CN112287559A - 冷热管网虚拟储能的配电网供电能力分析方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种冷热管网虚拟储能的配电网供电能力分析方法及装置，涉及电网评估的技术领域，具体包括：构建冷热负荷用户舒适度模型以及冷热管网虚拟储能模型，并获取热感平均标度预测指标以及热管网时滞热量；基于热管网时滞热量获取热管网时滞热量所需的电能；判定热感平均标度预测指标是否在阈值之内；若在，则获取主变压器负载率以及馈线负载率，构建供电能力目标函数，并基于热管网时滞热量所需的电能、主变压器负载率以及馈线负载率构建约束条件，获取供电能力目标函数的最大值。通过本发明提供的方法和装置，可以进一步提挖掘城市配电网的供电能力，更大地发挥配电网的资源利用效能，提升电网建设与运行的经济性。

Description

冷热管网虚拟储能的配电网供电能力分析方法及装置
技术领域
本发明涉及电网供电能力评估的技术领域，尤其是涉及一种冷热管网虚拟储能的配电网供电能力分析方法及装置。
背景技术
近几年，随着煤改电、终端电气化等相关政策的不断出台，使得电力在冷热负荷供给方面的作用愈发凸显，这就需要配电网在建设的过程中不但要充分考虑常规电力负荷的供给，也要考虑煤改电、终端电气化等相关政策带来的冷热负荷用电需求，这就对城市配电网供电能力分析与评估提出了新的需求与挑战，因此，在煤改电、终端电气化等相关政策不断出台的背景下，研究考虑冷热管网虚拟储能的城市配电网供电能力分析等关键技术成为目前亟待解决的重要问题。
城市配电系统作为电能生产、传输和使用的重要环节，是联系用户与发、输电系统的纽带，科学、合理地计算城市配电系统的供电能力是当前城市电网评估发展的关键部分。考虑到在城市地区，很难再从配电系统的规划和改造中获取新建变电站站址和新设馈线的地下通道。因此，合理评估现有配电系统的供电能力并挖掘其优化后的供电潜力受到了越来越多的关注，供电能力也逐渐成为评价配电网的一项主要指标，对配电网的规划和运行具有重要的指导意义。
目前有关配电系统供电能力的计算方法主要体现为两类，即基于配电网潮流计算的方法和基于配电网安全准则的方法。在基于配电网潮流计算的方法中，主要考虑的是尝试法，即通过不断改变系统负荷并进行潮流计算来获取系统所能承受的最大负荷量值；以及其他基于各种潮流模型所提出的供电能力计算方法，这类方法可在节点电压、回路功率等系统约束条件下求得配电系统所能承受的最大负荷，并以此作为评估系统供电能力的依据。在基于配电网安全准则的方法中，最典型的是计及N-1安全准则的配电网供电能力评估方法，从供电连续性的角度出发，并且考虑主变互联关系，变电站间的负荷转移等因素，在N-1准则下校验其供电能力。
然而，对于常用的计及N-1安全准则的配电系统供电能力计算方法，所采用的是一种刚性约束，在实际的规划中存在一定的问题。第一，虽然电力负荷的供给具有刚性约束的特点，但是冷热负荷在供给方面具有一定的舒适度柔性区间，因此，可以充分利用冷热负荷的舒适度柔性区间调节电力供给策略，从而间接增加城市配电系统的供电能力；第二，如何充分利用冷热管网的管存量特性，从而进一步挖掘城市配电网的供电能力，相关的研究亟待进一步开展。综上所述，在煤改电、终端电气化等相关政策不断出台的背景下，考虑到冷热管网虚拟储能特性与城市配电网供电能力之间的交互关系，提出考虑冷热管网虚拟储能的城市配电网供电能力分析方法，使其能够更加适应配电网建设和运行的特点，进而挖掘配电网的供电潜力、更大地发挥配电网的资源利用效能，提升电网建设与运行的经济性。
综上所述，现有技术中，需要提供一种基于冷热管网虚拟储能的配电网供电能力评估的方法，进而提高电网运行的经济性。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种冷热管网虚拟储能的配电网供电能力分析方法及装置，以进一步提挖掘城市配电网的供电能力，更加适应配电网建设和运行的特点，更大地发挥配电网的资源利用效能，提升电网建设与运行的经济性。
第一方面，本发明实施例提供了一种冷热管网虚拟储能的配电网供电能力分析方法，包括：
构建冷热负荷用户舒适度模型以及冷热管网虚拟储能模型，并获取热感平均标度预测指标以及热管网时滞热量；
基于热管网时滞热量获取热管网时滞热量所需的电能；
判定所述热感平均标度预测指标是否在阈值之内；
若在，则获取主变压器负载率以及馈线负载率，构建供电能力目标函数，并基于所述热管网时滞热量所需的电能、主变压器负载率以及馈线负载率构建约束条件，获取供电能力目标函数的最大值。
