CN114899828A - 一种考虑集中能源站运行潜力的主动配电网电压控制方法 - Google Patents

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CN114899828A CN202210563209.3A CN202210563209A CN114899828A CN 114899828 A CN114899828 A CN 114899828A CN 202210563209 A CN202210563209 A CN 202210563209A CN 114899828 A CN114899828 A CN 114899828A
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孙文
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Abstract

本发明公开了一种考虑集中能源站运行潜力的主动配电网电压控制方法步骤一：根据选定的主动配电网‑集中能源站系统，读取集中能源站设备组成、设备运行参数、蓄热装置当前存储热量等变量或参数的初值；步骤二：依据所述步骤一提供的主动配电网‑集中能源站系统的结构和参数，建立考虑集中能源站运行潜力的主动配电网电压控制模型；步骤三：将所述步骤二得到的主动配电网‑集中能源站系统优化调度模型中相关非凸约束进行二阶锥转换，建立二阶锥规划模型并调用相关求解器进行求解；步骤四：输出所述步骤三的求解结果。本发明的优点：充分考虑集中能源站中蓄热装置、楼宇热惯性的对电压水平的提升潜力。

Description

一种考虑集中能源站运行潜力的主动配电网电压控制方法
技术领域
本发明设计一种主动配电网电压控制方法，特别是涉及一种考虑集中能源站 运行潜力的主动配电网电压控制方法。
背景技术
以风机/光伏为代表的分布式电源、电力为核心的集中能源站分别是供给侧 能源清洁利用和消费侧能源效率提升的重要手段。于是，以主动配电网为能源传 输通道并利用集中能源站实现多种能量的协调供给的能量架构，可实现绿色清洁 分布式能源集成和多种能源的高效利用，得到了广泛应用。
随着分布式能源渗透率和集中能源站需求不断增长，配电网安全稳定运行面 临巨大挑战，包括潮流流向变化和电压偏移等。常见的配电网电压调节装置包括 传统的有载调压变压器、电容器组等，也包括可实现不同馈线之间有功传输和无 功补偿的智能软开关(SOP)。同时，集中能源站包含多种供能、蓄能装置，需 求侧也具有较强的灵活性；通过供能、蓄能装置合理的供能、蓄能和需求侧冷热 负荷的热管理，可实现能量需求在时间轴上转移，进而改变配网潮流，实现配电 网运行目标的提升。故而，充分发挥集中能源站多种可调节资源的灵活潜力，通 过合理的管理策略，可有效支撑配电网的运行，改善电压质量。需要指出，配网 层面调节设备和集中能源站可以利用资源行为特性和响应特点差异较大，需要合 理的控制策略实现能量分配、能量消费层面可控设备/资源的互补协同作用
目前，主动配电网的运行优化多仅利用自身调节设备改善电压质量，未见考 虑集中能源站运行潜力的电压控制方法。因此，急需一种考虑集中能源站运行潜 力的主动配电网电压控制方法，充分发挥集中能源站供需能设备和需求响应资源 的灵活性，并协调配网、能源站的运行，提升主动配电网电压运行水平。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，针对包含集中能源站的主动配电网电压优化 问题，建立考虑集中能源站运行潜力的主动配电网电压控制方法，综合考虑配电 网-能源站多种约束和多种资源的协同，最终制定电压优化调节方案。
本发明所采用的技术方案是：
步骤1：输入已知的主动配电网与集中能源站结构与参数信息；
步骤2：依据步骤1提供的主动配电网与集中能源站结构和参数，建立考虑 集中能源站运行潜力的主动配电网电压控制模型；
步骤3：将步骤2得到的主动配电网-集中能源站系统优化调度模型中相关非 凸约束进行二阶锥转换，建立二阶锥规划模型并调用相关求解器进行求解。
步骤4：生成考虑集中能源站运行潜力的主动配电网电压优化控制方案。
本发明提出的考虑集中能源站运行潜力的主动配电网电压控制方法，立足于 解决主动配电网电压调节问题，充分考虑集中能源站中蓄热装置、楼宇热惯性的 对电压水平的提升潜力，建立考虑集中能源站运行潜力的主动配电网电压优化控 制模型，通过非凸约束的二阶锥转换，调用相关求解器求解，得到系统日前优化 控制计划。
附图说明
图1是本发明的考虑集中能源站运行潜力的主动配电网电压控制方法流程 图；
图2是包含多个集中能源站的主动配电网结构图；
图3中集中能源站蓄热装置能量变化曲线图；
图4是楼宇室内温度变化曲线图；
图5是方案2、方案3中集中能源站出力和室内温度变化图；
图6为方案1、方案3节点电压最大最小值变化曲线图。
具体实施方式
下面结合实施案例和附图对本发明提出的考虑集中能源站运行潜力的主动 配电网电压控制方法做出详细说明。
本发明的考虑集中能源站运行潜力的主动配电网电压控制方法，如图1所示， 包括如下步骤：
1)根据选定的主动配电网-集中能源站系统，输入配电网参数，读取电负荷、 室外温度、分布式能源出力的预测值，读取集中能源站设备组成、设备运行参数、 蓄热装置当前存储热量等变量或参数的初值；；
2)依据步骤1)提供的主动配电网-集中能源站系统的结构和参数，建立考 虑集中能源站运行潜力的主动配电网电压控制模型，包括：设定系统能源消耗和 配电网电压偏移最小为优化目标，分别考虑配电网运行约束(包括配网潮流约束、 分布式电源运行约束、软开关运行约束)、集中能源站运行约束(包括供能设备 运行约束、蓄热水箱、楼宇热惯性运行潜力约束和供需平衡约束)；
