本發(fā)明涉及電網(wǎng)運行
技術(shù)領(lǐng)域：
，尤其涉及一種公共樓宇參與電網(wǎng)優(yōu)化運行方法。
背景技術(shù)：
：節(jié)能減排是國家戰(zhàn)略政策，更是發(fā)展低碳經(jīng)濟、保持國民經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展的必由之路。電力作為國民經(jīng)濟運轉(zhuǎn)的動力源泉和國家能源戰(zhàn)略的核心要素，是國民經(jīng)濟的命脈及節(jié)能減排的重點領(lǐng)域和主力軍。隨著我國經(jīng)濟的持續(xù)高速發(fā)展，及其結(jié)構(gòu)性矛盾的日益突出，電網(wǎng)峰值負荷不斷攀升，電網(wǎng)峰谷差呈現(xiàn)逐步擴大趨勢，同時受空調(diào)負荷影響，夏季電力供需不平衡矛盾尤其突出，嚴重影響電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行。尤其，單位集中、人口密度大的公共樓宇成為都市里的一道道風(fēng)景，其用電特點是內(nèi)設(shè)中央空調(diào)、高速電梯、監(jiān)控設(shè)備、辦公設(shè)施、現(xiàn)代通信設(shè)施等大型耗電設(shè)備，因此用電量極大。加之人的思想觀念和行為習(xí)慣，以及辦公用電單位管理問題，使電力浪費現(xiàn)象十分突出，夏季電力供需不平衡矛盾尤其突出，嚴重影響電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行。為滿足不斷增長的負荷需求，國家每年要投入上千億元巨資用于調(diào)峰電廠建設(shè)，但用于調(diào)峰需求的發(fā)、輸電設(shè)備年利用小時低，平均成本較高，單純依靠不斷增加裝機容量來滿足短暫的高峰用電，會導(dǎo)致發(fā)供電成本不斷上升，不利于社會資源的合理利用。在迎峰度夏期間，政府和電網(wǎng)公司不得不采取有序用電措施來應(yīng)對短期尖峰問題，但有序用電實施對象主要為工業(yè)用戶，一定程度上影響經(jīng)濟、社會發(fā)展。公共樓宇典型用電設(shè)備具有較強互補特性，具有較好負荷自平衡能力，可實現(xiàn)智能用電模式優(yōu)化。其中，公共樓宇空調(diào)負荷主要集中在夏季用電高峰期的數(shù)百小時內(nèi)，電網(wǎng)尖峰時段短時間削減部分負荷主要影響用戶舒適度，對用戶生產(chǎn)、生活影響較小，故合理調(diào)控空調(diào)負荷可配合電網(wǎng)運行；照明負荷與公共樓宇的內(nèi)部光照和溫度環(huán)境相關(guān)，在照明度和舒適度允許的情況下也具有一定調(diào)整能力；電加熱為具有儲能特性的用電設(shè)備，可根據(jù)電價/激勵機制優(yōu)化用電方式，如盡可能選擇低谷時段用電，減少高峰用電，甚至推遲用電時段；電動汽車為具有雙向互動能力的用電設(shè)備，在受控狀態(tài)下實現(xiàn)與電網(wǎng)能量和信息的雙向交互，可作為儲能設(shè)施，按照電網(wǎng)、公共樓宇等需求實現(xiàn)有序充放電；分布式電源隨機性較大，一般儲能配合補充運行，可滿足自身發(fā)電自平衡，在多發(fā)時段將余電儲存在儲能中，在少發(fā)時段可直接用于公共樓宇用電。