CN114172208A - 一种基于多区域互联的新能源消纳优化系统 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种基于多区域互联的新能源消纳优化系统，属于新能源技术领域。系统包括目标区域确定子系统、区域分离子系统、分散区域优化子系统、能源调度子系统以及调配反馈子系统。目标区域确定子系统确定目标区域后，区域分离子系统将目标区域执行区域分离后，得到多个分散区域；能源调度子系统将接入目标区域的新能源依据每个分散区域的优化目标，在多个分散区域之间调配；调配反馈子系统基于分散区域优化子系统反馈的每个分散区域的优化目标的完成度，生成反馈信号发送至所述能源调度子系统。本发明的技术方案能够基于区域分解实现多区域互联的新能源消纳优化。

Description

一种基于多区域互联的新能源消纳优化系统

技术领域

本发明属于新能源技术领域，尤其涉及一种基于多区域互联的新能源消纳 优化系统。

背景技术

以风、光为代表的新能源发电在能源结构转型中将发挥重要作 用。

近年来我国可再生能源持续快速发展，高比例可再生能源并网将是我国 电力系统发展的必然趋势和重要特征。大规模风电接入电力系统增加了电 网运行的不确定程度，而不同时间尺度下风电预测的不确定性给传统电力 系统调度方式带来了挑战。由于风电行业的政策性激励，我国风电装机容 量短期内迅猛增长，然而其配套输电工程建设周期长，风电装机规划建设 与电网规划建设失调，风电发展遭遇了并网难、消纳难的困境。

在大规模风电、光电同时接入区域电网的情况下，电网不仅仅要承担传 输电能的作用，还将更多地承担电能互济、备用共享的职能。如何基于区 域间发电资源的互补共济来实现大规模风电的跨区消纳，成为本领域技术 人员面临的主要技术问题。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提出一种基于多区域互联的新能源消纳优 化系统。

系统包括目标区域确定子系统、区域分离子系统、分散区域优化子系统、 能源调度子系统以及调配反馈子系统。目标区域确定子系统确定目标区域 后，区域分离子系统将目标区域执行区域分离后，得到多个分散区域；能 源调度子系统将接入目标区域的新能源依据每个分散区域的优化目标，在 多个分散区域之间调配；调配反馈子系统基于分散区域优化子系统反馈的 每个分散区域的优化目标的完成度，生成反馈信号发送至所述能源调度子 系统。

所述新能源为光伏发电量、风力发电量之一或者其组合。

本发明的技术方案能够基于区域分解实现多区域互联的新能源消纳优 化。

具体的，上述各个子系统的具体实现功能如下：

目标区域确定子系统，所述目标区域确定子系统用于确定至少一个目标 区域，所述目标区域是基于用户输入参数从多个候选区域中选择的.

其中，所述候选区域为基于历史用电数据统计得出的存在用电量异常时 段的用电区域，每个候选区域具有不同的异常等级。

所述用电量异常时段包括用电量高于所有用电区域用电平均值的第一 比例值以上的时段，或者低于所有用电区域用电平均值的第二比例值以下 的时段。

所述用户用户输入参数包括用电时段；

所述目标区域确定子系统基于用户输入的用电时段参数，通过所述异常 等级从多个候选区域中选择出至少一个目标区域。

所述区域分离子系统用于将所述目标区域执行区域分离后，得到多个分 散区域；

具体的，所述区域分离子系统采用节点撕裂法或者线路撕裂法将所述目 标区域执行区域分离后，得到多个分散区域；

所述分散区域优化子系统用于确定每个分散区域的优化目标；

所述优化目标包括：

使得每个分散区域与其邻接分散区域的新能源调度计划互补；

使得每个分散区域与其邻接分散区域的用电异常时段错开。

所述调配反馈子系统确定所述分散区域优化子系统反馈的每个分散区 域的优化目标的完成度，包括：

确定第一分散区域输出至与其邻接的第二分散区域的第一发电量；

确定所述能源调度子系统调度至所述第二分散区域的第二发电量；

基于所述第一发电量和第二发电量，确定所述第一分散区域的优化目标 的完成度。

或者，

确定第一分散区域的第一用电异常时段；

确定第二分散区域的第二用电异常时段；

基于所述第一用电异常时段的数量、第二异常时段的数量、第一异常时 段和第二异常时段的重合度，确定所述每个分散区域的优化目标的完成度。

本发明的技术方案能够基于区域分解实现多区域互联的新能源消纳优 化，并且不同的区域分解对应不同的优化目标和反馈参数，从而适应不同 的分解区域，使得目标区域在整体上能够实现新能源互补或者互通式的消 纳优化，减少新能源弃电现象，最大程度的提高资源量可用率。

