CN111327077A - 考虑新能源消纳的分布式能源和用户交直流系统管控方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出考虑新能源消纳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，得到初始特征值；步骤二，基于初始特征值，单调递增各管控单元的功率值，计算获取各管控单元的裕度系数；步骤三，根据各管控单元的裕度系数，生成可再生能源波动下各管控单元的调节指令。本发明依赖分散可控的分布式能源、灵活的直流多端互联拓扑以及精准潮流控制，交直流系统能够提供功率均衡以及动态电压互支持等丰富功能，进而降低可再生能源扰动给系统带来的冲击和影响。

Description

考虑新能源消纳的分布式能源和用户交直流系统管控方法

技术领域

本发明涉及能源电力领域，尤其涉及一种考虑新能源消纳的分布式能源和用户交直流系统管控方法。

背景技术

随着新能源、新材料以及电力电子技术的快速发展与广泛应用，用户对供电质量、可靠性以及运行效率等要求日益提高，现有交流配电网正面临用电需求多样化、分布式可再生能源规模化接入、潮流协调控制复杂化等多方面的巨大挑战。一方面，配电网中用电设备的形态和数量发生了一定变化，大量电动汽车、储能设备、直流照明等直流用电设备广泛使用；另一方面，光伏、燃料电池等分布式能源如果采用直流接入的方式，可以省去变换环节，提高整体的运行效率。直流设备对电源需求的变化，使得发展直流配电技术成为必然。由于交流设备仍是目前配电网中用电负载的主要形式，直流设备的接入会形成未来长时期交直流负载共存的局面，因此交直流混联配电将成为未来配电的一种重要形式。

其中，直流网中可集成光伏、风电等可再生能源，这些可再生能源可以与储能系统、电动汽车/LED等直流负载接入直流母线，当设备电压等级与直流母线电压等级不匹配时可增设DC/DC变换器进行适配。可再生能源也可以在各换流站处进行集成。这些接入点如果可以进行统一管控，则通过一定的策略可以在保障系统稳定的情况下尽可能地进行可再生能源消纳。

可再生能源可以在多个管控单元处接入，同时，各管控单元也可以在可再生能源波动情况下，通过系统智能策略进行统一协调，充分消纳可再生能源。某一个交直流系统对应的电气结构如图1所示。

其中，某一端换流站作为主站，采用定直流电压控制，为直流网提供恒定的直流电压；剩余的管控单元采取定有功功率控制，接受功率调度、实现系统功率潮流的转移与均衡。

分布式能源和用户交直流系统对应的电路满足：

小信号稳定又称小干扰稳定，当扰动造成的影响足够小，可以对系统的模型进行线性化又不影响分析精度。一般以Δ表示小信号变化量。

写成矩阵的形式，即为模型：

dΔx/dt＝AΔx

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

变量下标m、s1、s2、N分别表示主站、管控单元1、管控单元2以及管控单元N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_N、i_N、C_N、P_N分别表示管控单元N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。

分别为管控单元N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。

由于光伏、风电等可再生能源输出功率跟随自然因素的变化，光照、风速存在不确定性，可再生能源输出功率将随机波动，在可再生能源波动情况下，各管控单元可以采用智能管控方法来充分消纳可再生能源，并保障系统稳定运行。

现有技术无法针对性地解决可再生能源波动影响系统稳定性的问题，使各个管控单元相互配合最大化消纳可再生能源。

发明内容

为了解决以上问题，本发明依赖分散可控的分布式能源、灵活的直流多端互联拓扑以及精准潮流控制，交直流系统能够提供功率均衡以及动态电压互支持等丰富功能，进而降低可再生能源扰动给系统带来的冲击和影响。本发明所提出的一种考虑可再生能源消纳的分布式能源和用户交直流系统管控方法，获取各管控单元的裕度系数，并综合考虑可再生能源波动位置，有针对性地赋予可再生能源波动下各管控单元的功率调节指令，能够尽可能地减少可再生能源波动对系统稳定性的影响，且最大化消纳可再生能源。

