CN115333107A - 一种基于基站储能的负荷调节方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于基站储能的负荷调节方法；通过拓扑图划分有源区间，基站自检储能状态确定可供电能，通过缺电的有源区间附近区间和附近电量充足的基站向该区间进行电量调节，在调节过程中注意分配区间内各功能区间所提供的电量，并实时调整电量预期；首先通过基站对缺电的有源区间进行调节，并考虑基站调配间存在的路径负荷消耗，若基站调配无法满足缺电的有源区间的需求，再进行附近区间的调配，综合考量区域内供电情况，保证区域内供电。

Description

一种基于基站储能的负荷调节方法

技术领域

本发明涉及配电网领域，特别是涉及一种基于基站储能的负荷调节方法。

背景技术

随着全社会用电负荷峰值不断突破记录，电网调峰压力日趋增长，亟待开拓更广泛的需求响应手段。由于现阶段社会当中，科技发展造成用电量逐渐上升。部分地区使用大功率电器，工厂超量生产都可能造成电量不足，因此需要对当日用电量不足的区域进行调节。同时传统的调节方式往往通过发电站对电力直接进行调节，然而在路途中会造成大量的能量损耗，且调整过程复杂繁琐，同时由于新能源设备的接入，往往在电网拓扑图上存在一些新增的储能基站，利用基站进行区间内的调控可以辅助减少调控次数，然而实际调整过程中却需要考虑基站的分布。而现阶段需要一种综合各方面考量的区间内部的电荷调控方法。

例如，一种在中国专利文献上公开的“一种基于电力载波的负荷资源调控系统及方法”，其公告号CN114221435A；通过历史负荷数据和温度对比，得到一条预测的温度负荷变化曲线，通过实际负荷变化和预测温度负荷变化曲线的对比得到调控对象和调控时间，进而实现对单户的调控。然而该方法只适用于发电站对用户的直接调节，若其间距离较远，则很难单独对某缺电的区间进行调节。该峰值调控只适用于单用户调节，而不适合区间间的负荷调节。

发明内容

本发明主要针对现有技术下区间内负荷分配难以综合考量问题；提供了一种基于基站储能的负荷调节方法；通过拓扑图划分有源区间，基站自检储能状态确定可供电能，通过缺电的有源区间附近区间和附近电量充足的基站向该区间进行电量调节，在调节过程中注意分配区间内各功能区间所提供的电量，并实时调整电量预期；首先通过基站对缺电的有源区间进行调节，并考虑基站调配间存在的路径负荷消耗，若基站调配无法满足缺电的有源区间的需求，再进行附近区间的调配，综合考量区域内供电情况，保证区域内供电。

本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：

一种基于基站储能的负荷调节方法，所述方法包括：

S1、获取配网拓扑图；检索基站；根据拓扑图划分有源区间；通过载波芯片采集历史负荷数据并根据历史负荷数据建立有源区间内的负荷消耗预估模型；根据各有源区间的负荷消耗进行负荷初分配；

S2、检测各基站储能状态，判断基站可支配电量；

S3、实时采集各有源区间负荷消耗数据，确定调控对象；

S4、通过调控对象的附近区间和基站对调控对象进行负荷再分配；优先调用最优调控路径上的基站可支配电量；

S5、实时检测配电网信息并反馈调控结果；对各基站储能状态进行二次检测，并将缺电基站在配网拓扑图上标记为普通结点。

通过拓扑图划分有源区间，基站自检储能状态确定可供电能，通过缺电的有源区间附近区间和附近电量充足的基站向该区间进行电量调节，在调节过程中注意分配区间内各功能区间所提供的电量，并实时调整电量预期；首先通过基站对缺电的有源区间进行调节，并考虑基站调配间存在的路径负荷消耗，若基站调配无法满足缺电的有源区间的需求，再进行附近区间的调配，综合考量区域内供电情况，保证区域内供电。

作为优选，所述附近区间按照如下方法划分：

步骤S21、在拓扑图上将各有源区间标记为负荷结点；根据基站储能电量将基站分别标记为负荷结点和普通结点；

步骤S22、选择其中一个负荷结点作为参考结点；参考拓扑图，以参考结点为中心，采集中心到各负荷结点和特殊结点的非回路的连接路径，判断连接路径中的负荷结点个数，若负荷结点大于一，则舍弃该路径；若负荷结点为一，则选择该连接路径为最优调控路径；

