CN114884049A - 一种柔性直流配电网优化运行控制方法 - Google Patents

一种柔性直流配电网优化运行控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种柔性直流配电网优化运行控制方法，适用于多端柔性直流配电网正常运行状态下的优化运行，基于日前预测优化、日内滚动修正、日内实时反馈校正三个时间尺度对直流配电网运行进行优化，并采用储能充放电、换流器功率调整、柔性负荷功率调整、光伏出力调整等策略，提高分布式电源消纳能力，减小运行损耗，保证直流配网的经济高效运行。本发明充分发挥柔性直流配电网的灵活性，并结合储能、负荷、电源等源荷双侧可调控资源的潜力，实现柔性直流配电网的安全稳定运行，并提高分布式电源消纳能力和利用率。

Description

一种柔性直流配电网优化运行控制方法
技术领域
本发明涉及智能配电网领域，具体但不限于涉及一种柔性直流配电网优化运行控制方法。
背景技术
伴随分布式电源发电、储能、电力电子等技术进步，配电网中用户侧直流用电、含直流环节的负荷不断增多。相比于交流配网，直流配电具有功率双向灵活可控、隔离故障、响应速度快等优势，未来公用配电网向交直流混合供电物理形态演进将成为配电网的发展方向。
能量优化管理是柔性直流配网的核心组成部分，制定合理有效的能量优化管理策略，通过对电网内各分布式电源和负荷的灵活调度，实现分布式电源高效、可靠、最大化的利用和直流配网的优化运行，是直流配网运行的关键问题。
因此，本专利提出了一种柔性直流配电网优化运行控制方法，依据合理的优化模型来管理直流配网的运行，通过对电网内各分布式资源和负荷的灵活调度实现直流配网的优化运行。
发明内容
针对现有技术中的一个或多个问题，本发明提出了一种柔性直流配电网优化运行控制方法，适用于多端柔性直流配电网正常运行状态下的优化运行，基于日前预测优化、日内滚动修正、日内实时反馈校正三个时间尺度对直流配电网运行进行优化，并采用储能充放电、换流器功率调整、柔性负荷功率调整、光伏出力调整等策略，提高分布式电源消纳能力，减小运行损耗，保证直流配网的经济高效运行。
实现本发明目的的技术解决方案为：
一种柔性直流配电网优化运行控制方法，包括：
S1、日前功率优化，确定储能的日前充放电计划：
S1-1、根据柔性直流配电网的拓扑连接关系，对直流配电网供电范围内的负荷、分布式电源分别进行日前负荷预测和日前发电预测，叠加得到直流配电网的日前整体负荷曲线；
S1-2、基于日前整体负荷曲线对直流配电网的储能按照恒功率充放电进行充放电策略分析，获得放电时段、放电阀值、充电时段和充电阀值；
S1-3、对日前整体负荷曲线分别采用偏小型半梯度隶属度函数和偏大型半梯度隶属度函数计算日前负荷每个时点的谷隶属度和峰隶属度，并根据隶属度特征阀值划分峰时段和谷时段，形成直流配电网的储能日前充放电计划；其中，划分峰时段和谷时段具体为：当负荷点的峰隶属度或谷隶属度大于隶属度特征阈值时，则该时段相应归入峰时段或谷时段；
S2、日内有功功率滚动修正，修正滚动优化时段内储能的充放电计划和调整柔性直流配电网的运行方式：
S2-1、根据柔性直流配电网的拓扑连接关系，对供电范围内的负荷、分布式电源分别进行日内负荷预测和日内发电预测；
S2-2、计算日前功率优化的预测误差，根据该预测误差按周期滚动修正日前功率优化得到的储能充放电阈值，在满足功率平衡约束、储能荷电状态约束、交流侧关口功率约束的前提下，基于修正后的储能充放电阈值调整直流配电网的运行方式、修正储能充放电计划；
S3、日内实时反馈校正：
日内实时监视直流配电网的运行数据，所述运行数据包括当前潮流分布、储能运行状态和光伏运行状态；
当直流配电网正常运行时，在满足功率平衡约束、电压限值约束、关口功率约束、支路功率限值约束的前提下，以损耗最小为目标，对多端柔性直流配电网各换流器进行功率优化分配；
