CN118100304B - 考虑网络约束的配电网产消者能量管理方法、装置及设备 - Google Patents
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Abstract
一种考虑网络约束的配电网产消者能量管理方法、装置及设备，方法包括：配电网产消者结合前一时段能量输出和当前时段能量供需，得到配电网产消者的净功率；配电网系统运营商进行潮流计算，验证各节点产消者当前的净功率是否满足网络完全约束，若满足，则接受产消者当前的净功率；若不满足，则配电网系统运营商计算每个产消者的动态运行包络；根据产消者分配的动态运行包络调整电动汽车充放电功率和光伏系统输出功率，得到调整后的电动汽车充放电计划和光伏系统出力计划。本发明中产消者根据配电网系统运营商分配的动态运行包络自行调整其充放电计划和光伏出力，从而在保证配电网运行安全性的同时保护了产消者的隐私，提高了运行效率。
Description
技术领域
本发明涉及配电网能量管理领域，尤其涉及一种考虑网络约束的配电网产消者能量管理方法、装置及设备。
背景技术
近年来，具有光伏系统和电动汽车的发用电一体产消者大量接入配电网，产消者的无序接入可能会导致配电网出现电压越限、网络阻塞以及相位不平衡等问题。因此，合适的产消者能量协调管理方法对保证配电网安全稳定运行至关重要。
现有配电网产消者能量管理方法的研究主要分为两类。一类研究是考虑临近产消者之间以及产消者与电网的能量交互以增加各方能源效益，由于产消者输入输出功率较低，通常忽略了其对配电网安全运行的影响。另一类研究考虑由配电网系统运营商直接对产消者功率输入输出进行控制，从而确保网络安全稳定运行。然而，配电网系统运营商进行直接控制的能量管理方法存在隐私泄露、单节点故障以及管理效率低等风险。因此，在配电网产消者能量管理过程中，有必要采用一种间接的调控方法来确保产消者功率输入输出不违背网络安全约束，以保证配电网安全性、实现产消者隐私保护以及提高系统运行效率。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中存在的隐私泄露和效率低的缺陷与问题，提供一种隐私保护性好和效率高的考虑网络约束的配电网产消者能量管理方法、装置及设备。
为实现以上目的，本发明的技术解决方案是：一种考虑网络约束的配电网产消者能量管理方法，包括：
具有光伏系统、电动汽车和固定负荷的配电网产消者结合前一时段能量输出和当前时段能量供需，得到配电网产消者的净功率，并将净功率数据上传给配电网系统运营商；
根据不同节点产消者的净功率，配电网系统运营商进行潮流计算，验证各节点产消者当前的净功率是否满足网络完全约束，若满足，则接受产消者当前的净功率；若不满足，则配电网系统运营商计算每个产消者的动态运行包络；
根据产消者分配的动态运行包络调整电动汽车充放电功率和光伏系统输出功率，得到调整后的电动汽车充放电计划和光伏系统出力计划。
配电网系统运营商以总偏差之和最小为目标计算产消者的动态运行包络，其目标函数为：
式中，Pj，t为产消者j在时段t的净功率；为时段t分配给产消者j的动态运行包络；Vn，t为节点n在时段t的电压；Il，t为时段t流过线路l的电流；为产消者集合。
配电网系统的运行约束为：
[Vn，t]＝[Vn-1，t]-[(Rl+jXl)][Il，t]；
Vmin≤|Vn，t|≤Vmax；
式中，[ ]表示矩阵运算；| |表示模的运算；In，t为产消者j在节点n输入输出的电流；j为复数的虚部；Qj，t为产消者j在时段t输入输出的无功功率；φ为相位；为节点n在时段t的标称电压；αn，φ为相位φ处的相电压角；Ik，t为时段t流过线路k的电流；为连接到线路l末端节点的线路集合；Vn-1，t为节点n-1在时段t的电压；Rl和Xl为线路l的电阻和电抗；Vmin和Vmax为电压上下限；为线路l的电流上限；和为产消者j在时段t光伏系统输出的无功功率及其上限。
根据净功率Pj，t和动态运行包络计算得到产消者需要调整的功率为：
式中，为产消者j在时段t需要调整的功率；为产消者j在时段t的电动汽车充电功率；为产消者调整功率输入输出的二元变量；为产消者j在时段t的电动汽车放电功率；
根据电动汽车的运行状态以及产消者调整功率输入输出的二元变量产消者能量管理策略如下：
若则更新电动汽车充电功率和电动汽车放电功率的规则为：
