CN116316666A - 无功补偿装置与储能协调优化配置方法和系统 - Google Patents

无功补偿装置与储能协调优化配置方法和系统 Download PDF

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赵天骐
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赵志宇
郝婧
罗婧
张思琪
张涵之
易淑娴
严乙桉
曹天植
张璐
刘苗
谢欢
黄天啸
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李�雨
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Abstract

本发明提供了一种无功补偿装置与储能协调优化配置方法和系统，方法包括：建立保障新能源集群系统电网强度及提高电网电压支撑能力的短路比指标约束模型；建立以系统总成本最小指标、最小弃电率指标及最大化系统强度指标为目标的双层优化配置模型，上层为无功补偿装置与储能配置模型，下层为运行优化模型；上层将无功补偿装置与储能配置信息输送给下层模型，下层模型根据无功补偿装置与储能配置信息进行优化计算得到优化结果并反馈给上层模型，使得上层模型可以依据优化结果计算得到上层模型的目标函数值。本发明依据调相机、SVC、SVG以及新能源自身无功对系统短路比的影响机理，建立了短路比指标约束模型，进行无功补偿装置的综合配置。

Description

无功补偿装置与储能协调优化配置方法和系统
技术领域
本发明涉及系能源接入技术领域，尤其涉及一种无功补偿装置与储能协调优化配置方法和系统。
背景技术
目前大规模风电、光伏等新能源场站接入电力系统，形成了以新能源为主、化石能源为辅的弱电网格局。电压失稳、谐波振荡等电能质量问题频发，新能源发电经高压直流输电外送能力受限，严重时新能源机组会出现脱网运行，如何提高新能源接入后的电网强弱程度是解决问题的关键。
随着对弱电网运行特性和稳定机理的研究不断深入，动态无功支撑能力不足被认为是导致电网强度过低的根本原因，按照GB/38755-2019《电力系统安全稳定导则》，新能源汇集地区应合理配置动态无功调节设备，使得并网的短路比满足要求，同时由于储能在提升新能源消纳方面发挥着重要作用，可以解决弃风弃光严重的问题。因此，研究混合无功补偿装置与储能协调优化配置方法，能够充分发挥各类动态无功调节设备的能力优势与经济优势，实现电网的安全稳定运行和新能源的最大消纳。
目前现有技术外针对动态无功调节设备对新能源并网的补偿技术开展了大量的研究。有的开展了同步调相机参与电力系统无功补偿的规划配置方案研究；有的开展了静止无功发生器(SVG)参与电力系统无功补偿的规划配置方案研究；还有的开展了储能参与新能源消纳的容量配置研究。这些研究均只考虑了单一调节设备的作用，未考虑计及调相机、SVG、静止无功补偿器(SVC)及储能等多种设备综合配置。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种无功补偿装置与储能协调优化配置方法和系统，以解决上述提及的至少一个问题。
为了实现上述目的，本发明采用以下方案：
根据本发明的第一方面，本发明实施例提供了一种无功补偿装置与储能协调优化配置方法，所述方法包括：建立保障新能源集群系统电网强度及提高电网电压支撑能力的短路比指标约束模型；建立以系统总成本最小指标、最小弃电率指标及最大化系统强度指标为目标的双层优化配置模型，所述双层优化配置模型的上层为无功补偿装置与储能配置模型，下层为运行优化模型；上层模型将将无功补偿装置与储能配置信息输送给下层模型，下层模型根据所述无功补偿装置与储能配置信息进行优化计算得到优化结果，并将所述优化结果反馈给上层模型，使得上层模型可以依据所述优化结果计算得到上层模型的目标函数值。
优选的，本发明实施例上述方法中的双层优化配置模型中包括：代表最小化系统总成本的第一目标函数F1，所述第一目标函数F1包含无功补偿装置投资成本参数、储能投资成本参数和系统运行成本参数。
优选的，本发明实施例上述方法中的无功补偿装置包括：调相机、静止无功发生器SVG及无功补偿器SVC，所述无功补偿装置投资成本参数是根据调相机、SVG及SVC的数量、单位容量投资成本和投资容量获得的；所述储能投资成本参数是根据储能设备的数量、单位容量投资成本和投资容量获得的；所述系统运行成本参数是根据火电机组、调相机、SVG和储能设备的数量和单位运行成本，以及火电机组发电功率、储能设备充电功率、储能设备放电功率、SVG无功功率和调相机无功功率获得的。
优选的，本发明实施例上述方法中的双层优化配置模型中包括：保证新能源集群系统电网强度的第二目标函数F2，所述第二目标函数F2包含无功补偿装置投资成本参数、光伏场站和风电场站的数量参数以及光伏场站和风电场站基于系统短路比指标约束模型的消纳惩罚项参数。
优选的，本发明实施例上述方法中的光伏场站的消纳惩罚项参数是根据光伏场站的理论出力最大值和在短路比约束下可消纳的光伏功率限值获得的；所述风电场站的消纳惩罚项参数是根据风电场站的理论出力最大值和在短路比指标约束模型下可消纳的风电功率限值获得的。
优选的，本发明实施例上述方法中的双层优化配置模型中包括：提高新能源消纳能力的基于弃电率指标约束的第三目标函数F3，所述第三目标函数F3包含储能投资成本参数、光伏场站和风电场站的数量参数以及光伏场站和风电场站基于新能源弃电率指标约束模型的消纳惩罚项参数。
优选的，本发明实施例上述方法中的光伏场站的消纳惩罚项参数是根据光伏场站的理论出力最大值和可消纳的光伏功率获得的；所述风电场站的消纳惩罚项参数是根据风电场站的理论出力最大值和可消纳的风电功率获得的。
优选的，本发明实施例上述方法中通过投资容量约束模型约束储能设备、SVG、SVC和调相机的最大投资容量。
优选的，本发明实施例上述方法中的短路比指标约束模型包括光伏场站短路比约束模型和风电场站短路比约束模型，所述光伏场站短路比约束模型表达式如下：
Figure BDA0004119110030000031
所述风电场站短路比约束模型表达式如下：
Figure BDA0004119110030000032
其中，
Figure BDA0004119110030000033
为t时刻电源节点ex的短路容量；
Figure BDA0004119110030000034
