一種面向最小碳排放的主動配電網(wǎng)運行控制方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種面向最小碳排放的主動配電網(wǎng)運行控制方法，屬于低碳電力與控制【技術(shù)領(lǐng)域】。該方法包括：錄入主動配電網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、系統(tǒng)參數(shù)、運行初始狀態(tài)數(shù)據(jù)，形成基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫；設(shè)置主動配電網(wǎng)運行控制變量，通過調(diào)節(jié)分布式電源在每個時段的輸出功率以及儲能設(shè)備在每個時段的運行模式和充電、放電功率控制主動配電網(wǎng)的碳排放；建立主動配電網(wǎng)面向低碳的運行優(yōu)化模型，求解模型并實施控制。本方法可實現(xiàn)主動配電網(wǎng)的設(shè)備協(xié)調(diào)控制和運行優(yōu)化控制，從而充分挖掘電力行業(yè)在配用電環(huán)節(jié)的低碳節(jié)能潛力，有效降低配電網(wǎng)碳排放。
【專利說明】—種面向最小碳排放的主動配電網(wǎng)運行控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于低碳電力與控制【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種面向最小碳排放的主動配電網(wǎng)運行控制方法。【背景技術(shù)】
[0002]主動配電網(wǎng)，是指包含光伏發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電、燃?xì)獍l(fā)電等分布式電源和儲能裝置等，同時具備協(xié)調(diào)控制上述設(shè)備能力的配電網(wǎng)絡(luò)。主動配電網(wǎng)概念的核心在于主動。主動的含義在于:改變了傳統(tǒng)配電網(wǎng)的運行模式，不再被動地接納分布式能源，而是通過有效協(xié)調(diào)配電網(wǎng)內(nèi)分布式發(fā)電、儲能裝置等設(shè)備的運行方式，保證電網(wǎng)運行的有序性，提高電網(wǎng)運行水平，提升電網(wǎng)運行綜合效益。在主動配電網(wǎng)中，分布式電源的運行方式可靈活控制，線路潮流可雙向流動，配電網(wǎng)可以和輸電網(wǎng)發(fā)生能量的雙向傳輸……以上諸多方面的變化對配電網(wǎng)控制手段和協(xié)調(diào)能力提出了更高要求。因此，主動配電網(wǎng)相對于當(dāng)前配電系統(tǒng)，其控制能力將發(fā)生深刻的變革。同時可見，協(xié)調(diào)控制是主動配電網(wǎng)的核心特征，也是主動配電網(wǎng)能夠有效消納分布式能源的重要保證。主動配電網(wǎng)的主要目標(biāo)是實現(xiàn)電力用戶與配電網(wǎng)間的協(xié)調(diào)運作，通過引入各類新型的分布式電源、可控儲能裝置并以靈活、智能的運行方式引導(dǎo)電力用戶更加高效地利用電能，從而減少碳排放，推動形成整體的低碳電力系統(tǒng)。主動配電網(wǎng)的實施和發(fā)展，將改變傳統(tǒng)配電網(wǎng)的運行模式，為分布式能源的消納、實現(xiàn)配電側(cè)的碳減排提供新的途徑和方法。
[0003]配電網(wǎng)的電壓往往低于其電壓基值，同時線路電抗與電阻差距不明顯，以上兩方面原因，使得配電網(wǎng)優(yōu)化模型必須采用交流潮流模型，而不能采用在輸電網(wǎng)中普遍使用的直流潮流模型。交流潮流模型的使用使得主動配電網(wǎng)優(yōu)化問題本身將成為一個高度非線性的優(yōu)化問題。
