约数，设定F_j为第j个管控单元的标志位，设定m_j为第j个管控单元的敏感度系数，设定f_n为第n个特征根的敏感度系数因子；设定j＝1；

(2.2)P_j＝P_j+P_com，更新系统状态矩阵A，并求解系统状态矩阵A，获得N个特征根，第n个特征根λ_n表示为：λ_n＝σ_n+jω_n；σ_n表示第n个特征根的实部，ω_n表示第n个特征根的虚部；

(2.3)设定σ₁，σ₂，σ_n，…，σ_N中的最大值为σ_max，

如果σ_max>σ^o _max，设置F_j＝1；

从第1个特征根开始判断，直至第N个特征根结束，如果σ_n>σ^o _max，则：

f_n＝1+(σ_n-σ^o _n)/(σ^o _max-σ^o _n)；

否则f_n＝(σ_n-σ^o _n)/(σ^o _max-σ^o _n)；

最后计算m_j＝f₁+…+f_n+…+f_N；

如果σ_max≤σ^o _max，设置F_j＝0；

从第1个特征根开始判断，直至第N个特征根结束，

f_n＝(σ_n-σ^o _n)/(σ^o _max-σ^o _n)；

最后计算m_j＝f₁+…+f_n+…+f_N；

(2.4)如果j＝J则退出步骤二，否则j＝j+1，返回步骤(2.2)。

进一步的，所述步骤三中，根据各管控单元的敏感度系数，结合调度功率和售电/购电信息，生成考虑收益的各管控单元调节指令，具体包括如下步骤：

(3.1)如果发生功率波动，设定分布式能源和用户交直流系统收到相应的调度功率为P，设定临时变量m＝max(m₁，…m_j…m_J)，此时设定d_j表示第j个管控单元的相对灵敏因子，则d_j＝m_j/m；

(3.2)设定P_j，ref表示第j个管控单元的调度调节量，假定B_j表示第j个管控单元的购电成本，设定临时变量B＝max(B₁，…B_j…B_J)，设定b_j表示第j个管控单元的相对购电因子，则b_j＝B_j/B；

假定S_j表示第j个管控单元的售电价格，设定临时变量S＝max(S₁，…S_j…S_J)，设定s’_j表示第j个管控单元的相对售电因子，则s’_j＝S_j/S；

设定kd为相对灵敏因子的占比系数，kb为相对购电因子的占比系数，ks为相对售电因子的占比系数；设定q_j表示第j个管控单元的权重系数；

(3.3)当P≥0时，即系统需要吸收功率，

q_j＝sqrt[(kd*d_j/∑d_j)²+(kb*b_j/∑b_j)²]；

P_j，ref＝min(P*q_j/∑q_j，P_j，ava)；

当P<0时，即系统需要输出功率，

q_j＝sqrt[(1-kd*d_j/∑d_j)²+(ks*s’_j/∑s’_j)²]；

P_j，ref＝max(P*q_j/∑q_j，-P_j，ava)。

交直流混联系统具备点对点互联或者环网、手拉手、并供及衍生结构等形式，其中，多端互联结构从根本上改变了交流配电网的原有形态和支路连通能力，使系统具备了灵活可控、多样化的可行拓扑结构和良好的网络连通性，为增强电网运行的灵活性和供电可靠性带来了本质性的变革。本发明通过所提出的一种考虑收益的分布式能源和用户交直流系统管控方法，获取各管控单元的敏感度系数，并结合调度功率和售电/购电信息，有针对性地生成功率调度下考虑收益的各管控单元功率调节指令，能够尽可能地共同分担该调度功率指令，并在保障系统稳定的情况下实现经济运行。

尽管上面对本发明说明性的具体实施方式进行了描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，且应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。

Claims (2)

1.一种考虑收益的分布式能源和用户交直流系统管控方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一，对交直流系统进行初始化，获取初始特征值；