和
Figure BDA0004119110030000035
分别为光伏场站和风电场站的视在功率；
Figure BDA0004119110030000036
为t时刻电源节点new的视在功率；rnew/ex,t为t时刻电源节点new、ex的电压交互影响因子；
Figure BDA0004119110030000037
和
Figure BDA0004119110030000038
表示位置pv、wd是否利用新能源机组无功补偿的0-1变量，1表示对应位置处采用新能源机组自身无功进行无功补偿，0表示对应位置处不采用新能源机组自身无功进行无功补偿；
Figure BDA0004119110030000039
和
Figure BDA00041191100300000310
表示是否在位置svg、sc处配置SVG和调相机的0-1变量；
Figure BDA00041191100300000311
和
Figure BDA00041191100300000312
分别为t时刻光伏场站pv和风电场站wd发出的无功功率；
Figure BDA0004119110030000041
和
Figure BDA0004119110030000042
分别表示t时刻SVG无功功率、调相机无功功率；
Figure BDA0004119110030000043
和
Figure BDA0004119110030000044
分别为光伏和风电的装机容量；
Figure BDA0004119110030000045
和
Figure BDA0004119110030000046
表示t时刻光伏场站pv和风电场站wd的理论出力最大值；ΔVnew,t和ΔVex,t表示电源节点new、ex处在t时刻的电压变化量；
Figure BDA0004119110030000047
和
Figure BDA0004119110030000048
分别为t时刻电源节点new、ex的互阻抗和自阻抗。
优选的，本发明实施例上述方法中的双层优化配置模型内满足火电机组运行约束，包括火电机组的最大出力和最小出力约束，以及火电机组上、下爬坡约束。
优选的，本发明实施例上述方法中的双层优化配置模型内满足新能源运行约束，包括风电场站和光伏场站的最大出力约束、由短路比约束所计算出的处理限值约束，以及风电场站和光伏场站的无功出力约束。
优选的，本发明实施例上述方法中当采用调相机进行无功补偿时，所述调相机的运行约束表达式如下：
Figure BDA0004119110030000049
其中，ηSC表示调相机的无功备用系数；
Figure BDA00041191100300000410
表示安装于位置sc处调相机的无功出力；
Figure BDA00041191100300000411
表示位置sc是否配置调相机的0-1变量，1表示对应位置处安装调相机，0表示未安装；
Figure BDA00041191100300000412
表示调相机在位置sc的投资容量。
优选的，本发明实施例上述方法中当采用SVG进行无功补偿时，所述SVG的无功出力为电源有功出力的10％，所述SVG的运行约束表达式如下：
Figure BDA00041191100300000413
Figure BDA00041191100300000414
其中，
Figure BDA00041191100300000415
表示t时刻SVG无功功率；
Figure BDA00041191100300000416
表示位置svg是否配置SVG的0-1变量，1表示对应位置处安装SVG，0表示未安装；
Figure BDA00041191100300000417
为t时刻光伏场站与风电场站出力的集合；
Figure BDA00041191100300000418
和
Figure BDA00041191100300000419
分别表示t时刻光伏场站pv和风电场站wd可消纳的光伏、风电功率。
优选的，本发明实施例上述方法中的储能配置模型包含功率范围约束、能量范围约束、功率-能量关系约束、循环周期约束和始末状态约束。
优选的，本发明实施例上述方法中的双层优化配置模型内满足潮流运行约束，包括潮流的线路容量约束、直流潮流约束和节点相角范围约束。
优选的，本发明实施例上述方法中的双层优化配置模型内满足电力平衡约束，所述电力平衡约束表达式如下：
Figure BDA0004119110030000051
其中，
Figure BDA0004119110030000052
分别表示节点n上所用的火电机组、风电场、光伏电站、储能设备；
Figure BDA0004119110030000053
表示以节点n为始端节点的线路集合，
Figure BDA0004119110030000054
表示以节点n为末端节点的线路集合；
Figure BDA0004119110030000055
表示t时刻机组出力；
Figure BDA0004119110030000056
表示t时刻风电场站wd可消纳的风电功率；
Figure BDA0004119110030000057
表示t时刻光伏场站pv可消纳的光伏功率；
Figure BDA0004119110030000058
和
Figure BDA0004119110030000059
分别表示t时刻的储能设备放电功率和充电功率；
Figure BDA00041191100300000510
表示t时刻联络线功率；
Figure BDA00041191100300000511
表示t时刻系统负荷值。
优选的，本发明实施例上述方法中的双层优化配置模型内满足备用约束，所述备用约束表达式如下：
Figure BDA00041191100300000512
其中，PR为系统旋转备用容量，NG、NPV、NWD分别为火电机组、光伏场站和风电场站的数量；
Figure BDA00041191100300000513
表示火电机组运行状态的二进制变量，1表示运行，0表示停止；
Figure BDA00041191100300000514
和
Figure BDA00041191100300000515
分别表示t时刻光伏场站pv和风电场站wd可消纳的光伏功率和风电功率；
Figure BDA00041191100300000516
表示火电机组的最大出力；
Figure BDA00041191100300000517
表示t时刻系统负荷值。