目前已有的文獻或?qū)＠校汗矘怯羁照{(diào)資源研究較成熟，主要為空調(diào)負荷建模及相關(guān)機理特性研究，照明設(shè)施主要研究照明負載響應(yīng)特性及負荷建模等，風(fēng)力發(fā)電主要開展建模分析、發(fā)電功率特性、可調(diào)容量建模等研究，光伏發(fā)電主要研究發(fā)電特性及仿真模型、入網(wǎng)影響等，電動汽車主要研究最優(yōu)充放電模型、充電行為對配電網(wǎng)影響等，儲能方面主要研究儲能設(shè)備就與智能電網(wǎng)、分布式電源、電動汽車互動的特性及儲能電池特性等。但是，公共樓宇空調(diào)負荷、照明負荷、電動汽車、分布式能源、儲能等柔性可調(diào)度資源的研究側(cè)重于空調(diào)負荷的預(yù)測、照明單方面控制、電動汽車充放電模型的研究，關(guān)于公共樓宇不同場景下柔性資源的優(yōu)化控制技術(shù)研究較單一，主要集中在樓宇能效提升方面，較少考慮樓宇與電網(wǎng)需求互動等多目標場景，各可調(diào)資源之間缺乏互補特性研究，優(yōu)化組合模型分析較少。因此需要一種公共樓宇參與電網(wǎng)優(yōu)化運行方法來解決上述問題。技術(shù)實現(xiàn)要素：針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的是提供一種公共樓宇參與電網(wǎng)優(yōu)化運行方法，可根據(jù)事件分析中設(shè)定的閾值或優(yōu)先級等觸發(fā)機制自行確定在該時段采取哪種或多種優(yōu)化運行策略，使得輸出的樓宇整體負荷曲線波動大大減小，且優(yōu)化后的負荷區(qū)域平穩(wěn)，峰谷差也明顯縮小。一種公共樓宇參與電網(wǎng)優(yōu)化運行方法，所述電網(wǎng)優(yōu)化運行方法包括以下步驟：S1，建立公共樓宇可調(diào)資源優(yōu)化運行控制信息庫，所述信息庫包含公共樓宇內(nèi)光伏電池、風(fēng)力發(fā)電、EV、可調(diào)負荷等所有可調(diào)資源；S2，制定可調(diào)資源優(yōu)化運行方式，并下發(fā)給樓宇內(nèi)可調(diào)資源，第i個可調(diào)資源接到通知后判斷是否允許接受優(yōu)化運行方式；S3，若不是則根據(jù)約束條件更新信息庫，若是則判斷是否滿足多目標優(yōu)化目標，若滿足則按該模式優(yōu)化運行，若不滿足則需根據(jù)約束條件繼續(xù)更新信息庫。優(yōu)選地，所述約束條件包括：分布式電源輸出功率約束：Pi,min≤Pi,t≤Pi,max(22)Rid·△t≤Pi,t-Pi,t-1≤Riu·△t(23)式中，Pi,min、Pi,max分別為第i個分布式電源輸出功率最小值和最大值；Rid、Riu分別為第i個分布式電源向下和向上爬坡速率。樓宇系統(tǒng)與臺區(qū)傳輸功率約束：式中，PS,max為向配電網(wǎng)售電最大有功功率，PB,max為從配電網(wǎng)購電最大有功功率，單位是kW。售電及用電時長約束：ti≤t,tj≤t(26)式中，ti為第i個分布式電源在第t個時段的售電時長，tj為第j個可調(diào)負荷在第t個時段的用電時長。本發(fā)明的技術(shù)方案具有以下有益效果：本發(fā)明提供的一種公共樓宇參與電網(wǎng)優(yōu)化運行方法，從平抑負荷波動、峰谷差優(yōu)化、供需平衡管理以及緊急需求響應(yīng)等4個目標出發(fā)建立帶有優(yōu)先級和多目標的優(yōu)化調(diào)度策略及其策略分解方法，使得輸出的樓宇整體負荷曲線波動大大減小，且優(yōu)化后的負荷區(qū)域平穩(wěn)，峰谷差也明顯縮小，實現(xiàn)了優(yōu)化電網(wǎng)運行的目標。附圖說明下面通過附圖和實施例，對本發(fā)明的技術(shù)方案做進一步的詳細描述。