本发明的进一步优点将结合说明书附图在具体实施例部分进一步详细 体现。

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 本发明的一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明一个实施例的一种基于多区域互联的新能源消纳优化系统的 子系统架构图；

图2是图1所述系统中目标区域确定子系统确定目标区域的原理示意图；

图3是图1所述系统中目标区域确定子系统执行节点撕裂法的原理示意图；

图4是图1所述系统中目标区域确定子系统执行线路撕裂法的原理示意图；

图5是基于图1所述系统实现新能源消纳优化的步骤原理图；

图6是基于节点撕裂法实现新能源消纳优化的步骤原理图；

图7是基于线路撕裂法实现新能源消纳优化的步骤原理图；

图8是实现图5、图6或图7所述方法的全部或者部分步骤的计算机设备 的结构图。

具体实施方式

下面，结合附图以及具体实施方式，对发明做出进一步的描述。

电网消纳能力是发电厂(水电、火电、核电、风电、光电电源)发电后送 上网，电能无法方便地储存，不用掉就是浪费，所以就要将富余的电能经调度 送到有电能需求的负荷点。

电力生产之后的消纳问题如今是非常突出，如何将电力从富余区域用特高 压等技术运输到电力短缺区域，如何通过蓄能储能方式，解决光伏电站昼夜供 电不均衡的矛盾，又如何将电力实现就地消纳，弹性匹配供需双方。

消纳是新能源发展中面对的最大的问题。消纳的方式有储能技术、跨区域 消纳、多能互补模式和需求侧响应4种。在区域电网建设上，未来可能重新规 划电网区域，以电网区域性优化的方式来实现消纳。

本发明的技术方案集中体现了跨区域消纳、多能互补模式和需求侧响应三 种因素，并且本发明的技术方案是在目标区域基础上执行多种区域分解实现的 基于多区域互联的新能源消纳优化系统，同时不考虑电能储能，以最大程度的 实现消纳。本发明各个示例中，所述新能源为光伏发电量、风力发电量之一或 者其组合。

参见图1，是本发明一个实施例的一种基于多区域互联的新能源消纳优化 系统的子系统架构图。

在图1中，所述基于多区域互联的新能源消纳优化系统包括目标区域确定 子系统、区域分离子系统、分散区域优化子系统、能源调度子系统以及调配反 馈子系统。

在图1的基础上，进一步结合图2-图4，分别介绍上述新能源消纳优化系 统的各个子系统的工作原理或者实现功能。

其中，所述目标区域确定子系统用于确定至少一个目标区域，所述目标区 域是基于用户输入参数从多个候选区域中选择的。

所述候选区域为基于历史用电数据统计得出的存在用电量异常时段的用电 区域，所述用电量异常时段包括用电量高于所有用电区域用电平均值的第一比 例值以上的时段，或者低于所有用电区域用电平均值的第二比例值以下的时 段。

优选的，所述用电量异常时段包括用电量高于所有用电区域用电平均值的 50％以上的时段，或者低于所有用电区域用电平均值的50％以下的时段。

这里的用电量异常，是指明显的用电分布不平衡。

可以理解，任何一个用电区域，均会存在用电高峰段或用电低峰段，这是 由电力能源的使用特性决定的，正常的用电高峰段或用电低峰段均有一定的时 间规律分布。

然而，由于电力能量输出总量供应有上限，在某些时段，例如用电高峰时 段，某些区域可能存在频繁错峰限电措施，导致用电量高于所有用电区域用电 平均值的第一比例值以上；与此相对应的，在另外一些时间段，某些区域则存 在频繁的弃电现象，导致用电量低于所有用电区域用电平均值的第二比例值以 下，从而出现明显的用电分布不平衡，包括时段明显不平衡或者区域明显不平 衡。