[0004]已有的主動配電網(wǎng)運行控制方法上具有如下特點:在優(yōu)化目標(biāo)選擇上，大部分方法定位于系統(tǒng)運行成本最低、系統(tǒng)損耗最低或者系統(tǒng)電壓水平最高等，但很少有以碳排放最低為優(yōu)化目標(biāo)的方法；在主動配電網(wǎng)運行控制模型的約束條件上，除了節(jié)點電力電量平衡、線路潮流約束、節(jié)點電壓約束等系統(tǒng)運行基本約束外，主要是各種分布式能源運行特性的約束項。然而，已有的主動配電網(wǎng)運行控制方法主要集中于單時段條件下配電網(wǎng)的運行優(yōu)化，缺乏深入分析分布式能源多時段間運行特性，構(gòu)建多時段協(xié)調(diào)的主動配電網(wǎng)運行優(yōu)化模型；缺乏綜合考慮分布式發(fā)電設(shè)備、儲能裝置等分布式能源的運行特征，所形成的主動配電網(wǎng)運行優(yōu)化模型中分布式能源的覆蓋面不夠全面；缺乏從主動配電網(wǎng)運行優(yōu)化模型的物理特征出發(fā)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是為克服已有技術(shù)的不足之處，提出一種面向最小碳排放的主動配電網(wǎng)運行控制方法，本方法可提高主動配電網(wǎng)對于風(fēng)電、光伏等間歇式低碳能源的消納能力；提高對于分布式能源的優(yōu)化配置水平，全面提高主動配電網(wǎng)的運行效率。[0006]本發(fā)明提出的一種面向最小碳排放的主動配電網(wǎng)運行控制方法，其特征在于，包括以下步驟:
[0007]I)錄入主動配電網(wǎng)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，包括主動配電網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)、系統(tǒng)參數(shù)數(shù)據(jù)、節(jié)點有功負(fù)荷與無功負(fù)荷數(shù)據(jù)、設(shè)定的收斂判定條件ε ；
[0008]2)主動配電網(wǎng)面向低碳的運行優(yōu)化控制，具體包括:
[0009]2-1)確立主動配電網(wǎng)運行優(yōu)化模型在決策周期T內(nèi)各個第t個時段的決策變量；
[0010]2-2)確立主動配電網(wǎng)在決策周期T內(nèi)各個時段的運行狀態(tài)變量，建立運行狀態(tài)變量與決策變量的關(guān)系；
[0011]2-3)構(gòu)建以碳排放最小為目標(biāo)的主動配電網(wǎng)運行優(yōu)化模型的目標(biāo)函數(shù)；
[0012]2-4)確定決策變量的可行區(qū)間和運行狀態(tài)變量的控制范圍，進(jìn)而確立主動配電網(wǎng)運行優(yōu)化模型的約束條件；
[0013]3)求解主動配電網(wǎng)面向低碳的運行優(yōu)化模型，得到主動配電網(wǎng)在決策周期T內(nèi)所有時段的決策變量的最優(yōu)值，根據(jù)決策變量的值對主動配電網(wǎng)中的分布式電源和儲能設(shè)備實施控制。
[0014]本發(fā)明的特點及有益效果:
[0015]本發(fā)明將從主動配電網(wǎng)運行優(yōu)化的模型和求解兩方面著手，首先構(gòu)建多時段協(xié)調(diào)的主動配電網(wǎng)運行優(yōu)化模型。該主動配電網(wǎng)運行優(yōu)化模型是一個高度非線性的混合整數(shù)規(guī)劃問題，即所謂的NP-Hard問題，目前尚沒有成型的優(yōu)化工具能夠直接求解上述問題。本發(fā)明在求解上述問題中先固定節(jié)點電壓幅值，將原來高度非線性的問題轉(zhuǎn)化為二次約束優(yōu)化，對二次約束優(yōu)化求解得到各個決策變量的值，并以決策變量值作為已知條件進(jìn)行配電網(wǎng)潮流計算從而得到新的節(jié)點電壓幅值，將新電壓幅值代替原來設(shè)定的電壓幅值。如此反復(fù)，直至前后兩次計算得到的電壓幅值差小于給定值。
[0016]本發(fā)明與其它主動配電網(wǎng)控制方法相比，有以下有益效果:
[0017]I)通過協(xié)調(diào)不同類型分布式能源在多時序上的運行方式，提高了主動配電網(wǎng)對于風(fēng)電、光伏等間歇式低碳能源的消納能力；