圖1是本發(fā)明一種公共樓宇參與電網(wǎng)優(yōu)化運行方法流程示意圖；圖2是本發(fā)明一種公共樓宇參與電網(wǎng)優(yōu)化運行方法的控制策略原理圖；圖3是本發(fā)明一種公共樓宇參與電網(wǎng)優(yōu)化運行方法的樓宇內(nèi)優(yōu)化組合模式分析圖；圖4是本發(fā)明一種公共樓宇參與電網(wǎng)優(yōu)化運行方法的樓宇間優(yōu)化組合模式分析。具體實施方式為了清楚了解本發(fā)明的技術(shù)方案，將在下面的描述中提出其詳細的結(jié)構(gòu)。顯然，本發(fā)明實施例的具體施行并不足限于本領(lǐng)域的技術(shù)人員所熟習(xí)的特殊細節(jié)。本發(fā)明的優(yōu)選實施例詳細描述如下，除詳細描述的這些實施例外，還可以具有其他實施方式。下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明做進一步詳細說明。結(jié)合圖1-圖4,控制決策模塊依據(jù)上級下發(fā)的調(diào)控命令，根據(jù)實時監(jiān)測數(shù)據(jù)完成基線負荷預(yù)測后，根據(jù)設(shè)定的閾值判斷在進行電網(wǎng)優(yōu)化運行時間段內(nèi)選擇三種不同的調(diào)控優(yōu)化模式(優(yōu)化模式一、優(yōu)化模式二和優(yōu)化模式三)間組合進行電網(wǎng)優(yōu)化運行，從而保證電網(wǎng)安全運行。優(yōu)化運行模式:公共樓宇可調(diào)資源可按樓宇級和設(shè)備級兩個層面進行歸類，針對不同層面可采取相應(yīng)的優(yōu)化目標和優(yōu)化組合模式，具體由表1給出。表1公共樓宇可調(diào)資源類型列表其中，優(yōu)化模式如下：模式控制目標優(yōu)化模式一電網(wǎng)峰谷差優(yōu)化優(yōu)化模式二電網(wǎng)供需平衡優(yōu)化優(yōu)化模式三電網(wǎng)負荷波動優(yōu)化表2公共樓宇參與電網(wǎng)優(yōu)化運行模式列表針對不同行業(yè)劃分不同樓宇類型，每種典型樓宇中包含不同的可調(diào)資源；針對不同的優(yōu)化目標制定不同的優(yōu)化組合模式，具體圖圖3和圖4。電力系統(tǒng)的負荷集中在某些時段時，很容易形成負荷高峰。如果某地區(qū)負荷峰谷差較大，在進行配電網(wǎng)建設(shè)時，會增加很多投資。如為了應(yīng)對負荷高峰，線路要有足夠的輸送容量，發(fā)電側(cè)要有足夠的發(fā)電量及備用容量。在非高峰期，線路和發(fā)電機容量遠遠超過實際需求，造成資源浪費。因此減小系統(tǒng)峰谷差，對于節(jié)約電網(wǎng)投資，提高設(shè)備利用率具有重要意義。公共樓宇含有分布式電源、儲能和電動汽車等需求測資源，對于減小電網(wǎng)峰谷差具有重要作用。公共樓宇分布式電源、儲能和電動汽車參與電網(wǎng)峰谷平衡的目標是盡量縮小峰谷差，模型如下：1)目標函數(shù)電網(wǎng)峰谷差最小：min(Pt,max-Pt,min)(1)上式中，Pt,max和Pt,min分別表示負荷的最大值和最小值，表示第i個用戶和第m個負荷在t時刻的負荷值，表示第i個用戶第m個負荷在t時刻的調(diào)整容量。激勵方案成本最低：minCDG+CESS+CEV(3)上面兩式中，Pmax和Pmin分別表示電網(wǎng)最大負荷和最小負荷，CDG、CESS和CEV分別表示分布式電源、儲能和電動汽車的調(diào)度成本。