CN112072679B

CN112072679B - 一种考虑柔性有功功率约束的源网荷储协调优化方法

Info

Publication number: CN112072679B
Application number: CN202010960389.XA
Authority: CN
Inventors: 黄婧杰; 张志遥; 周任军; 杨洪明
Original assignee: Changsha University of Science and Technology
Current assignee: Changsha University of Science and Technology
Priority date: 2020-09-14
Filing date: 2020-09-14
Publication date: 2022-05-06
Anticipated expiration: 2040-09-14
Also published as: CN112072679A

Abstract

本发明公开了一种考虑柔性有功功率约束的源网荷储协调优化方法，应用于风光火储联合发电系统中，包括：步骤S1：获取风光火储联合发电系统在各个时刻的柔性有功功率，建立系统柔性有功功率平衡模型，同时在所述系统柔性有功功率平衡模型中加入功率不平衡量；步骤S2：利用一次调频特性，得到含有一次调频的系统柔性有功功率平衡模型，同时将所述功率不平衡量转换为对应的系统频率偏差模型；步骤S3：利用二次调频特性，对步骤S2得到的含有一次调频的的系统柔性有功功率平衡模型进行处理，得到含有一次调频和二次调频的柔性有功功率平衡模型等步骤；本发明考虑柔性功率平衡约束，可减少弃风弃光，降低系统运行成本。

Description

一种考虑柔性有功功率约束的源网荷储协调优化方法

技术领域

本发明涉及柔性负荷控制技术领域，更具体的说是涉及一种考虑柔性有功功率约束的源网荷储协调优化方法。

背景技术

目前，风能、太阳能等分布式能源的广泛开发和利用是解决全球化能源和环境问题的有效措施之一，其能降低电力工业对化石能源的依赖并减少温室和污染气体的排放，因而受到世界各国的普遍重视。

但是，由于大规模新能源发电与电力负荷的随机波动性，导致系统中不可避免地产生功率不平衡量，进而影响系统经济调度和频率质量，虽然系统运行中允许频率偏差在一定的范围内波动，只要频率在技术标准范围内，就允许系统运行中存在一定的功率不平衡量和一定的频率偏差，即系统的运行状态存在一定的柔性；利用这一特点，将功率不平衡量和频率偏差作为源网荷储优化的柔性调度资源。只要频率不越限，源网荷储各方的调控范围就可以更灵活更柔性。因此，将功率不平衡量计入功率平衡约束，并且将频率偏差计入不等式约束，从而提出含柔性有功功率平衡约束的源网荷储协调优化模型。

因此，如何提供一种含柔性有功功率平衡约束的源网荷储协调优化方法是本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种考虑柔性有功功率约束的源网荷储协调优化方法，利用功率不平衡量和频率偏差的允许范围，使系统约束得以放宽，运行调控更加灵活。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种考虑柔性有功功率约束的源网荷储协调优化方法，应用于风光火储联合发电系统中，包括：

步骤S1：获取风光火储联合发电系统在各个时刻的柔性有功功率，建立系统柔性有功功率平衡模型，同时在所述系统柔性有功功率平衡模型中加入功率不平衡量；

步骤S2：利用一次调频特性，得到含有一次调频的系统柔性有功功率平衡模型，同时将所述功率不平衡量转换为对应的系统频率偏差模型；

步骤S3：利用二次调频特性，对步骤S2得到的含有一次调频的的系统柔性有功功率平衡模型进行处理，得到含有一次调频和二次调频的柔性有功功率平衡模型；

步骤S4：利用成本目标函数模型、柔性约束以及常规约束条件，对经过步骤S2得到的含有一次调频的系统柔性有功功率平衡模型以及步骤S3得到的含有一次调频和二次调频的系统柔性有功功率平衡模型进行约束，使得运行成本最小，从而制定对应的调度策略，实现优化。

优选的，所述步骤S1中，含有功率不平衡量的系统柔性有功功率平衡模型为：

P_g,t+P_w,t+ΔP_w,t+P_b,t-P_l,t-P_d,t＝ΔP_t(t＝1,...,T) (1)

式中，P_g,t为火电机组的功率，P_w,t为风光新能源的功率，ΔP_w,t为弃风弃光功率，P_b,t为储能系统的功率，P_l,t为常规负荷，P_d,t为需求响应功率，t为调度周期时段，ΔP_t为功率不平衡量。

优选的，所述步骤S2中，系统频率偏差模型为：

ΔP_t＝K_sΔf_t (2)

式中，K_S为系统的单位调节功率，Δf_t为系统的频率偏差；

含有一次调频的系统柔性有功功率平衡模型为：

P_g,t+P_w,t+ΔP_w,t+P_b,t-P_l,t-P_d,t＝K_sΔf_t(t＝1,...,T) (3)

