CN112491092A - 一种柔性台区的安全调度方法 - Google Patents

Abstract

一种柔性台区的安全调度方法，基于典型场景的单断面调度，获得柔性台区内部不同设备的安全控制计划，包括以下步骤：S1、确定以设备运行成本和切负荷成本为主的安全调度目标函数，从而保证柔性台区在紧急状态时工作在经济最优状态；S2、构建台区内变压器、变流器的功率模型；S3、基于功率模型，设置柔性台区的运行约束条件：S4、输入柔性台区的设备条件、负荷规模各项参数；S5、求解安全调度结果，获得台区变压器、变流器的日前功率计划及柔性台区运行成本。本发明方法通过变流器灵活的功率分配，完成了柔性台区在紧急状态下的安全调度，保证了柔性台区的安全平稳运行。

Description

一种柔性台区的安全调度方法

技术领域

本发明属于电力技术领域，为一种柔性台区的安全调度方法。

背景技术

随着电力电子技术的发展和变流器的广泛应用，配电台区低压侧可以通过变流器形成直流互联，形成“柔性台区”。在柔性台区内部，直流母线可以经DC/DC变流器接入大规模的直流快充负荷，并通过变流器对各个台区进行功率的传输和分配。

当柔性台区发生故障或超载情况时，配电变压器过负荷运行，或变流器超载运行，柔性台区的安全性大大降低。在紧急状态下，需要采取调度措施，通过变流器灵活的功率调整及部分负荷的迅速切除，使柔性台区进入新的状态，从而避免在不安全状态下长期运行，损害配变的使用寿命。

发明内容

本发明的目的在于针对上述存在的问题，提出一种柔性台区的安全调度方法，建立柔性台区的功率模型，设置运行安全约束，以运行成本最低为目标求解安全调度模型，并从安全性、经济性两个方面，展示了柔性台区在应对安全问题上的优势，同时展示了本安全调度方法计算的经济性和可行性。

本发明的技术方案为：一种柔性台区的安全调度方法，建立柔性台区的功率模型，对功率模型设置运行安全约束，并以运行成本最低为目标构建安全调度模型，求解安全调度模型，获得柔性台区内部不同设备的安全控制计划，实现安全调度，包括以下步骤：

S1、以设备运行成本和切负荷成本作为安全调度目标函数；

S2、构建台区内变压器、变流器的功率模型；

S3、基于功率模型，设置柔性台区的运行约束条件：

S4、输入柔性台区的设备条件、负荷规模各项参数；

S5、结合S1的目标函数求解安全调度结果，获得台区变压器、变流器的日前功率计划及柔性台区运行成本，用于安全调度。

本发明首先建立了运行成本最低的目标函数，包括设备损耗成本和切负荷成本；构建了包含变压器和变流器的柔性台区功率模型，设置各设备的运行安全约束，最后对安全调度模型进行求解，获取柔性台区功率计划。本发明方法通过变流器灵活的功率分配，完成了柔性台区在紧急状态下的安全调度，保证了柔性台区的安全平稳运行。

本发明的有益效果：对柔性台区进行安全调度，获得变压器变流器的调度计划，从安全性、经济性两个方面，展示了柔性台区在应对安全问题上的优势，同时展示了本安全调度方法计算的经济性和可行性。

附图说明

图1为本发明所述基于柔性台区的安全调度方法的流程图。

图2为本发明实施例中，柔性台区拓扑结构。

具体实施方式

为使本发明创造的内容更加清楚，下面结合附图，对本发明创造的具体实施方式作进一步详细描述。应当注意，为了清楚的目的，附图和说明中省略了与本发明创造无关的、本领域普通技术人员已知的部件的表示和描述。

本发明提出一种柔性台区的安全调度方法，基于典型场景的单断面调度，获得柔性台区内部不同设备的安全控制计划。如图1所示，具体包括以下步骤：

S1、确定以设备运行成本和切负荷成本为主的安全调度目标函数，从而保证柔性台区在紧急状态时工作在经济最优状态；

S2、构建台区内变压器、变流器的功率模型；

S3、基于功率模型，设置柔性台区的运行约束条件：

S4、输入柔性台区的设备条件、负荷规模各项参数；

S5、求解安全调度结果，获得台区变压器、变流器的日前功率计划及柔性台区运行成本。

参考图2，以4个台区为实施例，对本发明方法的具体实施进行说明。

步骤S1中，柔性台区结构如图2。各低压台区通过AC/DC变流器实现直流侧的互联，母线上可接入ESS、光伏等分布式电源。交流充电桩直接接入交流台区T1，功率更大的直流充电桩接入直流母线。通过台区之间的负荷分配、转供，可以大大提升供电能力。

柔性台区的安全调度目标为：

minC_tr+C_vsc+C_acev+C_dcev+C_regular (6)

式中:C_tr为变压器损耗成本，C_vsc为变流器损耗成本，C_acev为切除交流充电负荷所对应的成本，C_dcev为切除直流充电负荷所对应的成本，C_regular为切除居民用电负荷所对应的成本。