2)約束條件公共樓宇分布式電源、儲能和電動汽車參與電網(wǎng)峰谷平衡的約束條件主要有以下幾個方面：一是公共樓宇在各個時刻的有功功率不能越限；二是需求側(cè)資源自身的約束，例如分布式電源和電動汽車的調(diào)整容量不能超過其限值；三是樓宇負荷總調(diào)控容量不能超過限值；四是激勵用戶參與峰谷平衡的補貼不能超過上下限。功率約束：Pt≤Pt,max(4)負荷可調(diào)容量約束：式中為各用戶i第m個負荷t時刻的調(diào)整容量，是用戶i第m個負荷調(diào)整上限。樓宇可調(diào)容量約束：式中為各用戶i在t時刻的調(diào)整容量，△Lm,max是用戶i負荷調(diào)整上限。激勵約束：Cmin≤Ci≤Cmax(7)3)優(yōu)化過程針對上述模型，制定如圖1所示優(yōu)化控制策略，以便實現(xiàn)公共樓宇參與電網(wǎng)峰谷差優(yōu)化控制。首先，需要獲取電網(wǎng)日基礎(chǔ)負荷曲線以及預(yù)測電動汽車充電所需總能量，并獲取峰/平/谷電價信息；其次，為了快速、精確引導(dǎo)電動汽車有限充電，建立有序充電優(yōu)化控制模型，包含多目標優(yōu)化模型和有序充電控制信息庫，其中有序充電信息庫包含日基礎(chǔ)負荷、電動汽車信息、充電設(shè)施信息、電價信息以及m個時段負荷信息等；然后計算電動汽車充電開始時間及允許接入電動汽車數(shù)量，并將相關(guān)信息下發(fā)至電動汽車用戶，用戶接到通知后判斷是否允許電動汽車立即充電，若不允許立即充電則根據(jù)約束條件更新有序充電控制信息庫，若允許立即充電則判斷電動汽車接入數(shù)量及接入負荷，并將所有開始充電的電動汽車充電功率按充電開始時間疊加至基礎(chǔ)負荷曲線上，此時判斷負荷曲線及用戶用電成本是否滿足式(3)多目標優(yōu)化要求，若滿足則按該模式優(yōu)化峰谷差，若不滿足則根據(jù)約束條件繼續(xù)更新有序充電控制信息庫，并重新計算充電開始時間，開始下一次的峰谷優(yōu)化控制過程。電網(wǎng)供需平衡優(yōu)化：由于新能源發(fā)電具有間歇性和波動性的特點，難以調(diào)度，特別是大規(guī)模接入電網(wǎng)后，對發(fā)電計劃的制定、實時調(diào)度以及備用安排等都將產(chǎn)生不利影響，若不能進行合理調(diào)度，將出現(xiàn)不必要的棄風(fēng)、棄光等操作，嚴重時甚至影響電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行。目前新能源裝機容量較大是光伏和風(fēng)電，光伏發(fā)電出力的波動與負荷的波動具有相關(guān)性而風(fēng)力發(fā)電則具有明顯的反調(diào)峰特征。通過制定合理的電價政策或激勵機制，引導(dǎo)公共樓宇調(diào)整其空調(diào)系統(tǒng)、照明系統(tǒng)等負荷，最大限度地與新能源出力相配合，可以有效提高新能源消納能力，減少棄風(fēng)和棄光，提高資源利用效率。通過公共樓宇空調(diào)系統(tǒng)和照明系統(tǒng)促進新能源消納以系統(tǒng)運行成本和棄風(fēng)量最小為優(yōu)化目標，約束條件主要考慮公共樓宇的可調(diào)容量、等效火電機組的可調(diào)出力和系統(tǒng)的功率平衡約束等，模型如下：1)目標函數(shù)聯(lián)絡(luò)線交換功率最?。菏街?，Pt表示常規(guī)負荷總功率，Pj,t表示第j個儲能或電動汽車的用電功率，△Pj,t表示第j個儲能或電動汽車的用電功率增加量，Pi,t表示第i個新能源發(fā)電量，表示第i個用戶第m個負荷在t時刻的負荷值，表示第i個用戶第m個負荷在t時刻的調(diào)整容量。