CN114204599A - 一种抑制配电网电压波动的分布式储能布点运行控制方法 - Google Patents

一种抑制配电网电压波动的分布式储能布点运行控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种抑制配电网电压波动的分布式储能布点运行控制方法，应用于含高渗透率分布式光伏配电网的无功优化和电压控制，所述方法包括：针对含高渗透率分布式光伏的目标配电网，获取过去一段时间内的电网运行数据；根据历史运行数据，计算配网各个节点的电压波动系数；计算节点电压功率灵敏度指标，分析节点功率变化对节点电压的影响程度；计算节点电压调控灵敏度指标，筛选调控节点，形成分布式储能调控节点集；以目标配电网总体电压波动最小为目标，建立分布式储能电压调控优化模型，计算充放电策略，解决高渗透率分布式光伏因出力具有波动性而造成的配电网电压质量恶化问题，改善配网供电质量，有效提升了配电网运行安全性及经济性。

Description

一种抑制配电网电压波动的分布式储能布点运行控制方法
技术领域
本发明涉及电力系统配网调度运行控制领域，尤其涉及一种抑制配电网电压波动的分布式储能布点运行控制方法。
背景技术
近年来，可再生能源特别是分布式光伏发展迅猛，分布式可再生能源接入到配用电网络使得配电网有源化、主动化，改变了传统配电网辐射性的潮流结构，配网出现了双向潮流特征，大量出力具有波动性的分布式能源接入会造成配用电网络的电压质量恶化、网损增大，影响配电网运行安全性及经济性。另一方面，随着经济飞速发展，人民对美好生活的需求也日益增长，对生活质量也有了更高的要求，迫切需要电力系统配电网提供更加安全可靠、电能质量合格的供电服务。
分布式储能具有提高可再生能源消纳率、改善用电网络供电质量、提高经济效益等重要作用，能够有效缓解分布式可再生能源的随机性和波动性给配电网运行的冲击。然而，由于国内分布式光伏项目建设呈爆发式增长，分布式储能在电力系统中的配置应用尚不能跟着分布式光伏的发展步伐，因此，亟待解决分布式储能在含高比例可再生能源配网中的布点选址和运行调控策略问题，以促进分布式储能在配网中的配置应用，缓解大规模可再生能源建设需求和可再生能源随机性、波动性冲击带来的矛盾，保障配网供电质量，提高配网运行安全可靠性和经济性。
发明内容
本发明目的在于，提供一种抑制配电网电压波动的分布式储能布点和运行控制方法，在保障高渗透率分布式光伏全额消纳的条件下，实现分布式储能在配电网中的最优选址布点和运行调控，促进分布式储能在配网中的配置应用，缓解大规模可再生能源建设需求和可再生能源随机性、波动性冲击带来的矛盾，保障配网供电质量，提高配网运行安全可靠性和经济性。
为实现上述目的，本发明实施例提供一种抑制配电网电压波动的分布式储能布点和运行控制方法，应用于含高渗透率分布式光伏配电网的无功优化和电压控制，所述方法包括：
针对含高渗透率分布式光伏的目标配电网，获取过去一段时间内(如一年内)的电网运行数据；
根据历史运行数据，计算配网各个节点的电压波动系数；
计算节点电压功率灵敏度指标，分析节点功率变化对节点电压的影响程度；
计算节点电压调控灵敏度指标，对指标从大到小进行排序，筛选前a％的节点作为分布式储能的调控节点，形成分布式储能调控节点集，其中，a为正数；
以目标配电网总体电压波动最小为目标，建立分布式储能电压调控优化模型，计算得到不同节点分布式储能的充放电策略，解决高渗透率分布式光伏因出力具有波动性而造成的配电网电压质量恶化问题，改善配网供电质量，有效提升了配电网运行安全性及经济性。
优选地，所述配网节点电压波动系数，用于反映配电网节点在某时刻的电压波动程度。计算公式为：
σg,t＝(Vg,t-Vref)2
式中，σg,t为节点g在t时刻的电压波动系数，表征了该节点电压偏离额定电压的程度；Vg,t表示节点g第t时刻的节点电压；Vref为配网的额定电压。
优选地，所述节点电压功率灵敏度指标，用于反映节点单位功率变化引起节点电压的变化程度，以此分析配电网运行未来态。计算公式为：
Figure BDA0003411077150000021
式中，Qi,g是节点i单位功率变化对任一配电网节点g的电压-功率灵敏度指标，Pi、Qi表示节点i的有功功率和无功功率；ΔPi、ΔQi表示节点i的有功功率和无功功率的变化；E表示电网节点集合，节点g表示电网节点集合内任一电网节点；Vg表示节点g的节点电压。
优选地，所述节点电压调控灵敏度指标，反映的是在该节点安装分布式储能后能实现最优电压调控效果。由于无功电压调控具有就地平衡的特性，因此在电压波动系数最大且电压功率灵敏度大的节点上布点分布式储能，能起到最好的调控效果。节点电压调控灵敏度指标的计算公式为：
Figure BDA0003411077150000022