若则更新为否则且更新为
式中，为调整后的电动汽车充电功率， 为调整后的电动汽车放电功率，
若则更新电动汽车放电功率和电动汽车充电功率的规则为：
若则更新为否则且更新为
若或且则更新光伏系统输出功率为
式中，为调整后的光伏系统的出力，
产消者j在时段t的净功率Pj，t为：
式中，为产消者j在时段t的包含用电功率和电动汽车充电功率的总功率， 为产消者j在时段t的包含光伏系统输出功率和电动汽车放电功率的总发电功率，
光伏系统输出功率和电动汽车充放电功率的约束为：
式中，为光伏系统发电功率上限；为电动汽车最大充放电功率；为电动汽车状态，为充电，为放电，为闲置。
电动汽车状态取决于其日常的移动模式，其运行过程和约束为：
式中，分别为电动汽车的当前时段t的荷电状态、目标荷电状态、最小荷电状态、最大荷电状态；和分别为上网电价和电动汽车放电边际价格；和分别为达到目标荷电状态的可用时间和剩余时间；为电动汽车达到目标荷电状态后离开的时间；为电动汽车的行动时间；为电动汽车最大充放电功率；为电动汽车的电池容量；ηch和ηdis分别为电动汽车的充电效率和放电效率；τ为时间间隙。
配电网系统运营商根据产消者j在时段t的净功率Pj，t，得到配电网络的节点电压和线路电流；若Vmin≤|Vn，t|≤Vmax，其中，Vn，t为节点n在时段t的电压，Vmin和Vmax为电压上下限，Il，t为时段t流过线路l的电流，为线路l的电流上限，则产消者当前的净功率满足网络完全约束；否则不满足网络完全约束。
一种考虑网络约束的配电网产消者能量管理装置，该装置应用于上述所述的方法，所述装置包括：
产消者净功率计算模块，用于具有光伏系统、电动汽车和固定负荷的配电网产消者结合前一时段能量输出和当前时段能量供需，得到配电网产消者的净功率，并将净功率数据上传给配电网系统运营商；
产消者动态运行包络计算模块，用于根据不同节点产消者的净功率，配电网系统运营商进行潮流计算，验证各节点产消者当前的净功率是否满足网络完全约束，若满足，则接受产消者当前的净功率；若不满足，则配电网系统运营商计算每个产消者的动态运行包络；
产消者能量管理策略制定模块，用于根据产消者分配的动态运行包络调整电动汽车充放电功率和光伏系统输出功率，得到调整后的电动汽车充放电计划和光伏系统出力计划。
一种考虑网络约束的配电网产消者能量管理设备，包括存储器和处理器；
所述存储器，用于存储计算机程序代码，并将所述计算机程序代码传输给所述处理器；
所述处理器，用于根据所述计算机程序代码中的指令执行如上述所述的方法。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明一种考虑网络约束的配电网产消者能量管理方法、装置及设备中，电动汽车与光伏系统联动产消者根据配电网运营商分配的动态运动包络自行调整其充放电计划和光伏出力，从而在保证配电网运行安全性的同时保护了产消者的隐私，提高了运行效率。
附图说明
图1是本发明一种考虑网络约束的配电网产消者能量管理方法的流程图。
图2是本发明的实施例中所提供的配电网产消者的结构示意图。
图3是本发明一种考虑网络约束的配电网产消者能量管理装置的结构框图。
图4是本发明一种考虑网络约束的配电网产消者能量管理设备的结构框图。
具体实施方式
以下结合附图说明和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
参见图1，一种考虑网络约束的配电网产消者能量管理方法，包括：
S1、具有光伏系统、电动汽车和固定负荷的配电网产消者结合前一时段能量输出和当前时段能量供需，得到配电网产消者的净功率，并将净功率数据上传给配电网系统运营商。
配电网络：节点集合为线路集合为产消者集合为如图2所示，每个产消者配备有光伏系统、电动汽车和固定的用电负荷，且连接到不同的节点。
每个产消者安装有能量管理系统，是一种集软硬件于一体的智能化系统，用于监控、控制和优化自身的能量生产、消耗和流动，以及与外部配电网系统运营商进行交互；通过运行能量管理系统的算法得到产消者能量输出。
产消者j在时段t的净功率Pj，t为：
式中，为产消者j在时段t的包含用电功率和电动汽车充电功率的总功率， 为产消者j在时段t的包含光伏系统输出功率和电动汽车放电功率的总发电功率，
光伏系统输出功率和电动汽车充放电功率的约束为：