时段明显不平衡可以通过历史用电数据统计得出，但是区域明显不平衡数 据通常无法直接得出，因为电网区域本身是一个整体。

为此，在本实施例中，给每个候选区域配置不同的异常等级，所述异常等 级与每个候选区域存在的用电异常时段的数量以及异常程度相关；

候选区域存在的用电异常时段的数量越多，出现异常的程度(高于所有用 电区域用电平均值的第一比例值、低于所有用电区域用电平均值的第二比例 值)越高，则异常等级越高。

结合图2，所述目标区域是基于用户输入参数从多个候选区域中选择的；

所述用户用户输入参数包括用电时段；

所述目标区域确定子系统基于用户输入的用电时段参数，通过所述异常等 级从多个候选区域中选择出至少一个目标区域。

本实施例中，通过用户主动输入需要进行消纳优化的时段，更符合实际情 况。

接下来，所述区域分离子系统用于将所述目标区域执行区域分离后，得到 多个分散区域。

具体的，区域分离主要包括两种方法，节点撕裂法和线路撕裂法。在本发 明的各个实施例中，可以单独使用其中一种方法，也可以针对不同的目标区 域两种方法分别融合采用。

图3示出了节点撕裂法的原理图。

在图3中，目标区域本身存在两个共同的解裂节点实现互联的子区域，优 选的，这两个子区域的用电异常时段的异常程度不同，而同一个子区域中用电 异常时段的异常程度基本相同。

当然，节点撕裂法本身的实现原理属于现有技术，具体可参见如下文献：

[1]Tong X,Wu W,Zheng W,et al.Fully distributed multi-area economicdispatch method for active distribution networks[J].IEEE Transactions onPower Systems,2015,PP(99):1-1.

[2]刘志文,刘明波.基于Ward等值的多区域无功优化分解协调算法[J].电 力系统自动化,2010(14):7.

图3所述实施例的改进在于，确定了进行区域分解得到的分散区域的第一 数量，第一数量与该目标区域存在的用电异常时段的数量相关；

优选的，第一数量等于所述目标区域存在的不同用电异常时段的数量。

在另外一个方面，可参见图4，图4是图1所述系统中目标区域确定子系 统执行线路撕裂法的原理示意图。

在图4中，所述区域分离子系统采用线路撕裂法通过边界线路对所述目标 区域进行区域分解，得到第二数量的分散区域，所述第二数量与该目标区域存 在的每个用电异常时段的异常程度相关。

如图4所示，区域A和区域B通过线路AB互联，通过在线路AB中引入 虚拟节点进行区域分解，流过该虚拟节点的功率即为区域耦合变量，进而构造 区域耦合方程，建立分散式优化模型。

当然，节点撕裂法本身的实现原理属于现有技术，具体可参见如下文献：

[3]Bakirtzis,A.G,Biskas,et al.A decentralized solution to the DC-OPFof interconnected power systems[J].Power Systems,IEEE Transactions on,2003.1.

[4]Yingvivatanapong C,Wei-Jen L,Liu E.Multi-Area Power GenerationDispatch in Competitive Markets[J].IEEE Transactions on Power Systems,2008,23(1):196-203.

图4所述实施例的改进在于，确定了进行区域分解得到的分散区域的第二 数量，第二数量与该目标区域存在的每个用电异常时段的异常程度相关。

优选的，第二数量的每个分散区域对应的用电异常时段的异常程度相同， 不同的分散区域对应的用电异常时段的异常程度不同。

图5是基于图1所述系统实现新能源消纳优化的步骤原理图。

图5所述方法包括6个主要步骤S1-S6，各个步骤具体实现如下：

S1：用户输入用电时段参数；

S2：通过异常等级从多个候选区域中选择出至少一个目标区域；

S3：所述目标区域执行区域分离后，得到多个分散区域；

S4：确定每个分散区域的优化目标；

S5：将接入目标区域的新能源依据每个分散区域的优化目标，在多个分散 区域之间调配；

S6：基于分散区域优化子系统反馈的每个分散区域的优化目标的完成度， 生成反馈信号，

基于所述反馈信号，重新执行步骤S5。

图5所述步骤S3执行的区域分离包括采用节点撕裂法通过边界节点对所述 目标区域进行区域分解或者采用线路撕裂法通过边界线路对所述目标区域进 行区域分解，不同的区域分分离对应不同的区域优化目标，分别可参见图6 与图7。

