一种适应时变动态响应的分布式电源集群聚合方法及系统与流程

1.本发明涉及电力系统调控分析技术领域，尤其涉及一种适应时变动态响应的分布式电源集群聚合方法及系统。


背景技术：

2.分布式电源是指功率为数千瓦至50mw小型模块式的、与环境兼容的独立电源。这些电源由电力部门、电力用户或第3方所有，用以满足电力系统和用户特定的要求。如调峰、为边远用户或商业区和居民区供电，节省输变电投资、提高供电可靠性等等。
3.随着大量分布式电源接入系统，电力系统在统筹海量分布式电源时，首先需对分布式电源进行集群划分，其次需对不同种类的分布式电源进行出力评估预测，最后合理调度所接入的分布式电源。传统统筹分布式电源时的时间耦合性较低，随着大量分布式电源接入系统，电力系统如何统筹这些异构、分散、多样性的随机性电源问题，亟需一种有效的分布式电源管理方式。


技术实现要素：

4.发明目的：针对背景技术中指出的问题，本发明公开一种适应时变动态响应的分布式电源集群聚合方法及系统，可实时采集分布式电源群内、群间功率数据，进行实时发送调控指令实现分布式电源集群内和群间的功率平衡。
5.技术方案：本发明公开了一种适应时变动态响应的分布式电源集群聚合方法，包括如下步骤：
6.步骤1：构建适应配网时变动态响应数学模型；
7.步骤2：建立含最大功率、爬坡率和能量范围多个目标的聚合模型目标函数，综合考虑配电网潮流、节点电压、分布式电源出力运行约束，建立适应时变动态响应的分布式电源集群聚合模型；
8.步骤3：考虑分布式电源的时变性，从全局出发将时间因素耦合，实现分布式电源聚合模型能够实时调控发送指令维持集群内功率平衡和群间功率互补；
9.步骤4：根据所建立的适应时变动态响应的分布式电源集群聚合模型，构建集群聚合系统，用于评估分布式集群出力特征，实现分布式资源高效利用。
10.进一步地，所述步骤1中，配网时变动态响应数学模型如下：
[0011][0012][0013]
[0014][0015]
其中，e
i,t
和f
i,t
分别为节点i在t时刻电压实部和虚部，p
t0
为t时刻功率，i
ij,t
为t时刻节点i到节点j电流，d
i,t
、h
i,t
分别为节点i在t时刻的注入有功、注入无功到相应联络线出的等值系数，分别为t时刻j节点注入的有功功率和无功功率，r
ij
、x
ij
、y
ij
分别为节点i与节点j线路之间的电阻、电抗和导纳矩阵，nd为配电网系统各节点集，。
[0016]
进一步地，所述步骤1中，节点i在t时刻的注入有功、注入无功到相应联络线出的等值系数d
i,t
、h
i,t
的公式如下：
[0017][0018][0019]
其中，nd为配电网系统各节点集；为节点电压共轭参数，u0为端口电压；y为节点导纳矩阵，h
t
为单位矩阵，为各节点电压对角阵。
[0020]
进一步地，所述步骤1中，节点i在t时刻注入的有功功率和无功功率的公式如下：
[0021][0022]
其中，分别为t时刻gt、pv和负载向节点i注入的有功功率；分别为t时刻gt、pv和负载向节点i注入的无功功率。
[0023]
进一步地，所述步骤2中聚合模型目标函数公式如下：
[0024][0025]
其中，ci(i＝1、2...、6)为t时刻聚合模型的权重系数，p
t∧
和p
t∨
为聚合模型在t时刻的功率上下限，和为聚合模型在t时刻的爬坡率上下限，和为分布式电源聚合模型在t时刻的能量上下限，f(x)为聚合模型的目标函数在t时刻使得分布式电源聚合有最大功率、爬坡率和能量范围。
[0026]
进一步地，所述步骤2中分布式电源接入配网约束公式如下：
[0027][0028][0029]
[0030][0031][0032]
其中，p
ig,max
、p
ig,min
、q
tg,max
、q
ig,min
和ri分别为节点i的有功上下限、无功上下限和爬坡率，和分别为ads接入gt和pv的集合；和分别为配网所连接的gt和pv的节点集合；式(11)(12)为节点i在t时刻有功、无功范围。
[0033]
进一步地，所述步骤2中，时变动态响应聚合模型各影响因素间权值系数c1、c2、c3、c4、c5和c6的参数公式如下：
[0034]
c1、c2、c3、c4、c5、c6＝[1、1、1、1、1、1]
ꢀꢀꢀ
(14)
[0035]
进一步地，所述步骤3中时变动态响应所发出的指令跟踪公式如下：
[0036][0037][0038]
其中，t为聚合模型所发所的调控指令最大跟踪偏差，p
td
为调控指令，σ
