專利名稱：一種基于風險的微電網分布式發(fā)電備用優(yōu)化配置方法
技術領域：
本發(fā)明涉及的一種基于風險的微電網分布式發(fā)電備用優(yōu)化配置方法，屬電網安全 運行控制技術領域。
背景技術：
隨著電力市場改革的逐步推進，輸配電環(huán)節(jié)逐漸分離，配電環(huán)節(jié)即將進入市場競 爭機制，作為配電網的重要組成部分，微電網的供電、備電以及DGCA服務也必將引入市場 競價機制。在市場環(huán)境下，NRDG將不再是傳統(tǒng)模式下完全受控制的物理終端，而應視為用 戶，其市場行為將完全由經濟利益驅動，追求自身經濟利益的最大化。微電網是由分布式發(fā)電、負荷、儲能(包括機械儲能與電儲能、超級電容等裝置) 所組成的小型發(fā)配電系統(tǒng)，既可與大電網協(xié)同運行，也可與大電網孤立運行，因而具有并網 與孤島2種運行模式，其中分布式發(fā)電是指發(fā)電功率在幾十kW至50MW、小型模塊化且分散 地布置在用戶附近的電源，可分為可再生分布式發(fā)電與不可再生分布式發(fā)電(NRDG)2類， 前者包括光伏發(fā)電、風力發(fā)電，分別與光強、風速有關，不存在環(huán)境污染；而后者則包括燃料 電池、燃氣輪機等，與自然條件無關，存在環(huán)境污染(但與傳統(tǒng)化石燃料發(fā)電相比，這種環(huán) 境污染相對較小)。由于可再生分布式發(fā)電的輸出功率受自然條件的影響而難以做到即時 控制，故不可參與微電網備用配置，因而本方法所研究的分布式發(fā)電備用將僅針對NRDG備 用而言。微電網中的負荷按照美國電氣可靠性技術解決方案聯(lián)合會所提出的微電網基本 結構，可分為敏感負荷、可調節(jié)負荷以及可中斷負荷(IL)，其中IL與大電網對IL的劃分相 類似，在電力市場環(huán)境下同樣也可按補償方式的不同，分為低電價可中斷負荷(ILL)與高 賠償可中斷負荷(ILH) 2類，其中ILL是在容量事故前通過電價打折方式進行補償，而ILH 則是在實際切除后通過高額賠償方式進行賠償。與對大電網開展能量與備用服務的研究相類似，微電網不僅需要研究針對給定負 荷需求下的分布式供電優(yōu)化問題，還需要針對隨機性容量事故研究微電網NRDG備用配置 優(yōu)化問題，前者屬于經濟調度問題，追求供電成本最小化，而后者則屬于隨機優(yōu)化問題，要 求備用風險最小化。雖然NRDG備用的接入與運行策略大多由用戶自行確定，但是與大電網 中電網公司預先指定一定數量的備用發(fā)電機組參與系統(tǒng)調峰與調頻一樣，市場環(huán)境下，作 為微電網備用容量的購買方，配電公司完全可以采用與之相類似的手段去預先配置一定數 量的NRDG備用來應對運行中可再生分布式發(fā)電、負荷需求的高度不確定性。微電網中可再生分布式發(fā)電、負荷需求具有高度的不確定性，由此所產生的發(fā)電 容量缺額輕則影響到微電網電能質量，重則危及到重要負荷的供電可靠性。為此，配置一定 數量的備用發(fā)電容量將顯得尤為必要。當微電網出現發(fā)電容量缺額事故時，既可通過變換 器調用大電網事故支持備用容量(RCLG)、也可調用其內部各類備用，包括調用NRDG備用與 儲能裝置(ESD)、中斷ILL與ILH，因而RCLG、NRDG備用、ESD、ILL以及ILH都可參與微電網 備用配置，其中RCLG包括發(fā)電側備用容量(RCGS)、ILL以及ILH。作為微電網備用容量的主體與應急發(fā)電容量資源，優(yōu)化NRDG備用配置的意義非常重大。然而目前，對NRDG的研究 較多地側重于其參與微電網分布式供電策略的優(yōu)化，有關備用容量優(yōu)化配置的研究主要集 中在大電網，如優(yōu)化配置大電網備用中的RCGS、ILL。然而長期以來，在對微電網研究的過 程中，較多地集中在微電網供電策略優(yōu)化問題，并沒有研究NRDG備用優(yōu)化配置問題。NRDG備用容量的配置，過多雖然可以提高可靠性，但會導致不經濟，而過少雖然可 以通過節(jié)約容量配置成本來提高經濟性，但以增加用戶停電風險為代價，故基于風險觀點， 從可靠性與經濟性相互協(xié)調角度，對其容量配置進行優(yōu)化將具有非常重要的研究價值。