当直流配电网存在潮流或电压越限风险时，在满足以上约束条件的前提下，同时考虑发电单元功率约束和负荷可调整量，以消除越限为目标，进行换流器的功率分配校正、分布式电源出力调整、负荷功率调整。
进一步的，本发明的柔性直流配电网优化运行控制方法，所述日前功率优化的周期为24小时，所述日内有功功率滚动修正的周期为15分钟。
进一步的，本发明的柔性直流配电网优化运行控制方法， S1-2中的充放电策略分析具体包括：
根据直流配电网的储能可放电量及放电功率计算出可放电时间T；
将一条水平线从负荷曲线的峰值开始，从上往下移动，直到水平线与负荷曲线相交时间之和为T，则获得放电时段，其相交点为放电阀值；
同理，将该水平线从负荷曲线的谷值开始，从下往上移动，直到水平线与负荷曲线相交时间之和为T，则获得充电时段，其相交点为充电阀值。
进一步的，本发明的柔性直流配电网优化运行控制方法， S1-3中计算谷隶属度和峰隶属度的公式为：
Figure 490441DEST_PATH_IMAGE001
Figure 563570DEST_PATH_IMAGE002
其中，
Figure 907964DEST_PATH_IMAGE003
表示谷隶属度，
Figure 218991DEST_PATH_IMAGE004
表示峰隶属度，
Figure 318534DEST_PATH_IMAGE005
表示每个点的负荷值，
Figure 285484DEST_PATH_IMAGE006
表示负荷 曲线最小值，
Figure 230306DEST_PATH_IMAGE007
表示负荷曲线最大值。
进一步的，本发明的柔性直流配电网优化运行控制方法，S1-3中隶属度特征阀值预设为0.7。
进一步的，本发明的柔性直流配电网优化运行控制方法，S1-3中的隶属度特征阀值在运行过程中根据负荷实际情况动态调整。
进一步的，本发明的柔性直流配电网优化运行控制方法，S2-2中计算日前功率优化的预测误差的公式为：
Figure 395839DEST_PATH_IMAGE008
其中，
Figure 666284DEST_PATH_IMAGE009
表示预测误差，
Figure 369798DEST_PATH_IMAGE010
表示日内超短期预测未来一小时平均值，
Figure 869043DEST_PATH_IMAGE011
表示日 前短期预测未来一小时平均值。
进一步的，本发明的柔性直流配电网优化运行控制方法，S2-2中滚动修正储能充放电阈值的公式为：
Figure 685821DEST_PATH_IMAGE012
其中，
Figure 392745DEST_PATH_IMAGE013
表示日前计算出的储能充放电阀值，
Figure 865446DEST_PATH_IMAGE014
表示更新后充放电阀值，
Figure 433962DEST_PATH_IMAGE015
表示调整系数，
Figure 88934DEST_PATH_IMAGE009
表示日前功率优化的预测误差，
Figure 983072DEST_PATH_IMAGE010
表示日内超短期预测未来一小时 平均值。
进一步的，本发明的柔性直流配电网优化运行控制方法， S3中对多端柔性直流配电网各换流器进行功率优化分配具体为：
以消除越限、降低网损为目标，计算出各端口的换流器的功率值，设定一阀值，当多端口换流器中定功率换流器的功率优化值与当前功率设定值之差不超过该阀值，则当前功率设定值不变，由功率平衡换流器自动消纳直流系统的小功率波动；当多端口换流器中定功率换流器的功率优化值与当前功率设定值之差超过该阀值，则按照功率优化值来设定定功率换流器的功率。
本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：