图6中，所述节点撕裂法通过边界节点对所述目标区域进行区域分解的实 施例包括步骤S11-S51，各个步骤具体实现如下：

S11:用户输入用电时段参数

S21:通过异常等级从多个候选区域中选择出至少一个目标区域；

S31:采用节点撕裂法通过边界节点对所述目标区域进行区域分解，得到第 一数量的分散区域；

S41:确定每个分散区域的优化目标使得每个分散区域与其邻接分散区域 的新能源调度计划互补；

S51:确定每个分散区域的优化目标的完成度.

其中，步骤S41确定每个分散区域的优化目标使得每个分散区域与其邻接 分散区域的新能源调度计划互补，包括：

使得调配输入至每个分散区域的新能源与调配输出至与其邻接分散区域的 新能源相同。

在所述步骤S51之后，可生成生成反馈信号，

基于所述反馈信号，重新执行步骤41。

图6中，调配反馈子系统确定所述分散区域优化子系统反馈的每个分散区 域的优化目标的完成度，包括：

确定第一分散区域输出至与其邻接的第二分散区域的第一发电量；确定所 述能源调度子系统调度至所述第二分散区域的第二发电量；基于所述第一发电 量和第二发电量，确定所述第一分散区域的优化目标的完成度。

作为示例，所述完成度可以表征为第一发电量和第二发电量的差值的相对 比例，例如，完成度＝|第一发电量-第二发电量|/第一发电量，或者完成度＝|第 一发电量-第二发电量|/第二发电量，其中||表示绝对值。

在图7中，线路撕裂法通过边界线路对互联区域进行拆分，实施例所述的 步骤S10-S50如下：

S10:用户输入用电时段参数

S20:通过异常等级从多个候选区域中选择出至少一个目标区域；

S30:采用线路撕裂法通过边界线路对所述目标区域进行区域分解，得到第 二数量的分散区域，所述第二数量与该目标区域存在的每个用电异常时段的异 常程度相关；

S40:确定每个分散区域的优化目标使得每个分散区域与其邻接分散区域 的用电异常时段错开；

S50:确定每个分散区域的优化目标的完成度.

在所述步骤S50之后，可生成生成反馈信号，

基于所述反馈信号，重新执行步骤40。

图7中，调配反馈子系统确定所述分散区域优化子系统反馈的每个分散区 域的优化目标的完成度，包括：确定第一分散区域的第一用电异常时段；确定 第二分散区域的第二用电异常时段；基于所述第一用电异常时段的数量、第二 异常时段的数量、第一异常时段和第二异常时段的重合度，确定所述每个分散 区域的优化目标的完成度。

优选的，所述第一用电异常时段的数量和第二异常时段的数量越接近，第 一异常时段和第二异常时段的重合度越高，则完成度越高。

所述反馈信号的目的在于使得所述完成度达到预定阈值。

需要指出的是，图5、图6或图7所述方法、流程，均可以通过计算机程 序指令自动化的实现。因此，参见图8提供一种电子计算机设备，该电子设备 可以是数据交互设备，包括总线、处理器以及存储器，所述存储器用于存储计 算机程序，所述计算机程序包括程序指令，所述处理器用于执行所述计算机存 储介质存储的程序指令。

该计算机设备可以是终端，该计算机设备包括通过系统总线连接的处理器、 存储器、通信接口、显示屏和输入装置。其中，该计算机设备的处理器用于提 供计算和控制能力。该计算机设备的存储器包括非易失性存储介质、内存储器。 该非易失性存储介质存储有操作系统和计算机程序。该内存储器为非易失性存 储介质中的操作系统和计算机程序的运行提供环境。该计算机设备的通信接口 用于与外部的终端进行有线或无线方式的通信，无线方式可通过WIFI、运营 商网络、NFC(近场通信)或其他技术实现。该计算机程序被处理器执行时以 实现前述方法实例的步骤。

本发明的技术方案能够基于区域分解实现多区域互联的新能源消纳优 化，并且不同的区域分解对应不同的优化目标和反馈参数，从而适应不同 的分解区域，使得目标区域在整体上能够实现新能源互补或者互通式的消 纳优化，减少新能源弃电现象，最大程度的提高资源量可用率。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限 制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人 员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未 脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利 要求保护范围之内。