步骤二，更新各管控单元的功率值，并与初始特征值进行比较，计算获取各管控单元的敏感度系数；

步骤三，根据各管控单元的敏感度系数，结合调度功率和售电/购电信息，生成考虑收益的各管控单元调节指令；

所述步骤一中，初始化过程为：

(1.1)建立交直流系统小信号模型dΔx/dt＝AΔx，其 中Δx是系统状态向量、A是系统状态矩阵；

(1.2)求解A矩阵，获得N个初始特征根，其中第n个初始特征根λ^o _n表示为：

λ^o _n＝σ^o _n+jω^o _n

其中，上标o表示初始值，σ^o _n表示第n个初始特征根的实部，ω^o _n表示第n个初始特征根的虚部,j表示虚数单位；

(1.3)设定σ^o ₁，σ^o ₂，σ^o _n，…，σ^o _N中的最大值为σ^o _max；

所述步骤二中，更新各管控单元的功率值，并与初始特征值进行比较，计算获取各管控单元的敏感度系数；具体包括如下步骤：

(2.1)假定系统有J个管控单元，P_j为第j个管控单元的当前功率，P_j，rated为第j个管控单元的额定容量，P_j，ava为第j个管控单元的可用容量，P_com为P_1，rated，…，P_j，rated，…，P_J，rated的公约数，设定F_j为第j个管控单元的标志位，设定m_j为第j个管控单元的敏感度系数，设定f_n为第n个特征根的敏感度系数因子；设定j＝1；

(2.2)P_j＝P_j+P_com，更新系统状态矩阵A，并求解系统状态矩阵A，获得N个特征根，第n个特征根λ_n表示为：λ_n＝σ_n+jω_n；σ_n表示第n个特征根的实部，ω_n表示第n个特征根的虚部,j表示虚数单位；

(2.3)设定σ₁，σ₂，σ_n，…，σ_N中的最大值为σ_max，

如果σ_max>σ^o _max，设置F_j＝1；

从第1个特征根开始判断，直至第N个特征根结束，如果σ_n>σ^o _max，则：

f_n＝1+(σ_n-σ^o _n)/(σ^o _max-σ^o _n)；

否则f_n＝(σ_n-σ^o _n)/(σ^o _max-σ^o _n)；

最后计算m_j＝f₁+…+f_n+…+f_N；

如果σ_max≤σ^o _max，设置F_j＝0；

从第1个特征根开始判断，直至第N个特征根结束，

f_n＝(σ_n-σ^o _n)/(σ^o _max-σ^o _n)；

最后计算m_j＝f₁+…+f_n+…+f_N；

(2.4)如果j＝J则退出步骤二，否则j＝j+1，返回步骤(2.2)。

2.根据权利要求1所述的考虑收益的分布式能源和用户交直流系统管控方法，其特征在于：

所述步骤三中，根据各管控单元的敏感度系数，结合调度功率和售电/购电信息，生成考虑收益的各管控单元调节指令，具体包括如下步骤：

(3.1)如果发生功率波动，设定分布式能源和用户交直流系统收到相应的调度功率为P，设定临时变量m＝max(m₁，…m_j…m_J)，此时设定d_j表示第j个管控单元的相对灵敏因子，则d_j＝m_j/m；

(3.2)设定P_j，ref表示第j个管控单元的调度调节量，假定B_j表示第j个管控单元的购电成本，设定临时变量B＝max(B₁，…B_j…B_J)，设定b_j表示第j个管控单元的相对购电因子，则b_j＝B_j/B；

假定S_j表示第j个管控单元的售电价格，设定临时变量S＝max(S₁，…S_j…S_J)，设定s’_j表示第j个管控单元的相对售电因子，则s’_j＝S_j/S；

设定kd为相对灵敏因子的占比系数，kb为相对购电因子的占比系数，ks为相对售电因子的占比系数；设定q_j表示第j个管控单元的权重系数；

(3.3)当P≥0时，即系统需要吸收功率，

q_j＝sqrt[(kd*d_j/∑d_j)²+(kb*b_j/∑b_j)²]；

P_j，ref＝min(P*q_j/∑q_j，P_j，ava)；

当P<0时，即系统需要输出功率，

q_j＝sqrt[(1-kd*d_j/∑d_j)²+(ks*s’_j/∑s’_j)²]；

P_j，ref＝max(P*q_j/∑q_j，-P_j，ava)。

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