根据本发明的第二方面，本发明实施例一种无功补偿装置与储能协调优化配置系统，所述系统包括：短路比指标约束模型建立单元，用于建立保障新能源集群系统电网强度及提高电网电压支撑能力的短路比指标约束模型；双层优化配置模型建立单元，用于建立以系统总成本最小指标、最小弃电率指标及最大化系统强度指标为目标的双层优化配置模型，所述双层优化配置模型的上层为无功补偿装置与储能配置模型，下层为运行优化模型；所述双层优化配置模型中的上层模型将将无功补偿装置与储能配置信息输送给下层模型，下层模型根据所述无功补偿装置与储能配置信息进行优化计算得到优化结果，并将所述优化结果反馈给上层模型，使得上层模型可以依据所述优化结果计算得到上层模型的目标函数值。
根据本发明的第三方面，本发明实施例还提供了一种电子设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，处理器执行所述计算机程序时实现上述方法的步骤。
根据本发明的第四方面，本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述方法的步骤。
根据本发明的第五方面，本发明实施例还提供一种计算机程序产品，包括计算机程序/指令，所述计算机程序/指令被处理器执行时实现上述方法的步骤。
本发明所提出的无功补偿装置与储能协调优化配置方法和系统，依据调相机、SVC、SVG以及新能源自身无功对系统短路比的影响机理，建立了考虑各类无功补偿措施的短路比指标约束模型，以量化新能源集群系统电网强度，以提升系统电网强度为目标，进行无功补偿装置的综合配置；另外本申请系统总成本最小、系统电网强度最大、新能源弃电率最小为目标的多目标双层混合无功补偿装置与储能协调优化配置方法，可以兼顾经济性和新能源集群系统安全性。
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，下面将对实施例或现有技术描述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。在附图中：
图1是本申请实施例提供的一种无功补偿装置与储能协调优化配置方法的流程示意图；
图2是本申请实施例提供的一种无功补偿装置与储能协调优化配置系统的结构示意图；
图3是本申请实施例提供的一种电子设备的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合附图对本发明实施例做进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
如图1所示为本申请实施例提供的一种无功补偿装置与储能协调优化配置方法的流程示意图，该方法包括如下步骤：
步骤S101：建立保障新能源集群系统电网强度及提高电网电压支撑能力的短路比指标约束模型。
步骤S102：建立以系统总成本最小指标、最小弃电率指标及最大化系统强度指标为目标的双层优化配置模型，所述双层优化配置模型的上层为无功补偿装置与储能配置模型，下层为运行优化模型。
步骤S103：上层模型将将无功补偿装置与储能配置信息输送给下层模型，下层模型根据所述无功补偿装置与储能配置信息进行优化计算得到优化结果，并将所述优化结果反馈给上层模型，使得上层模型可以依据所述优化结果计算得到上层模型的目标函数值。
优选的，上述步骤S102中的双层优化配置模型中包括：代表最小化系统总成本的第一目标函数F1，该第一目标函数F1包含无功补偿装置投资成本参数、储能投资成本参数和系统运行成本参数。
进一步优选的，该无功补偿装置包括：调相机、静止无功发生器SVG及无功补偿器SVC，所述无功补偿装置投资成本参数是根据调相机、SVG及SVC的数量、单位容量投资成本和投资容量获得的；所述储能投资成本参数是根据储能设备的数量、单位容量投资成本和投资容量获得的；所述系统运行成本参数是根据火电机组、调相机、SVG和储能设备的数量和单位运行成本，以及火电机组发电功率、储能设备充电功率、储能设备放电功率、SVG无功功率和调相机无功功率获得的。
具体来说，上述第一目标函数F1、无功补偿装置投资成本参数、储能投资成本参数和系统运行成本参数可以通过如下公式(1)-(4)予以确定：
Figure BDA0004119110030000071
Figure BDA0004119110030000072
Figure BDA0004119110030000073
Figure BDA0004119110030000074
其中，
Figure BDA0004119110030000081
COPR分别表示无功补偿装置投资成本、储能投资成本、系统运行成本；aSC、aSVC、aSVG分别为调相机、SVC、SVG单位容量投资成本，单位为万元/MVar，
Figure BDA0004119110030000082
分别是对应的无功补偿装置在位置sc、svc、svg的投资容量，单位为MVar；aES,P为储能单位功率投资成本，万元/MW，与其对应的位置es处储能投资功率为
Figure BDA0004119110030000083
单位为MW；aES,E是储能的单位容量投资成本，万元/MWh，与其对应的位置es处储能投资容量为
Figure BDA0004119110030000084
单位为MWh；
Figure BDA0004119110030000085
分别表示位置sc、svc、svg、es是否配置无功补偿装置与储能的0-1变量，1表示对应位置处安装无功补偿设备或储能，0表示未安装无功补偿设备或储能；NG、NSC、NSVG、NES分别为火电机组、SVG、调相机和储能设备的数量，NT表示时序生产模拟运行总时间，本文取8760h；
Figure BDA0004119110030000086
cSC、cSVG、cES分别为火电机组单位发电成本、调相机、SVG和储能的单位运行成本；
Figure BDA0004119110030000087
分别为t时刻的火电机组发电功率、储能设备充电功率、储能设备放电功率，单位为MW；
Figure BDA0004119110030000088
分别为t时刻SVG无功功率、调相机无功功率，单位为MVar。
优选的，上述步骤S102中的双层优化配置模型中包括：保证新能源集群系统电网强度的第二目标函数F2，在本实施例中，为了保证新能源集群系统安全稳定运行，提出基于短路比指标量化的电网强度模型，考虑混合无功补偿配置，建立了第二目标函数F2，该第二目标函数F2包含无功补偿装置投资成本参数、光伏场站和风电场站的数量参数以及光伏场站和风电场站基于系统短路比指标约束模型的消纳惩罚项参数。