本发明提出一种考虑新能源消纳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，得到初始特征值；

步骤二，基于初始特征值，单调递增各管控单元的功率值，计算获取各管控单元的裕度系数；

步骤三，根据各管控单元的裕度系数，生成可再生能源波动下各管控单元的调节指令。

进一步的，所述步骤一中，对交直流系统进行初始化过程为：

(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，基于初始特征值，单调递增各管控单元的功率值，计算获取各管控单元的裕度系数，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_2,rated,…,P_j,rated,…,P_J,rated的公约数,设定T_j为第j个管控单元的标志位，设定a_j为第j个管控单元的裕度系数，设定f_n为第n个特征根的裕度系数因子；设定初始的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T_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＝σ_n-σ^o _max+(σ^o _max-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a_j＝f₁+f₂+…+f_n+…+f_N；

如果σ_max≤σ^o _max，设置T_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a_j＝f₁+f₂+…+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，根据各管控单元的裕度系数，生成可再生能源波动下各管控单元的调节指令：

(3.1)如果T₁，…T_j…T_J均为0或者均为1，则取a₁，…a_j…a_J中最大值对应的下标为最灵敏管控单元；否则取T₁，…T_j…T_J中等于1的管控单元中对应的裕度系数中最大值对应的下标为最灵敏管控单元；当确定第i个管控单元为最灵敏管控单元，记录下该i值。

(3.2)如果发生新能源波动，此时发生在第k个管控单元处，则设定临时变量a＝a_k，此时设定d_j表示第j个管控单元的调度因子，则d_j＝a_j/a；

(3.3)设定P_j,ref表示第j个管控单元的调度调节量，可再生能源功率波动值为ΔP，

如果k＝i，则当ΔP大于零时，P_k,ref＝min(ΔP,P_k,ava),其他管控单元P_j,ref＝min((ΔP-P_k,ref)*d_j/∑d_j，P_j,ava)，其中

否则，P_k,ref＝max(ΔP,-P_k,ava),其他管控单元P_j,ref＝max((ΔP-P_k,ref)*d_j/∑d_j，-P_j,ava)，其中

如果k≠i，则当ΔP大于零时，P_j,ref＝min(ΔP*d_j/∑d_j，P_j,ava)；否则，P_j,ref＝max(ΔP*d_j/∑d_j，-P_j,ava)。

进一步的，所述的交直流系统包括：主站、管控单元1、管控单元2……以及管控单元N，主线路，以及多个支路。

有益效果：

本发明依赖分散可控的分布式能源、灵活的直流多端互联拓扑以及精准潮流控制，交直流系统能够提供功率均衡以及动态电压互支持等丰富功能，进而降低可再生能源扰动给系统带来的冲击和影响。本发明通过所提出的一种考虑可再生能源消纳的分布式能源和用户交直流系统管控方法，获取各管控单元的裕度系数，并综合考虑可再生能源波动位置，有针对性地赋予可再生能源波动下各管控单元的功率调节指令，能够尽可能地减少可再生能源波动对系统稳定性的影响，且最大化消纳可再生能源。

附图说明

图1：分布式能源和用户交直流系统结构图；

图2：本发明的系统工作方法流程框图。

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。

本发明提出考虑新能源消纳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，得到初始特征值；

步骤二，基于初始特征值，单调递增各管控单元的功率值，计算获取各管控单元的裕度系数；

步骤三，根据各管控单元的裕度系数，生成可再生能源波动下各管控单元的调节指令。

所述步骤一中，对交直流系统进行初始化过程为：

(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，基于初始特征值，单调递增各管控单元的功率值，计算获取各管控单元的裕度系数，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_2,rated,…,P_j,rated,…,P_J,rated的公约数,设定T_j为第j个管控单元的标志位，设定a_j为第j个管控单元的裕度系数,设定f_n为第n个特征根的裕度系数因子；设定初始的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T_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＝σ_n-σ^o _max+(σ^o _max-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a_j＝f₁+f₂+…+f_n+…+f_N；

如果σ_max≤σ^o _max，设置T_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a_j＝f₁+f₂+…+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)。

所述步骤三中，根据各管控单元的裕度系数，生成可再生能源波动下各管控单元的调节指令：

(3.1)如果T₁，…T_j…T_J均为0或者均为1，则取a₁，…a_j…a_J中最大值对应的下标为最灵敏管控单元；否则取T₁，…T_j…T_J中等于1的管控单元中对应的裕度系数中最大值对应的下标为最灵敏管控单元；当确定第i个管控单元为最灵敏管控单元，记录下该i值；

