CN113852081A - 一种考虑需求侧响应的电力系统动态无功优化方法 - Google Patents

一种考虑需求侧响应的电力系统动态无功优化方法 Download PDF

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Abstract

本发明公布了一种考虑需求侧响应的电力系统动态无功优化方法。步骤如下：(1)基于负荷需求侧响应，建立考虑用户利益的负荷转移优化模型；(2)基于储能装置响应，搭建考虑用户和新能源电场收益的储能设备充放电模型，模型进行求解得到储能设备接入后的日最优充放电策略；(3)在步骤(1)负荷响应的基础上加入储能设备，得到储能设备接入后和负荷共同响应的日最优充放电策略，与步骤(2)结果进行比较，选取最优负荷方案；(4)根据步骤(3)所得方案，确定负荷转移量、储能设备充放电量与时间，保证各节点电压合格和网损最小，得到电网无功优化运行计划。优点：合理调度负荷侧资源，促进新能源消纳，节能降损，提高配电网安全稳定性。

Description

一种考虑需求侧响应的电力系统动态无功优化方法
技术领域
本发明涉及电力系统无功优化领域，尤其涉及一种考虑需求侧响应的电力系统动态无功优化方法。
背景技术
配电网无功优化可以有效降低电能损耗、提高供电质量，是保证系统安全稳定与经济运行的重要手段。目前针对配电网无功优化的研究主要包括无功补偿设备的配置与电容器的分组控制策略、利用自身调节能力的电压控制研究、大规模风电场无功调节储备评估。
在智能电网背景下，各类需求侧响应项目(DR)正在展开，“源-网-荷”互动成为电网发展的必然趋势。柔性负荷响应是DR的重要内容，相较于传统的调度方式，柔性负荷响应速度快、低碳环保且成本更少。随着电力市场的不断发展和成熟，如何充分挖掘柔性负荷的调度潜力来提升电网的可调节能力已经引起了广泛的关注。
柔性负荷参与电网优化大多从电网经济、新能源消纳方面进行优化，而负荷侧资源参与电网无功优化的研究比较少。因此本发明考虑需求侧响应参与电网的无功优化，不仅合理调度负荷侧资源，保证了用户侧的利益，还促进新能源消纳，节能降损，使得配电网运行更加安全可靠。
发明内容
本发明的目的在于提出一种考虑需求侧响应的电力系统动态无功优化方法,以合理调度资源，提高电网运行的安全可靠性。为实现上述目的，本发明提供了考虑需求侧响应的电力系统动态无功优化方法,其特征在于，包括以下步骤：
(1)负荷响应优化阶段：基于需求侧响应下的负荷转移促进新能源消纳的作用机制，在保证用户和发电企业的利益下，建立考虑新能源消纳的负荷转移优化模型，使用多目标粒子群算法(MOPSO)进行模型求解，得到转移后的负荷曲线；
(2)储能优化阶段：基于用户侧储能装置的响应机制，以用户和新能源电场收益最大为优化目标，搭建储能设备充放电优化模型，使用MOPSO算法对模型进行求解，得到储能设备接入后的日最优充放电策略下的优化负荷曲线；
(3)最优方案选择阶段：在步骤(1)负荷响应的基础上加入储能设备，得到负荷响应后和储能设备接入后的日最优充放电策略下的优化负荷曲线，与步骤(2)储能优化阶段的优化结果进行对比，选取最优负荷优化方案；
(4)电网无功优化调度阶段：根据步骤(3)所得方案，确定负荷转移量、储能设备充放电量与充放电时间，保证配电网节点电压与网损在合理的范围之类，对电网有载调压变压器分接头位置和各类无功出力设备的无功补偿出力进行优化，得到电网无功优化运行计划；
进一步的，所述步骤(1)中的负荷响应优化阶段，建立新能源消纳的负荷转移优化模型，以负荷响应后用户与电源侧收益最大为目标，建立考虑需求响应下负荷转移“两方”最优模型，模型求解所得转移后负荷曲线，为后续对配电网无功优化调度打下基础。
Figure BDA0003242329210000021