其中：变压器损耗成本为

C_tr＝c^cost(C_fe+C_cu) (7)

式中：c^cost为所研究时间断面的电价；n为互联台区数；

分别为第i个变压器的运行铁损和额定铜损；β_i和P_i ^tr分别为第i个变压器的负载率和功率；

为第i个变压器的容量。

变流器损耗与其传输的功率大小正比

式中：η^vsc为变流器的转换效率，P_i ^vsc第i个变流器的功率。P_i ^vsc>0表示变流器处于整流状态，功率从变压器流向直流母线；P_i ^vsc＜0表示变流器处于逆变状态，功率从直流母线流向变压器。

电动汽车切负荷成本即为切负荷量与当前充电电价的乘积：

C_dcev＝c^costP^c-dcev (8)

式中：P_i ^c-acev和P_i ^c-dcev分别表示切除的电动汽车交流充电功率和直流充电功率。

考虑到供电可靠性以及切除居民用电负荷所造成的不便，切除居民用电需要对其进行相应的补偿，因此居民用电切负荷成本应为切负荷量与补贴成本的乘积：

式中：c^con和P_i ^c-regular分别表示单位补贴价格以及切除的居民负荷功率。

步骤S2的具体过程如下：

柔性台区的功率模型如下：

变压器的注入功率为接入的居民负荷、交流充电负荷和变流器功率之和，

P_i ^tr＝(P_i ^regular-P_i ^c-regular)+(P_i ^ac-P_i ^c-acev)+P_i ^vsc (10)

式中：P_i ^tr为第i个变压器的注入功率，P_i ^regular为第i个变压器上接入的居民负荷功率，P_i ^c-regular为切除的居民负荷功率，P_i ^ac为所研究断面中，第i个变压器上接入的交流充电负荷功率，P_i ^c-acev为切除的交流充电负荷功率直流母线上，变流器功率与储能功率、直流负荷的功率之和相等：

式中：P^dc为所研究断面中的电动汽车直流充电负荷；P^c-dc为切除的电动汽车直流充电负荷；P_i ^ess为给定的储能功率；

步骤S3中，柔性台区的运行约束条件具体为：

变压器负载率应当控制在一定范围：

β_i≤β^max (12)

式中：β^max为负载率上限。

变流器功率不能超过其额定功率：

式中：P_i ^vsc，max为第i个台区变流器的功率最大值；

为第i个台区变流器的状态变量，

为1时，变流器处于运行状态，

为0时，变流器处于切除状态。

步骤S4中，各项参数包括：

当前时刻的电价c^cost；分别为第i个变压器的运行铁损、额定铜损和容量

当前时刻为第i个变压器上接入的居民负荷功率P_i ^regular、电动汽车交流充电负荷P_i ^ac和电动汽车直流充电负荷P^dc；变流器的转换效率η^vsc；变压器负载率上限β^max；第i个台区变流器的功率最大值P_i ^vsc，max；当前时刻给定的储能功率P_i ^ess。

下面通过一个实施例来说明本发明所述安全调度方法的有效性。

本实施例取居民负荷的削减成本为2.5元/kWh，取电动汽车充电负荷的削减成本为1.5元/kWh，与常规电价相同。取晚高峰断面(20:00)为研究对象，假设储能装置处于满电量状态(120kW)，晚高峰时段各台区参数及负载量(kW)如表1所示。考虑以下两种N-1场景：

场景1：台区T1内的变压器t1发生故障；

场景2：台区T1的变流器VSC1发生故障。

表1

表2为正常运行工况的调度结果，该场景下的整体运行成本为29.475元。

表2

台区编号	变压器负载率	变流器功率/kW
			T1	1	-13.13
T2	0.772	65.39
			T3	0.81	97.73
T4	0.81	126.11

表3为变压器t1发生故障后的调度结果。上述故障发生后，台区T1的居民负荷和交流充电负荷均需要由其他台区转供来维持供电，但受限于VSC1的容量，仅能保留200kW的负荷，其余均需切除。为了最小化切负荷成本，首先对AC充电桩进行功率限幅，限制EV的充电接入，同时切除323.08kW居民负荷。该场景下的整体成本为1135.93元。

表3

台区	变压器负载率	变流器功率(kW)	切除居民负荷/kW	切EV负荷/kW
					T1	0	-120	323.08	200.05
T2	0.829	101.652	0	--
					T3	0.838	120	0	--
T4	0.871	174.448	0	--

表4展示了晚高峰时段台区T1内的变流器VSC1发生故障后的调度结果。上述故障发生后，台区T1内的负荷仅能由变压器t1供电。受限于变压器t1的容量(630kVA)，台区T1需切除部分交流充电负荷(13.13kW)以维持对居民负荷的供电。对于台区T2—T4，其变压器容量均能够满足各自负荷的需求，无需依靠变流器VSC1进行转供，因此该变流器的故障不会影响到其余台区的供电可靠性。该场景下的整体成本为48.57元。