进一步优选的，上述光伏场站的消纳惩罚项参数是根据光伏场站的理论出力最大值和在短路比约束下可消纳的光伏功率限值获得的；所述风电场站的消纳惩罚项参数是根据风电场站的理论出力最大值和在短路比指标约束模型下可消纳的风电功率限值获得的。
具体来说，上述第二目标函数F2、光伏场站的消纳惩罚项参数和风电场站的消纳惩罚项参数可以通过如下公式(5)-(7)予以确定：
Figure BDA0004119110030000089
Figure BDA0004119110030000091
Figure BDA0004119110030000092
其中，NPV和NWD分别表示光伏场站和风电场站的数量；
Figure BDA0004119110030000093
和
Figure BDA0004119110030000094
分别为光伏场站pv、风电场站wd基于系统短路比指标约束的各新能源场站消纳惩罚项；NT表示时序生产模拟运行总时间；
Figure BDA0004119110030000095
和
Figure BDA0004119110030000096
分别表示t时刻光伏场站pv和风电场站wd的理论出力最大值，
Figure BDA0004119110030000097
和
Figure BDA0004119110030000098
分别表示t时刻光伏场站pv和风电场站wd在短路比约束下可消纳的光伏、风电功率限值。
优选的，上述步骤S102中的双层优化配置模型中包括：提高新能源消纳能力的基于弃电率指标约束的第三目标函数F3，第三目标函数F3包含储能投资成本参数、光伏场站和风电场站的数量参数以及光伏场站和风电场站基于新能源弃电率指标约束模型的消纳惩罚项参数。
进一步优选的，该光伏场站的消纳惩罚项参数是根据光伏场站的理论出力最大值和可消纳的光伏功率获得的；所述风电场站的消纳惩罚项参数是根据风电场站的理论出力最大值和可消纳的风电功率获得的。
具体来说，上述第三目标函数F3、光伏场站的消纳惩罚项参数和风电场站的消纳惩罚项参数可以通过如下公式(8)-(10)予以确定：
Figure BDA0004119110030000099
Figure BDA00041191100300000910
Figure BDA0004119110030000101
其中，
Figure BDA0004119110030000102
和
Figure BDA0004119110030000103
分别为光伏场站pv、风电场站wd基于新能源弃电率指标约束的各新能源场站消纳惩罚项，当新能源场站弃电率大于5％时，取1010，反之为0；
Figure BDA0004119110030000104
和
Figure BDA0004119110030000105
分别表示t时刻光伏场站pv和风电场站wd可消纳的光伏、风电功率。
优选的，在本实施例中，考虑到各类无功补偿、储能技术条件和场地因素的限制，需对其最大投资容量进行约束，即通过投资容量约束模型约束储能设备、SVG、SVC和调相机的最大投资容量，具体来说，该投资容量约束模型如下式(11)-(15)所示：
Figure BDA0004119110030000106
Figure BDA0004119110030000107
Figure BDA0004119110030000108
Figure BDA0004119110030000109
Figure BDA00041191100300001010
其中，BES表示储能的容储比；
Figure BDA00041191100300001011
分别为储能、SVC、SVG、调相机的最大投资容量；
Figure BDA00041191100300001012
为位置es处储能投资功率；
Figure BDA00041191100300001013
为位置es处储能投资容量；
Figure BDA00041191100300001014
分别是对应的无功补偿装置在位置sc、svc、svg的投资容量。
优选的，为保障新能源集群系统并网强度，提高电网电压支撑能力，本实施例建立了短路比指标约束模型，如下式(16)示出了不同无功补偿方式对系统短路容量影响的耦合作用机理：
Figure BDA00041191100300001015
上述短路比指标约束模型包括光伏场站短路比约束模型和风电场站短路比约束模型，其中光伏场站短路比约束模型表达式如下式(17)：
Figure BDA0004119110030000111
而风电场站短路比约束模型表达式如下式(18)：
Figure BDA0004119110030000112
其中，函数f1表示系统阻抗矩阵与常规机组开机状态、调相机容量、SVC容量有关，即系统阻抗矩阵会随着机组开机状态、所配置调相机容量、SVC容量的变化而变化；
Figure BDA0004119110030000113
为t时刻的系统阻抗矩阵，
Figure BDA0004119110030000114
为从系统阻抗矩阵中提取各个电源节点的自阻抗与互阻抗，
Figure BDA0004119110030000115
为火电机组g的等效阻抗，
Figure BDA0004119110030000116
和
Figure BDA0004119110030000117
分别为t时刻电源节点new、ex的互阻抗和自阻抗；
Figure BDA0004119110030000118
为t时刻电源节点ex的短路容量；
Figure BDA0004119110030000119
和
Figure BDA00041191100300001110
分别为光伏场站和风电场站的视在功率；
Figure BDA00041191100300001111
为t时刻电源节点new的视在功率；rnew/ex,t为t时刻电源节点new、ex的电压交互影响因子；
Figure BDA00041191100300001112
和
Figure BDA00041191100300001113
表示位置pv、wd是否利用新能源机组无功补偿的0-1变量，1表示对应位置处采用新能源机组自身无功进行无功补偿，0表示对应位置处不采用新能源机组自身无功进行无功补偿；
Figure BDA00041191100300001114
和
Figure BDA00041191100300001115
