基于协调变量计算的主网-配网-微网协同低碳优化调度控制方法与流程

本发明提供一种基于协调变量计算的主网-配网-微网协同低碳优化调度控制方法，属于主网-配网-微网协同低碳优化调度控制。

背景技术：

1、随着近年来新能源大规模接入以及分布式电源、储能及柔性负荷在配电网侧的广泛应用，电力系统运行形态正由以主网集中调度为主，逐步向主网、配网与微网多层级协同运行演进，在“双碳”目标背景下，碳排放约束被引入电力系统运行与调度决策过程，使得调度目标由传统的符合经济性与安全性，进一步扩展为以经济性、安全性与低碳性的多目标协同优化。

2、现有研究和工程实践中，主网、配网与微网之间的协调多依赖于接口级功率交换或简单信息交互，缺乏对多层级调度控制结构本身的系统设计，在碳排放约束条件下，各层级在决策目标、约束条件及信息需求方面呈现出显著差异，若缺乏清晰的层级划分和协同机制，将导致出现碳约束难以有效传导、调度目标耦合不清、分布式自治与集中优化之间冲突等问题。

3、在传统电力系统中，集中式调度长期作为主导运行模式，其采用由主网调度中心统一获取系统运行信息，并在统一优化模型中完成全系统调度计算，通过集中式调度，可以在全系统范围内协调机组出力、负荷需求以及网络约束，从而实现系统整体运行成本最小化和安全运行。然而，随着新能源与分布式资源的大规模接入，电力系统的运行结构正在发生深刻变化，大量分布式光伏、储能系统、电动汽车以及柔性负荷接入配电网，使得传统电网逐渐向“源-网-荷-储”高度耦合的新型电力系统演变，此时，若仍采用完全的集中式优化调度，将面临以下几个方面的工程问题：

4、首先是信息获取困难问题：在配电网及微网侧，大量分布式资源具有自治运行特性，其内部运行状态通常由本地控制系统管理，主网调度中心难以实时获取全部设备级信息。例如，微网内部储能系统的荷电状态、分布式电源的实时出力以及负荷响应能力等信息往往由本地控制系统掌握，而并非全部上送主网调度中心。这种信息不完全可见性使得集中式优化模型难以准确描述系统真实运行状态。

5、其次是计算规模急剧扩大的问题：随着分布式资源数量增加，若仍采用集中式优化，调度模型中需要包含大量设备级变量和约束条件，导致优化问题规模迅速膨胀。当系统规模达到数千甚至数万个可控节点时，集中式求解的计算复杂度将显著增加，难以满足电力系统实时调度对计算速度的要求。

6、最后是调度责任边界问题：在实际运行中，主网调度中心、配网调度中心以及微网控制系统分别承担不同的管理职责。如果所有决策均集中在同一调度中心完成，容易造成调度权限与管理边界冲突。

技术实现思路

1、本发明为了解决背景技术中存在的技术问题，采用的技术方案为：提供一种基于协调变量计算的主网-配网-微网协同低碳优化调度控制方法，包括如下的调度控制步骤：

2、步骤s1：在每个调度周期开始时，控制主网层、配网层、微网层分别获取协同调度所需基础数据，包括：

3、主网侧数据：主网层获取购电电价购电价格λbuy(t)、售电价格λsell(t)、主网基准电碳因子cbase(t)、碳价λc(t)、主配交换功率上限pmaxgd(t)、主配交换功率下限pmingd(t)；

4、配网侧数据：配网层获取配网非微网基础等效负荷pd,base(t)、配网网损功率ploss,d(t)、各配微接口功率上限pmaxdm,i(t)、各配微接口功率下限pmindm,i(t)，以及各微网间互济通道允许的最大传输功率pmaxline,ij(t)；

5、微网侧数据：微网层获取第i个微网的负荷预测功率pl,i(t)、光伏预测出力ppv,i(t)、储能荷电状态soci(t)、储能额定容量ei、储能最小荷电状态socmini、储能最大荷电状态socmaxi、储能最大充电功率pch,maxess,i(t)、储能最大放电功率pdis,maxess,i(t)；

6、步骤s2：主网层或配网层基于电力碳排放流理论计算各微网接入节点的节点电碳因子cefi(t)，并将节点电碳因子cefi(t)、主网基准电碳因子cbase(t)和碳价λc(t)作为低碳信号下发至对应微网；