[0018]2)以主動配電網(wǎng)為載體，以多時段協(xié)調(diào)優(yōu)化為手段，提高對于分布式能源的優(yōu)化配置水平，全面提高主動配電網(wǎng)的運行效率；
【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1是本發(fā)明的面向最小碳排放的主動配電網(wǎng)運行控制方法流程框圖。
[0020]圖2是本發(fā)明的實施例中33節(jié)點配電網(wǎng)的負(fù)荷曲線，橫軸是時段(24個)，縱軸是主動配電網(wǎng)的總負(fù)荷，單位MW。
[0021]圖3是本發(fā)明的實施例中33節(jié)點配電網(wǎng)拓?fù)鋱D。
[0022]圖4是用Distflow方法描述配電網(wǎng)潮流的示意圖。
[0023]圖5是本發(fā)明的實施例中光伏發(fā)電機組的最大輸出功率曲線，橫軸是時段(24個)，縱軸是光伏機組所能達(dá)到的最大輸出功率，單位MW。
[0024]圖6是實本發(fā)明的施例中根節(jié)點的輸出功率曲線，橫軸是時段(24個)，縱軸根節(jié)點輸出功率，單位麗。
[0025]圖7是本發(fā)明的實施例中整個配電系統(tǒng)的碳排放強度曲線，橫軸是時段(24個)，縱軸是每個時段中整個系統(tǒng)的用電碳排放強度，單位t/MWh。
【具體實施方式】
[0026]下面結(jié)合附圖及實施方式對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的【具體實施方式】可用以解釋本發(fā)明，但并不限定本發(fā)明。
[0027]本發(fā)明的一種面向最小碳排放的主動配電網(wǎng)運行控制方法，通過協(xié)調(diào)不同類型分布式能源在多時序上的運行方式，實現(xiàn)了主動配電網(wǎng)的低碳運行，本控制方法流程如圖1所示，包括以下步驟:
[0028]I)以下需要錄入的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)將作為主動配電網(wǎng)運行控制的已知條件，應(yīng)根據(jù)主動配電網(wǎng)實際的技術(shù)參數(shù)進(jìn)行錄入；需要錄入的數(shù)據(jù)有:主動配電網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)、系統(tǒng)參數(shù)數(shù)據(jù)、負(fù)荷數(shù)據(jù)(本實施例中將I天分為24個時段，整個配電系統(tǒng)的總負(fù)荷(即33節(jié)點負(fù)荷之和)曲線如圖2所示，橫軸表示時段(共24個)，縱軸表示該時段系統(tǒng)的總有功負(fù)荷，單位為MW ;各個節(jié)點在時段7的負(fù)荷數(shù)據(jù)如表2所示，本實施例中設(shè)定各個節(jié)點負(fù)荷占總負(fù)荷的比例不變，即任一節(jié)點負(fù)荷與同時段的總負(fù)荷的比值為常數(shù)，不隨時段變化而變化，因此由時段7的各節(jié)點負(fù)荷和圖2所示的總負(fù)荷可以知道任意時段各節(jié)點的負(fù)荷)、設(shè)定的收斂判定條件ε(ε決定求解是否停止，在本實施例中ε取值是0.01，若對于主動配電網(wǎng)中的任意節(jié)點前后兩次求解得到的節(jié)點電壓幅值之差的絕對值小于ε，則當(dāng)前的解即是決策變量的最優(yōu)值；ε的具體含義見【具體實施方式】步驟3-4)；