(1)所述的统能源消耗和配电网电压偏移最小为优化目标可表示为
minF′＝WC(fL+fCES)+WVfV (1)
Figure BDA0003653700550000021
Figure BDA0003653700550000022
Figure BDA0003653700550000031
式中，fL、fCES、fV分别为配电网网络损耗、集中能源站能源消耗和电压偏移目 标，WC和WV分别为系统能源消耗和电压越限权重系数，NT为一个调度周期总调 度间隔数，NN为配网节点个数，Ωb为系统支路集合，rij为支路ij的电阻，It，ij为t时 刻支路ij的电流，
Figure BDA0003653700550000032
为t时段接在节点i上SOP产生的损耗，Δt为调度时间间 隔，Vt，i为t时刻节点i的电压，
Figure BDA0003653700550000033
和V thr分别为节点电压幅值优化区间的上下限，
Figure BDA0003653700550000034
为t时刻集中能源站i联络线功率。
(2)所述的配电网运行约束表示为
配网潮流约束：
Figure BDA0003653700550000035
Figure BDA0003653700550000036
Figure BDA0003653700550000037
Figure BDA0003653700550000038
Figure BDA0003653700550000039
Figure BDA00036537005500000310
式中，Pt，ij、Qt，ij为t时刻从节点i流向节点j的有功和无功功率，It，ij为t时刻线 路ij的电流，rij、xij分别为线路ij的电阻和电抗，Vt，i为t时刻节点i的电压，
Figure BDA00036537005500000311
Figure BDA00036537005500000312
分别为t时刻分布式电源j注入的有功和无功功率，
Figure BDA00036537005500000313
分别为t时刻节 点j负荷的有功功率和无功功率，
Figure BDA00036537005500000314
为t时刻与集中能源站m用能功率，Ωb、
Figure BDA00036537005500000315
分别为线路的集合、与节点j相连的集中能源站集合，
Figure BDA00036537005500000316
分别为t时刻节 点i上分布式电源注入的有功功率和无功功率。
分布式电源运行约束：
Figure BDA00036537005500000317
Figure BDA00036537005500000318
式中，
Figure BDA00036537005500000319
为对应的预测功率；
Figure BDA00036537005500000320
为节点i上分布式电源的功率因数。
软开关运行约束
Figure BDA00036537005500000321
Figure BDA0003653700550000041
Figure BDA0003653700550000042
Figure BDA0003653700550000043
Figure BDA0003653700550000044
式中，
Figure BDA0003653700550000045
分别为t时刻智能软开关注入节点j的有功和无功功率，
Figure BDA0003653700550000046
Figure BDA0003653700550000047
分别为t时刻节点i上SOP注入的有功功率和无功功率，
Figure BDA0003653700550000048
为节点i上 SOP的有功损耗，
Figure BDA0003653700550000049
为节点i上SOP的损耗系数；
Figure BDA00036537005500000410
为节点i上SOP的容 量。
(3)所述的集中能源站运行约束
供能设备运行约束：
Figure BDA00036537005500000411
Figure BDA00036537005500000412
Figure BDA00036537005500000413
Figure BDA00036537005500000414
式中，
Figure BDA00036537005500000415
分别为t时刻集中能源站i中地源热泵、电锅炉的供能功率，
Figure BDA00036537005500000416
Figure BDA00036537005500000417
分别为其耗电功率，
Figure BDA00036537005500000418
为对应的性能系数和效率，
Figure BDA00036537005500000419
为地 源热泵功率上下限，
Figure BDA00036537005500000420
为电锅炉功率上下限。
蓄热水箱运行潜力约束：
Figure BDA00036537005500000421
Figure BDA00036537005500000422
Figure BDA00036537005500000423
式中，
Figure BDA00036537005500000424
为t时刻集中能源站i中蓄热水箱t时刻存储热量，
Figure BDA00036537005500000425
集中能 源站i中蓄热水箱热损耗率，
Figure BDA00036537005500000426
分别蓄热水箱蓄热、放热功率，