式中：f1为用户购电费用最小，f2为新能源电场收益最大，SC(i-j)为i时刻转移到j时刻电量总转移成本，Ctou为用户响应分时电价后购电总费用；Cwt.tou为风电场参与负荷响应后的收益；Cpv.tou为光伏电场参与响应后的收益。
Figure BDA0003242329210000022
式中：SC(i-j)为i时刻转移到j时刻电量总转移成本，SP(i-j)为i时刻转移到j时刻与转移电量相关成本，ST(i-j)为i时刻转移到j时刻与时间间隔有关成本，xi-j为i时刻转移到j时刻总转移负荷，Ti-j为i时刻与j时刻之间的间隔时间，a、b、c、d为成本系数,其中a、c为变动成本的系数，b、d为固定成本的系数，具体数值是由用户侧的用户类型决定。
Figure BDA0003242329210000023
式中：Ctou为用户响应分时电价后购电总费用；Ptou.h、Ptou.u、Ptou.l分别为峰、平、谷各个时段的购电价格；Qtou.h、Qtou.u、Qtou.l分别为峰、平、谷各个时段的购电量；Ttou.h、Ttou.u、Ttou.l分别为峰、平、谷的时间。
Figure BDA0003242329210000031
式中:Cwt.tou为风电场参与负荷响应后的收益；Pwt.tou.h、Pwt.tou.u、Pwt.tou.l分别为峰、平、谷各个时段的上网价格:Ewt.tou.h、Ewt.tou.u、Ewt.tou.l分别为峰、平、谷各个时段的风电上网电量。
Figure BDA0003242329210000032
式中:Cpv.tou为光伏电场参与响应后的收益；Ppv.tou.h、Ppv.tou.u、Ppv.tou.l分别为峰、平、谷各个时段光伏电场上网价格:Epv.tou.h、Epv.tou.u、Epv.tou.l分别为峰、平、谷各个时段的光伏电场上网电量。
进一步的，所述步骤(2)中的储能优化阶段，其特征在于用户储能设备最优充放电策略，建立用户与新能源电场收益最大为优化目标，模型求解得到储能设备接入后的日最优充放电策略下的优化负荷曲线和其新能源消纳情况。
Figure BDA0003242329210000033
式中：f1为用户安装储能后收益最大化，f2为新能源电场在用户安装储能设备后收益，Cpv、Cwt分别为储能设备接入前风电场和光伏电场的收益，Cpv.ac、Cwt.ac分别为储能设备接入后风电场和光伏电场的收益。
进一步的，所述步骤(3)中的最优方案选择阶段，其特征在于负荷响应下用户储能设备最优充放电策略，模型求解后所得的优化负荷曲线与步骤(2)优化方案进行对比，选取最优负荷优化方案，为后续对配电网无功优化调度打下基础。
进一步的，所述步骤(4)中的配电网无功优化调度，根据步骤(3)所得方案，确定负荷转移量、储能设备充放电量与充放电时间，保证配电网节点电压与网损在合理的范围之类，对电网有载调压变压器分接头位置和各类无功出力设备的无功补偿出力进行优化，得到电网无功优化运行计划。
以有功网损最小为目标函数，节点电压约束以罚函数的形式加到目标函数中，即：
Figure BDA0003242329210000041
Figure BDA0003242329210000042
式中：Ploss(t)为t时刻系统总有功损耗，gij、θij分别为i,j之间的电导和电压相角差，Ui,Uimax,Uimin分别为节点i的电压幅值及其上下限值，λ为节点电压越界的惩罚因子，Uilim为节点电压越限时的设定值，N1为配电网输电线路集合，f1为全天网损量。
本发明所达到的有益效果：
