CN113673810A - 一种促进新能源消纳的电力经济调度方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本公开提供了一种促进新能源消纳的电力经济调度方法及系统，获取待调度区域内的电力参量数据；根据获取的电力参量数据，以待调度区域的电网购电费用及预设区域内可控设备的启停费用之和最小为目标函数，得到待调度区域内的电力调度策略；其中，目标函数中至少包括以罚函数形式构建的弃风成本和弃光成本；本公开考虑了光伏、风电等新能源注入的影响，以总运行成本最小为目标，实现了对新能源的安全和经济消纳。
Description
技术领域
本公开涉及电力系统优化调度技术领域，特别涉及一种促进新能源消纳的 电力经济调度方法及系统。
背景技术
本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术，并不必然构成现有 技术。
新能源发电所占比重逐年上升，但是新能源发电的预测、并网、消纳等问 题严重制约其发展。针对传统配电网消纳能力不足的问题，国内主要采用综合 能源系统优化调度，有效提高新能源消纳比例，并提高系统运行稳定性。
但是，发明人发现，现有的电力调度系统大多没有有效的考虑用户需求响 应带来的影响，且现有的电力调度策略，没有光伏、风电等新能源注入的影响， 无法实现新能源消纳与调度安全性能的平衡。
发明内容
为了解决现有技术的不足，本公开提供了一种促进新能源消纳的电力经济 调度方法及系统，考虑了光伏、风电等新能源注入的影响，以总运行成本最小 为目标，实现了对新能源的安全和经济消纳。
为了实现上述目的，本公开采用如下技术方案：
本公开第一方面提供了一种促进新能源消纳的电力经济调度方法。
一种促进新能源消纳的电力经济调度方法，包括以下过程：
获取待调度区域内的电力参量数据；
根据获取的电力参量数据，以待调度区域的电网购电费用及预设区域内可 控设备的启停费用之和最小为目标函数，得到待调度区域内的电力调度策略；
其中，目标函数中至少包括以罚函数形式构建的弃风成本和弃光成本。
进一步的，待调度区域通过光伏发电和风力发电，同时与上级电网进行功 率交换，进行区域内电力负荷的供应。
进一步的，待调度区域内采用电锅炉将电能转化为热能进行供热，待调度 区域内各用户通过可转移负荷或中断负荷的方式参与需求响应。
更进一步的，可转移负荷的方式参与需求响应，包括：将可转移负荷的转 移率与电价差建立联系，当电价差极小时，负荷不发生转移；当电价差值突破 死区时，负荷转移率呈线性增长；当电价差值达到饱和状态时，负荷转移率稳 定在最大值不再发生改变。
进一步的，目标函数中还包括待调度区域内的电锅炉的开机费用、电锅炉 的关机费用以及可中断负荷的补偿成本。
进一步的，目标函数包括与上级电网功率交换约束、电锅炉约束、能量平 衡约束和负荷约束。
更进一步的，负荷约束为：需求侧响应电负荷小于当前允许最大电负荷。
本公开第二方面提供了一种促进新能源消纳的电力经济调度系统。
一种促进新能源消纳的电力经济调度系统，包括：
数据获取模块，被配置为：获取待调度区域内的电力参量数据；
电力调度模块，被配置为：根据获取的电力参量数据，以待调度区域的电 网购电费用及预设区域内可控设备的启停费用之和最小为目标函数，得到待调 度区域内的电力调度策略；
其中，目标函数中至少包括以罚函数形式构建的弃风成本和弃光成本。
本公开第三方面提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有程序，该程 序被处理器执行时实现如本公开第一方面所述的促进新能源消纳的电力经济调 度方法中的步骤。
本公开第四方面提供了一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储 器上并可在处理器上运行的程序，所述处理器执行所述程序时实现如本公开第 一方面所述的促进新能源消纳的电力经济调度方法中的步骤。
与现有技术相比，本公开的有益效果是：
1、本公开所述的调度方法、系统、介质或电子设备，考虑了光伏、风电等 新能源注入的影响，以总运行成本最小为目标，实现了对新能源的安全和经济 消纳。
2、本公开所述的调度方法、系统、介质或电子设备，待调取区域内采用电 锅炉将电能转化为热能进行供热，待调取区域内各用户通过可转移负荷或中断 负荷的方式参与需求响应，以达到促进新能源消纳的目的。