式中，P_g,t为火电机组的功率，P_w,t为风光新能源的功率，ΔP_w,t为弃风弃光功率，P_b,t为储能系统的功率，P_l,t为常规负荷，P_d,t为需求响应功率，t为调度周期时段。

优选的，所述步骤S3中，含有一次调频和二次调频的柔性有功功率平衡模型为：

P_g,t+P_w,t+ΔP_w,t+P_b,t-P_l,t-P_d,t＝ΔP_g,t+K_sΔf_t(t＝1,...,T) (4)

优选的，所述步骤S4中，含有一次调频的系统柔性有功功率平衡模型约束条件为：

含有一次调频和二次调频的系统柔性有功功率平衡模型的约束条件为：

优选的，所述步骤S4中的常规约束条件还包括：需求侧响应约束。

经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种考虑柔性有功功率约束的源网荷储协调优化方法，考虑柔性功率平衡约束，可减少弃风弃光，降低系统运行成本。含柔性有功功率平衡约束的优化模型更深层地利用了系统运行特性，充分调用系统状态作为运行资源，增加了调度计划的灵活性，提高了新能源利用率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1附图为本发明提供的一种考虑柔性有功功率约束的源网荷储协调优化方法的流程图；

图2附图为本发明实施例提供的具体的电力系统结构示意图；

图3附图为本发明实施例2提供的风光联合出力预测曲线图；

图4附图为本发明实施例2提供的各个时刻预测的需求响应负荷单位补偿成本系数曲线图；

图5附图为本发明实施例2提供的传统协调优化结果仿真结果图；

图6附图为本发明实施例2提供的含功率不平衡量的源网荷储协调优化结果仿真结果图；

图7附图为本发明实施例2提供的含一次调频柔性约束的源网荷储协调优化结果仿真结果图；

图8附图为本发明实施例2提供的含一次和二次调频柔性约束的源网荷储协调优化结果仿真结果图。

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、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

参见附图1所示，本发明实施例公开了一种考虑柔性有功功率约束的源网荷储协调优化方法，应用于风光火储联合发电系统中，包括：

步骤S1：获取风光火储联合发电系统在各个时刻的柔性有功功率，建立系统柔性有功功率平衡模型，同时在所述系统柔性有功功率平衡模型中加入功率不平衡量ΔP_t；

其中风光火储联合发电系统的结构具体可参见附图2所示，可以包括：常规火电机组、储能系统、风力及光伏发电机组及储能系统。

在一个具体的实施例中，步骤S1中，含有功率不平衡量的系统柔性有功功率平衡模型为：

P_g,t+P_w,t+ΔP_w,t+P_b,t-P_l,t-P_d,t＝ΔP_t(t＝1,...,T) (1)

在一个具体的实施例中，步骤S2中，系统频率偏差模型为：

ΔP_t＝K_sΔf_t (2)

式中，K_S为为系统的单位调节功率，Δf_t为系统的频率偏差；

含有一次调频的系统柔性有功功率平衡模型为：

P_g,t+P_w,t+ΔP_w,t+P_b,t-P_l,t-P_d,t＝K_sΔf_t(t＝1,...,T) (3)

在一个具体的实施例中，步骤S3中，含有一次调频和二次调频的柔性有功功率平衡模型为：

P_g,t+P_w,t+ΔP_w,t+P_b,t-P_l,t-P_d,t＝ΔP_g,t+K_sΔf_t(t＝1,...,T) (4)

在一个具体的实施例中，步骤S4中，含有一次调频的系统柔性有功功率平衡模型约束条件为：

在一个具体的实施例中，步骤S4中，模型以降低系统运行成本为目标，系统运行成本由4部分组成，包括常规火电机组运行和调节成本、弃风弃光成本、储能充放电成本和需求响应成本，具体表达式如式(7)所示：

式中：f_G，f_W，f_B和f_D分别为火电机组成本、弃风弃光成本、储能充放电成本和需求响应成本；a,b,c表示常规机组的燃料成本参数，d表示调节成本参数；C_W为弃风弃光惩罚参数；λ和β为储能成本参数；ρ_t为t时段需求响应负荷的单位补偿成本参数，f₁为系统运行成本。