式中，为光伏系统发电功率上限；为电动汽车最大充放电功率；整数变量为电动汽车状态，为充电，为放电，为闲置。
电动汽车状态取决于其日常的移动模式，其运行过程和约束为：
式中，分别为电动汽车的当前时段t的荷电状态SOC、目标荷电状态、最小荷电状态、最大荷电状态；和分别为上网电价和电动汽车放电边际价格；和分别为达到目标荷电状态的可用时间和剩余时间；为电动汽车达到目标荷电状态后离开的时间；为电动汽车的行动时间；为电动汽车最大充放电功率；为电动汽车的电池容量；ηch和ηdis分别为电动汽车的充电效率和放电效率；τ为时间间隙。
S2、根据不同节点产消者的净功率，配电网系统运营商进行潮流计算，验证各节点产消者当前的净功率是否满足网络完全约束，若满足，则接受产消者当前的净功率；若不满足，则配电网系统运营商通过优化算法计算每个产消者的动态运行包络。
配电网系统运营商根据产消者j在时段t的净功率Pj，t，得到配电网络的节点电压和线路电流；若Vmin≤|Vn，t|≤Vmax，其中，Vn，t为节点n在时段t的电压，Vmin和Vmax为电压上下限，Il，t为时段t流过线路l的电流，为线路l的电流上限，则产消者当前的净功率满足网络完全约束；否则不满足网络完全约束。
配电网系统运营商以总偏差之和最小为目标计算产消者的动态运行包络，其目标函数为：
式中，Pj，t为产消者j在时段t的净功率；为时段t分配给产消者j的动态运行包络；Vn，t为节点n在时段t的电压；Il，t为时段t流过线路l的电流；为产消者集合。
配电网系统的运行约束为：
[Vn，t]＝[Vn-1，t]-[(Rl+jXl)][Il，t]；
Vmin≤|Vn，t|≤Vmax；
式中，[ ]表示矩阵运算；| |表示模的运算；In，t为产消者j在节点n输入输出的电流；j为复数的虚部；Qj，t为产消者j在时段t输入输出的无功功率；φ为相位；为节点n在时段t的标称电压；αn，φ为相位 φ处的相电压角；Ik，t为时段t流过线路k的电流；为连接到线路l末端节点的线路集合；Vn-1，t为节点n-1在时段t的电压；Rl和Xl为线路l的电阻和电抗；Vmin和Vmax为电压上下限；为线路l的电流上限；和为产消者j在时段t光伏系统输出的无功功率及其上限。
S3、根据产消者分配的动态运行包络调整电动汽车充放电功率和光伏系统输出功率，得到调整后的电动汽车充放电计划和光伏系统出力计划。
根据净功率Pj，t和动态运行包络计算得到产消者需要调整的功率为：
式中，为产消者j在时段t需要调整的功率；为产消者j在时段t的电动汽车充电功率；为产消者调整功率输入输出的二元变量；为产消者j在时段t的电动汽车放电功率；
根据电动汽车的运行状态以及产消者调整功率输入输出的二元变量产消者能量管理策略如下：
若则更新电动汽车充电功率和电动汽车放电功率的规则为：
若则更新为否则且更新为
式中，为调整后的电动汽车充电功率， 为调整后的电动汽车放电功率，
若则更新电动汽车放电功率和电动汽车充电功率的规则为：
若则更新为否则且更新为
若或且则更新光伏系统输出功率为
式中，为调整后的光伏系统的出力，
本发明所提方法的目的在于解决现有配电网产消者能量管理方法中由配电网系统运营商直接管理产消者的设备所导致的隐私泄露和效率低的问题，所提方法中能源社区内产消者根据电动汽车和光伏系统的运行和出力特性，得到净功率；配电网系统运营商通过潮流分析和优化算法计算每个产消者的动态运行包络，以保证满足配电网网络约束；产消者根据其动态运行包络自行调整电动汽车和光伏系统的出力，得到最终的出力计划。本发明获得的能量管理方法能够通过配电网系统运营商的间接调控来协调能源社区内电动汽车和光伏系统联动产消者与电网的有序交互，保障了配电网的安全稳定运行，保护了产消者隐私并提高了能源社区的能源效益和管理效率。
参见图3，本发明还提供一种考虑网络约束的配电网产消者能量管理装置，该装置应用于上述所述一种考虑网络约束的配电网产消者能量管理方法，所述装置包括：
产消者净功率计算模块，用于具有光伏系统、电动汽车和固定负荷的配电网产消者结合前一时段能量输出和当前时段能量供需，得到配电网产消者的净功率，并将净功率数据上传给配电网系统运营商；
产消者动态运行包络计算模块，用于根据不同节点产消者的净功率，配电网系统运营商进行潮流计算，验证各节点产消者当前的净功率是否满足网络完全约束，若满足，则接受产消者当前的净功率；若不满足，则配电网系统运营商计算每个产消者的动态运行包络；