市 場環(huán)境下，作為微電網備用容量的購買方與配置方，配電公司如何從可靠性與經濟性協(xié)調 角度去優(yōu)化配置各類NRDG備用資源已成為當前微電網新能源發(fā)電規(guī)劃與運營領域中迫切 需要解決的重要問題之一。該問題既是微電網安全高效運行、停電防御體系建設與優(yōu)化需 要研究的重要內容，同時也是為滿足智能電網“自愈、自趨、安全、經濟”技術特點應該關注 的重要方面。然而長期以來，在研究大電網備用容量配置優(yōu)化的過程中，往往將微電網視為完 全受控的物理終端，忽視了微電網內部NRDG備用優(yōu)化配置問題的研究。迄今為止，有關針 對微電網自身備用需求，基于風險管理觀點與協(xié)調優(yōu)化理念，通過與RCLG、ESD、ILL以及 ILH相協(xié)調，充分利用微電網各類備用容量之間的經濟互補特性，對NRDG備用進行優(yōu)化配 置的方法一直被長期孤立與忽視。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是針對目前微電網NRDG研究的現狀與備用配置研究的不足，提出 一種基于風險的微電網分布式發(fā)電備用優(yōu)化配置方法。實現本發(fā)明目的技術解決方案為一種基于風險的微電網分布式發(fā)電備用優(yōu)化配 置方法，包括并網與孤島兩種運行模式，所述并網模式下的分布式發(fā)電備用優(yōu)化配置方法 包括以下步驟(1)對大電網事故支持備用容量RCLG的容量成本與調度風險進行量化；(2)對儲能裝置ESD的容量成本與調度風險進行量化；(3)對低電價可中斷負荷ILL的容量成本與高賠償可中斷負荷ILH的調度風險進 行量化；(4)對不可再生分布式發(fā)電NRDG的容量成本與調度風險進行量化；(5)建立不可再生分布式發(fā)電NRDG備用優(yōu)化配置決策模型在滿足微電網安全可 靠性要求的前提下，針對事故集為M, NRDG備用配置的優(yōu)化模型為
minC(0g) = C4(0g) + C123(0g,Q,L ,Qm,L ,Qm)(1)s.t. Qzjn + Qg’m + Qs，m + Qhm + Qhm =Qm VmeM (2) 、KQz,Qg,QM,Qh)^0(3)模型中下標ζ、g、S、1、h分別表示RCLG、NRDG、ESD、ILL、ILH ；C為各類備用的總代 價；M為容量事故集^gSNRDG備用配置量；COig)為配置各類備用所付出的總代價；C4為調 用NRDG所付出的代價；C4 ^lg)為NRDG備用的容量成本與調度風險之和；C123為調用RCLG、 ESD、中斷ILL與ILH所付出的代價之和說為ILL市場成交的可中斷容量總量，％為ILH 市場成交的可中斷容量總量；Qm為容量事故m的容量缺額…^力^力^力^以及^^分別為事故m下實際所調用的RCLG備用容量、NRDG備用容量、ESD容量、ILL以及ILH容量；式 (1)以RCLG、ESD、NRDG備用的容量成本與調度風險、ILL的容量成本、ILH的調度風險之和 最小值為目標函數；式O)為微電網安全可靠性要求約束；式(3)為各類備用的容量限制 約束；(6)對不可再生分布式發(fā)電NRDG備用配置進行算法優(yōu)化根據等微增率準則， NRDG備用配置的最優(yōu)決策值(ig.。滿足1 ^ !^;/ ，通過計算靈敏度值、_aq3/ag，可有 效引導對化.。