步骤S23、选择所有最优调控路径对应的负荷结点；所述负荷结点所对应的基站即为参与负荷再分配的基站；所述负荷结点所对应的有源区间即为参考结点的附近区间。

通过路径来确定参考结点的附近的负荷结点，通过负荷结点之间的连接，确认消纳的最短路径，避免过多的路径消耗，且满足就近调配的原则。

作为优选，将基站划分为特殊结点和普通结点的划分方法包括：基站储能低于2％则划分为普通结点；普通结点不再参与负荷再分配。当基站储能过低时，需要通过充电补充基站储能，若继续将该结点标注在拓扑图上，影响路径的划分，因此需要将储能过低的基站排除，不再参与负荷分配。

作为优选，所述负荷初分配包括：

S41：采集有源区间内的各功能区的用户历史日均负荷变化数据，并做标准化处理；通过蚁群算法拟合有源区间内的各功能区的标准化日均负荷变化数据，叠加形成负荷消耗预估曲线；

S42：通过负荷消耗预估曲线计算各区间的日均负荷消耗量；

S43：按照日均负荷消耗量向各个有源区间分配负荷电量。

由于各个区间中不同功能区的负荷消耗量往往不同，工业区的负荷消耗量级往往远超出普通居民区的负荷消耗量级，而在预测时，若直接拟合则容易造成忽略居民区负荷的情况，因此需要对负荷数据进行加权平均，保证每个功能区的负荷都能被考虑在内。

作为优选，所述标准化处理过程为：

其中，

为标准化后的各个功能区负荷日均负荷；α_i为各个功能区负荷的标准化系数；Q_i为各个功能区负荷总量；其中，不同有源区间内的相同功能区间采用相同的标准化系数。

由于各个区间中不同功能区的负荷消耗量往往不同，工业区的负荷消耗量级往往远超出普通居民区的负荷消耗量级。因此需要对不同的负荷区做不同的系数叠加。

作为优选，所述步骤S2具体包括：

S61、根据上一时刻的基站储能荷电状态和基站储能容量判断当前基站储能荷电状态；所述储能荷电状态描述实时电量表示为下式：

其中，S_soc(t)为当前时刻的荷电状态；S_soc(t-1)为上一时刻的荷电状态；P_for(t-1)为上一时刻的功率；η表示基站内储能充放电效率；C_bat表示基站储能容量；

S62、根据基站到负荷结点的最优调控路径获取路径功率损耗；ΔP＝3I²R×10^-3；其中，ΔP为线路电阻功率损耗，单位kW；I为线路的相电流，单位A；R为线路每相导线的电阻，单位Ω；设定功率损耗阈值，路径功率损耗超出阈值的基站不参与调控分配过程。

由于基站往往是光伏基站，通过考虑基站的储能荷电状态来描述电量。而在调配过程中，由于输电线路上会损耗一定功耗，因此需要考虑路线上的功耗，而该功耗需要在人为的可接受范围内，人为设定功率损耗阈值，筛除掉范围之外的基站，避免调配过程中出现长线运输，造成的功耗损失过大。

作为优选，所述调控对象按照以下步骤划分：

S71、采集实时负荷及实时负荷消耗功率，获取当日已消耗负荷；标记实时负荷消耗功率，拟合形成实时负荷消耗功率曲线；

S72、将实时负荷消耗功率曲线与负荷消耗预估曲线置于同一坐标系下，比较并选取实时负荷功率超出时间段；若累计超出时间段达到2小时，则选定该有源区间为调控对象；并根据实时负荷消耗功率曲线调整当日负荷消耗预估曲线。