Figure BDA00036537005500000427
为集中能源站i中蓄热水箱最大蓄热量。
楼宇热惯性潜力约束：
Figure BDA00036537005500000428
Figure BDA0003653700550000051
Figure BDA0003653700550000052
式中，Ti，t为t时刻集中能源站i楼宇室内温度，
Figure BDA0003653700550000053
为t时刻能源站i楼宇能量注入功率，Cair、ρair分比为空气比热容、密度，Vi为能源站i中楼宇体积，Tout，t为t 时刻室外温度，Ki、Fi分别为能源站i楼宇平均散热系数、外表面积，
Figure BDA0003653700550000054
T分别 为楼宇温度的上限、下限，Tave，min、Tave，max分别为楼宇平均室温的上、下限。
供需平衡约束：
Figure BDA0003653700550000055
Figure BDA0003653700550000056
Figure BDA0003653700550000057
式中，
Figure BDA0003653700550000058
为集中能源站联络线运行功率上限。
3)将步骤2)得到的主动配电网-集中能源站系统优化调度模型中相关非凸 约束进行二阶锥转换，建立二阶锥规划模型并调用相关求解器进行求解；
Figure BDA0003653700550000059
Figure BDA00036537005500000510
Figure BDA00036537005500000511
Figure BDA00036537005500000512
对于配网潮流中电压幅值平方
Figure BDA00036537005500000513
和电流平方
Figure BDA00036537005500000514
用vt，i和lt，ij代替，则式(5)-(7)变为式(31)-(33)。对式(8)进行二阶锥松弛转换，转变为如式(34)的标准二阶锥形 式。
对SOP约束进行旋转锥转化以简化求解模型，则式(14)-(17)转化为
Figure BDA00036537005500000515
Figure BDA00036537005500000516
Figure BDA00036537005500000517
Figure BDA00036537005500000518
4)输出步骤3)的求解结果，包括配电网电压水平、集中能源站供需能设 备供能功率、蓄热装置蓄热/供热功率、存储能量和楼宇室内温度等。
本发明建立了考考虑集中能源站运行潜力的主动配电网电压控制方法，二阶 锥模型转化后采用相关求解器求解，得到调度周期内系统电压调节方案。
实例分析：
对于本实施例，首先根据选定的包含多个集中能源站的主动配电网，输入配 电网和集中能源站设备参数、电负荷、室外温度预测值。系统结构如图2所示。 本系统中配电网接入三个集中能源站(接入地点分为为节点11、13和32)，集 中能源站设备包括地源热泵机组、电锅炉机组、蓄热水箱。假定设备参数保持一 致，地源热泵、电锅炉机组额定功率分别为1500KW、1000kW，蓄热水箱最大 存储容量为20000kWh。系统安装了3台光伏系统和1台风电机组，参数见表1。 不考虑分布式电源的无功支撑作用，认为所有分布式电源按照固定的功率因素运 行，均为0.9。设置楼宇温度下、上限分别为18、22℃，标准温度20℃，日平均 温度下、上限分别为19℃、21℃，空气密度和比热容分别为1.2kg/m3、 1.007kJ/(kg℃)；能源站楼宇参数见表2。两组容量为1000kVA的SOP分别安装 在节点12-22节点、18-33节点，SOP每个变换器的损耗系数为0.02，且设定SOP 功率注入节点方向为正方向。调度周期为1天，调度间隔为30min，同时，系统 节点电压允许区间和期望区间分别为[0.95,1.05]、[0.97,1.03]。系统能源消耗和 电压偏移权重设置为0.7、0.3。
执行优化计算的计算机硬件环境为Intel I9-10900K，主频为3.70GHz，内存 为32GB，软件环境为Windows 10操作系统。
针对本实施例，所提出策略下集中能源站出储能装置能量和楼宇温度变化见 图3、图4。对比是否考虑集中能源站运行潜力的系统运行结果，方案1只考虑 配电网自身的优化(即不考虑能源站蓄热装置和楼宇热惯性的调节)，方案2 进一步考虑集中能源站热储能的调节潜力作用，方案3同时考虑蓄热装置和楼宇 热惯性的调节作用。不同方案系统运行结果见表3。方案2、方案3中集中能源 站出力和室内温度见图5，方案6为方案1和方案3的节点最大最小电压曲线。
对比表3中方案1和方案2运行结果，可知考虑储热装置的灵活蓄-释能特 性后，基于分布式电源和能效消耗的时序特性，利用蓄热装置不同时段的能量存 储和能量释放，可有效改变能源站的用能曲线进而优化配网潮流分布，节点最大 电压和最小电压都更接近参考值。结合图5并对比表3中方案2和方案3运行结 果，考虑楼宇的热需求响应特性后，楼宇室内温度在分布式电源出力较大时保持 较高温度，就近消纳较多DG出力，提升电压水平、降低能源损耗。从图6和表 3方案1和方案3对比可以看出，考虑集中能源站蓄热装置和楼宇热惯性的运行 潜力后，通过蓄热装置有序蓄能-释能和楼宇温度的调节，可有效减小电压偏差， 获得更好的电压质量和运行经济性。
表1分布式电源参数
Figure BDA0003653700550000071
表2集中能源站楼宇参数
Figure BDA0003653700550000072
表3不同方案运行结果
Figure BDA0003653700550000073