表示是否在位置svg、sc处配置SVG和调相机的0-1变量；
Figure BDA00041191100300001116
和
Figure BDA00041191100300001117
分别为t时刻光伏场站pv和风电场站wd发出的无功功率；
Figure BDA0004119110030000121
和
Figure BDA0004119110030000122
分别表示t时刻SVG无功功率、调相机无功功率；
Figure BDA0004119110030000123
和
Figure BDA0004119110030000124
分别为光伏和风电的装机容量；
Figure BDA0004119110030000125
和
Figure BDA0004119110030000126
表示t时刻光伏场站pv和风电场站wd的理论出力最大值；ΔVnew,t和ΔVex,t表示电源节点new、ex处在t时刻的电压变化量；
Figure BDA0004119110030000127
和
Figure BDA0004119110030000128
分别为t时刻电源节点new、ex的互阻抗和自阻抗。
优选的，双层优化配置模型内的电网系统需要满足火电机组运行约束，包括火电机组的最大出力和最小出力约束，以及火电机组上、下爬坡约束，具体火电机组约束如下式(19)和(20)：
Figure BDA0004119110030000129
Figure BDA00041191100300001210
其中，
Figure BDA00041191100300001211
表示t时刻机组出力，
Figure BDA00041191100300001212
和
Figure BDA00041191100300001213
分别表示火电机组的最大出力和最小出力，
Figure BDA00041191100300001214
和
Figure BDA00041191100300001215
分别为机组上、下爬坡约束；
Figure BDA00041191100300001216
表示火电机组运行状态的二进制变量，1表示运行，0表示未运行。
优选的，双层优化配置模型内的电网系统还需要满足新能源运行约束，包括风电场站和光伏场站的最大出力约束、由短路比约束所计算出的处理限值约束，以及风电场站和光伏场站的无功出力约束。
具体来说，风电场站、光伏场站出力要小于其理论出力最大值，如下式(21)和(22)所示：
Figure BDA00041191100300001217
Figure BDA00041191100300001218
其中，
Figure BDA00041191100300001219
和
Figure BDA00041191100300001220
分别表示t时刻光伏场站pv和风电场站wd可消纳的光伏、风电功率。
风电场站、光伏场站出力要小于由短路比约束所计算的新能源出力限值，如下式(23)和(24)所示：
Figure BDA00041191100300001221
Figure BDA00041191100300001222
其中，
Figure BDA0004119110030000131
和
Figure BDA0004119110030000132
是由短路比约束所计算的出力限值。
风电场站和光伏场站的无功出力约束如下式(25)和(26)所示：
Figure BDA0004119110030000133
Figure BDA0004119110030000134
其中，
Figure BDA0004119110030000135
和
Figure BDA0004119110030000136
分别为t时刻光伏场站pv和风电场站wd发出的无功功率；
Figure BDA0004119110030000137
和
Figure BDA0004119110030000138
表示位置pv、wd是否利用新能源机组无功补偿的0-1变量，1表示对应位置处采用新能源机组自身无功进行无功补偿，0表示不进行无功补偿。
优选的，当上述步骤中采用调相机进行无功补偿时，该调相机的运行约束表达式如下式(27)所示：
Figure BDA0004119110030000139
其中，ηSC表示调相机的无功备用系数；
Figure BDA00041191100300001310
表示安装于位置sc处调相机的无功出力；
Figure BDA00041191100300001311
表示位置sc是否配置调相机的0-1变量，1表示对应位置处安装调相机，0表示未安装；
Figure BDA00041191100300001312
表示调相机在位置sc的投资容量。
优选的，当上述步骤中采用SVG进行无功补偿时，该SVG的无功出力为电源有功出力的10％，所述SVG的运行约束表达式下式(28)所示：
Figure BDA00041191100300001313
其中，
Figure BDA00041191100300001314
表示t时刻SVG无功功率；
Figure BDA00041191100300001315
表示位置svg是否配置SVG的0-1变量，1表示对应位置处安装SVG，0表示未安装；
Figure BDA00041191100300001316
为t时刻光伏场站与风电场站出力的集合；
Figure BDA00041191100300001317
和
Figure BDA00041191100300001318
分别表示t时刻光伏场站pv和风电场站wd可消纳的光伏、风电功率。
优选的，上述步骤S102中的储能配置模型包含功率范围约束、能量范围约束、功率-能量关系约束、循环周期约束和始末状态约束，其具体的运行约束如下式(29)-(33)所示：
Figure BDA00041191100300001319
Figure BDA00041191100300001320
Figure BDA0004119110030000141
Figure BDA0004119110030000142
Figure BDA0004119110030000143
其中，
Figure BDA0004119110030000144
分别是t时刻储能的充电功率和放电功率；
Figure BDA0004119110030000145
是储能的能量水平；ηch、ηdis、ηself分别是储能的充电效率、放电效率、自损耗效率；NST是储能的循环周期；δ是储能的初始能量水平。