根据本发明实施的考虑需求侧响应的电力系统动态无功优化方法，负荷响应优化阶段，建立需求侧响应下考虑新能源消纳的负荷转移优化模型，模型求解得到转移后的负荷曲线；储能优化阶段，基于用户侧储能装置的响应机制，搭建储能设备充放电优化模型，模型求解得到储能设备接入后的日最优充放电策略下的优化负荷曲线；最优方案选择阶段，在负荷响应的基础上加入储能设备，得到负荷响应后和储能设备接入后的日最优充放电策略下的优化负荷曲线，与储能优化阶段的优化结果进行对比，选取最优负荷优化方案；电网无功优化调度阶段，根据最优方案选择阶段所得方案，确定负荷转移量、储能设备充放电量与充放电时间，保证配电网节点电压与网损在合理的范围之类，对电网有载调压变压器分接头位置和各类无功出力设备的无功补偿出力进行优化，得到电网无功优化运行计划。本发明考虑的需求侧响应参与电网的无功优化，不仅合理调度负荷侧资源，保证了用户侧的利益，还促进新能源消纳，节能降损，使得配电网运行更加安全可靠。
附图说明
图1为需求响应技术图
图2为用户分时电价响应机制图
图3为用户储能调度机制图
图4为考虑需求侧响应的电力系统动态无功优化方法的示意图
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施例进行描述。
实施例
图4是本发明考虑需求侧响应的电力系统动态无功优化方法，包括以下步骤：
(1)负荷响应优化阶段：基于需求侧响应下的负荷转移促进新能源消纳的作用机制，在保证用户和发电企业的利益下，建立考虑新能源消纳的负荷转移优化模型，使用多目标粒子群算法(MOPSO)进行模型求解，得到转移后的负荷曲线；
(2)储能优化阶段：基于用户侧储能装置的响应机制，以用户和新能源电场收益最大为优化目标，搭建储能设备充放电优化模型，使用MOPSO算法对模型进行求解，得到储能设备接入后的日最优充放电策略下的优化负荷曲线；
(3)最优方案选择阶段：在步骤(1)负荷响应的基础上加入储能设备，得到负荷响应后和储能设备接入后的日最优充放电策略下的优化负荷曲线，与步骤(2)储能优化阶段的优化结果进行对比，选取最优负荷优化方案；
(4)电网无功优化调度阶段：根据步骤(3)所得方案，确定负荷转移量、储能设备充放电量与充放电时间，保证配电网节点电压与网损在合理的范围之类，对电网有载调压变压器分接头位置和各类无功出力设备的无功补偿出力进行优化，得到电网无功优化运行计划；
所述步骤(1)中的负荷响应优化阶段，建立新能源消纳的负荷转移优化模型，以负荷响应后用户与电源侧收益最大为目标，建立考虑需求响应下负荷转移“两方”最优模型，模型求解所得转移后负荷曲线，为后续对配电网无功优化调度打下基础。
Figure BDA0003242329210000061
式中：f1为用户购电费用最小，f2为新能源电场收益最大，SC(i-j)为i时刻转移到j时刻电量总转移成本，Ctou为用户响应分时电价后购电总费用；Cwt.tou为风电场参与负荷响应后的收益；Cpv.tou为光伏电场参与响应后的收益。
Figure BDA0003242329210000062
式中：SC(i-j)为i时刻转移到j时刻电量总转移成本，SP(i-j)为i时刻转移到j时刻与转移电量相关成本，ST(i-j)为i时刻转移到j时刻与时间间隔有关成本，xi-j为i时刻转移到j时刻总转移负荷，Ti-j为i时刻与j时刻之间的间隔时间，a、b、c、d为成本系数,其中a、c为变动成本的系数，b、d为固定成本的系数，具体数值是由用户侧的用户类型决定。
Figure BDA0003242329210000063
式中：Ctou为用户响应分时电价后购电总费用；Ptou.h、Ptou.u、Ptou.l分别为峰、平、谷各个时段的购电价格；Qtou.h、Qtou.u、Qtou.l分别为峰、平、谷各个时段的购电量；Ttou.h、Ttou.u、Ttou.l分别为峰、平、谷的时间。
Figure BDA0003242329210000064
式中:Cwt.tou为风电场参与负荷响应后的收益；Pwt.tou.h、Pwt.tou.u、Pwt.tou.l分别为峰、平、谷各个时段的上网价格:Ewt.tou.h、Ewt.tou.u、Ewt.tou.l分别为峰、平、谷各个时段的风电上网电量。