优选的所述热感平均标度预测指标采用如下公式计算：
Figure BDA0002767949790000031
ΓPMV(t)—t时刻热感平均标度预测指标；
Tin(t)—t时刻的室内温度；
Icl—人体所着衣物服装热阻；
采用如下公式获取热管网时滞热量：
Figure BDA0002767949790000032
QVS—热管网时滞热量；
Cw—热水的比热容；
Tin—流入管道水的温度；
Tout—流出管道水的温度；
fin—流入管道水的流量；
fout—流出管道水的流量。
优选的，采用如下公式获取热管网时滞热量所需的电能：
QVS＝ηVSPVS；
QVS—热管网时滞热量；
PVS—产生管网时滞热量所需要消耗的电能；
ηVS—电制热设备的能源转换效率。
优选的，采用如下公式获取供电能力目标函数：
Figure BDA0002767949790000041
psc—配电系统的供电能力；
Ci—第i台主变压器的额定容量；
Li—第i台主变压器的负载率；
Li＝PE,i+PVS,i+PEH,i；
PE,i—第i台主变压器所带的纯电负荷功率；
PVS,i—第i台主变压器由于产生管网时滞热量所需要消耗的电能；
PEH,i—第i台主变压器所带的电制热负荷功率；
约束条件具体包括：
1)热感平均标度预测指标约束-1≤ΓPMV(t)≤1；
2)负载率约束：
0≤Li≤1；
0≤Liq≤1；
第i台主变压器的负载率；
Liq—第i台主变压器的相连的第q条馈线负载率；
3)线路与变压器关联约束：
Figure BDA0002767949790000042
Ciq—与第i台主变相连的第q条馈线的额定容量。
第二方面，本发明提供了一种冷热管网虚拟储能的配电网供电能力分析装置，包括：
第一模构建模块：用于构建冷热负荷用户舒适度模型以及冷热管网虚拟储能模型，并获取热感平均标度预测指标以及热管网时滞热量；
电能获取模块：用于基于热管网时滞热量获取热管网时滞热量所需的电能；
供电能力获取模块：用于判定所述热感平均标度预测指标是否在阈值之内；
若在，则获取主变压器负载率以及馈线负载率，构建供电能力目标函数，并基于所述热管网时滞热量所需的电能、主变压器负载率以及馈线负载率构建约束条件，获取供电能力目标函数的最大值。
本发明实施例带来了以下有益效果：本发明提供了一种冷热管网虚拟储能的配电网供电能力分析方法及装置，具体包括：构建冷热负荷用户舒适度模型以及冷热管网虚拟储能模型，并获取热感平均标度预测指标以及热管网时滞热量；基于热管网时滞热量获取热管网时滞热量所需的电能；判定热感平均标度预测指标是否在阈值之内；若在，则获取主变压器负载率以及馈线负载率，构建供电能力目标函数，并基于热管网时滞热量所需的电能、主变压器负载率以及馈线负载率构建约束条件，获取供电能力目标函数的最大值。通过本发明提供的方法和装置，可以进一步提挖掘城市配电网的供电能力，更大地发挥配电网的资源利用效能，提升电网建设与运行的经济性。
本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种冷热管网虚拟储能的配电网供电能力分析方法及装置流程图。
图2为本发明实施例提供的一种冷热管网虚拟储能的配电网供电能力分析方法算例主变压器联络关系示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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。
目前有关配电系统供电能力的计算方法主要体现为两类，即基于配电网潮流计算的方法和基于配电网安全准则的方法。在基于配电网潮流计算的方法中，主要考虑的是尝试法，即通过不断改变系统负荷并进行潮流计算来获取系统所能承受的最大负荷量值；以及其他基于各种潮流模型所提出的供电能力计算方法，这类方法可在节点电压、回路功率等系统约束条件下求得配电系统所能承受的最大负荷，并以此作为评估系统供电能力的依据。在基于配电网安全准则的方法中，最典型的是计及N-1安全准则的配电网供电能力评估方法，从供电连续性的角度出发，并且考虑主变互联关系，变电站间的负荷转移等因素，在N-1准则下校验其供电能力，基于此，本发明实施例提供的一种冷热管网虚拟储能的配电网供电能力分析方法及装置，可以进一步提挖掘城市配电网的供电能力，更加适应配电网建设和运行的特点，更大地发挥配电网的资源利用效能，提升电网建设与运行的经济性。