优选的，上述双层优化配置模型内的电网系统还满足潮流运行约束，包括潮流的线路容量约束、直流潮流约束和节点相角范围约束，具体如下式(34)-(36)所示：
Figure BDA0004119110030000146
Figure BDA0004119110030000147
Figure BDA0004119110030000148
其中，
Figure BDA0004119110030000149
和
Figure BDA00041191100300001410
表示线路l上的潮流和线路容量，ΩLE表示已建线路集合，θl(+),t和θl(-),t分别表示线路l始端节点和末端节点的相角。式(28)表示线路潮流不大于其线路容量，式(29)表示潮流满足直流潮流约束，式(30)约束了节点相角范围。
优选的，上述双层优化配置模型内的电网系统还需要满足电力平衡约束，所述电力平衡约束表达式如下式(37)：
Figure BDA00041191100300001411
其中，
Figure BDA00041191100300001412
分别表示节点n上所用的火电机组、风电场、光伏电站、储能设备；
Figure BDA00041191100300001413
表示以节点n为始端节点的线路集合，
Figure BDA00041191100300001414
表示以节点n为末端节点的线路集合；
Figure BDA00041191100300001415
表示t时刻机组出力；
Figure BDA00041191100300001416
表示t时刻风电场站wd可消纳的风电功率；
Figure BDA00041191100300001417
表示t时刻光伏场站pv可消纳的光伏功率；
Figure BDA00041191100300001418
和
Figure BDA00041191100300001419
分别表示t时刻的储能设备放电功率和充电功率；
Figure BDA00041191100300001420
表示t时刻联络线功率；
Figure BDA00041191100300001421
表示t时刻系统负荷值。
优选的，上述双层优化配置模型内的电网系统还需要满足备用约束，所述备用约束表达式如下式(38)：
Figure BDA0004119110030000151
其中，PR为系统旋转备用容量，NG、NPV、NWD分别为火电机组、光伏场站和风电场站的数量；
Figure BDA0004119110030000152
表示火电机组运行状态的二进制变量，1表示运行，0表示停止；
Figure BDA0004119110030000153
和
Figure BDA0004119110030000154
分别表示t时刻光伏场站pv和风电场站wd可消纳的光伏功率和风电功率；
Figure BDA0004119110030000155
表示火电机组的最大出力；
Figure BDA0004119110030000156
表示t时刻系统负荷值。
本发明所提出的无功补偿装置与储能协调优化配置方法，依据调相机、SVC、SVG以及新能源自身无功对系统短路比的影响机理，建立了考虑各类无功补偿措施的短路比指标约束模型，以量化新能源集群系统电网强度，以提升系统电网强度为目标，进行无功补偿装置的综合配置；另外本申请系统总成本最小、系统电网强度最大、新能源弃电率最小为目标的多目标双层混合无功补偿装置与储能协调优化配置方法，可以兼顾经济性和新能源集群系统安全性。
如图2所示为本发明实施例提供的一种无功补偿装置与储能协调优化配置系统的结构示意图，该系统包括：短路比指标约束模型建立单元210和双层优化配置模型建立单元220。
短路比指标约束模型建立单元210用于建立保障新能源集群系统电网强度及提高电网电压支撑能力的短路比指标约束模型。
双层优化配置模型建立单元220用于建立以系统总成本最小指标、最小弃电率指标及最大化系统强度指标为目标的双层优化配置模型，所述双层优化配置模型的上层为无功补偿装置与储能配置模型，下层为运行优化模型。
双层优化配置模型中的上层模型将将无功补偿装置与储能配置信息输送给下层模型，下层模型根据所述无功补偿装置与储能配置信息进行优化计算得到优化结果，并将所述优化结果反馈给上层模型，使得上层模型可以依据所述优化结果计算得到上层模型的目标函数值。
具体该双层优化配置模型中的相关描述可以参见前述方法实施例的描述，在此不再继续赘述。
本发明所提出的无功补偿装置与储能协调优化配置系统，依据调相机、SVC、SVG以及新能源自身无功对系统短路比的影响机理，建立了考虑各类无功补偿措施的短路比指标约束模型，以量化新能源集群系统电网强度，以提升系统电网强度为目标，进行无功补偿装置的综合配置；另外本申请系统总成本最小、系统电网强度最大、新能源弃电率最小为目标的多目标双层混合无功补偿装置与储能协调优化配置方法，可以兼顾经济性和新能源集群系统安全性。
图3是本发明实施例提供的电子设备的示意图。图3所示的电子设备为通用数据处理装置，其包括通用的计算机硬件结构，其至少包括处理器801和存储器802。处理器801和存储器802通过总线803连接。存储器802适于存储处理器801可执行的一条或多条指令或程序。该一条或多条指令或程序被处理器801执行以实现上述抑制低频振荡的方法中的步骤。
上述处理器801可以是独立的微处理器，也可以是一个或者多个微处理器集合。由此，处理器801通过执行存储器802所存储的命令，从而执行如上所述的本发明实施例的方法流程实现对于数据的处理和对于其他装置的控制。总线803将上述多个组件连接在一起，同时将上述组件连接到显示控制器804和显示装置以及输入/输出(I/O)装置805。输入/输出(I/O)装置805可以是鼠标、键盘、调制解调器、网络接口、触控输入装置、体感输入装置、打印机以及本领域公知的其他装置。典型地，输入/输出(I/O)装置805通过输入/输出(I/O)控制器806与系统相连。
其中，存储器802可以存储软件组件，例如操作系统、通信模块、交互模块以及应用程序。以上所述的每个模块和应用程序都对应于完成一个或多个功能和在发明实施例中描述的方法的一组可执行程序指令。
本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时以实现上述无功补偿装置与储能协调优化配置方法的步骤。
本发明实施例还提供一种计算机程序产品，包括计算机程序/指令，该计算机程序/指令被处理器执行时实现上述无功补偿装置与储能协调优化配置方法的步骤。