表4

台区	变压器负载率	变流器功率/kW	切除居民负荷/kW	切EV负荷/kW
					T1	1	0	0	13.13
T2	0.766	61.809	0	--
					T3	0.804	92.956	0	--
T4	0.804	121.336	0	--

以上仅表达了本发明创造的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明创造专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明创造的保护范围。因此，本发明创造专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (6)

1.一种柔性台区的安全调度方法，其特征是建立柔性台区的功率模型，对功率模型设置运行安全约束，并以运行成本最低为目标构建安全调度模型，求解安全调度模型，获得柔性台区内部不同设备的安全控制计划，实现安全调度，包括以下步骤：

S1、以设备运行成本和切负荷成本作为安全调度目标函数；

S2、构建台区内变压器、变流器的功率模型；

S3、基于功率模型，设置柔性台区的运行约束条件：

S4、输入柔性台区的设备条件、负荷规模各项参数；

S5、结合S1的目标函数求解安全调度结果，获得台区变压器、变流器的日前功率计划及柔性台区运行成本，用于安全调度。

2.根据权利要求1所述的柔性台区的安全调度方法，其特征是步骤S1中，各台区通过AC/DC变流器实现直流侧的互联，母线接入电源包括分布式电源，交流充电桩直接接入交流台区，直流充电桩接入直流母线，通过台区之间的负荷分配、转供提升供电能力；

柔性台区的安全调度目标函数为：

minC_tr+C_vsc+C_acev+C_dcev+C_regular (1)

式中:C_tr为变压器损耗成本，C_vsc为变流器损耗成本，C_acev为切除交流充电负荷所对应的成本，C_dcev为切除直流充电负荷所对应的成本，C_regular为切除居民用电负荷所对应的成本。

3.根据权利要求2所述的柔性台区的安全调度方法，其特征是变压器损耗成本计算为：

C_tr＝c^cost(C_fe+C_cu) (2)

式中：c^cost为所研究时间断面的电价；n为互联台区数；

分别为第i个变压器的运行铁损和额定铜损；β_i和

分别为第i个变压器的负载率和功率；

为第i个变压器的容量；

变流器损耗与其传输的功率大小正比

式中：η^vsc为变流器的转换效率，P_i ^vsc为第i个变流器的功率，P_i ^vsc＞0表示变流器处于整流状态，功率从变压器流向直流母线；P_i ^vsc＜0表示变流器处于逆变状态，功率从直流母线流向变压器；

切除交流充电负荷所对应的成本C_acev以及切除直流充电负荷所对应的成本C_dcev即为切负荷量与当前充电电价的乘积：

C_dcev＝c^costP^c-dcev (8)

式中：P_i ^c-acev和P_i ^c-dcev分别表示切除的电动汽车交流充电功率和直流充电功率；

切除居民用电负荷所对应的成本为切负荷量与补贴成本的乘积：

式中：c^con和P_i ^c-regular分别表示单位补贴价格以及切除的居民负荷功率。

4.根据权利要求1所述的柔性台区的安全调度方法，其特征是步骤S2中，柔性台区的功率模型如下：

变压器的注入功率为接入的居民负荷、交流充电负荷和变流器功率之和：

P_i ^tr＝(P_i ^regular-P_i ^c-regular)+(P_i ^ac-P_i ^c-acev)+P_i ^vsc (10)

式中：P_i ^tr为第i个变压器的注入功率，P_i ^regular为第i个变压器上接入的居民负荷功率，P_i ^c-regular为切除的居民负荷功率，P_i ^ac为所研究断面中，第i个变压器上接入的交流充电负荷功率，P_i ^c-acev为切除的交流充电负荷功率直流母线上，变流器功率与储能功率、直流负荷的功率之和相等：

式中：P^dc为所研究断面中的电动汽车直流充电负荷；P^c-dc为切除的电动汽车直流充电负荷；P_i ^ess为给定的储能功率。

5.根据权利要求1所述的柔性台区的安全调度方法，其特征是步骤S3中，柔性台区的运行约束条件具体为：

变压器负载率控制范围：

β_i≤β^max (12)

β^max为负载率上限；

变流器功率不能超过其额定功率：

式中：P_i ^vsc，max为第i个台区变流器的功率最大值；

为第i个台区变流器的状态变量，

为1时，变流器处于运行状态，

为0时，变流器处于切除状态。

6.根据权利要求1所述的柔性台区的安全调度方法，其特征是步骤S4中，输入的柔性台区各项参数包括：

当前时刻的电价c^cost；分别为第i个变压器的运行铁损、额定铜损和容量

当前时刻为第i个变压器上接入的居民负荷功率P_i ^regular、电动汽车交流充电负荷P_i ^ac和电动汽车直流充电负荷P^dc；变流器的转换效率η^vsc；变压器负载率上限β^max；第i个台区变流器的功率最大值P_i ^vsc，max；当前时刻给定的储能功率P_i ^ess。

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