式中，κi是节点i的电压调控灵敏度指标，M是选定的一段历史运行数据的总采样点数量，不同的采用点对应不同的采用时刻t；Nh、NL表示节点电压偏高集合和节点电压偏低集合；σh,t、σl,t分别是节点h和节点l在t时刻的电压波动系数；Qi,h和Qi,l分别是节点i对节点h和l的电压功率灵敏度指标，即节点i单位功率变化引起节点h和l的电压量；该指标的创造性在于：传统基于节点电压功率灵敏度的电压调控策略，考虑的都是配电网自身网络特性引起的电压不达标情况，难以计及分布式光伏出力随机性、波动性引起的节点电压波动，本指标创新性地将节点电压波动系数作为节点电压功率灵敏度的加权系数，真是地反映了节点加装分布式储能后对配电网电压的最优调控效果。
优选地，所述分布式储能电压调控优化模型，其优化调控方法是：通过优化控制各节点分布式储能的充放电功率，使得配电网各节点电压波动系数总和最小，计算公式为：
Figure BDA0003411077150000031
式中，σi,t为节点i在t时刻的电压波动系数，E是配电网所有网络节点的集合。
优选地，所述分布式储能电压调控优化模型，其约束条件除了传统电力系统运行的功率平衡约束、节点电压约束和线路电流约束之外，还包括：分布式光伏接入配电网的有功无功运行约束、上级电网注入配电网的总有功功率限制约束、储能充放电功率限制约束、储能充放电状态约束。
优选地，所述分布式光伏接入配电网的有功无功运行约束，计算公式为：
Figure BDA0003411077150000032
Figure BDA0003411077150000033
式中，
Figure BDA0003411077150000034
是节点i在t时刻的光伏实际注入有功功率；
Figure BDA0003411077150000035
为节点i在t时刻的光伏有功功率预测值；
Figure BDA0003411077150000036
表示光伏视在功率的上限；
Figure BDA0003411077150000037
为节点i在t时刻的光伏注入无功功率。
优选地，所述上级电网注入配电网的总有功功率限制约束，计算公式为：
Figure BDA0003411077150000038
式中，Pgrid,t是t时刻上级电网的注入实际注入功率，
Figure BDA0003411077150000039
和
Figure BDA00034110771500000310
分别是上级电网在t时刻注入总有功功率的上下限。
优选地，所述储能充放电功率限制约束，计算公式为：
Figure BDA00034110771500000311
式中，
Figure BDA00034110771500000312
分别表示储能充、放电功率，储能充电时有功功率为负，放电时为正，
Figure BDA00034110771500000313
表示储能设备i的充放电功率的上限；SG,i表示储能安装位置的0-1变量，当SG,i取1时表示储能待安装节点i处安装储能，反之不安装储能。
优选地，所述储能充放电状态约束，指储能设备在正常运行时在任一时段t内只能处于充电或放电状态，计算公式为：
Figure BDA00034110771500000314
式中，
Figure BDA00034110771500000315
分别表示储能充、放电功率，储能充电时有功功率为负，放电时为正。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施方式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是本发明某一实施例提供的一种抑制配电网电压波动的分布式储能布点和运行控制方法的流程示意图；
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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作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。
应当理解，文中所使用的步骤编号仅是为了方便描述，不作为对步骤执行先后顺序的限定。
应当理解，在本发明说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本发明。如在本发明说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。
术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。
术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。
请参阅图1，本发明提供的一种抑制配电网电压波动的分布式储能布点和运行控制方法，应用于含高渗透率分布式光伏配电网的无功优化和电压控制，所述方法包括：