激勵方案成本最低：式中Ci表示第i個用戶的激勵費用，具體表達式如下：上式中，△Lmax表示用戶負荷調(diào)整容量的上限值，Cmax和Cmin分別表示補貼的上下閾值，即當(dāng)補貼值小于Cmin時，用戶不會調(diào)整用電負荷，當(dāng)補貼達到Cmax時，用戶響應(yīng)容量達到最大值，繼續(xù)增大補貼值時，用戶調(diào)整容量不變。2)約束條件與峰谷平衡類似，公共樓宇空調(diào)、照明系統(tǒng)、電動汽車和儲能等參與電網(wǎng)峰谷平衡的約束條件主要有以下幾個方面：一是公共樓宇在各個時刻的有功功率不能越限；二是需求側(cè)資源自身的約束，例如分布式電源和電動汽車的調(diào)整容量不能超過其限值；三是樓宇負荷總調(diào)控容量不能超過限值；四是激勵用戶參與峰谷平衡的補貼不能超過上下限。功率約束：Pt≤Pt,max(12)負荷可調(diào)容量約束：式中為各用戶i第m個負荷t時刻的調(diào)整容量，是用戶i第m個負荷調(diào)整上限。樓宇可調(diào)容量約束：式中為各用戶i在t時刻的調(diào)整容量，△Lm,max是用戶i負荷調(diào)整上限。激勵約束：Cmin≤Ci≤Cmax(15)功率平衡約束：式中，Pt是時段t的常規(guī)總負荷，時段t電動汽車和新能源總用電功率，是時段t新能源總出力，Pl,t是常規(guī)機組提供的有功功率。常規(guī)機組出力約束：Pl,t≥Pl,min(17)(3)電網(wǎng)負荷波動優(yōu)化分布式電源出力的隨機性、波動性和不確定性，電動汽車充電的無序性，都會使得樓宇負荷產(chǎn)生較大波動，且該波動性受多方面因素影響，不完全受控于系統(tǒng)運行人員。同時，電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運行取決于系統(tǒng)中發(fā)電機組的輸出功率與負荷兩者之間的平衡度及連續(xù)性。負荷的波動性對系統(tǒng)穩(wěn)定有重要影響，尤其是在系統(tǒng)恢復(fù)階段，網(wǎng)架結(jié)構(gòu)比較薄弱，負荷的波動將引起電網(wǎng)頻率變化，進而影響發(fā)電機出力，從而可能導(dǎo)致系統(tǒng)不穩(wěn)定或損壞設(shè)備，嚴重的還會導(dǎo)致系統(tǒng)恢復(fù)失敗。公共樓宇作為一種典型的需求響應(yīng)資源，含有空調(diào)、照明和電機等多種柔性可調(diào)資源，及電動汽車和光伏等分布式能源，對于平抑負荷波動、改善負荷曲線具有重要作用。公共樓宇可柔性調(diào)控資源參與平抑負荷波動的目標是使得日負荷曲線變化平緩，即減小曲線的波動。主要分為單目標優(yōu)化和多目標優(yōu)化兩種模型，具體如下：1)目標函數(shù)(1)單目標優(yōu)化a)平抑樓宇負荷波動公共樓宇可調(diào)資源優(yōu)化運行以平抑樓宇負荷波動為目標，其目標函數(shù)為：式中，T為全天劃分時段數(shù)，驗證時取24；n為樓宇內(nèi)分布式電源數(shù)量；Pi,t為第i個分布式電源在第t個時段的輸出功率，△Pi,t為第i個分布式電源在第t個時段的輸出功率增加量，包含風(fēng)力發(fā)電、光伏電池及電動汽車放電等功率；m為樓宇內(nèi)可調(diào)負荷數(shù)量；Pj,t為第j個可調(diào)負荷在第t個時段的消耗的有功功率，△Pj,t為第j個可調(diào)負荷在第t個時段的消耗的有功功率增加量，包含空調(diào)、照明設(shè)施及電動汽車充電。