由于负荷消纳是一连续数值，将超出功率和实际预测放在同一坐标系下比较，可以直观标记出超出时间点和时间段。

作为优选，所述负荷再分配方法如下：

步骤S81、根据有源配网拓扑结构，获取有源区间的附近区间和基站分布位置、储能容量及负荷消纳信息；

步骤S82、判断附近区间是否为调控对象；被选为调控对象的区间不参与负荷再分配；

步骤S83、优先通过调控对象附近基站向调控对象进行负荷调控，根据基站负荷消纳功率和路径功率损耗判断调控时间；开始调控时间记为t₁；当实时超出调整后的当日负荷消耗预估曲线5％的时间t₂记作结束调控时间；若基站储能低于2％时仍未结束调控，则通过附近区间对调控对象进行负荷再分配；

步骤S84、分析参与本次负荷再分配的有源区间内的储能容量；根据储能容量确定再分配负荷容量；按照最优调控路径对调控对象进行负荷再分配。

根据实际缺电状态优先调配参与调配的基站储能，由于基于原始数据作出的负荷消耗预估曲线无法满足实际的负荷消耗需求，因此需要上调预期。而上调预期后，实际调控的功率仍需要略高于上调后的预期才能保证当天的负荷消纳。超出数据可根据实际需求调整，并不局限与5％，若该预期值的数值较大，则该超出比例应适当减小。

作为优选，附近区间参与再分配容量配比如下：

S91、采集有源区间内各功能区的负荷消耗信息；设参与分配的功能区的数量为N；

S92、各个功能区的分配量按照如下公式配给：

其中，Q为该功能区所需负荷量；λ₁、λ₂、λ₃、λ₄、λ₅、λ₆分别为工厂负荷加权系数、商业区负荷加权系数、居民区负荷加权系数、学校负荷加权系数、医院负荷加权系数以及其他场所负荷加权系数；

a₁、a₂、a₃、a₄、a₅、a₆分别为工厂剩余负荷量与工厂初分配负荷量占比、商业区剩余负荷量与商业区初分配负荷量占比、居民区剩余负荷量与居民区初分配负荷量占比、学校剩余负荷量与学校初分配负荷量占比、医院剩余负荷量与医院初分配负荷量占比以及其他场所剩余负荷量与其他场所初分配负荷量占比；

Q₁、Q₂、Q₃、Q₄、Q₅、Q_i分别为工厂负荷量、商业区负荷量、居民区负荷量、学校负荷量、医院负荷量以及第i其他场所的负荷量；

其中λ_ja_jQ_j为各个网格区间再分配电荷量；j取值为1～N；再分配过程中，λ₅＜λ₄＜λ₁＜λ₂＝λ₃＜λ₆。

若当基站无法满足缺电区间的供电额时，利用附近区间对缺电区间进行调节时需要对内部功能区进行定量调整。

本发明的有益效果是：

根据负荷消耗预估模型进行初分配；据实际负荷消耗与负荷消耗预估模型的比较确定调控对象，基站自检储能状态确定可供电能，通过缺电的有源区间附近区间和附近电量充足的基站向该区间进行电量调节，在调节过程中注意分配区间内各功能区间所提供的电量，并实时调整电量预期；首先通过基站对缺电的有源区间进行调节，并考虑基站调配间存在的路径负荷消耗，若基站调配无法满足缺电的有源区间的需求，再进行附近区间的调配，并根据调控对象间的负荷对比确定各功能区对调控对象的负荷电量调整，综合考量分配额，保证区间内部的电量消耗调整。

附图说明

图1为本发明所采用的方法流程图。

具体实施方式

应理解，实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

下面通过实施例，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。

一种基于基站储能的负荷调节方法，包括：

一、获取配网拓扑图；根据拓扑图划分有源区间；通过载波芯片采集历史负荷数据并根据历史负荷数据建立有源区间内的负荷消耗预估模型；根据各有源区间的负荷消耗进行负荷初分配。