+
为跟踪指令正偏差量，σ-为跟踪的负偏差量；若t为0表示聚合模型向配网上报了正确指令。p
tvpp
为各时刻聚合模型功率，p
tvpp,∨
、p
tvpp,^
为各时刻聚合模型功率下限和上限；为聚合模型各时刻爬坡率，为聚合模型各时刻爬坡率下限和上限；ω为聚合模型各时刻功率约束函数，x为调控指令约束函数。
[0039]
本发明还公开一种基于上述适应时变动态响应的分布式电源集群聚合方法的聚合系统，所述系统包括：
[0040]
动态响应数学模型构建模块，用于构建适应配网时变动态响应数学模型；
[0041]
分布式电源集群聚合模型构建模块，用于建立含最大功率、爬坡率和能量范围多个目标的聚合模型目标函数，综合考虑配电网潮流、节点电压、分布式电源出力运行约束，建立适应时变动态响应的分布式电源集群聚合模型；
[0042]
时间耦合模块，用于考虑分布式电源的时变性，从全局出发将时间因素耦合，实现分布式电源聚合模型能够实时调控发送指令维持集群内功率平衡和群间功率互补。
[0043]
优选地，所述聚合系统安装于集群聚合服务器中，通过以太网接入scada、调度自动化系统网络中，接受经纵向加密的各集群内分布式电源的运行状态，接受气象数据或风速、光照预测数据，依据集群聚合模型，得出分布式集群出力特征，并将集群出力特征发送至scada、调度自动化系统，为配电网及集群间综合调度提供支撑。
[0044]
有益效果：
[0045]
1、本发明公开的一种适应时变动态响应的分布式电源集群聚合方法及系统可提高分布式电源消纳效率，促进分布式电源健康有序发展。为分布式电源调控提高了新的途
径，将增强电网对分布式电源的灵活接纳能力。
[0046]
2、本发明保障电网安全稳定和经济运行。本发明可充分开发分布式电源集群的时变动态功率调节能力，参与电网调峰、配网调压等电网调控需求，并优化集群内部功率平衡情况、电压分布情况，降低分布式电源集群功率波动性的同时降低电压越限的风险。
[0047]
3、本发明提升配网海量分布式电源的管控水平。本发明有利于降低分布式电源接入的通讯负担，以分布式统筹管理分布式电源的运行，并实现分布式电源的协调优化；同时，面向于分布式光伏、风电、可控负荷等多类型分布式电源，具有较广的应用范围。
附图说明
[0048]
图1为本发明方法的流程图；
[0049]
图2为本发明聚合系统与配电网间的关系图。
具体实施方式
[0050]
下面对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
[0051]
如图1所示，本发明公开适应时变动态响应的分布式电源集群聚合方法，步骤包括：
[0052]
步骤1：构建了适应配网时变动态响应数学模型，为分布式电源聚合提供理论框架和数据支撑。
[0053]
配网时变动态响应模型公式如下：
[0054][0055][0056][0057][0058]
其中，nd为配电网系统各节点集；e
i,t
和f
i,t
分别为节点i在t时刻电压实部和虚部，p
t0
为t时刻功率，i
ij,t
为t时刻节点i到节点j电流。分别为t时刻j节点注入的有功功率和无功功率；r
ij
、x
ij
、y
ij
分别为节点i与节点j线路之间的电阻、电抗和导纳矩阵。d
i,t
、h
i,t
分别为节点i在t时刻的注入有功、注入无功到相应联络线出的等值系数。
[0059]
节点i在t时刻注入有功、注入无功到相应联络线出的等值系数d
i,t
、h
i,t
的公式如下：
[0060]
[0061][0062]
其中r
ij
、d
i,t
、h
i,t
分别为节点i在t时刻的注入有功、注入无功到相应联络线出的等值系数。为节点电压共轭参数，u0为端口电压。y为节点导纳矩阵，h
t
为单位矩阵，为各节点电压对角阵。节点i在t时刻注入的有功功率和无功功率的公式如下：
[0063][0064]
其中，分别为t时刻gt、pv和负载向节点i注入的有功功率；分别为t时刻gt、pv和负载向节点i注入的无功功率。
[0065]
步骤2：实现聚合模型具有较大的功率上下限、较快的跑坡率和较大的能量范围，构建多目标优化目标函数。建立含最大功率、爬坡率和能量范围多个目标的聚合模型目标函数，综合考虑配电网潮流、节点电压、分布式电源出力运行约束，建立适应时变动态响应的分布式电源集群聚合模型。分布式电源接入配网约束公式如下：
[0066][0067][0068][0069][0070][0071]
其中，p
ig,max
、p
ig,min