Figure BDA0003242329210000065
式中:Cpv.tou为光伏电场参与响应后的收益；Ppv.tou.h、Ppv.tou.u、Ppv.tou.l分别为峰、平、谷各个时段光伏电场上网价格:Epv.tou.h、Epv.tou.u、Epv.tou.l分别为峰、平、谷各个时段的光伏电场上网电量。
所述步骤(2)中的储能优化阶段，其特征在于用户储能设备最优充放电策略，建立用户与新能源电场收益最大为优化目标，模型求解得到储能设备接入后的日最优充放电策略下的优化负荷曲线和其新能源消纳情况。
Figure BDA0003242329210000071
式中：f1为用户安装储能后收益最大化，f2为新能源电场在用户安装储能设备后收益，Cpv、Cwt分别为储能设备接入前风电场和光伏电场的收益，Cpv.ac、Cwt.ac分别为储能设备接入后风电场和光伏电场的收益。
所述步骤(3)中的最优方案选择阶段，其特征在于负荷响应下用户储能设备最优充放电策略，模型求解后所得的优化负荷曲线与步骤(2)优化方案进行对比，选取最优负荷优化方案，为后续对配电网无功优化调度打下基础。
所述步骤(4)中的配电网无功优化调度，根据步骤(3)所得方案，确定负荷转移量、储能设备充放电量与充放电时间，保证配电网节点电压与网损在合理的范围之类，对电网有载调压变压器分接头位置和各类无功出力设备的无功补偿出力进行优化，得到电网无功优化运行计划。
以有功网损最小为目标函数，节点电压约束以罚函数的形式加到目标函数中，即：
Figure BDA0003242329210000072
Figure BDA0003242329210000073
式中：Ploss(t)为t时刻系统总有功损耗，gij、θij分别为i,j之间的电导和电压相角差，Ui,Uimax,Uimin分别为节点i的电压幅值及其上下限值，λ为节点电压越界的惩罚因子，Uilim为节点电压越限时的设定值，N1为配电网输电线路集合，f1为全天网损量。
尽管上面对本发明的具体实施方式进行了描述，以便于读者理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (5)

1.一种考虑需求侧响应的电力系统动态无功优化方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)负荷响应优化阶段：基于需求侧响应下的负荷转移促进新能源消纳的作用机制，在保证用户和发电企业的利益下，建立考虑新能源消纳的负荷转移优化模型，使用多目标粒子群算法(MOPSO)进行模型求解，得到转移后的负荷曲线；
(2)储能优化阶段：基于用户侧储能装置的响应机制，以用户和新能源电场收益最大为优化目标，搭建储能设备充放电优化模型，使用MOPSO算法对模型进行求解，得到储能设备接入后的日最优充放电策略下的优化负荷曲线；
(3)最优方案选择阶段：在步骤(1)负荷响应的基础上加入储能设备，得到负荷响应后和储能设备接入后的日最优充放电策略下的优化负荷曲线，与步骤(2)的优化结果进行对比，选取最优负荷优化方案；
(4)电网无功优化调度阶段：根据步骤(3)所得方案，确定负荷转移量、储能设备充放电量与充放电时间，保证配电网节点电压与网损在合理的范围之类，对电网有载调压变压器分接头位置和各类无功出力设备的无功补偿出力进行优化，得到电网无功优化运行计划。
2.根据权利要求1所述的一种考虑需求侧响应的电力系统动态无功优化方法，其特征在于所述步骤(1)中的建立新能源消纳的负荷转移优化模型，以负荷响应后用户与电源侧收益最大为目标，建立考虑需求响应下负荷转移“两方”最优模型，模型求解所得转移后负荷曲线，为后续对配电网无功优化调度打下基础。
Figure FDA0003242329200000011