3、本公开所述的调度方法、系统、介质或电子设备，用户进行需求响应后 提高了新能源消纳比例的同时降低了待调取区域内的总运行成本，结合各个约 束条件，实现了新能源消纳与调度安全性能的平衡控制。
附图说明
构成本公开的一部分的说明书附图用来提供对本公开的进一步理解，本公 开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的不当限定。
图1为本公开实施例1提供的促进新能源消纳的电力经济调度方法的流程 示意图。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本公开作进一步说明。
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本公开提供进一步的说明。 除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本公开所属技术领域的 普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图 限制根据本公开的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确 指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说 明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器 件、组件和/或它们的组合。
在不冲突的情况下，本公开中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
实施例1：
如图1所示，本公开实施例1提供了一种促进新能源消纳的经济调度方法， 包括以下过程：
获取待调度区域内的电力参量数据；
根据获取的电力参量数据，以待调度区域的电网购电费用及预设区域内可 控设备的启停费用之和最小为目标函数，得到待调度区域内的电力调度策略。
具体的，包括以下过程：
S1：用电负荷侧特性分析
S1.1：需求侧负荷分类
常规上，许多需求侧负荷不受电价、负荷波动影响，如照明负荷、计算机 等家用负荷，此类负荷不可干预，称之为“不可控负荷”。同时，需求侧可响 应负荷分为可转移负荷和可中断负荷，为“可控负荷”。
可转移负荷指用户可灵活控制负荷的用点时间，在用电高峰期时将负荷转 移至低谷期使用，同时保证转移前后用电量不变，如洗衣机等家用负荷、电动 汽车等储能负荷。根据基于消费者心理学建立的响应模型，将可转移负荷的转 移率与电价差建立联系。当电价差极小时，负荷不发生转移；当电价差值突破 死区时，负荷转移率呈线性增长，当电价差值达到饱和状态时，负荷转移率稳 定在最大值不再发生改变。进而得到t时段内的转移负荷功率为：
其中，Pt E,0、Pt E,trans分别为t时段的转移前后的负荷功率；λfg、λpg、λfp分别 为峰—谷、平—谷、峰—平时间段的负荷转移率；
分别为转移前峰 时段、平时段的平均功率；Tg、Tp、Tf分别表示为谷、平、峰时段。
可中断负荷主要指的是通过补偿机制在用电高峰期时，供电单位有权切除 部分负荷或者全部负荷，以达到促进新能源消纳的目的。在典型的可中断负荷 的功率曲线中，ρ为负荷中断比例；t1、t2、t3分别为切负荷时间、送电时间、 负荷恢复时间。从曲线可看出，可中断负荷可在用电高峰期主动或被动地退出 用电，但在达到最大可中断时间时，必须重新启动负荷且需要一定的启动时间。
S1.2：需求响应模式
需求响应指用户根据电价政策、电价等因素改变用电习惯，以促进新能源 消纳从而保持电网运行稳定性。
根据响应信号性质的不同，需求响应模式主要分为激励型和价格型。基于 价格型的需求响应模式为用户根据电价引导改变自身用电习惯，通常分为分时 电价、尖峰电价和实时电价三种。
而基于激励的需求响应则是允许负荷聚合商根据电力系统供需情况动态调 整负荷，用户可在损失电荷时获得一定的补偿。基于激励的需求响应根据用户 用电容量的不同可分为直接负荷控制和可中断负荷；在用电负荷突然下降时采 用紧急需求响应；在投标竞价时采用需求侧竞价模式；同时还包括其他辅助服 务项目。智能小区在进行电能调度时，考虑风力发电和光伏发电的t时段内的预 测值以及用户用电量，与电网公司签订投标合约量，参考经典报童问题模型， 当新能源发电大于投标量k时，新能源发电商以
的价格将多余电能售出，而 当新能源投标量无法满足用电需求时，以
的价格从电网购入电能，设定当前 市场电价为
m为实际新能源发电量，包括风力发电和光伏发电，且新能源 发电不包含储能装置，设