产消者能量管理策略制定模块，用于根据产消者分配的动态运行包络调整电动汽车充放电功率和光伏系统输出功率，得到调整后的电动汽车充放电计划和光伏系统出力计划。
参见图4，本发明还提供一种考虑网络约束的配电网产消者能量管理设备，包括存储器和处理器；
所述存储器，用于存储计算机程序代码，并将所述计算机程序代码传输给所述处理器；
所述处理器，用于根据所述计算机程序代码中的指令执行上述所述一种考虑网络约束的配电网产消者能量管理方法。
本发明还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质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所述一种考虑网络约束的配电网产消者能量管理方法。
一般来说，用以实现本发明方法的计算机指令的可以采用一个或多个计算机可读的存储介质的任意组合来承载。非临时性计算机可读存储介质可以包括任何计算机可读介质，除了临时性地传播中的信号本身。
计算机可读存储介质例如可以是，但不限于电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的系统、装置或器件，或者任意以上的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子(非穷举的列表)包括：具有一个或多个导线的电连接、便携式计算机磁盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(EKROM或闪存)、光纤、便携式紧凑磁盘只读存储器(CD-ROM)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。在本发明中，计算机可读存储介质可以是任何包含或存储程序的有形介质，该程序可以被指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用。
可以以一个或多个程序设计语言或其组合来编写用以执行本发明操作的计算机程序代码，所述程序设计语言包括面向对象的程序设计语言—诸如Java、Smalltalk、C++，还包括常规的过程式程序设计语言—诸如“C”语言或类似的程序设计语言，特别是可以使用适于神经网络计算的Python语言和基于TensorFlow、PyTorch等平台框架。程序代码可以完全地在用户计算机上执行、部分地在用户计算机上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算机上部分在远程计算机上执行、或者完全在远程计算机或服务器上执行。在涉及远程计算机的情形中，远程计算机可以通过任意个类的网络，包括局域网(LAN)或广域网(WAN)，连接到用户计算机，或连接到外部计算机(例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接)。
上述设备和非临时性计算机可读存储介质，可以参见对一种考虑网络约束的配电网产消者能量管理方法及有益效果的具体描述，在此不再赘述。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，应当理解的是，上述实施例是示例性的，不能解释为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (8)
1.一种考虑网络约束的配电网产消者能量管理方法，其特征在于，包括：
具有光伏系统、电动汽车和固定负荷的配电网产消者结合前一时段能量输出和当前时段能量供需，得到配电网产消者的净功率，并将净功率数据上传给配电网系统运营商；
根据不同节点产消者的净功率，配电网系统运营商进行潮流计算，验证各节点产消者当前的净功率是否满足网络完全约束，若满足，则接受产消者当前的净功率；若不满足，则配电网系统运营商计算每个产消者的动态运行包络；
配电网系统运营商以总偏差之和最小为目标计算产消者的动态运行包络，其目标函数为：
式中，Pj，t为产消者j在时段t的净功率；为时段t分配给产消者j的动态运行包络；Vn，t为节点n在时段t的电压；Il，t为时段t流过线路l的电流；为产消者集合；
根据产消者分配的动态运行包络调整电动汽车充放电功率和光伏系统输出功率，得到调整后的电动汽车充放电计划和光伏系统出力计划；