本发明未特别明确的部分模块结构，以现有技术记载的内容为准。本发明 在前述背景技术部分提及的现有技术可作为本发明的一部分，用于理解部分技 术特征或者参数的含义。本发明的保护范围以权利要求实际记载的内容为准。

Claims (10)

1.一种基于多区域互联的新能源消纳优化系统，其特征在于，所述系统包括：

目标区域确定子系统，所述目标区域确定子系统用于确定至少一个目标区域，所述目标区域是基于用户输入参数从多个候选区域中选择的；

区域分离子系统，所述区域分离子系统用于将所述目标区域执行区域分离后，得到多个分散区域；

分散区域优化子系统，所述分散区域优化子系统用于确定每个分散区域的优化目标；

能源调度子系统，所述能源调度子系统用于将接入所述目标区域的新能源依据每个分散区域的优化目标，在多个分散区域之间调配；

调配反馈子系统，所述调配反馈子系统基于所述分散区域优化子系统反馈的每个分散区域的优化目标的完成度，生成反馈信号发送至所述能源调度子系统。

2.如权利要求1所述的一种基于多区域互联的新能源消纳优化系统，其特征在于：

所述新能源为光伏发电量、风力发电量之一或者其组合。

3.如权利要求1所述的一种基于多区域互联的新能源消纳优化系统，其特征在于：

所述候选区域为基于历史用电数据统计得出的存在用电量异常时段的用电区域，所述用电量异常时段包括用电量高于所有用电区域用电平均值的第一比例以上的时段，或者低于所有用电区域用电平均值的第二比例以下的时段。

4.如权利要求3所述的一种基于多区域互联的新能源消纳优化系统，其特征在于：

每个候选区域具有不同的异常等级，所述异常等级与每个候选区域存在的用电异常时段的数量以及异常程度相关；

所述用户用户输入参数包括用电时段；

所述目标区域确定子系统基于用户输入的用电时段参数，通过所述异常等级从多个候选区域中选择出至少一个目标区域。

5.如权利要求3所述的一种基于多区域互联的新能源消纳优化系统，其特征在于：

所述区域分离子系统采用节点撕裂法通过边界节点对所述目标区域进行区域分解，得到第一数量的分散区域，所述第一数量与该目标区域存在的用电异常时段的数量相关。

6.如权利要求3所述的一种基于多区域互联的新能源消纳优化系统，其特征在于：

所述区域分离子系统采用线路撕裂法通过边界线路对所述目标区域进行区域分解，得到第二数量的分散区域，所述第二数量与该目标区域存在的每个用电异常时段的异常程度相关。

7.如权利要求5所述的一种基于多区域互联的新能源消纳优化系统，其特征在于：

所述分散区域优化子系统确定每个分散区域的优化目标，包括：

所述优化目标包括使得每个分散区域与其邻接分散区域的新能源调度计划互补。

8.如权利要求6所述的一种基于多区域互联的新能源消纳优化系统，其特征在于：

所述分散区域优化子系统确定每个分散区域的优化目标，包括：

所述优化目标包括使得每个分散区域与其邻接分散区域的用电异常时段错开。

9.如权利要求7所述的一种基于多区域互联的新能源消纳优化系统，其特征在于：

所述调配反馈子系统确定所述分散区域优化子系统反馈的每个分散区域的优化目标的完成度，包括：

确定第一分散区域输出至与其邻接的第二分散区域的第一发电量；

确定所述能源调度子系统调度至所述第二分散区域的第二发电量；

基于所述第一发电量和第二发电量，确定所述第一分散区域的优化目标的完成度。

10.如权利要求7所述的一种基于多区域互联的新能源消纳优化系统，其特征在于：

所述调配反馈子系统确定所述分散区域优化子系统反馈的每个分散区域的优化目标的完成度，包括：

确定第一分散区域的第一用电异常时段；

确定第二分散区域的第二用电异常时段；

基于所述第一用电异常时段的数量、第二异常时段的数量、第一异常时段和第二异常时段的重合度，确定所述每个分散区域的优化目标的完成度。

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