的搜索，具體算法步驟如下々、對A初始配置量賦以零值，即η= 0，Qgjn = 0，并設其增加的步長為Δ化；B、在每一增加的步長Δ %內，計算靈敏度值、C、判斷靈敏度值是否小于等于1，如果靈敏度值we/j、于等于1，則執(zhí)行步驟E ；如果靈敏度值大于1，執(zhí)行步驟D ；D、令Qg,n+1 = G!g,n+AG!g，按步長Δ %增加％，之后返回步驟轉B ；所述孤島模式下的分布式發(fā)電備用優(yōu)化配置方法包括以下步驟步驟一、對儲能裝置ESD的容量成本與調度風險進行量化；步驟二、對低電價可中斷負荷ILL的容量成本與高賠償可中斷負荷ILH的調度風 險進行量化；步驟三、對不可再生分布式發(fā)電NRDG的容量成本與調度風險進行量化；步驟四、建立不可再生分布式發(fā)電NRDG備用優(yōu)化配置決策模型；在滿足微電網安全可靠性要求的前提下，針對M，NRDG備用配置的優(yōu)化模型為 'mmC(Qg) = C4(Qg) + C23(Qg,Q L ,Qm,L ,Qm)(4)s.t. Qgjn + Qsm + Qlm + Qhm =Qm VmeM(5) 、KQg,Qs,Q1,Qh) ^O (6)模型中下標g、S、l、h分別表示NRDG、ESD、ILL、ILH ；C為各類備用的總代價；M為 容量事故集；Qg為NRDG備用配置量；C Olg)為配置各類備用所付出的總代價；C4為調用NRDG 所付出的代價；C4 Olg)為NRDG備用的容量成本與調度風險之和為調用ESD、中斷ILL與 ILH所付出的代價之和；仏為ILL市場成交的可中斷容量總量，化為ILH市場成交的可中斷 容量總量；Qm為容量事故m的容量缺額々g^Q&^Qb以及Qh,m分別為事故m下實際所調用 的NRDG備用容量、ESD容量、ILL以及ILH容量；式(1)以ESD、NRDG備用的容量成本與調 度風險、ILL的容量成本、ILH的調度風險之和最小值為目標函數；式(2)為微電網安全可 靠性要求約束；式(3)為各類備用的容量限制約束；步驟五、對不可再生分布式發(fā)電NRDG備用配置進行優(yōu)化根據等微增率準則， NRDG備用配置的最優(yōu)決策值Qg.。滿足1^/ !^;/ ，通過靈敏度值、Haq3Zaq，可有效引導 對Qg.0的搜索，具體算法步驟如下^對％初始配置量賦以零值(n = 0，G!g,n = 0)，并設其增加的步長為b、在每一 Δ %內，計算靈敏度值；C、判斷靈敏度值是否小于等于1，如果靈敏度值we/j、于等于1，則執(zhí)行步驟e，如 果靈敏度值大于1，則執(zhí)行步驟d ；d、令Qg,n+1 = ^^+八08，按步長增加化，則返回步驟13;
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e、得出Qg.。最優(yōu)決策方案。本發(fā)明實現了從風險管理與協(xié)調優(yōu)化角度，充分利用微電網內部與外部各類備用 之間的經濟互補特性，對NRDG備用配置進行優(yōu)化與決策，能夠兼顧安全性與經濟性，能夠 做到在滿足安全性的前提下使得配置NRDG備用的經濟性為最優(yōu)。


下面結合附圖對本發(fā)明作進一步說明圖1是電力市場環(huán)境下微電網備用服務體系結構框圖；圖2中(a)是并網模式下，針對單一容量事故所得到的NRDG備用優(yōu)化配置仿真結 果；(b)是并網模式下，針對所有容量事故所得到的NRDG備用優(yōu)化配置仿真結果；(c)是針 對孤島與并網兩種運行模式，所得到的RCLG、NRDG備用、ESD、ILL、ILH配置優(yōu)化結果。圖3是針對并網模式下NRDG備用最優(yōu)配置隨備用價格變化的關系。圖4是針對孤島模式下NRDG備用最優(yōu)配置隨備用價格變化的關系。圖5是并網模式下優(yōu)化NRDG備用配置的流程框圖。圖6是孤島模式下優(yōu)化NRDG備用配置的流程框圖。上述附圖的主要符號及標號名稱RCLG表示大電網事故支持備用容量；ESD表示 儲能裝置；ILL表示低電價可中斷負荷；ILH表示高賠償可中斷負荷；NRDG表示不可再生 分布式發(fā)電；C表示各類備用的總代價；Qg、Qg.。分別為NRDG備用配置量及其最優(yōu)值；C4表 示NRDG備用的代價；C123為調用RCLG、ESD、中斷ILL與ILH所付出的代價之和，且C123 = CjCjC3，其中CpC2與C3分別為調用RCLG所付出的代價、調用ESD所付出的代價、中斷ILL 與ILH所付出的代價；Qz.m、Qg.m> Qs.m> Q1.m> Qh.m分別為事故m下所調用的RCLG容量、NRDG備 用容量、ESD容量、ILL以及ILH中斷量；Cmiam為應對事故m所付出的最低代價。