(3.2)如果发生新能源波动，此时发生在第k个管控单元处，则设定临时变量a＝a_k，此时设定d_j表示第j个管控单元的调度因子，则d_j＝a_j/a；

(3.3)设定P_j,ref表示第j个管控单元的调度调节量，可再生能源功率波动值为ΔP，

如果k＝i，则当ΔP大于零时，P_k,ref＝min(ΔP,P_k,ava),其他管控单元P_j,ref＝min((ΔP-P_k,ref)*d_j/∑d_j，P_j,ava)，其中

否则，P_k,ref＝max(ΔP,-P_k,ava),其他管控单元P_j,ref＝max((ΔP-P_k,ref)*d_j/∑d_j，-P_j,ava)，其中

如果k≠i，则当ΔP大于零时，P_j,ref＝min(ΔP*d_j/∑d_j，P_j,ava)；否则，P_j,ref＝max(ΔP*d_j/∑d_j，-P_j,ava)。

交直流混合的分布式可再生能源系统能够为可再生能源规模化接入和优化运行控制提供有效的技术手段，成为未来电网重要的形态之一。可再生能源消纳是分布式能源和用户交直流系统的重要功能之一，充分利用系统中的管控单元，可以实现可再生能源的充分消纳，进一步提升分布式能源和用户交直流系统的技术发展。因而，本发明提出一种考虑可再生能源消纳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。

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 (5)

1.一种考虑新能源消纳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，得到初始特征值；

步骤二，基于初始特征值，单调递增各管控单元的功率值，计算获取各管控单元的裕度系数；

步骤三，根据各管控单元的裕度系数，生成可再生能源波动下各管控单元的调节指令。

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

所述步骤一中，对交直流系统进行初始化过程为：

(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。

3.根据权利要求1所述的考虑新能源消纳的分布式能源和用户交直流系统管控方法，其特征在于：

所述步骤二中，基于初始特征值，单调递增各管控单元的功率值，计算获取各管控单元的裕度系数，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_2,rated,…,P_j,rated,…,P_J,rated的公约数,设定T_j为第j个管控单元的标志位，设定a_j为第j个管控单元的裕度系数,设定f_n为第n个特征根的裕度系数因子；设定初始的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T_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＝σ_n-σ^o _max+(σ^o _max-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a_j＝f₁+f₂+…+f_n+…+f_N；

如果σ_max≤σ^o _max，设置T_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a_j＝f₁+f₂+…+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)。

4.根据权利要求1所述的考虑新能源消纳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，根据各管控单元的裕度系数，生成可再生能源波动下各管控单元的调节指令：

(3.1)如果T₁，…T_j…T_J均为0或者均为1，则取a₁，…a_j…a_J中最大值对应的下标为最灵敏管控单元；否则取T₁，…T_j…T_J中等于1的管控单元中对应的裕度系数中最大值对应的下标为最灵敏管控单元；当确定第i个管控单元为最灵敏管控单元，记录下该i值；

(3.2)如果发生新能源波动，此时发生在第k个管控单元处，则设定临时变量a＝a_k，此时设定d_j表示第j个管控单元的调度因子，则d_j＝a_j/a；

(3.3)设定P_j,ref表示第j个管控单元的调度调节量，可再生能源功率波动值为ΔP，

如果k＝i，则当ΔP大于零时，P_k,ref＝min(ΔP,P_k,ava),其他管控单元P_j,ref＝min((ΔP-P_k,ref)*d_j/∑d_j，P_j,ava)，其中

否则，P_k,ref＝max(ΔP,-P_k,ava),其他管控单元P_j,ref＝max((ΔP-P_k,ref)*d_j/∑d_j，-P_j,ava)，其中

如果k≠i，则当ΔP大于零时，P_j,ref＝min(ΔP*d_j/∑d_j，P_j,ava)；否则，P_j,ref＝max(ΔP*d_j/∑d_j，-P_j,ava)。

5.根据权利要求1所述的考虑新能源消纳的分布式能源和用户交直流系统管控方法，其特征在于：

所述的交直流系统包括：主站、管控单元1、管控单元2……以及管控单元N，主线路，以及多个支路。

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