1、本发明的柔性直流配电网优化运行控制方法基于日前预测优化、日内滚动修正、日内实时反馈校正三个时间尺度对直流配电网运行进行优化，有效降低了直流配电网的整体损耗，提高了直流配电网的优化运行能力。
2、本发明的柔性直流配电网优化运行控制方法通过采用储能充放电、换流器功率调整、柔性负荷功率调整、光伏出力调整等策略，提高分布式电源消纳能力，减小运行损耗，保证直流配网的经济高效运行。
3、本发明的柔性直流配电网优化运行控制方法适用于多端柔性直流配电网正常运行状态下的优化运行。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，与说明描述一起用于解释本发明的实施例，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1示出了本发明的柔性直流配电网优化运行控制方法的控制框架示意图。
具体实施方式
为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制。
该部分的描述只针对几个典型的实施例，本发明并不仅局限于实施例描述的范围。不同实施例的组合、不同实施例中的一些技术特征进行相互替换，相同或相近的现有技术手段与实施例中的一些技术特征进行相互替换也在本发明描述和保护的范围内。
一种柔性直流配电网优化运行控制方法，包括：
S1、日前功率优化，周期为24小时，确定储能的日前充放电计划：
S1-1、根据柔性直流配电网的拓扑连接关系，对直流配电网供电范围内的负荷、分布式电源分别进行日前负荷预测和日前发电预测，叠加得到直流配电网的次日整体负荷曲线。
S1-2、基于次日整体负荷曲线对直流配电网的储能按照恒功率充放电进行充放电策略分析，根据直流配电网的储能可放电量和放电功率计算出可放电时间T；将一条水平线从负荷曲线的峰值开始，从上往下移动，直到水平线与负荷曲线相交时间之和为T，则获得放电时段，其相交点为放电阀值；将该水平线从负荷曲线的谷值开始，从下往上移动，直到水平线与负荷曲线相交时间之和为T，则获得充电时段，其相交点为充电阀值。
S1-3、对日前整体负荷预测曲线分别采用偏小型半梯度隶属度函数和偏大型半梯度隶属度函数计算日前负荷每个时点的谷隶属度和峰隶属度：
Figure 661178DEST_PATH_IMAGE001
Figure 767805DEST_PATH_IMAGE002
其中，
Figure 214967DEST_PATH_IMAGE003
表示谷隶属度，
Figure 483269DEST_PATH_IMAGE004
表示峰隶属度，
Figure 648671DEST_PATH_IMAGE005
表示每个点的负荷值，
Figure 542677DEST_PATH_IMAGE006
表示负荷 曲线最小值，
Figure 848939DEST_PATH_IMAGE007
表示负荷曲线最大值；
并根据隶属度特征阀值划分峰时段和谷时段，形成直流配电网的储能日前充放电计划，本实施例中隶属度特征阀值预设为0.7，且在运行过程中根据负荷实际情况动态调整；
划分峰时段和谷时段具体包括：当负荷时点的峰隶属度或谷隶属度大于隶属度特征阈值时，则该时点相应归入峰时段或谷时段。
S2、日内有功功率滚动修正，周期为15分钟，修正滚动优化时段内储能的充放电计划和调整柔性直流配电网的最佳运行方式。
S2-1、根据柔性直流配电网的拓扑连接关系，对供电范围内的负荷、分布式电源分别进行日内负荷预测和日内发电预测。
S2-2、计算日前功率优化的预测误差：
Figure 537409DEST_PATH_IMAGE008
其中，
Figure 190107DEST_PATH_IMAGE009
表示预测误差，
Figure 841799DEST_PATH_IMAGE010
表示日内超短期预测未来一小时平均值，
Figure 794712DEST_PATH_IMAGE011
表示日 前短期预测未来一小时平均值；