负荷初分配包括：

(1)采集有源区间内的各功能区的用户历史日均负荷变化数据，并做标准化处理；标准化处理公式为

其中，

为标准化后的各个功能区负荷日均负荷；α_i为各个功能区负荷的标准化系数；Q_i为各个功能区负荷总量；其中，不同有源区间内的相同功能区间采用相同的标准化系数。

(2)通过蚁群算法拟合有源区间内的各功能区的标准化日均负荷变化数据，叠加形成负荷消耗预估曲线；

(3)通过负荷消耗预估曲线计算各区间的日均负荷消耗量；

(4)按照日均负荷消耗量向各个有源区间分配负荷电量。

二、检测各基站储能状态，判断基站可支配电量。

根据上一时刻的基站储能荷电状态和基站储能容量判断当前基站储能荷电状态；所述储能荷电状态描述实时电量表示为下式：

其中，S_soc(t)为当前时刻的荷电状态；S_soc(t-1)为上一时刻的荷电状态； P_for(t-1)为上一时刻的功率；η表示基站内储能充放电效率；C_bat表示基站储能容量。

根据基站到负荷结点的最优调控路径获取路径功率损耗；ΔP＝3I²R×10^-3；其中，ΔP为线路电阻功率损耗，单位kW；I为线路的相电流，单位A；R为线路每相导线的电阻，单位Ω；设定功率损耗阈值，路径功率损耗超出阈值的基站不参与调控分配过程。该阈值通过人为设定，根据人为忍受的最大阈值范围设定好后，也可以根据不同的环境调节。由于部分基站和实际需要调配负荷的距离过远，而运输路径时会损耗一定的功率，因此该路径损耗应在考虑范围内。

三、实时采集各有源区间负荷消耗数据，确定调控对象。

采集实时负荷及实时负荷消耗功率，获取当日已消耗负荷；标记实时负荷消耗功率，拟合形成实时负荷消耗功率曲线。将实时负荷消耗功率曲线与负荷消耗预估曲线置于同一坐标系下，比较并选取实时负荷功率超出时间段。

若累计超出时间段达到2小时，则选定该有源区间为调控对象；并根据实时负荷消耗功率曲线调整当日负荷消耗预估曲线。由于负荷消纳是一连续数值，将超出功率和实际预测放在同一坐标系下比较，可以直观标记出超出时间点和时间段。

四、通过调控对象的附近区间和基站对调控对象进行负荷再分配；优先调用最优调控路径上的基站储可支配电量。

负荷再分配方法如下：

(1)根据有源配网拓扑结构，获取有源区间的附近区间和基站分布位置、储能容量及负荷消纳信息；判断附近区间是否为调控对象；被选为调控对象的区间不参与负荷再分配。

(2)优先通过调控对象附近基站向调控对象进行负荷调控，根据基站负荷消纳功率和路径功率损耗判断调控时间；开始调控时间记为t₁；当实时超出调整后的当日负荷消耗预估曲线5％的时间t₂记作结束调控时间；若基站储能低于2％时仍未结束调控，则通过附近区间对调控对象进行负荷再分配.

(3)分析参与本次负荷再分配的有源区间内的储能容量；根据储能容量确定再分配负荷容量；按照最优调控路径对调控对象进行负荷再分配。

根据实际缺电状态优先调配参与调配的基站储能，由于基于原始数据作出的负荷消耗预估曲线无法满足实际的负荷消耗需求，因此需要上调预期。而上调预期后，实际调控的功率仍需要略高于上调后的预期才能保证当天的负荷消纳。超出数据可根据实际需求调整，并不局限与5％，若该预期值的数值较大，则该超出比例应适当减小。

附近区间参与再分配容量配比如下：

采集有源区间内各功能区的负荷消耗信息；设参与分配的功能区的数量为N；各个功能区的分配量按照如下公式配给：

其中，Q为该功能区所需负荷量；λ₁、λ₂、λ₃、λ₄、λ₅、λ₆分别为工厂负荷加权系数、商业区负荷加权系数、居民区负荷加权系数、学校负荷加权系数、医院负荷加权系数以及其他场所负荷加权系数；a₁、a₂、a₃、a₄、a₅、a₆分别为工厂剩余负荷量与工厂初分配负荷量占比、商业区剩余负荷量与商业区初分配负荷量占比、居民区剩余负荷量与居民区初分配负荷量占比、学校剩余负荷量与学校初分配负荷量占比、医院剩余负荷量与医院初分配负荷量占比以及其他场所剩余负荷量与其他场所初分配负荷量占比；Q₁、Q₂、Q₃、Q₄、Q₅、Q_i分别为工厂负荷量、商业区负荷量、居民区负荷量、学校负荷量、医院负荷量以及第i其他场所的负荷量；其中λ_ja_jQ_j为各个网格区间再分配电荷量；j取值为1～N；再分配过程中，λ₅＜λ₄＜λ₁＜λ₂＝λ₃＜λ₆。