具體實施例方式一種基于風險的微電網分布式發(fā)電備用優(yōu)化配置方法，包括并網與孤島兩種運行 模式，所述并網模式下的分布式發(fā)電備用優(yōu)化配置方法包括以下步驟(1)對大電網事故支持備用容量RCLG的容量成本與調度風險進行量化；為調用 RCLG所付出的代價表示為
權利要求
1. 一種基于風險的微電網分布式發(fā)電備用優(yōu)化配置方法，其特征在于包括并網與孤 島兩種運行模式，所述并網模式下的分布式發(fā)電備用優(yōu)化配置方法包括以下步驟(1)對大電網事故支持備用容量RCLG的容量成本與調度風險進行量化；(2)對儲能裝置ESD的容量成本與調度風險進行量化；(3)對低電價可中斷負荷ILL的容量成本與高賠償可中斷負荷ILH的調度風險進行量化；(4)對不可再生分布式發(fā)電NRDG的容量成本與調度風險進行量化；(5)建立不可再生分布式發(fā)電NRDG備用優(yōu)化配置決策模型在滿足微電網安全可靠性要求的前提下，針對事故集為M, NRDG備用配置的優(yōu)化模型為
2.根據權利要求1所述的基于風險的微電網分布式發(fā)電備用優(yōu)化配置方法，其特征在 于所述步驟(1)對大電網事故支持備用容量RCLG的容量成本與調度風險進行量化時，為 調用RCLG所付出的代價表示為PcQ^ζ +〉 PmmeM其中下標C、z、e、m分別表示容量、研究時段、電量、事故，P。、pe, Qz、Qz,m為RCLG市場交 易出清的容量價格、電量價格、出清容量、事故m下實際所調用的容量，％為研究時段的長度，tm為事故m持續(xù)時間，M為容量事故集，p。Qztz為RCLG的容量成本，Σ PMjm為在容msM量事故集M下總的RCLG調度風險。
3.根據權利要求1所述的基于風險的微電網分布式發(fā)電備用優(yōu)化配置方法，其特征在 于所述步驟( 對儲能裝置ESD的容量成本與調度風險進行量化，為投入ESD所付出的代 價表示為C2 = ^c^sQc^z + Σ 禮 ρ丑，"A丑，人 msM其中下標C、E、S分別表示容量向量、電量向量、儲能向量，Pc,s = [pCjSjl, L，p。,s,d，Lpc, S,D]T為研究時段tz內ESD的容量價格向量，Qc,s = [QCjSj1, L，Qcjsjd, LQ。,s,d]t為研究時段tz 內ESD的容量向量，其中裝置d可輸出容量( 。,s,d，滿足Qc’s’d <0^條件的非下降函 數，在極限情況下為常數，PE,s= [pe,s,i'L' Pe,s,d' Lpe,s,D]T為ESD的電量價格向量，Ae,s =diagtQ,,,,^, L，Q。,s,d,m，LQc,s,D,ffl]為對應于事故m下實際所投入ESD的容量，滿足Q。,s,d,-彡仏丨， 為事故?。?！的發(fā)生概率，P二U為ESD容量成本，Σ ^pLas,人為在容量事C,Λ ^C,Λ ζm&M故集M下總的ESD調度風險。
4.根據權利要求1所述的基于風險的微電網分布式發(fā)電備用優(yōu)化配置方法，其特征在 于所述步驟(3)對低電價可中斷負荷ILL的容量成本與高賠償可中斷負荷ILH的調度風 險進行量化，為中斷ILL與ILH所付出的代價表示為
5.根據權利要求1所述的基于風險的微電網分布式發(fā)電備用優(yōu)化配置方法，其特征在 于步驟(4)對不可再生分布式發(fā)電NRDG的容量成本與調度風險進行量化時，按響應時間 的不同，調用不可再生分布式發(fā)電NRDG備用所付出的代價可表示為
6.根據權利要求1所述的基于風險的微電網分布式發(fā)電備用優(yōu)化配置方法，其特征在 于步驟一對量化儲能裝置ESD的容量成本與調度風險進行量化，為投入ESD所付出的代價 表示為