根据该预测误差按周期滚动修正日前功率优化得到的储能充放电阈值：
Figure 670395DEST_PATH_IMAGE012
其中，
Figure 544810DEST_PATH_IMAGE013
表示日前计算出的储能充放电阀值，
Figure 46199DEST_PATH_IMAGE014
表示更新后充放电阀值，
Figure 73192DEST_PATH_IMAGE015
表示调整系数，
Figure 369044DEST_PATH_IMAGE009
表示日前功率优化的预测误差，
Figure 730755DEST_PATH_IMAGE010
表示日内超短期预测未来一小时 平均值；
在满足功率平衡约束、储能荷电状态约束、交流侧关口功率约束的前提下，基于修正后的储能充放电阈值调整直流配电网的运行方式、修正储能充放电计划；
S3、日内实时反馈校正，消除越限，降低损耗：
日内实时监视直流配电网的运行数据，所述运行数据包括当前潮流分布、储能运行状态和光伏运行状态；
当直流配电网正常运行时，在满足功率平衡约束、电压限值约束、关口功率约束、支路功率限值约束的前提下，以损耗最小为目标，对多端柔性直流配电网各换流器进行功率优化分配，计算定功率站换流器的功率设定值，由功率平衡站换流器自动消纳直流系统的功率波动；
当直流配电网存在潮流或电压越限风险时，在满足以上约束条件的前提下，同时考虑发电单元功率约束和负荷可调整量，以消除越限为目标，进行换流器的功率分配校正、分布式电源出力调整、负荷功率调整。
实施例1
一种柔性直流配电网优化运行控制方法，分为日前、日内滚动、日内实时三个时间尺度，如图1所示，包括以下步骤：
步骤一、日前功率优化周期为24小时，目标侧重于削峰填谷，最大化消纳新能源。基于短期负荷预测、发电预测数据、并结合拓扑关系，以直流配网削峰填谷为目标，考虑功率平衡约束、储能能量约束、交流侧关口约束等约束条件，对储能进行充放电策略分析以及削峰填谷用电引导。具体为：
日前根据柔性直流配电网的拓扑连接关系，对供电范围内的负荷、分布式电源分别进行日前短期负荷预测和发电预测，通过汇总叠加得到直流配电网第二天整体负荷曲线。
基于该负荷曲线以削峰填谷为目标对储能进行充放电策略分析。优选的，按照恒功率充放电进行分析。首先，根据储能可放电量及放电功率计算出可放电时间T，将一条水平线从负荷曲线的峰值开始，以很小的步长从上往下移动，直到水平线与负荷曲线相交时间之和为T，则找到了放电时段，相交点为放电阀值；同理，将水平线从下往上以很小的步长移动，求出充电时段和充电阀值。
通过对日前预测曲线进行峰谷时段划分，为负荷错峰用电提供引导建议。
采用隶属度函数划分峰、谷时段：
Figure 724250DEST_PATH_IMAGE001
Figure 917334DEST_PATH_IMAGE002
其中，
Figure 321771DEST_PATH_IMAGE003
表示谷隶属度，
Figure 983827DEST_PATH_IMAGE004
表示峰隶属度，
Figure 499122DEST_PATH_IMAGE005
表示每个点的负荷值，
Figure 563024DEST_PATH_IMAGE006
表示负荷 曲线最小值，
Figure 138362DEST_PATH_IMAGE007
表示负荷曲线最大值。
负荷点峰、谷隶属度大于阈值，则该时段相应归入峰或谷的时点集。峰、谷特征阈值初设为0.7，运行过程中根据负荷实际情况进行动态调整。
步骤二、日内有功功率滚动修正是在日前优化策略的基础上进行调节，以修正实际负荷以及分布式电源发电与预测曲线的偏差。具体为：
日内以15分钟为周期，基于未来1小时的超短期负荷预测、发电预测数据、实时拓扑关系，滚动修正日前优化得到的储能充放电阈值。
Figure 536982DEST_PATH_IMAGE008