为便于对本实施例进行理解，首先对本发明实施例所公开的一种冷热管网虚拟储能的配电网供电能力分析方法进行详细介绍。
实施例一：
本发明实施例一提供了一种冷热管网虚拟储能的配电网供电能力分析方法，包括：
构建冷热负荷用户舒适度模型以及冷热管网虚拟储能模型，并获取热感平均标度预测指标以及热管网时滞热量；
基于热管网时滞热量获取热管网时滞热量所需的电能；
判定所述热感平均标度预测指标是否在阈值之内；
若在，则获取主变压器负载率以及馈线负载率，构建供电能力目标函数，并基于所述热管网时滞热量所需的电能、主变压器负载率以及馈线负载率构建约束条件，获取供电能力目标函数的最大值。
若不在，则重新获取热感平均标度预测指标以使热感平均标度预测指标在阈值范围内。
优选的所述热感平均标度预测指标采用如下公式计算：
Figure BDA0002767949790000071
ΓPMV(t)—t时刻热感平均标度预测指标；
Tin(t)—t时刻的室内温度；
Icl—人体所着衣物服装热阻；
对于实际的柔性舒适度要求，本发明所提出的热感平均标度预测指标按照中国发布的《GB/T18049中等热环境热感觉平均标度预测指标和预计不满意者的百分数的测定及热舒适条件的规定》，对于热感觉平均标度预测指标的划分结果如下：在供暖季，从节能原则出发，满足舒适度的条件下尽量考虑节能，因此选择偏冷的环境，此时，热感觉平均标度预测指标的取值范围在[0,1]之间，对应热感觉平均标度预测指标的取值为0时的温度上限为24℃，所以冬季供暖设计温度范围为18℃～24℃。在供冷季：对于Ⅰ级建筑用户，当室内相对湿度在40％～70％之间，热感觉平均标度预测指标的取值在0～0.5之间时，经过热舒适区的计算，所得舒适温度的范围为24～26℃，同理对于Ⅱ级建筑用户，经过热舒适区的计算，所得舒适温度的范围为27～28℃。
采用如下公式获取热管网时滞热量：
Figure BDA0002767949790000081
QVS—热管网时滞热量；
Cw—热水的比热容；
Tin—流入管道水的温度；
Tout—流出管道水的温度；
fin—流入管道水的流量；
fout—流出管道水的流量。
优选的，采用如下公式获取热管网时滞热量所需的电能：
QVS＝ηVSPVS；
QVS—热管网时滞热量；
PVS—产生管网时滞热量所需要消耗的电能；
ηVS—电制热设备的能源转换效率。
优选的，采用如下公式获取供电能力目标函数：
Figure BDA0002767949790000091
psc—配电系统的供电能力；
Ci—第i台主变压器的额定容量；
Li—第i台主变压器的负载率；
Li＝PE,i+PVS,i+PEH,i；
PE,i—第i台主变压器所带的纯电负荷功率；
PVS,i—第i台主变压器由于产生管网时滞热量所需要消耗的电能；
PEH,i—第i台主变压器所带的电制热负荷功率；
约束条件具体包括：
1)热感平均标度预测指标约束-1≤ΓPMV(t)≤1；
2)负载率约束：
0≤Li≤1；
0≤Liq≤1；
Liq—第i台主变压器的负载率；
Liq—第i台主变压器的相连的第q条馈线负载率；
具体的负载率等于实际负载除以额定负载；
3)线路与变压器关联约束：
Figure BDA0002767949790000092
Ciq—与第i台主变相连的第q条馈线的额定容量。
在本发明提供的实施方式中，可采用迭代算法，对前述馈线的负载率进行迭代计算以获取供电能力最大值。
实施例二：
本发明实施例二提供了一种冷热管网虚拟储能的配电网供电能力分析装置，包括：
第一模构建模块：用于构建冷热负荷用户舒适度模型以及冷热管网虚拟储能模型，并获取热感平均标度预测指标以及热管网时滞热量；
电能获取模块：用于基于热管网时滞热量获取热管网时滞热量所需的电能；
供电能力获取模块：用于判定所述热感平均标度预测指标是否在阈值之内；
若在，则获取主变压器负载率以及馈线负载率，构建供电能力目标函数，并基于所述热管网时滞热量所需的电能、主变压器负载率以及馈线负载率构建约束条件，获取供电能力目标函数的最大值。
实施例三：
本发明实施例三对实例进行了算例分析：
具体如表1以及表2所示：
表1算例中变电站配置情况表
Figure BDA0002767949790000101
基于上述说明，算例的整体情况包括三个变电站、六台主变、28条馈线、352个负荷节点(11个工业负荷节点、62个商业负荷节点、279个居民负荷节点)、436个315kV的配电变压器。
在考虑不同约束条件场景下计算系统的最大供电能力结果如表2所示。