步骤S10：针对含高渗透率分布式光伏的目标配电网，获取过去一年时间内的电网运行数据，包括电网网络拓扑信息、采用周期为15分钟的电网各节点负荷、发电功率信息、各节点电压数据、各线路有功潮流、无功潮流数据等。
步骤S20：根据历史运行数据，计算配网各个节点的电压波动系数，用于反映配电网节点在某时刻的电压波动程度。计算公式为：
σg,t＝(Vg,t-Vref)2
式中，σg,t为节点g在t时刻的电压波动系数，表征了该节点电压偏离额定电压的程度；Vg,t表示节点g第t时刻的节点电压；Vref为配网的额定电压。
步骤S30：计算节点电压功率灵敏度指标，用于反映节点单位功率变化引起节点电压的变化程度，以此分析配电网运行未来态，计算公式为：
Figure BDA0003411077150000051
式中，Qi,g是节点i单位功率变化对任一配电网节点g的电压-功率灵敏度指标，Pi、Qi表示节点i的有功功率和无功功率；ΔPi、ΔQi表示节点i的有功功率和无功功率的变化；E表示电网节点集合，节点g表示电网节点集合内任一电网节点；Vg表示节点g的节点电压。
步骤S40：计算节点电压调控灵敏度指标，对指标从大到小进行排序，筛选前a％的节点作为分布式储能的调控节点，形成分布式储能调控节点集，其中，a为正数。节点电压调控灵敏度指标的计算公式为：
Figure BDA0003411077150000052
式中，κi是节点i的电压调控灵敏度指标，M是选定的一段历史运行数据的总采样点数量，不同的采用点对应不同的采用时刻t；Nh、NL表示节点电压偏高集合和节点电压偏低集合；σh,t、σl,t分别是节点h和节点l在t时刻的电压波动系数；Qi,h和Qi,l分别是节点i对节点h和l的电压功率灵敏度指标，即节点i单位功率变化引起节点h和l的电压量；
步骤S50：以目标配电网总体电压波动最小为目标，建立分布式储能电压调控优化模型，计算得到不同节点分布式储能的充放电策略，解决高渗透率分布式光伏因出力具有波动性而造成的配电网电压质量恶化问题，改善配网供电质量，有效提升了配电网运行安全性及经济性。详见步骤S51-53：
步骤S51：构建分布式储能电压调控优化模型的目标函数，优化目标是配电网各节点电压波动系数总和最小，目标函数计算公式为：
Figure BDA0003411077150000053
式中，σi,t为节点i在t时刻的电压波动系数，E是配电网所有网络节点的集合。
步骤S52：构建分布式储能电压调控优化模型约束条件，约束条件除了传统电力系统运行的功率平衡约束、节点电压约束和线路电流约束之外，还包括光伏-储能协同运行约束，主要为：分布式光伏接入配电网的有功无功运行约束、上级电网注入配电网的总有功功率限制约束、储能充放电功率限制约束、储能充放电状态约束。
分布式光伏接入配电网的有功无功运行约束的计算公式为：
Figure BDA0003411077150000061
Figure BDA0003411077150000062
式中，
Figure BDA0003411077150000063
是节点i在t时刻的光伏实际注入有功功率；
Figure BDA0003411077150000064
为节点i在t时刻的光伏有功功率预测值；
Figure BDA0003411077150000065
表示光伏视在功率的上限；
Figure BDA0003411077150000066
为节点i在t时刻的光伏注入无功功率。
电网注入配电网的总有功功率限制约束的计算公式为：
Figure BDA0003411077150000067
式中，Pgrid,t是t时刻上级电网的注入实际注入功率，
Figure BDA0003411077150000068
和
Figure BDA0003411077150000069
分别是上级电网在t时刻注入总有功功率的上下限。
储能充放电功率限制约束的计算公式为：
Figure BDA00034110771500000610
式中，
Figure BDA00034110771500000611
分别表示储能充、放电功率，储能充电时有功功率为负，放电时为正，
Figure BDA00034110771500000612
表示储能设备i的充放电功率的上限；SG,i表示储能安装位置的0-1变量，当SG,i取1时表示储能待安装节点i处安装储能，反之不安装储能。
储能充放电状态约束的计算公式为：
Figure BDA00034110771500000613
式中，
Figure BDA00034110771500000614
分别表示储能充、放电功率，储能充电时有功功率为负，放电时为正。
详见步骤53：求解分布式储能电压调控优化模型，得到不同节点分布式储能的充放电策略，通过配网运行控制系统下发至各分布式储能电站执行。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种抑制配电网电压波动的分布式储能布点运行控制方法，其特征在于，应用于含高渗透率分布式光伏配电网的无功优化和电压控制，所述方法包括：