7.根據權利要求1所述的基于風險的微電網分布式發(fā)電備用優(yōu)化配置方法，其特征在 于步驟二對低電價可中斷負荷ILL的容量成本與高賠償可中斷負荷ILH的調度風險進行 量化時；為中斷ILL與ILH所付出的代價表示為C3 = Q+Cft = YjPMUtz + Yjqm-Ld= YjPXQMtz + Σ 札-ΣρΑΟΜ^imGMim&Mj其中i、j、Ld、d分別表示ILL用戶編號、ILH用戶編號、停電賠償費用、停電，C1S電費損 失，Ch是M下ILH總的調度風險，即為停電賠償風險，等于事故概率與停電賠償費用的乘積； Pi(Qi)為用戶i在ILL市場申報低電價可中斷容量&的折扣價格，滿足Q-《Q1-Q醒， 電費損失為Ci ^li) =Pi (Qi) QJz，即預先配置ILL所付出的容量成本，Pj ^lj)為用戶j在ILH 市場申報高賠償可中斷容量％的停電賠償價格，配電公司在時段tm內支付給用戶j的停電 賠償費用為 CjQj) =Pj(Qj)Qjtffl;為調用RCLG、ESD、中斷ILL與ILH所付出的代價之和為 C123 — CjCjC3 ο
8.根據權利要求1所述的基于風險的微電網分布式發(fā)電備用優(yōu)化配置方法，其特征在 于步驟三對不可再生分布式發(fā)電NRDG的容量成本與調度風險進行量化按響應時間的不 同，不可再生分布式發(fā)電NRDG備用可分為瞬時、快速、慢速以及冷態(tài)4種，按響應時間的不 同，不可再生分布式發(fā)電NRDG備用可分為瞬時、快速、慢速以及冷態(tài)4種，調用不可再生分 布式發(fā)電NRDG備用所付出的代價可表示為Q = PcVqcjA + Σ dy^u Σ 札 Σ iCl(Qxl)+C2(Qxs)+Ld(QMm&Mm&M x=q,s,cq m其中下標i、q、s、C、x分別代表瞬時、快速、慢速以及冷態(tài)、X = q，s，c ；D表示NRDG備用； Pc,D = [Pc,d,i' Pcd,Pcd,s' Pcd, JT、Qc,D = [Qc,d,i' Qcd,Qcd,s' Qcd, JT 分別為聯(lián)合出清后的 容量價格向量與所成交的容量向量；PE,D = [Pdi，Pe,d,q, Pe,d,s, Pd。]T為電量價格向量;Ae, 。二肚叫⑷㈠，^力^，^力^，^，仏，“^，其元素為事故！！！下實際調用容量，分別滿足( 。^,m ( Qcd.i^Qcd,^ ( Qc,d,q>Qc,d,s,m ( Qc,d,s>Qc,d,c,ffl ( Qcd,C ； & = xUcJ’x為 NRDG 備用市場所成交的總容量；TE,m = [tm，tffl-tq, tm-ts，tm-t。]T，為各類NRDG備用實際所調用的實間，qm、 tm分別為事故m的發(fā)生概率與持續(xù)時間，t,，ts，tc為快速、慢速、冷態(tài)備用的響應滯后時間， tz為研究時段的長度，M為容量事故集《(QuhLd^hhCjQj分別為ILL的電費損失、 ILH的停電賠償費用、ESD的儲能代價，其中I,PlyC^s分別為響應滯后期間所中斷的ILL與 ILH 容量、所調用的儲能容量，滿足 Qx, !+Qx, h+Qx, s = Qx ； vIdQC^D %、Σ cImKoK^mm&M^ ^ c,(0 ,) +CJQ ) 分別為NRDG備用的容量成本、M下總的調度風險，Σ扎Σ~'-^l1+Ld(QM為非瞬時性NRDG備用在響應滯后期間所切除的負荷代價與所投入的儲能代價。
全文摘要
一種基于風險的微電網分布式發(fā)電備用優(yōu)化配置方法，屬電網安全運行控制技術，其組成包括各類備用的配置成本與調度風險的量化、各類備用的配置成本與調度風險的量化、基于數值靈敏度技術的優(yōu)化算法的提出、算例分析與仿真研究四部分。為此，該方法從風險管理與協(xié)調優(yōu)化理論角度，可以根據微電網容量事故場景、各類備用價格與容量限制等條件，動態(tài)在線自適應優(yōu)化出微電網分布式發(fā)電備用配置結果，通過仿真可以驗證出分布式發(fā)電備用配置過高或過低都不合適，而應存在最優(yōu)值，該方法能夠為微電網運營方配電公司在制定分布式發(fā)電備用配置方案時提供量化支撐與決策依據，是一種簡單有效的決策優(yōu)化方法。
文檔編號G06Q50/00GK102103720SQ20111003335
公開日2011年6月22日 申請日期2011年1月31日 優(yōu)先權日2011年1月31日
發(fā)明者梁昕, 王冰潔, 羅運虎, 謝少軍 申請人:南京航空航天大學