综上所述，本发明所提出的无功补偿装置与储能协调优化配置方法和系统，依据调相机、SVC、SVG以及新能源自身无功对系统短路比的影响机理，建立了考虑各类无功补偿措施的短路比指标约束模型，以量化新能源集群系统电网强度，以提升系统电网强度为目标，进行无功补偿装置的综合配置；另外本申请系统总成本最小、系统电网强度最大、新能源弃电率最小为目标的多目标双层混合无功补偿装置与储能协调优化配置方法，可以兼顾经济性和新能源集群系统安全性。
以上参照附图描述了本发明的优选实施方式。这些实施方式的许多特征和优点根据该详细的说明书是清楚的，因此权利要求旨在覆盖这些实施方式的落入其真实精神和范围内的所有这些特征和优点。此外，由于本领域的技术人员容易想到很多修改和改变，因此不是要将本发明的实施方式限于所例示和描述的精确结构和操作，而是可以涵盖落入其范围内的所有合适修改和等同物。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (21)

1.一种无功补偿装置与储能协调优化配置方法，其特征在于，所述方法包括：
建立保障新能源集群系统电网强度及提高电网电压支撑能力的短路比指标约束模型；
建立以系统总成本最小指标、最小弃电率指标及最大化系统强度指标为目标的双层优化配置模型，所述双层优化配置模型的上层为无功补偿装置与储能配置模型，下层为运行优化模型；
上层模型将将无功补偿装置与储能配置信息输送给下层模型，下层模型根据所述无功补偿装置与储能配置信息进行优化计算得到优化结果，并将所述优化结果反馈给上层模型，使得上层模型可以依据所述优化结果计算得到上层模型的目标函数值。
2.如权利要求1所述的无功补偿装置与储能协调优化配置方法，其特征在于，所述双层优化配置模型中包括：代表最小化系统总成本的第一目标函数F1，所述第一目标函数F1包含无功补偿装置投资成本参数、储能投资成本参数和系统运行成本参数。
3.如权利要求2所述的无功补偿装置与储能协调优化配置方法，其特征在于，所述无功补偿装置包括：调相机、静止无功发生器SVG及无功补偿器SVC，所述无功补偿装置投资成本参数是根据调相机、SVG及SVC的数量、单位容量投资成本和投资容量获得的；所述储能投资成本参数是根据储能设备的数量、单位容量投资成本和投资容量获得的；所述系统运行成本参数是根据火电机组、调相机、SVG和储能设备的数量和单位运行成本，以及火电机组发电功率、储能设备充电功率、储能设备放电功率、SVG无功功率和调相机无功功率获得的。
4.如权利要求1所述的无功补偿装置与储能协调优化配置方法，其特征在于，所述双层优化配置模型中包括：保证新能源集群系统电网强度的第二目标函数F2，所述第二目标函数F2包含无功补偿装置投资成本参数、光伏场站和风电场站的数量参数以及光伏场站和风电场站基于系统短路比指标约束模型的消纳惩罚项参数。
5.如权利要求4所述的无功补偿装置与储能协调优化配置方法，其特征在于，所光伏场站的消纳惩罚项参数是根据光伏场站的理论出力最大值和在短路比约束下可消纳的光伏功率限值获得的；所述风电场站的消纳惩罚项参数是根据风电场站的理论出力最大值和在短路比指标约束模型下可消纳的风电功率限值获得的。
6.如权利要求1所述的无功补偿装置与储能协调优化配置方法，其特征在于，所述双层优化配置模型中包括：提高新能源消纳能力的基于弃电率指标约束的第三目标函数F3，所述第三目标函数F3包含储能投资成本参数、光伏场站和风电场站的数量参数以及光伏场站和风电场站基于新能源弃电率指标约束模型的消纳惩罚项参数。
7.如权利要求6所述的无功补偿装置与储能协调优化配置方法，其特征在于，所述光伏场站的消纳惩罚项参数是根据光伏场站的理论出力最大值和可消纳的光伏功率获得的；所述风电场站的消纳惩罚项参数是根据风电场站的理论出力最大值和可消纳的风电功率获得的。
8.如权利要求3所述的无功补偿装置与储能协调优化配置方法，其特征在于，通过投资容量约束模型约束储能设备、SVG、SVC和调相机的最大投资容量。
9.如权利要求4或5所述的无功补偿装置与储能协调优化配置方法，其特征在于，所述短路比指标约束模型包括光伏场站短路比约束模型和风电场站短路比约束模型，所述光伏场站短路比约束模型表达式如下：
Figure FDA0004119110020000021
所述风电场站短路比约束模型表达式如下：
Figure FDA0004119110020000022
其中，
Figure FDA0004119110020000023
为t时刻电源节点ex的短路容量；
Figure FDA0004119110020000024
和
Figure FDA0004119110020000025
分别为光伏场站和风电场站的视在功率；
Figure FDA0004119110020000031
为t时刻电源节点new的视在功率；rnew/ex,t为t时刻电源节点new、ex的电压交互影响因子；
Figure FDA0004119110020000032
和
Figure FDA0004119110020000033
表示位置pv、wd是否利用新能源机组无功补偿的0-1变量，1表示对应位置处采用新能源机组自身无功进行无功补偿，0表示对应位置处不采用新能源机组自身无功进行无功补偿；
Figure FDA0004119110020000034
和
Figure FDA0004119110020000035
表示是否在位置svg、sc处配置SVG和调相机的0-1变量；
Figure FDA0004119110020000036
和
Figure FDA0004119110020000037
分别为t时刻光伏场站pv和风电场站wd发出的无功功率；
Figure FDA0004119110020000038
和
Figure FDA0004119110020000039
分别表示t时刻SVG无功功率、调相机无功功率；
Figure FDA00041191100200000310
和
Figure FDA00041191100200000311
分别为光伏和风电的装机容量；
Figure FDA00041191100200000312
和
Figure FDA00041191100200000313
表示t时刻光伏场站pv和风电场站wd的理论出力最大值；ΔVnew,t和ΔVex,t表示电源节点new、ex处在t时刻的电压变化量；