Claims (3)

1.一种考虑集中能源站运行潜力的主动配电网电压控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一：根据选定的主动配电网-集中能源站系统，输入配电网参数，读取电负荷、室外温度、分布式能源出力的预测值，读取集中能源站设备组成、设备运行参数、蓄热装置当前存储热量等变量或参数的初值；
步骤二：依据步骤一提供的主动配电网-集中能源站系统的结构和参数，建立考虑集中能源站运行潜力的主动配电网电压控制模型，包括：设定系统能源消耗和配电网电压偏移最小为优化目标，分别考虑配电网运行约束，包括潮流约束、分布式电源运行约束、软开关运行约束，集中能源站运行约束，包括供能设备运行约束、蓄热水箱、楼宇热惯性运行潜力约束和供需平衡约束；
步骤三：将步骤二得到的主动配电网-集中能源站系统优化调度模型中相关非凸约束进行二阶锥转换，建立二阶锥规划模型并调用相关求解器进行求解；
步骤四：输出步骤三的求解结果，包括配电网电压水平、集中能源站供需能设备供能功率、蓄热装置蓄热/供热功率、存储能量和楼宇室内温度等。
2.根据权利要求1所述的一种考虑集中能源站运行潜力的主动配电网电压控制方法，其特征在于，步骤二所述的设定系统能源消耗和配电网电压偏移最小为优化目标，可表示为：
min F′＝WC(fL+fCES)+WVfV
Figure FDA0003653700540000011
Figure FDA0003653700540000012
Figure FDA0003653700540000013
式中，fL、fCES、fV分别为配电网网络损耗、集中能源站能源消耗和电压偏移目标，WC和WV分别为系统能源消耗和电压越限权重系数，NT为一个调度周期总调度间隔数，NN为配网节点个数，Ωb为系统支路集合，rij为支路ij的电阻，It，ij为t时刻支路ij的电流，
Figure FDA0003653700540000014
为t时段接在节点i上SOP产生的损耗，Δt为调度时间间隔，Vt，i为t时刻节点i的电压，
Figure FDA0003653700540000015
和V thr分别为节点电压幅值优化区间的上下限，
Figure FDA0003653700540000016
为t时刻集中能源站i联络线功率。
3.根据权利要求1所述的一种考虑集中能源站运行潜力的主动配电网电压控制方法，其特征在于，步骤二所述的蓄热水箱运行、楼宇热惯性运行潜力约束，可表示为：
蓄热水箱运行约束
Figure FDA0003653700540000017
Figure FDA0003653700540000021
Figure FDA0003653700540000022
式中，
Figure FDA0003653700540000023
为t时刻集中能源站i中蓄热水箱存储热量，
Figure FDA0003653700540000024
集中能源站i中蓄热水箱热损耗率，
Figure FDA0003653700540000025
分别t时刻集中能源站i中蓄热水箱蓄热、放热功率，
Figure FDA0003653700540000026
分别为t时刻集中能源站i的地源热泵和电锅炉供热功率，
Figure FDA0003653700540000027
为集中能源站i的蓄热水箱最大存储热量。
楼宇热惯性运行约束
Figure FDA0003653700540000028
Figure FDA0003653700540000029
Figure FDA00036537005400000210
式中，Ti，t为t时刻集中能源站i楼宇室内温度，
Figure FDA00036537005400000211
为t时刻能源站i楼宇能量注入功率，Cair、ρair分比为空气比热容、密度，Vi为能源站i中楼宇体积，Tout，t为t时刻室外温度，Ki、Fi分别为能源站i楼宇平均散热系数、外表面积，
Figure FDA00036537005400000212
T分别为楼宇温度的上限、下限，Tave，max、Tave ，min分别为楼宇平均室温的上、下限。
CN202210563209.3A 2022-05-20 2022-05-20 一种考虑集中能源站运行潜力的主动配电网电压控制方法 Pending CN114899828A (zh)

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