[0029]上述網(wǎng)絡(luò)拓樸結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)包括系統(tǒng)中的節(jié)點數(shù)量(本實施例所研究的主動配電網(wǎng)中共有33個節(jié)點，32條支路，如圖3所示)，各類分布式電源的數(shù)量(本實施例中有3個分布式電源)，向主動配電網(wǎng)供電的含有配電變壓器的節(jié)點的數(shù)量(本實施例中有I個含有配電變壓器的節(jié)點)，可控儲能裝置的數(shù)量(本實施例中有I個儲能設(shè)備)，電力系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)(主動配電網(wǎng)中支路與節(jié)點的連接關(guān)系，配電變壓器、儲能設(shè)備接入主動配電網(wǎng)的位置；本實施例的電網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖3所示，3個分布式電源分別位于圖3中3個矩形的節(jié)點；節(jié)點I是唯一的有配電變壓器的節(jié)點，即根節(jié)點，在圖3中用三角形表示；儲能設(shè)備位于節(jié)點31);系統(tǒng)參數(shù)數(shù)據(jù)包括主動配電網(wǎng)中的分布式電源的發(fā)電碳排放系數(shù)以及根節(jié)點的碳排放系數(shù)(本實施例中根節(jié)點的碳排放強度為0.8t/MWh)，分布式電源有功、無功輸出功率的上限(本實施例中3個分布式電源的最大、最小輸出功率以及碳排放強度等技術(shù)參數(shù)如表I所示)；配電線路的電阻、電抗(本實施例中所有線路的電阻、電抗如表2所示)；燃?xì)獍l(fā)電機組輸出功率變化速率的下限和上限(本實施例中燃?xì)獍l(fā)電機組輸出功率變化速率上限為200kff/min,下限為_200kW/min);儲能設(shè)備在起始時段的剩余電量(本實施例中儲能設(shè)備初始剩余電量為O);儲能設(shè)備充電、放電功率的上、下限(本實施例中儲能設(shè)備充電有功功率、放電有功功率下限均為0，上限均為500kW;充電時無功功率保持為0，放電時無功功率上限為500kVar，下限為O);儲能設(shè)備剩余電量的上、下限(本實施例中儲能設(shè)備剩余電量的上限為IOOOkWh,下限為O);分布式電源與儲能設(shè)備采用恒功率因數(shù)控制時的功率因數(shù)角(本實施例中光伏機組與儲能設(shè)備采用恒功率因數(shù)控制，功率因數(shù)角=80° );節(jié)點電壓幅值上、下限(本實施例中上限為1.05，下限為0.95，都是標(biāo)么值);線路潮流極限值(本實施例中所有線路潮流極限值均為2.5MVA)。
[0030]表I 33節(jié)點算例分布式電源參數(shù)表[0031]
【權(quán)利要求】
1.一種面向最小碳排放的主動配電網(wǎng)運行控制方法，其特征在于，包括以下步驟: 1)錄入主動配電網(wǎng)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，包括主動配電網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)、系統(tǒng)參數(shù)數(shù)據(jù)、節(jié)點有功負(fù)荷與無功負(fù)荷數(shù)據(jù)、設(shè)定的收斂判定條件ε ； 2)主動配電網(wǎng)面向低碳的運行優(yōu)化控制，具體包括: 2-1)確立主動配電網(wǎng)運行優(yōu)化模型在決策周期T內(nèi)各個第t個時段的決策變量； 2-2)確立主動配電網(wǎng)在決策周期T內(nèi)各個時段的運行狀態(tài)變量，建立運行狀態(tài)變量與決策變量的關(guān)系； 2-3)構(gòu)建以碳排放最小為目標(biāo)的主動配電網(wǎng)運行優(yōu)化模型的目標(biāo)函數(shù)； 2-4)確定決策變量的可行區(qū)間和運行狀態(tài)變量的控制范圍，進(jìn)而確立主動配電網(wǎng)運行優(yōu)化模型的約束條件； 3)求解主動配電網(wǎng)面向低碳的運行優(yōu)化模型，得到主動配電網(wǎng)在決策周期T內(nèi)所有時段的決策變量的最優(yōu)值，根據(jù)決策變量的值對主動配電網(wǎng)中的分布式電源和儲能設(shè)備實施控制。