Figure FDA00041191100200000314
和
Figure FDA00041191100200000315
分别为t时刻电源节点new、ex的互阻抗和自阻抗。
10.如权利要求1所述的无功补偿装置与储能协调优化配置方法，其特征在于，所述双层优化配置模型内满足火电机组运行约束，包括火电机组的最大出力和最小出力约束，以及火电机组上、下爬坡约束。
11.如权利要求1所述的无功补偿装置与储能协调优化配置方法，其特征在于，所述双层优化配置模型内满足新能源运行约束，包括风电场站和光伏场站的最大出力约束、由短路比约束所计算出的处理限值约束，以及风电场站和光伏场站的无功出力约束。
12.如权利要求3所述的无功补偿装置与储能协调优化配置方法，其特征在于，当采用调相机进行无功补偿时，所述调相机的运行约束表达式如下：
Figure FDA00041191100200000316
其中，ηSC表示调相机的无功备用系数；
Figure FDA00041191100200000317
表示安装于位置sc处调相机的无功出力；
Figure FDA00041191100200000318
表示位置sc是否配置调相机的0-1变量，1表示对应位置处安装调相机，0表示未安装；
Figure FDA00041191100200000319
表示调相机在位置sc的投资容量。
13.如权利要求3所述的无功补偿装置与储能协调优化配置方法，其特征在于，当采用SVG进行无功补偿时，所述SVG的无功出力为电源有功出力的10％，所述SVG的运行约束表达式如下：
Figure FDA00041191100200000320
Figure FDA00041191100200000321
其中，
Figure FDA0004119110020000041
表示t时刻SVG无功功率；
Figure FDA0004119110020000042
表示位置svg是否配置SVG的0-1变量，1表示对应位置处安装SVG，0表示未安装；
Figure FDA0004119110020000043
为t时刻光伏场站与风电场站出力的集合；
Figure FDA0004119110020000044
和
Figure FDA0004119110020000045
分别表示t时刻光伏场站pv和风电场站wd可消纳的光伏、风电功率。
14.如权利要求1所述的无功补偿装置与储能协调优化配置方法，其特征在于，所述储能配置模型包含功率范围约束、能量范围约束、功率-能量关系约束、循环周期约束和始末状态约束。
15.如权利要求1所述的无功补偿装置与储能协调优化配置方法，其特征在于，所述双层优化配置模型内满足潮流运行约束，包括潮流的线路容量约束、直流潮流约束和节点相角范围约束。
16.如权利要求1所述的无功补偿装置与储能协调优化配置方法，其特征在于，所述双层优化配置模型内满足电力平衡约束，所述电力平衡约束表达式如下：
Figure FDA0004119110020000046
Figure FDA0004119110020000047
其中，
Figure FDA0004119110020000048
分别表示节点n上所用的火电机组、风电场、光伏电站、储能设备；
Figure FDA0004119110020000049
表示以节点n为始端节点的线路集合，
Figure FDA00041191100200000410
表示以节点n为末端节点的线路集合；
Figure FDA00041191100200000411
表示t时刻机组出力；
Figure FDA00041191100200000412
表示t时刻风电场站wd可消纳的风电功率；
Figure FDA00041191100200000413
表示t时刻光伏场站pv可消纳的光伏功率；
Figure FDA00041191100200000414
和
Figure FDA00041191100200000415
分别表示t时刻的储能设备放电功率和充电功率；
Figure FDA00041191100200000416
表示t时刻联络线功率；
Figure FDA00041191100200000417
表示t时刻系统负荷值。
17.如权利要求1所述的无功补偿装置与储能协调优化配置方法，其特征在于，所述双层优化配置模型内满足备用约束，所述备用约束表达式如下：
Figure FDA00041191100200000418
其中，PR为系统旋转备用容量，NG、NPV、NWD分别为火电机组、光伏场站和风电场站的数量；
Figure FDA00041191100200000419
表示火电机组运行状态的二进制变量，1表示运行，0表示停止；
Figure FDA00041191100200000420
和
Figure FDA00041191100200000421
分别表示t时刻光伏场站pv和风电场站wd可消纳的光伏功率和风电功率；
Figure FDA00041191100200000422
表示火电机组的最大出力；
Figure FDA00041191100200000423
表示t时刻系统负荷值。
18.一种无功补偿装置与储能协调优化配置系统，其特征在于，所述系统包括：
短路比指标约束模型建立单元，用于建立保障新能源集群系统电网强度及提高电网电压支撑能力的短路比指标约束模型；
双层优化配置模型建立单元，用于建立以系统总成本最小指标、最小弃电率指标及最大化系统强度指标为目标的双层优化配置模型，所述双层优化配置模型的上层为无功补偿装置与储能配置模型，下层为运行优化模型；
所述双层优化配置模型中的上层模型将将无功补偿装置与储能配置信息输送给下层模型，下层模型根据所述无功补偿装置与储能配置信息进行优化计算得到优化结果，并将所述优化结果反馈给上层模型，使得上层模型可以依据所述优化结果计算得到上层模型的目标函数值。
19.一种电子设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1至17任一项所述方法的步骤。
20.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至17任一项所述方法的步骤。
21.一种计算机程序产品，包括计算机程序/指令，其特征在于，所述计算机程序/指令被处理器执行时实现权利要求1至17任一项所述方法的步骤。
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