Figure 606701DEST_PATH_IMAGE012
其中，
Figure 774377DEST_PATH_IMAGE009
表示预测误差，
Figure 520616DEST_PATH_IMAGE010
表示日内超短期预测未来一小时平均值，
Figure 891686DEST_PATH_IMAGE011
表示日 前短期预测未来一小时平均值，
Figure 14362DEST_PATH_IMAGE013
表示日前计算出的储能充放电阀值，
Figure 787277DEST_PATH_IMAGE014
表示更新 后充放电阀值，
Figure 704418DEST_PATH_IMAGE015
表示调整系数。
步骤三、日内实时监视电网运行情况，正常运行时，对多端柔性直流配电网各换流器进行功率优化分配，降低直流配电网整体损耗。存在潮流或电压越限风险时，将换流器的功率分配、分布式电源出力调整、负荷功率调整作为调控手段，快速实现越限校正。
对各换流器进行功率优化分配具体包括：以消除越限、降低网损为目标，计算出各端口的换流器的功率值，为避免小功率波动而带来的频繁调整，设定一阀值，当多端口换流器中定功率换流器的功率优化值与当前功率设定值之差不超过该阀值，当前功率设定值不变，由功率平衡换流器自动消纳直流系统的小功率波动。当多端口换流器中定功率换流器的功率优化值与当前功率设定值之差超过该阀值，按照功率优化值设定定功率换流器的功率。
这里本发明的描述和应用是说明性的，并非想将本发明的范围限制在上述实施例中。说明书中所涉及的效果或优点等相关描述可因具体条件参数的不确定或其它因素影响而可能在实际实验例中不能体现，效果或优点等相关描述不用于对发明范围进行限制。这里所披露的实施例的变形和改变是可能的，对于那些本领域的普通技术人员来说实施例的替换和等效的各种部件是公知的。本领域技术人员应该清楚的是，在不脱离本发明的精神或本质特征的情况下，本发明可以以其它形式、结构、布置、比例，以及用其它组件、材料和部件来实现。在不脱离本发明范围和精神的情况下，可以对这里所披露的实施例进行其它变形和改变。

Claims (9)

1.一种柔性直流配电网优化运行控制方法，其特征在于，包括：
S1、日前功率优化，确定储能的日前充放电计划：
S1-1、根据柔性直流配电网的拓扑连接关系，对直流配电网供电范围内的负荷、分布式电源分别进行日前负荷预测和日前发电预测，叠加得到直流配电网的日前整体负荷曲线；
S1-2、基于日前整体负荷曲线对直流配电网的储能按照恒功率充放电进行充放电策略分析，获得放电时段、放电阀值、充电时段和充电阀值；
S1-3、对日前整体负荷曲线分别采用偏小型半梯度隶属度函数和偏大型半梯度隶属度函数计算日前负荷每个时点的谷隶属度和峰隶属度，并根据隶属度特征阀值划分峰时段和谷时段，形成直流配电网的储能日前充放电计划；其中，划分峰时段和谷时段具体包括：当负荷时点的峰隶属度或谷隶属度大于隶属度特征阈值时，则该时点相应归入峰时段或谷时段；
S2、日内有功功率滚动修正，修正滚动优化时段内储能的充放电计划和调整柔性直流配电网的运行方式：
S2-1、根据柔性直流配电网的拓扑连接关系，对供电范围内的负荷、分布式电源分别进行日内负荷预测和日内发电预测；
S2-2、计算日前功率优化的预测误差，根据该预测误差按周期滚动修正日前功率优化得到的储能充放电阈值，在满足功率平衡约束、储能荷电状态约束、交流侧关口功率约束的前提下，基于修正后的储能充放电阈值调整直流配电网的运行方式、修正储能充放电计划；
S3、日内实时反馈校正：
日内实时监视直流配电网的运行数据，所述运行数据包括当前潮流分布、储能运行状态和光伏运行状态；
当直流配电网正常运行时，在满足功率平衡约束、电压限值约束、关口功率约束、支路功率限值约束的前提下，以损耗最小为目标，对多端柔性直流配电网各换流器进行功率优化分配；