针对含高渗透率分布式光伏的目标配电网，获取过去一段时间内的电网运行数据；根据历史运行数据，计算配网各个节点的电压波动系数；计算节点电压功率灵敏度指标，分析节点功率变化对节点电压的影响程度；计算节点电压调控灵敏度指标，对指标从大到小进行排序，筛选前a％的节点作为分布式储能的调控节点，形成分布式储能调控节点集，其中，a为正数；以目标配电网总体电压波动最小为目标，建立分布式储能电压调控优化模型，计算得到不同节点分布式储能的充放电策略。
2.根据权利要求1所述的抑制配电网电压波动的分布式储能布点运行控制方法，其特征在于，所述节点电压波动系数反映分布式新能源发电的随机性和波动性对配电网节点电压波动的影响程度，计算公式为：
σg,t＝(Vg,t-Vref)2
式中，σg,t为节点g在t时刻的电压波动系数，表示该节点电压偏离额定电压的程度；Vg,t表示节点g第t时刻的节点电压；Vref为配网的额定电压。
3.根据权利要求1所述的抑制配电网电压波动的分布式储能布点运行控制方法，其特征在于，所述节点电压调控灵敏度指标反映指定节点安装分布式储能后的电压调控效果，计算公式为：
Figure FDA0003411077140000011
式中，κi是节点i的电压调控灵敏度指标，M是选定的一段历史运行数据的总采样点数量，不同的采用点对应不同的采用时刻t；Nh、NL表示节点电压偏高集合和节点电压偏低集合；σh,t、σl,t分别是节点h和节点l在t时刻的电压波动系数；Qi,h和Qi,l分别是节点i对节点h和l的电压功率灵敏度指标，即节点i单位功率变化引起节点h和l的电压量。
4.根据权利要求1所述的抑制配电网电压波动的分布式储能布点运行控制方法，其特征在于，所述分布式储能电压调控优化模型在满足配网运行控制的物理约束条件下，通过优化控制各节点分布式储能的充放电功率，使得配电网各节点电压波动系数总和最小，目标函数计算公式为：
Figure FDA0003411077140000021
式中，σi,t为节点i在t时刻的电压波动系数，E是配电网所有网络节点的集合。
5.根据权利要求4所述的抑制配电网电压波动的分布式储能布点运行控制方法，其特征在于，所述配网运行控制物理约束条件除了传统电力系统运行的功率平衡约束、节点电压约束和线路电流约束之外，还包括：分布式光伏接入配电网的有功无功运行约束、上级电网注入配电网的总有功功率限制约束、储能充放电功率限制约束和储能充放电状态约束。
6.根据权利要求5所述的抑制配电网电压波动的分布式储能布点运行控制方法，其特征在于，所述分布式光伏接入配电网的有功无功运行约束的计算公式为：
Figure FDA0003411077140000022
Figure FDA0003411077140000023
式中，
Figure FDA0003411077140000024
是节点i在t时刻的光伏实际注入有功功率；
Figure FDA0003411077140000025
为节点i在t时刻的光伏有功功率预测值；
Figure FDA0003411077140000026
表示光伏视在功率的上限；
Figure FDA0003411077140000027
为节点i在t时刻的光伏注入无功功率。
7.根据权利要求5所述的抑制配电网电压波动的分布式储能布点运行控制方法，其特征在于，所述上级电网注入配电网的总有功功率限制约束的计算公式为：
Figure FDA0003411077140000028
式中，Pgrid,t是t时刻上级电网的注入实际注入功率，
Figure FDA0003411077140000029
和
Figure FDA00034110771400000210
分别是上级电网在t时刻注入总有功功率的上下限。
8.根据权利要求5所述的抑制配电网电压波动的分布式储能布点运行控制方法，其特征在于，所述储能充放电功率限制约束的计算公式为：
Figure FDA00034110771400000211
式中，
Figure FDA00034110771400000212
分别表示储能充、放电功率，储能充电时有功功率为负，放电时为正，
Figure FDA00034110771400000213
表示储能设备i的充放电功率的上限；SG,i表示储能安装位置的0-1变量，当SG,i取1时表示储能待安装节点i处安装储能，反之不安装储能。
9.根据权利要求5所述的抑制配电网电压波动的分布式储能布点运行控制方法，其特征在于，所述储能充放电状态约束的计算公式为：
Figure FDA0003411077140000031
式中，
Figure FDA0003411077140000032
分别表示储能充、放电功率，储能充电时有功功率为负，放电时为正。
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