则当前与上级电网进行交换的利益函 数可以表示为：
其中，
为在t时段内小区向上级电网的购电费用；
为在t时段内小区 向上级电网的售电收益。
S1.3：新能源消纳模式
新能源消纳模式主要从四个层面考虑：基于地理层面，除了将大量新能源 发电通过特高压外送的方式输送至东部用电需求量大的地区外，还可通过需求 响应实现就地消纳，本实施例主要采用就地消纳新能源的方式；基于时间层面， 可对日前市场和日内市场进行控制以促进新能源消纳；根据响应信号的不同可 将需求相应划分为激励型和价格型；在负荷层面，可针对大型工业负荷和小型 家用负荷采用不同的消纳模式。
S2：促进新能源消纳的智能小区的经济调度模型搭建
智能小区通过光伏发电和风力发电，同时与上级电网的功率交换，进行用 户电力负荷的供应。同时，小区内采用电锅炉将电能转化为热能进行供热，小 区内各用户通过可转移负荷或中断负荷的方式参与需求响应，以达到促进新能 源消纳的目的。
S2.1：目标函数
智能小区的经济调度模型以小区与上级电网购电及小区内可控设备的启停 费用之和最小为目标，同时考虑新能源发电与用电负荷之间失衡影响和可中断 负荷的补偿成本，以罚函数的形式将弃风、弃光等因素加入目标函数。对可控 设备的启停成本进行线性化不等式约束处理，即：
其中，Nt为调度总时间；
为t时段内的弃风成本；
为t时段的弃光 成本；
为t时段时第p台电锅炉的开机费用；
为t时段时第p台电锅炉的关 机费用；NEB为小区内电锅炉的数目；
为t时段时的可中断负荷的补偿成本。 对于式(3)中的各项，描述为：
其中，
分别为t时段的单位购电、售电价格；Pt E,in、Pt E,out分别为t 时段的购电、售电功率；
分别为t时段的单位弃风、弃光惩罚成本； 
为t时段内第i台风机的弃风功率、
为t时段第j个光伏电池板的弃光功 率；
反映电锅炉启停状态，当取值为1时，电锅炉启动，当取值为0时表示电 锅炉关机；
分别为第p台电锅炉单次开机、停机的成本；
为t时段 的可中断负荷的补偿成本；Pt DR,inte为t时段的可中断电负荷的总负荷。。
S2.2：约束条件
(1)与上级电网功率交换约束
Pt E,in,min≤Pt E,in≤Pt E,in,max (11)
Pt E,out,min≤Pt E,out≤Pt E,out,max (12)
式中，Pt E,in,min、Pt E,in,max、Pt E,out,min、Pt E,out,max表示为最小和最大购电功率和售电功率。
(2)电锅炉约束
电锅炉的能量转换及约束可以表示为：
其中，
为t时段时第p台电锅炉的热量产出；
为第p台的能量转换效率。
分别表示为t时段时第p台电锅炉的最小启停机时间。
(3)风力发电机模型
风力发电机的输出电功率随风速的变化可以表示为：
其中，
为时段t内第i台风机的输出电功率；Pi WT,b为第i台风机的额定电功 率；
分别为第i台风机的实际风速、切入风速、切出风速、 额定风速。
(4)光伏电池模型
光伏电池输出电功率理论上只受光照度和环境因素影响，表示为：
式中，
分别表示时段t内第j组光伏电池的输出电功率；
为标准测试 条件下第j组的输出电功率；
表示时段t内第j组的光照度；Gstc为标准条件下 的光照度；kT为温度系数；
为时段t内第j组的温度；Tr为当时环境温度。
(5)能量平衡约束
经济调度模型应保证电能平衡，即：
(6)负荷约束
根据负荷分类，需求侧响应电负荷应小于当前允许最大电负荷，即：
Pt DR＝Pt DR,inte+Pt DR,trans (20)
其中，Pt DR为t时段内需求侧响应电负荷；
为t时段内的最大可中 断负荷比例和最大可转移负荷比例；
为t时段内的电负荷预测值；
为t 时段内的最大电负荷；αP为最大失电荷比。
(7)求解策略
通过上述中的目标函数和各类约束，组成了构建了促进新能源消纳的经济 调度模型，其实现了整体经济最优和对新能源的安全消纳。
可以发现的是，本实施例所提模型为混合整数线性规划问题，对于此类问 题，可基于Matlab平台，可通过结合Yalmip、Gruobi或者Cplex等商业求解器高 效求解。当然，也可以结合内点法和取整策略等等进行求解，在此不再详述。
S3：运行成本分析。
(1)仿真数据选取
电锅炉设备参数如表1所示。初始峰谷平时段划分及分时电价取值如表2所 示，可以得到各负荷转移率依次为λfg＝0.045、λpg＝0.036、λfp＝0.011。此外，调度 总时间Nt＝24，