表2不同约束条件场景下系统供电能力对比分析
Figure BDA0002767949790000102
Figure BDA0002767949790000111
根据上述结果可以分析得到：在一定的可靠性范围内，系统的最大供电能力维持不变；如果提高系统的可靠性指标即平均供电可用度，意味着系统中负荷的可转供裕度增加，而系统中所带的负荷量降低，造成供电能力下降。而在在煤改电、终端电气化等相关政策不断出台的背景下，电制冷、电制热等设备不断普及，在考虑了冷热管网虚拟储能约束后，系统可以充分利用冷热的柔性舒适度区间以及冷热管网的虚拟储能量，进一步挖掘城市配电系统的供电能力，从而节省系统的扩建投资。
除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对步骤、数字表达式和数值并不限制本发明的范围。
附图中的流程图和框图显示了根据本发明的多个实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。
另外，在本发明实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (5)

1.一种冷热管网虚拟储能的配电网供电能力分析方法，其特征在于，包括：
构建冷热负荷用户舒适度模型以及冷热管网虚拟储能模型，并获取热感平均标度预测指标以及热管网时滞热量；
基于热管网时滞热量获取热管网时滞热量所需的电能；
判定所述热感平均标度预测指标是否在阈值之内；
若在，则获取主变压器负载率以及馈线负载率，构建供电能力目标函数，并基于所述热管网时滞热量所需的电能、主变压器负载率以及馈线负载率构建约束条件，获取供电能力目标函数的最大值。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述热感平均标度预测指标采用如下公式计算：
Figure FDA0002767949780000011
ΓPMV(t)—t时刻热感平均标度预测指标；
Tin(t)—t时刻的室内温度；
Icl—人体所着衣物服装热阻；
采用如下公式获取热管网时滞热量：
Figure FDA0002767949780000012
QVS—热管网时滞热量；
Cw—热水的比热容；
Tin—流入管道水的温度；
Tout—流出管道水的温度；
fin—流入管道水的流量；
fout—流出管道水的流量。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，采用如下公式获取热管网时滞热量所需的电能：
QVS＝ηVSPVS；
QVS—热管网时滞热量；
PVS—产生管网时滞热量所需要消耗的电能；
ηVS—电制热设备的能源转换效率。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，采用如下公式获取供电能力目标函数：
Figure FDA0002767949780000021
psc—配电系统的供电能力；
Ci—第i台主变压器的额定容量；
Li—第i台主变压器的负载率；
Li＝PE,i+PVS,i+PEH,i；
PE,i—第i台主变压器所带的纯电负荷功率；
PVS,i—第i台主变压器由于产生管网时滞热量所需要消耗的电能；
PEH,i—第i台主变压器所带的电制热负荷功率；
约束条件具体包括：
1)热感平均标度预测指标约束-1≤ΓPMV(t)≤1；
2)负载率约束：
0≤Li≤1；
0≤Liq≤1；
第i台主变压器的负载率；
Liq—第i台主变压器的相连的第q条馈线负载率；
3)线路与变压器关联约束：
Figure FDA0002767949780000031
Ciq—与第i台主变相连的第q条馈线的额定容量。
5.一种冷热管网虚拟储能的配电网供电能力分析装置，其特征在于，包括：
第一模构建模块：用于构建冷热负荷用户舒适度模型以及冷热管网虚拟储能模型，并获取热感平均标度预测指标以及热管网时滞热量；
电能获取模块：用于基于热管网时滞热量获取热管网时滞热量所需的电能；
供电能力获取模块：用于判定所述热感平均标度预测指标是否在阈值之内；
若在，则获取主变压器负载率以及馈线负载率，构建供电能力目标函数，并基于所述热管网时滞热量所需的电能、主变压器负载率以及馈线负载率构建约束条件，获取供电能力目标函数的最大值。
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