、q
tg,max
、q
ig,min
和ri分别为节点i的有功上下限、无功上下限和爬坡率，和分别为ads接入gt和pv的集合。和分别为配网所连接的gt和pv的节点集合。
[0072]
综合分布式电源功率、响应速度和能量等因素，构建聚合模型目标函数公式如下：
[0073][0074]
其中，ci(i＝1、2...、6)为t时刻聚合模型的权重系数，p
t∧
和p
t∨
为聚合模型在t时刻的功率上下限，和为聚合模型在t时刻的爬坡率上下限，和为分布式电源聚合模型在t时刻的能量上下限，f(x)为聚合模型的目标函数在t时刻使得分布式电源聚合有最大功率、爬坡率和能量范围。时变动态响应聚合模型各影响因素间权值系数c1、c2、c3、c4、c5和c6的参数公式如下：
[0075]
c1、c2、c3、c4、c5、c6＝[1、1、1、1、1、1] (14)
[0076]
步骤3：针对分布式电源时变性较强问题，所构建时变动态响应模型从全局出发考虑时间耦合特性，使得聚合模型可实时调控发出指令，实现分布式电源群内功率平衡和群间功率互补。
[0077]
时变动态响应所发出的指令跟踪公式如下：
[0078][0079]
其中，t为聚合模型所发所的调控指令最大跟踪偏差，p
td
为调控指令，σ
+
为跟踪指令正偏差量，σ-为跟踪的负偏差量。若t为0表示聚合模型向配网上报了正确指令；p
tvpp
为各时刻聚合模型功率，p
tvpp,∨
、p
tvpp,^
为各时刻聚合模型功率下限和上限；为聚合模型各时刻爬坡率，为聚合模型各时刻爬坡率下限和上限；ω为聚合模型各时刻功率约束函数，x为调控指令约束函数。
[0080]
本发明基于上述适应时变动态响应的分布式电源集群聚合方法，公开了一种聚合系统，包括：
[0081]
动态响应数学模型构建模块，用于构建适应配网时变动态响应数学模型。
[0082]
分布式电源集群聚合模型构建模块，用于建立含最大功率、爬坡率和能量范围多个目标的聚合模型目标函数，综合考虑配电网潮流、节点电压、分布式电源出力运行约束，建立适应时变动态响应的分布式电源集群聚合模型。
[0083]
时间耦合模块，用于考虑分布式电源的时变性，从全局出发将时间因素耦合，实现分布式电源聚合模型能够实时调控发送指令维持集群内功率平衡和群间功率互补。
[0084]
上述的聚合系统与配电网间的关系如图2，该系统安装于集群聚合服务器中，通过以太网接入scada、调度自动化系统网络中，接受经纵向加密的各集群内分布式电源的运行状态，接受气象数据或风速、光照预测数据，依据集群聚合模型，得出分布式集群出力特征，并将集群出力特征发送至scada、调度自动化系统，为配电网及集群间综合调度提供支撑。
[0085]
上述实施方式只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所做的等效变换或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种适应时变动态响应的分布式电源集群聚合方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1：构建适应配网时变动态响应数学模型；步骤2：建立含最大功率、爬坡率和能量范围多个目标的聚合模型目标函数，综合考虑配电网潮流、节点电压、分布式电源出力运行约束，建立适应时变动态响应的分布式电源集群聚合模型；步骤3：考虑分布式电源的时变性，从全局出发将时间因素耦合，实现分布式电源聚合模型能够实时调控发送指令维持集群内功率平衡和群间功率互补。2.根据权利要求1所述的适应时变动态响应的分布式电源集群聚合方法，其特征在于，所述步骤1中，配网时变动态响应数学模型如下：所述步骤1中，配网时变动态响应数学模型如下：所述步骤1中，配网时变动态响应数学模型如下：所述步骤1中，配网时变动态响应数学模型如下：其中，e
i,t
和f
i,t
分别为节点i在t时刻电压实部和虚部，p
t0
为t时刻功率，i
ij,t
为t时刻节点i到节点j电流，d
i,t
、h
i,t
分别为节点i在t时刻的注入有功、注入无功到相应联络线出的等值系数，分别为t时刻j节点注入的有功功率和无功功率，r
ij
、x
ij
、y
ij
分别为节点i与节点j线路之间的电阻、电抗和导纳矩阵，n
d
为配电网系统各节点集，。3.根据权利要求2所述的适应时变动态响应的分布式电源集群聚合方法，其特征在于，所述步骤1中，节点i在t时刻的注入有功、注入无功到相应联络线出的等值系数d