b)用電成本最小以公共樓宇內(nèi)設(shè)備用電成本最小為目標，其目標函數(shù)為其中式(19)和式(20)中，c0為用戶售電電價，分析時選取0.7元/kWh，ti為第i個分布式電源在第t個時段的售電時長；ct為全天電網(wǎng)分時電價，tj為第j個可調(diào)負荷在第t個時段的用電時長；Ci,t為各分布式電源單位使用時間折舊及維護成本，Cai為第i個分布式電源單位容量安裝成本；Pεi為第i個分布式電額定功率，單位為kWh；r為折現(xiàn)率，本研究取8％；Li為第i個分布式電源使用壽命。(2)多目標優(yōu)化多目標優(yōu)化即同時將式F1和F2作為目標函數(shù)，由于兩個目標函數(shù)之間量綱不同，需采用線性加權(quán)和法對目標函數(shù)歸一處理，該多目標優(yōu)化目標函數(shù)為：式中，F(xiàn)為將單目標優(yōu)化轉(zhuǎn)為多目標優(yōu)化后的目標函數(shù)；F1max、F2max分別為式(18)和式(19)單目標函數(shù)最大值，用于規(guī)范多目標優(yōu)化函數(shù)；λ1、λ2為F1、F2對應(yīng)的權(quán)系數(shù)，其數(shù)值以保證兩個目標函數(shù)同時收斂為目的通過多次計算獲得，且滿足λ1+λ2＝1。2)約束條件(1)分布式電源輸出功率約束Pi,min≤Pi,t≤Pi,max(22)Rid·△t≤Pi,t-Pi,t-1≤Riu·△t(23)式中，Pi,min、Pi,max分別為第i個分布式電源輸出功率最小值和最大值；Rid、Riu分別為第i個分布式電源向下和向上爬坡速率。(2)樓宇系統(tǒng)與臺區(qū)傳輸功率約束式中，PS,max為向配電網(wǎng)售電最大有功功率，PB,max為從配電網(wǎng)購電最大有功功率，單位是kW。(3)售電及用電時長約束ti≤t,tj≤t(26)3)求解流程針對上述公共樓宇可調(diào)資源多目標優(yōu)化控制模型，制定如下所述的公共樓宇多目標優(yōu)化控制策略。首先，建立公共樓宇可調(diào)資源優(yōu)化運行控制信息庫，該信息庫包含公共樓宇內(nèi)光伏電池、風(fēng)力發(fā)電、EV、可調(diào)負荷等所有可調(diào)資源，然后制定可調(diào)資源優(yōu)化運行方式，并下發(fā)給樓宇內(nèi)可調(diào)資源，第i個可調(diào)資源接到通知后判斷是否允許接受優(yōu)化運行方式，若不是則根據(jù)約束條件更新信息庫，若是則判斷是否滿足多目標優(yōu)化目標，若滿足則按該模式優(yōu)化運行，若不滿足則需根據(jù)約束條件繼續(xù)更新信息庫。本發(fā)明提供的一種公共樓宇參與電網(wǎng)優(yōu)化運行方法，從平抑負荷波動、峰谷差優(yōu)化、供需平衡管理以及緊急需求響應(yīng)等4個目標出發(fā)建立帶有優(yōu)先級和多目標的優(yōu)化調(diào)度策略及其策略分解方法，使得輸出的樓宇整體負荷曲線波動大大減小，且優(yōu)化后的負荷區(qū)域平穩(wěn)，峰谷差也明顯縮小，實現(xiàn)了優(yōu)化電網(wǎng)運行的目標。最后應(yīng)當(dāng)說明的是：以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非對其限制，盡管參照上述實施例對本發(fā)明進行了詳細的說明，所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員依然可以對本發(fā)明的具體實施方式進行修改或者等同替換，這些未脫離本發(fā)明精神和范圍的任何修改或者等同替換，均在申請待批的權(quán)利要求保護范圍之內(nèi)。當(dāng)前第1頁1 2 3