若当基站无法满足缺电区间的供电额时，利用附近区间对缺电区间进行调节时需要对内部功能区进行定量调整。其中系数大小按照其保电等级划定，需要优先保障供电需求高的区域，因此再调配该功能区电量时，需谨慎调配，因此其份额应该较小，而非保电区则可以任意调配，其分配的份额应较大。

五、实时检测配电网信息并反馈调控结果；对各基站储能状态进行二次检测，并将缺电基站在配网拓扑图上标记为普通结点。

附近区间的分割方法如下：

步骤S1、在拓扑图上将各有源区间标记为负荷结点；根据基站储能电量将基站分别标记为负荷结点和普通结点；

步骤S2、选择其中一个负荷结点作为参考结点；参考拓扑图，以参考结点为中心，采集中心到各负荷结点和特殊结点的非回路的连接路径，判断连接路径中的负荷结点个数，若负荷结点大于一，则舍弃该路径；若负荷结点为一，则选择该连接路径为最优调控路径；

步骤S3、选择所有最优调控路径对应的负荷结点；所述负荷结点所对应的基站即为参与负荷再分配的基站；将基站划分为特殊结点和普通结点的划分方法包括：基站储能低于2％则划分为普通结点；普通结点不再参与负荷再分配。当基站储能过低时，需要通过充电补充基站储能，若继续将该结点标注在拓扑图上，影响路径的划分，因此需要将储能过低的基站排除，不再参与负荷分配。负荷结点所对应的有源区间即为参考结点的附近区间。

Claims (9)

1.一种基于基站储能的负荷调节方法，其特征在于，所述方法包括：

S1、获取配网拓扑图；检索基站；根据拓扑图划分有源区间；通过载波芯片采集历史负荷数据并根据历史负荷数据建立有源区间内的负荷消耗预估模型；根据各有源区间的负荷消耗进行负荷初分配；

S2、检测各基站储能状态，判断基站可支配电量；

S3、实时采集各有源区间负荷消耗数据，确定调控对象；

S4、通过调控对象的附近区间和基站对调控对象进行负荷再分配；优先调用最优调控路径上的基站可支配电量；

S5、实时检测配电网信息并反馈调控结果；对各基站储能状态进行二次检测，并将缺电基站在配网拓扑图上标记为普通结点。

2.根据权利要求1所述的一种基于基站储能的负荷调节方法，其特征在于，所述附近区间按照如下方法划分：

步骤S21、在拓扑图上将各有源区间标记为负荷结点；根据基站储能电量将基站分别标记为负荷结点和普通结点；

步骤S22、选择其中一个负荷结点作为参考结点；参考拓扑图，以参考结点为中心，采集中心到各负荷结点和特殊结点的非回路的连接路径，判断连接路径中的负荷结点个数，若负荷结点大于一，则舍弃该路径；若负荷结点为一，则选择该连接路径为最优调控路径；

步骤S23、选择所有最优调控路径对应的负荷结点；所述负荷结点所对应的基站即为参与负荷再分配的基站；所述负荷结点所对应的有源区间即为参考结点的附近区间。

3.根据权利要求2所述的一种基于基站储能的负荷调节方法，其特征在于，将基站划分为特殊结点和普通结点的划分方法包括：基站储能低于2％则划分为普通结点；普通结点不再参与负荷再分配。

4.根据权利要求1所述的一种基于基站储能的负荷调节方法，其特征在于，所述负荷初分配包括：

S41：采集有源区间内的各功能区的用户历史日均负荷变化数据，并做标准化处理；通过蚁群算法拟合有源区间内的各功能区的标准化日均负荷变化数据，叠加形成负荷消耗预估曲线；