式中：f1为用户购电费用最小，f2为新能源电场收益最大，SC(i-j)为i时刻转移到j时刻电量总转移成本，Ctou为用户响应分时电价后购电总费用；Cwt.tou为风电场参与负荷响应后的收益；Cpv.tou为光伏电场参与响应后的收益。
Figure FDA0003242329200000012
式中：SC(i-j)为i时刻转移到j时刻电量总转移成本，SP(i-j)为i时刻转移到j时刻与转移电量相关成本，ST(i-j)为i时刻转移到j时刻与时间间隔有关成本，xi-j为i时刻转移到j时刻总转移负荷，Ti-j为i时刻与j时刻之间的间隔时间，a、b、c、d为成本系数,其中a、c为变动成本的系数，b、d为固定成本的系数，具体数值是由用户侧的用户类型决定。
Figure FDA0003242329200000021
式中：Ctou为用户响应分时电价后购电总费用；Ptou.h、Ptou.u、Ptou.l分别为峰、平、谷各个时段的购电价格；Qtou.h、Qtou.u、Qtou.l分别为峰、平、谷各个时段的购电量；Ttou.h、Ttou.u、Ttou.l分别为峰、平、谷的时间。
Figure FDA0003242329200000022
式中:Cwt.tou为风电场参与负荷响应后的收益；Pwt.tou.h、Pwt.tou.u、Pwt.tou.l分别为峰、平、谷各个时段的上网价格:Ewt.tou.h、Ewt.tou.u、Ewt.tou.l分别为峰、平、谷各个时段的风电上网电量。
Figure FDA0003242329200000023
式中:Cpv.tou为光伏电场参与响应后的收益；Ppv.tou.h、Ppv.tou.u、Ppv.tou.l分别为峰、平、谷各个时段光伏电场上网价格:Epv.tou.h、Epv.tou.u、Epv.tou.l分别为峰、平、谷各个时段的光伏电场上网电量。
3.根据权利要求1所述的一种考虑需求侧响应的电力系统动态无功优化方法，其特征在于所述步骤(2)中的用户储能设备最优充放电策略，建立用户与新能源电场收益最大为优化目标，模型求解得到储能设备接入后的日最优充放电策略下的优化负荷曲线和其新能源消纳情况。
Figure FDA0003242329200000024
式中：f1为用户安装储能后收益最大化，f2为新能源电场在用户安装储能设备后收益，Cpv、Cwt分别为储能设备接入前风电场和光伏电场的收益，Cpv.ac、Cwt.ac分别为储能设备接入后风电场和光伏电场的收益。
4.根据权利要求1所述的一种考虑需求侧响应的电力系统动态无功优化方法，其特征在于所述步骤(3)中的负荷响应下用户储能设备最优充放电策略，模型求解后所得的优化负荷曲线与步骤(2)优化方案进行对比，选取最优负荷优化方案，为后续对配电网无功优化调度打下基础。
5.根据权利要求1所述的一种考虑需求侧响应的电力系统动态无功优化方法，其特征在于所述步骤(4)中的配电网无功优化调度，根据步骤(3)所得方案，确定负荷转移量、储能设备充放电量与充放电时间，保证配电网节点电压与网损在合理的范围之类，对电网有载调压变压器分接头位置和各类无功出力设备的无功补偿出力进行优化，得到电网无功优化运行计划。
以有功网损最小为目标函数，节点电压约束以罚函数的形式加到目标函数中，即：
Figure FDA0003242329200000031
Figure FDA0003242329200000032
式中：Ploss(t)为t时刻系统总有功损耗，gij、θij分别为i,j之间的电导和电压相角差，Ui,Uimax,Uimin分别为节点i的电压幅值及其上下限值，λ为节点电压越界的惩罚因子，Uilim为节点电压越限时的设定值，N1为配电网输电线路集合，f1为全天网损量。
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