i,t
、h
i,t
的公式如下：公式如下：其中，n
d
为配电网系统各节点集；为节点电压共轭参数，u0为端口电压；y为节点导纳矩阵，h
t
为单位矩阵，为各节点电压对角阵。4.根据权利要求2所述的适应时变动态响应的分布式电源集群聚合方法，其特征在于，所述步骤1中，节点i在t时刻注入的有功功率和无功功率的公式如下：
其中，分别为t时刻gt、pv和负载向节点i注入的有功功率；分别为t时刻gt、pv和负载向节点i注入的无功功率。5.根据权利要求1所述的适应时变动态响应的分布式电源集群聚合方法，其特征在于，所述步骤2中聚合模型目标函数公式如下：其中，c
i
(i＝1、2...、6)为t时刻聚合模型的权重系数，p
t∧
和p
t∨
为聚合模型在t时刻的功率上下限，和为聚合模型在t时刻的爬坡率上下限，和为分布式电源聚合模型在t时刻的能量上下限，f(x)为聚合模型的目标函数在t时刻使得分布式电源聚合有最大功率、爬坡率和能量范围。6.根据权利要求5所述的适应时变动态响应的分布式电源集群聚合方法，其特征在于，所述步骤2中分布式电源接入配网约束公式如下：所述步骤2中分布式电源接入配网约束公式如下：所述步骤2中分布式电源接入配网约束公式如下：所述步骤2中分布式电源接入配网约束公式如下：所述步骤2中分布式电源接入配网约束公式如下：其中，p
ig,max
、p
ig,min
、和r
i
分别为节点i的有功上下限、无功上下限和爬坡率，和分别为ads接入gt和pv的集合；和分别为配网所连接的gt和pv的节点集合；式(11)(12)为节点i在t时刻有功、无功范围。7.根据权利要求5所述的适应时变动态响应的分布式电源集群聚合方法，其特征在于，所述步骤2中，时变动态响应聚合模型各影响因素间权值系数c1、c2、c3、c4、c5和c6的参数公式如下：c1、c2、c3、c4、c5、c6＝[1、1、1、1、1、1]
ꢀꢀꢀꢀ
(14)。8.根据权利要求1所述的适应时变动态响应的分布式电源集群聚合方法，其特征在于，所述步骤3中时变动态响应所发出的指令跟踪公式如下：
其中，t为聚合模型所发所的调控指令最大跟踪偏差，p
td
为调控指令，σ
+
为跟踪指令正偏差量，σ-为跟踪的负偏差量；若t为0表示聚合模型向配网上报了正确指令；p
tvpp
为各时刻聚合模型功率，p
tvpp,∨
、p
tvpp,∧
为各时刻聚合模型功率下限和上限；为聚合模型各时刻爬坡率，为聚合模型各时刻爬坡率下限和上限；ω为聚合模型各时刻功率约束函数，x为调控指令约束函数。9.一种基于权利要求1至8任一所述的适应时变动态响应的分布式电源集群聚合方法的聚合系统，其特征在于，所述系统包括：动态响应数学模型构建模块，用于构建适应配网时变动态响应数学模型；分布式电源集群聚合模型构建模块，用于建立含最大功率、爬坡率和能量范围多个目标的聚合模型目标函数，综合考虑配电网潮流、节点电压、分布式电源出力运行约束，建立适应时变动态响应的分布式电源集群聚合模型；时间耦合模块，用于考虑分布式电源的时变性，从全局出发将时间因素耦合，实现分布式电源聚合模型能够实时调控发送指令维持集群内功率平衡和群间功率互补。10.根据权利要求9所述的聚合系统，其特征在于，所述聚合系统安装于集群聚合服务器中，通过以太网接入scada、调度自动化系统网络中，接受经纵向加密的各集群内分布式电源的运行状态，接受气象数据或风速、光照预测数据，依据集群聚合模型，得出分布式集群出力特征，并将集群出力特征发送至scada、调度自动化系统，为配电网及集群间综合调度提供支撑。

技术总结
本发明公开了一种适应时变动态响应的分布式电源集群聚合方法及系统。包括：构建适应配网时变动态响应数学模型，为构建时变动态响应的分布式电源集群聚合提供拓扑框架和数据支撑；建立聚合模型目标函数，综合考虑运行约束，建立适应时变动态响应的分布式电源集群聚合模型；考虑分布式电源的时变性，从全局出发将时间因素耦合，实现分布式电源聚合模型能够实时调控发送指令维持集群内功率平衡和群间功率互补；根据所建立的适应时变动态响应的分布式电源集群聚合模型，构建集群聚合系统，用于评估分布式集群出力特征，实现分布式资源高效利用。与现有技术相比，本发明能够为电力系统实时调控发送指令，实现群内群间系统功率平衡。衡。衡。


技术研发人员：徐晓春 王栋 戴欣 王力 赵娜 史雪涛
受保护的技术使用者：国网江苏省电力有限公司淮安供电分公司
技术研发日：2023.03.02
技术公布日：2023/8/14