2.如權(quán)利要求1所述方法，其特征在于，具體包括以下步驟: 1)錄入主動配電網(wǎng)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，包括主動配電網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)、系統(tǒng)參數(shù)數(shù)據(jù)、節(jié)點有功負(fù)荷與無功負(fù)荷數(shù)據(jù)、設(shè)定的收斂判定條件ε ； 2)主動配電網(wǎng)面向低碳的運行優(yōu)化控制，具體包括以下步驟: 2-1)確立主動配電網(wǎng)運行優(yōu)化模型在決策周期T內(nèi)第t個時段分布式電源和儲能設(shè)備的決策變量，分布式電源包括光伏發(fā)電機組pv、風(fēng)力發(fā)電機組wind、燃?xì)獍l(fā)電機組turb,分布式電源決策變量分別為光伏發(fā)電機組的輸出有功功率和無功功率0,..,、風(fēng)力發(fā)電機組的輸出有功功率和無功功率、燃?xì)獍l(fā)電機組的輸出有功功率和無功功率GLw、根節(jié)點grid的輸出有功功率和無功功率Cjrtw ;儲能設(shè)備的決策變量包括運行模式?*和<、充電有功功率、放電有功功率/if和無功功率β:，t = 1，2...NT, Nt為運行優(yōu)化模型決策周期中的時段總數(shù)；其中，為第i個光伏發(fā)電機組pv在第t個時段的輸出有功功率，PLum i個風(fēng)力發(fā)電機組wind在第t個時段的輸出有功功率，Krhj為第i個燃?xì)獍l(fā)電機組turb在第t個時段的輸出有功功率，PfgTidJ為第i個根節(jié)點grid在第t個時段的輸出有功功率；Q1pvj為第i個光伏發(fā)電機組pv在第t個時段的輸出無功功率，QlimiJ為第i個風(fēng)力發(fā)電機組wind在第t個時段的輸出無功功率，QLhj為第i個燃?xì)獍l(fā)電機組turb在第t個時段的輸出無功功率，QUiJ為第i個根節(jié)點grid在第t個時段的輸出無功功率； C;為第i個儲能設(shè)備在第 t個時段是否充電的決策變量，C；為I則電網(wǎng)對儲能設(shè)備充電，為O則不對儲能設(shè)備充電；4為第i個儲能設(shè)備在第t個時段是否放電的決策變量，d;為I則儲能設(shè)備向電網(wǎng)放電，4為O則儲能設(shè)備不放電； P:為第i個儲能設(shè)備s在第t個時段的充電功率，即儲能設(shè)備作為負(fù)荷從電網(wǎng)吸收的功率(下標(biāo)S代表儲能設(shè)備，上標(biāo)C代表充電);為第i個儲能設(shè)備在第t個時段的放電有功功率(下標(biāo)S代表儲能設(shè)備，上標(biāo)d代表放電)，⑵為第i個儲能設(shè)備在第t個時段的放電無功功率；2-2)確立主動配電網(wǎng)在決策周期T內(nèi)各個時段的運行狀態(tài)變量，建立運行狀態(tài)變量與決策變量的關(guān)系，運行狀態(tài)變量包括支路流過的有功功率/y和無功功率§丨(^為在第t個時段由節(jié)點i流向節(jié)點j的有功功率，參考方向為由i流向j ； Pfl為在第t個時段由節(jié)點j流向節(jié)點i的有功功率，參考方向為由j流向i ; 0!?、Q ；;為相應(yīng)的支路流過的無功功率)、節(jié)點電壓( V；為節(jié)點j在第t個時段的節(jié)點電壓幅值)、儲能設(shè)備中剩余電量5；" (0為第i個儲能設(shè)備在第、個時段的剩余電量): 2-21)支路流過的有功功率和無功功率、節(jié)點電壓F/與步驟2-1)中的決策變量的關(guān)系由方程(I)、(2)> (3)決定:

3.如權(quán)利要求2所述方法，其特征在于，所述步驟2-4)具體包括: 2-41)分布式電源的輸出功率約束:
4.如權(quán)利要求3所述方法，其特征在于，所述步驟3)具體包括:
【文檔編號】G06Q50/06GK103544656SQ201310506950
【公開日】2014年1月29日 申請日期:2013年10月24日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月24日
【發(fā)明者】康重慶, 趙唯嘉, 周天睿, 辛建波, 范瑞祥, 鄭蜀江 申請人:清華大學(xué)