S42：通过负荷消耗预估曲线计算各区间的日均负荷消耗量；

S43：按照日均负荷消耗量向各个有源区间分配负荷电量。

5.根据权利要求4所述的一种基于基站储能的负荷调节方法，其特征在于，所述标准化处理过程为：

其中，

为标准化后的各个功能区负荷日均负荷；α_i为各个功能区负荷的标准化系数；Q_i为各个功能区负荷总量；其中，不同有源区间内的相同功能区间采用相同的标准化系数。

6.根据权利要求1所述的一种基于基站储能的负荷调节方法，其特征在于，所述步骤S2具体包括：

S61、根据上一时刻的基站储能荷电状态和基站储能容量判断当前基站储能荷电状态；所述储能荷电状态描述实时电量表示为下式：

其中，S_soc(t)为当前时刻的荷电状态；S_soc(t-1)为上一时刻的荷电状态；P_for(t-1)为上一时刻的功率；η表示基站内储能充放电效率；C_bat表示基站储能容量；

S62、根据基站到负荷结点的最优调控路径获取路径功率损耗；ΔP＝3I²R×10^-3；其中，ΔP为线路电阻功率损耗，单位kW；I为线路的相电流，单位A；R为线路每相导线的电阻，单位Ω；设定功率损耗阈值，路径功率损耗超出阈值的基站不参与调控分配过程。

7.根据权利要求1所述的一种基于基站储能的负荷调节方法，其特征在于，所述调控对象按照以下步骤划分：

S71、采集实时负荷及实时负荷消耗功率，获取当日已消耗负荷；标记实时负荷消耗功率，拟合形成实时负荷消耗功率曲线；

S72、将实时负荷消耗功率曲线与负荷消耗预估曲线置于同一坐标系下，比较并选取实时负荷功率超出时间段；若累计超出时间段达到2小时，则选定该有源区间为调控对象；并根据实时负荷消耗功率曲线调整当日负荷消耗预估曲线。

8.根据权利要求7所述的一种基于基站储能的负荷调节方法，其特征在于：所述负荷再分配方法如下：

步骤S81、根据有源配网拓扑结构，获取有源区间的附近区间和基站分布位置、储能容量及负荷消纳信息；

步骤S82、判断附近区间是否为调控对象；被选为调控对象的区间不参与负荷再分配；

步骤S83、优先通过调控对象附近基站向调控对象进行负荷调控，根据基站负荷消纳功率和路径功率损耗判断调控时间；开始调控时间记为t₁；当实时超出调整后的当日负荷消耗预估曲线5％的时间t₂记作结束调控时间；若基站储能低于2％时仍未结束调控，则通过附近区间对调控对象进行负荷再分配；

步骤S84、分析参与本次负荷再分配的有源区间内的储能容量；根据储能容量确定再分配负荷容量；按照最优调控路径对调控对象进行负荷再分配。

9.根据权利要求8所述的一种基于基站储能的负荷调节方法，其特征在于：附近区间参与再分配容量配比如下：

S91、采集有源区间内各功能区的负荷消耗信息；设参与分配的功能区的数量为N；

S92、各个功能区的分配量按照如下公式配给：

其中，Q为该功能区所需负荷量；λ₁、λ₂、λ₃、λ₄、λ₅、λ₆分别为工厂负荷加权系数、商业区负荷加权系数、居民区负荷加权系数、学校负荷加权系数、医院负荷加权系数以及其他场所负荷加权系数；

a₁、a₂、a₃、a₄、a₅、a₆分别为工厂剩余负荷量与工厂初分配负荷量占比、商业区剩余负荷量与商业区初分配负荷量占比、居民区剩余负荷量与居民区初分配负荷量占比、学校剩余负荷量与学校初分配负荷量占比、医院剩余负荷量与医院初分配负荷量占比以及其他场所剩余负荷量与其他场所初分配负荷量占比；

Q₁、Q₂、Q₃、Q₄、Q₅、Q_i分别为工厂负荷量、商业区负荷量、居民区负荷量、学校负荷量、医院负荷量以及第i其他场所的负荷量；

其中λ_ja_jQ_j为各个网格区间再分配电荷量；j取值为1～N；再分配过程中，λ₅＜λ₄＜λ₁＜λ₂＝λ₃＜λ₆。

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