在一个具体的实施例中，步骤S4中的常规约束条件还包括：需求侧响应约束，其中需求侧响应约束可以具体表示为：

式中：P_Dmax和P_Dmin分别表示需求响应负荷的上下限，S_pmax和S_pmin分别表示需求响应负荷在T周期内的总容量上下限。

实施例2

本实施例2所应用的系统参见附图2所示，具体包括常规火电机组、储能系统、风力及光伏发电机组，其中常规火电机组总装机容量为800MW，机组运行数据如表1所示。

表1常规火电机组运行参数

风电装机容量为250MW，光伏装机容量为50MW，需求响应设定参数如表2所示，储能系统运行参数如表3所示，并且单位调节功率K_s＝500MW/Hz。

表2响应出力限制参数

表3储能系统运行参数

设一个调度周期为24h，每个调度时段为15min，共96个时刻。系统负荷预测曲线参考某地区2020年1月1日的记录如附图3所示，风光联合出力预测曲线如图3所示，弃风弃光惩罚参数C_W＝300，需求响应负荷的单位调节成本取值600元/MW·h，储能系统成本系数λ＝100,β＝10^4，各个时刻预测的需求响应负荷单位补偿成本系数如图4所示。

以系统运行成本最小为优化目标，在四种不同约束条件下进行仿真分析，具体为：

(1)传统有功功率平衡式作约束的源网荷储协调优化；

(2)含功率不平衡量的柔性有功功率平衡式作约束的源网荷储协调优化，其中功率不平衡量范围为-50MW≤ΔP_t≤50MW；

(3)含系统一次调频的柔性有功功率平衡式作约束的源网荷储协调优化，最大频率偏差设为Δf_n＝0.2Hz；

(4)含系统一次和二次调频的柔性有功功率平衡式作约束的源网荷储协调优化，最大频率偏差设为Δf_n＝0.16Hz。

四种约束条件下对应仿真结果如图5至图8所示，四种情况的运行成本、弃风弃光率、功率不平衡量以及频率偏差绝对值的平均值统计结果如表4所示。

表4不同约束模型的系统运行成本等统计结果

仿真结果表明：参加附图5所示，传统功率平衡约束下，因不考虑系统功率不平衡量和频率偏差，等式约束被严格限定，优化可行解的范围受限，故系统运行成本最高，但系统频率保持不变；参见附图6-8所示，采用含功率不平衡量柔性约束时，因等式约束允许了一定的放宽，因此系统运行成本显著降低，系统功率不平衡量造成一定的频率偏差；考虑一次调频作用后，含一次频率调节特性的柔性约束，使等式约束在频率偏差允许范围内被合理性放宽，因而系统调度更加灵活，成本更降低，弃风弃光量也进一步减少，但频率偏差增大；系统出现较大功率不平衡量时，采用含一、二次调频柔性约束，即AGC机组发出二次调频功率，从而一次调频所承担的功率不平衡量显著减少，造成的频率偏差减小，弃风弃光量最低，但调频成本略有增加。

柔性约束的源网荷储协调优化模型在新能源出力过剩且负荷较小时允许频率升高；而新能源出力不足且负荷较大时允许频率降低。将系统频率视为可调度资源，从而使得系统运行成本降低，有效减少了弃风弃光。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims

1.一种考虑柔性有功功率约束的源网荷储协调优化方法，应用于风光火储联合发电系统中，其特征在于，包括：

步骤S4：利用成本目标函数模型、柔性约束以及常规约束条件，对经过步骤S2得到的含有一次调频的系统柔性有功功率平衡模型以及步骤S3得到的含有一次调频和二次调频的系统柔性有功功率平衡模型进行约束，使得运行成本最小，从而制定对应的调度策略，实现优化；

所述步骤S2中，系统频率偏差模型为：

ΔP_t＝K_sΔf_t (2)

式中，K_S为系统的单位调节功率，Δf_t为系统的频率偏差；

含有一次调频的系统柔性有功功率平衡模型为：

P_g,t+P_w,t+ΔP_w,t+P_b,t-P_l,t-P_d,t＝K_sΔf_t(t＝1,...,T) (3)

2.根据权利要求1所述的一种考虑柔性有功功率约束的源网荷储协调优化方法，其特征在于，所述步骤S1中，含有功率不平衡量的系统柔性有功功率平衡模型为：

P_g,t+P_w,t+ΔP_w,t+P_b,t-P_l,t-P_d,t＝ΔP_t(t＝1,...,T) (1)

3.根据权利要求2所述的一种考虑柔性有功功率约束的源网荷储协调优化方法，其特征在于，所述步骤S3中，含有一次调频和二次调频的柔性有功功率平衡模型为：

P_g,t+P_w,t+ΔP_w,t+P_b,t-P_l,t-P_d,t＝ΔP_g,t+K_sΔf_t(t＝1,...,T) (4)

4.根据权利要求1所述的一种考虑柔性有功功率约束的源网荷储协调优化方法，其特征在于，所述步骤S4中，含有一次调频的系统柔性有功功率平衡模型约束条件为：

5.根据权利要求1-4任一项所述的一种考虑柔性有功功率约束的源网荷储协调优化方法，其特征在于，所述步骤S4中的常规约束条件还包括：需求侧响应约束。