均为0.1元/kWh，与上级电网交换功率最大最小值分 别为Pt E,in,min＝0、Pt E,in,max＝800kW、Pt E,out,min＝0、Pt E,out,max＝100kW，最大失电负荷比例为 0.1。
基于Matlab2014平台，通过Gruobi求解器进行求解。
表1电锅炉设备参数
表2初始峰谷平时段及电价
(2)不同运行方式下的运行成本分析
为综合考虑弃风、弃光现象及负荷侧需求响应对调度模型的影响，本算例 选取2种不同的调度运行方式进行分析，各运行方式的总成本如表3所示。
方式1中电锅炉处于24小时开机状态，未出现弃风弃光现象；方式2在方式1 的基础上考虑用户根据不同时段的电价差进行响应，如在谷时段将转移负荷转 入，得到新能源消纳为94.28％，相较于方式1中没有进行需求响应时新能源消纳 比例86.73％，可得到方式2用户进行相应后，新能源消纳比例由之前的86.73％提 升至94.28％，提升了7.55％，由此用户侧进行需求响应达到了新能源消纳的目的。
表3不同运行方式下小区运行成本(单位：元)
对比方式1和方式2，方式2将可响应电负荷在峰时段中断或转移，同时在电 价谷时段转入，在电价平时段根据系统运行情况转入或转出，可以合理配置新 能源，更好地消纳新能源同时降低运行总成本。
S4：促进新电源消纳能力的方式
为了研究用户需求响应对系统经济调度的影响，本实施例提出一种以智能 小区总运行成本为目标的经济调度模型，同时用户进行响应以促进新能源消纳， 算例得到用户进行需求响应后提高新能源消纳比例的同时降低了小区总运行成 本。
实施例2：
本公开实施例2提供了一种促进新能源消纳的电力经济调度系统，包括：
数据获取模块，被配置为：获取待调度区域内的电力参量数据；
电力调度模块，被配置为：根据获取的电力参量数据，以待调度区域的电 网购电费用及预设区域内可控设备的启停费用之和最小为目标函数，得到待调 度区域内的电力调度策略；
其中，目标函数中至少包括以罚函数形式构建的弃风成本和弃光成本。
所述系统的工作方法与实施例1提供的促进新能源消纳的电力经济调度方 法相同，这里不再赘述。
实施例3：
本公开实施例3提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有程序，该程序 被处理器执行时实现如本公开实施例3所述的促进新能源消纳的电力经济调度 方法中的步骤。
实施例4：
本公开实施例4提供了一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器 上并可在处理器上运行的程序，所述处理器执行所述程序时实现如本公开实施 例1所述的促进新能源消纳的电力经济调度方法中的步骤。
本领域内的技术人员应明白，本公开的实施例可提供为方法、系统、或计 算机程序产品。因此，本公开可采用硬件实施例、软件实施例、或结合软件和 硬件方面的实施例的形式。而且，本公开可采用在一个或多个其中包含有计算 机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器和光学存储 器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本公开是参照根据本公开实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产 品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或 方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结 合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或 其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可 编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个 流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备 以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的 指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流 程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使 