当直流配电网存在潮流或电压越限风险时，在满足以上约束条件的前提下，同时考虑发电单元功率约束和负荷可调整量，以消除越限为目标，进行换流器的功率分配校正、分布式电源出力调整、负荷功率调整。
2.根据权利要求1所述的柔性直流配电网优化运行控制方法，其特征在于，所述日前功率优化的周期为24小时，所述日内有功功率滚动修正的周期为15分钟。
3.根据权利要求1所述的柔性直流配电网优化运行控制方法，其特征在于，S1-2中的充放电策略分析具体包括：
根据直流配电网的储能可放电量和放电功率计算出可放电时间T；
将一条水平线从负荷曲线的峰值开始，从上往下移动，直到水平线与负荷曲线相交时间之和为T，则获得放电时段，其相交点为放电阀值；
同理，将该水平线从负荷曲线的谷值开始，从下往上移动，直到水平线与负荷曲线相交时间之和为T，则获得充电时段，其相交点为充电阀值。
4.根据权利要求1所述的柔性直流配电网优化运行控制方法，其特征在于，S1-3中计算谷隶属度和峰隶属度的公式为：
Figure 867504DEST_PATH_IMAGE001
Figure 597694DEST_PATH_IMAGE002
其中，
Figure 705327DEST_PATH_IMAGE003
表示谷隶属度，
Figure 116848DEST_PATH_IMAGE004
表示峰隶属度，
Figure 259117DEST_PATH_IMAGE005
表示每个点的负荷值，
Figure 347158DEST_PATH_IMAGE006
表示负荷曲线 最小值，
Figure 692820DEST_PATH_IMAGE007
表示负荷曲线最大值。
5.根据权利要求1所述的柔性直流配电网优化运行控制方法，其特征在于，S1-3中隶属度特征阀值预设为0.7。
6.根据权利要求1或5所述的柔性直流配电网优化运行控制方法，其特征在于，S1-3中的隶属度特征阀值在运行过程中根据负荷实际情况动态调整。
7.根据权利要求1所述的柔性直流配电网优化运行控制方法，其特征在于，S2-2中计算日前功率优化的预测误差的公式为：
Figure 157300DEST_PATH_IMAGE008
其中，
Figure 904807DEST_PATH_IMAGE009
表示预测误差，
Figure 163750DEST_PATH_IMAGE010
表示日内超短期预测未来一小时平均值，
Figure 980396DEST_PATH_IMAGE011
表示日前短 期预测未来一小时平均值。
8.根据权利要求1所述的柔性直流配电网优化运行控制方法，其特征在于，S2-2中滚动修正储能充放电阈值的公式为：
Figure 796036DEST_PATH_IMAGE012
其中，
Figure 585001DEST_PATH_IMAGE013
表示日前计算出的储能充放电阀值，
Figure 81755DEST_PATH_IMAGE014
表示更新后充放电阀值，
Figure 588960DEST_PATH_IMAGE015
表 示调整系数，
Figure 191979DEST_PATH_IMAGE009
表示日前功率优化的预测误差，
Figure 851762DEST_PATH_IMAGE010
表示日内超短期预测未来一小时平均 值。
9.根据权利要求1所述的柔性直流配电网优化运行控制方法，其特征在于，S3中对多端柔性直流配电网各换流器进行功率优化分配具体为：
以消除越限、降低网损为目标，计算出各端口的换流器的功率值，设定一阀值，当多端口换流器中定功率换流器的功率优化值与当前功率设定值之差不超过该阀值，则当前功率设定值不变，由功率平衡换流器自动消纳直流系统的小功率波动；当多端口换流器中定功率换流器的功率优化值与当前功率设定值之差超过该阀值，则按照功率优化值来设定定功率换流器的功率。
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