根据净功率Pj，t和动态运行包络计算得到产消者需要调整的功率为：
式中，为产消者j在时段t需要调整的功率；为产消者j在时段t的电动汽车充电功率；为产消者调整功率输入输出的二元变量；为产消者j在时段t的电动汽车放电功率；
根据电动汽车的运行状态以及产消者调整功率输入输出的二元变量产消者能量管理策略如下：
若则更新电动汽车充电功率和电动汽车放电功率的规则为：
若则更新为否则且更新为
式中，为调整后的电动汽车充电功率，为调整后的电动汽车放电功率，
若则更新电动汽车放电功率和电动汽车充电功率的规则为：
若则更新为否则且更新为
若或且则更新光伏系统输出功率为
式中，为调整后的光伏系统的出力，
2.根据权利要求1所述的一种考虑网络约束的配电网产消者能量管理方法，其特征在于，配电网系统的运行约束为：
[Vn，t]＝[Vn-1，t]-[(Rl+jXl)][Il，t]；
Vmin≤|Vn，t|≤Vmax；
式中，[]表示矩阵运算；| |表示模的运算；In，t为产消者j在节点n输入输出的电流；j为复数的虚部；Qj，t为产消者j在时段t输入输出的无功功率；φ为相位；为节点n在时段t的标称电压；αn，φ为相位φ处的相电压角；Ik，t为时段t流过线路k的电流；为连接到线路l末端节点的线路集合；Vn-1，t为节点n-1在时段t的电压；Rl和Xl为线路l的电阻和电抗；Vmin和Vmax为电压上下限；为线路l的电流上限；和为产消者j在时段t光伏系统输出的无功功率及其上限。
3.根据权利要求1所述的一种考虑网络约束的配电网产消者能量管理方法，其特征在于，
产消者j在时段t的净功率Pj，t为：
式中，为产消者j在时段t的包含用电功率和电动汽车充电功率的总功率，为产消者j在时段t的包含光伏系统输出功率和电动汽车放电功率的总发电功率，
4.根据权利要求3所述的一种考虑网络约束的配电网产消者能量管理方法，其特征在于，光伏系统输出功率和电动汽车充放电功率的约束为：
式中，为光伏系统发电功率上限；为电动汽车最大充放电功率；为电动汽车状态，为充电，为放电，为闲置。
5.根据权利要求4所述的一种考虑网络约束的配电网产消者能量管理方法，其特征在于，电动汽车状态取决于其日常的移动模式，其运行过程和约束为：
式中，分别为电动汽车的当前时段t的荷电状态、目标荷电状态、最小荷电状态、最大荷电状态；和分别为上网电价和电动汽车放电边际价格；和分别为达到目标荷电状态的可用时间和剩余时间；为电动汽车达到目标荷电状态后离开的时间；为电动汽车的行动时间；为电动汽车最大充放电功率；为电动汽车的电池容量；ηch和ηdis分别为电动汽车的充电效率和放电效率；τ为时间间隙。
6.根据权利要求3所述的一种考虑网络约束的配电网产消者能量管理方法，其特征在于，配电网系统运营商根据产消者j在时段t的净功率Pj，t，得到配电网络的节点电压和线路电流；若Vmin≤|Vn，t|≤Vmax，其中，Vn，t为节点n在时段t的电压，Vmin和Vmax为电压上下限，Il，t为时段t流过线路l的电流，为线路l的电流上限，则产消者当前的净功率满足网络完全约束；否则不满足网络完全约束。
7.一种考虑网络约束的配电网产消者能量管理装置，其特征在于，该装置应用于权利要求1-6任一项所述的方法，所述装置包括：
产消者净功率计算模块，用于具有光伏系统、电动汽车和固定负荷的配电网产消者结合前一时段能量输出和当前时段能量供需，得到配电网产消者的净功率，并将净功率数据上传给配电网系统运营商；
产消者动态运行包络计算模块，用于根据不同节点产消者的净功率，配电网系统运营商进行潮流计算，验证各节点产消者当前的净功率是否满足网络完全约束，若满足，则接受产消者当前的净功率；若不满足，则配电网系统运营商计算每个产消者的动态运行包络；
产消者能量管理策略制定模块，用于根据产消者分配的动态运行包络调整电动汽车充放电功率和光伏系统输出功率，得到调整后的电动汽车充放电计划和光伏系统出力计划。
8.一种考虑网络约束的配电网产消者能量管理设备，其特征在于，
包括存储器和处理器；
所述存储器，用于存储计算机程序代码，并将所述计算机程序代码传输给所述处理器；
所述处理器，用于根据所述计算机程序代码中的指令执行如权利要求1至6任一项所述的方法。
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