得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处 理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个 流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程， 是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算 机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。 其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read-Only Memory， ROM)或随机存储记忆体(RandomAccessMemory，RAM)等。
以上所述仅为本公开的优选实施例而已，并不用于限制本公开，对于本领 域的技术人员来说，本公开可以有各种更改和变化。凡在本公开的精神和原则 之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之 内。
Claims (10)
1.一种促进新能源消纳的电力经济调度方法，其特征在于：包括以下过程：
获取待调度区域内的电力参量数据；
根据获取的电力参量数据，以待调度区域的电网购电费用及预设区域内可控设备的启停费用之和最小为目标函数，得到待调度区域内的电力调度策略；
其中，目标函数中至少包括以罚函数形式构建的弃风成本和弃光成本。
2.如权利要求1所述的促进新能源消纳的电力经济调度方法，其特征在于：
待调度区域通过光伏发电和风力发电，同时与上级电网进行功率交换，进行区域内电力负荷的供应。
3.如权利要求1所述的促进新能源消纳的电力经济调度方法，其特征在于：
待调度区域内采用电锅炉将电能转化为热能进行供热，待调度区域内各用户通过可转移负荷或中断负荷的方式参与需求响应。
4.如权利要求3所述的促进新能源消纳的电力经济调度方法，其特征在于：
可转移负荷的方式参与需求响应，包括：将可转移负荷的转移率与电价差建立联系，当电价差极小时，负荷不发生转移；当电价差值突破死区时，负荷转移率呈线性增长；当电价差值达到饱和状态时，负荷转移率稳定在最大值不再发生改变。
5.如权利要求1所述的促进新能源消纳的电力经济调度方法，其特征在于：
目标函数中还包括待调度区域内的电锅炉的开机费用、电锅炉的关机费用以及可中断负荷的补偿成本。
6.如权利要求1所述的促进新能源消纳的电力经济调度方法，其特征在于：
目标函数包括与上级电网功率交换约束、电锅炉约束、能量平衡约束和负荷约束。
7.如权利要求6所述的促进新能源消纳的电力经济调度方法，其特征在于：
负荷约束为：需求侧响应电负荷小于当前允许最大电负荷。
8.一种促进新能源消纳的电力经济调度系统，其特征在于：包括：
数据获取模块，被配置为：获取待调度区域内的电力参量数据；
电力调度模块，被配置为：根据获取的电力参量数据，以待调度区域的电网购电费用及预设区域内可控设备的启停费用之和最小为目标函数，得到待调度区域内的电力调度策略；
其中，目标函数中至少包括以罚函数形式构建的弃风成本和弃光成本。
9.一种计算机可读存储介质，其上存储有程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现如权利要求1-7任一项所述的促进新能源消纳的电力经济调度方法中的步骤。
10.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1-7任一项所述的促进新能源消纳的电力经济调度方法中的步骤。
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CN115498664A (zh) * | 2022-09-28 | 2022-12-20 | 国网浙江省电力有限公司杭州供电公司 | 一种结合柔性直流配电网络的氢电耦合综合能源系统 |
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- 2021-06-30 CN CN202110744020.XA patent/CN113673810A/zh active Pending
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