7、步骤s3：第i个微网边缘控制节点根据本地储能荷电状态和储能容量计算储能可用能量，第i个微网根据光伏预测出力、本地负荷、储能可充电功率计算富余光伏功率；

8、步骤s4：第i个微网基于本地负荷、光伏、储能、柔性负荷运行状态，计算自治优化形成的配微交换功率计划；

9、步骤s5：第i个微网根据本地负荷、光伏出力、储能可放电能力计算微网间协同需求，并进一步计算微网可交换能力；

10、步骤s6：配网层接收各微网上报的配微交换功率计划后，结合配网基础负荷和配网网损，计算配网侧主配交换功率需求；

11、步骤s7：主网层接收配网层上报的主配交换功率需求后，根据主配联络线容量约束，计算主配交换功率计划；

12、步骤s8：配网层根据主网层下发的主配交换功率计划计算主配功率偏差，并根据各微网可调能力对主配功率偏差进行分配，得到第i个微网的配微交换功率边界；

13、步骤s9：配网层根据各微网上报的微网间协同需求和可交换能力，统一计算微网间交换功率计划；

14、步骤s10：配网层在形成配微交换功率和微网间交换功率后，对配网运行状态进行安全校核并下发控制边界，包括节点电压校核和线路容量校核；

15、步骤s11：第i个微网调整本地储能充放电、柔性负荷和光伏消纳策略，使实际配微交换功率跟踪配网层下发的配微交换功率边界，并反馈实际功率；

16、步骤s12：配网层汇总各微网执行偏差，计算区域总偏差，进行滚动反馈修正。

17、所述步骤s2的具体方法为：

18、节点电碳因子具体根据节点碳流平衡关系进行计算，计算公式为：

19、；

20、其中，cefi(t)表示第i个微网接入节点在时刻t的节点电碳因子；pouti(t)表示节点i在时刻t的流出功率或等效供电功率；ωini表示向节点i注入功率的上游节点集合；cefk(t)表示上游节点k在时刻t的节点电碳因子；pki(t)表示节点k向节点i传输的有功功率；gi表示接入节点i的本地电源集合；ηg表示第g个本地电源的单位发电碳排放系数；pg,i(t)表示第g个本地电源在节点i的有功出力；当节点i无本地发电电源时，取零。

21、所述步骤s3的具体方法为：

22、第i个微网边缘控制节点根据本地储能荷电状态和储能容量计算储能可用能量eavaess,i(t)，计算公式为：

23、；

24、其中，eavaess,i(t)表示第i个微网储能在时刻t满足最小荷电状态约束后仍可释放的能量；soci(t)表示第i个微网储能在时刻t的荷电状态；socmini表示第i个微网储能允许的最小荷电状态；ei表示第i个微网储能额定容量；

25、第i个微网进一步计算用于光伏消纳的储能充电功率，计算公式为：

26、；

27、其中，pava,chess,i(t)表示第i个微网储能在时刻t可用于吸纳光伏的充电功率；pch,maxess,i表示第i个微网储能最大充电功率；socmaxi表示第i个微网储能允许的最大荷电状态；δt表示相邻两个调度时刻之间的时间间隔；

28、第i个微网根据光伏预测出力、本地负荷、储能可充电功率计算富余光伏功率，计算公式为：

29、；

30、其中，psurpv,i(t)表示第i个微网在时刻t的富余光伏功率；ppv,i(t)表示第i个微网在时刻t的光伏预测出力；pl,i(t)表示第i个微网在时刻t的负荷预测功率。

31、所述步骤s4的具体方法为：

32、第i个微网基于本地负荷、光伏、储能及柔性负荷运行状态，计算自治优化形成的配微交换功率计划pplandm,i(t)，计算公式为：

33、；

34、其中，pplandm,i(t)表示第i个微网自治优化形成的配微交换功率计划；pchess,i(t)表示第i个微网储能在时刻t的充电功率；pdisess,i(t)表示第i个微网储能在时刻t的放电功率；pincfl,i(t)表示第i个微网柔性负荷在时刻t的增加功率；pdecfl,i(t)表示第i个微网柔性负荷在时刻t的削减功率；

35、当pplandm,i(t)＞0时，表示第i个微网计划从配网购电；

36、当pplandm,i(t)＜0时，表示第i个微网计划向配网送电。

37、所述步骤s5的具体方法为：

38、第i个微网根据本地负荷、光伏出力、储能可放电能力计算微网间协同需求preqmg,i(t)：

39、首先计算储能可放电功率，计算公式为：

40、；

41、其中，pava,disess,i(t)表示第i个微网储能在时刻t可用于放电支援的功率；pdis,maxess,i(t)表示第i个微网储能最大放电功率；

42、然后计算微网间协同需求，计算公式为：

43、；

44、其中，preqmg,i(t)表示第i个微网在本地光伏和储能放电能力不足以满足负荷时，需要由其他微网支援的功率需求；

45、进一步计算微网可交换能力，计算公式为：

46、；

47、其中，pmaxmg,i(t)表示第i个微网在时刻t可向其他微网提供的最大互济功率。

48、所述步骤s6的具体方法为：

49、计算配网侧主配交换功率需求preqgm,i(t)，计算公式为：

50、；

51、其中，preqgm(t)表示配网层向主网层上报的主配交换功率需求；pd,base(t)表示配网区域内除微网以外的基础等效负荷功率；n表示微网数量；

52、ploss,d(t)表示配网网损功率，配网网损功率具体通过配网潮流计算得到，计算公式为：

53、；

54、其中，ld表示配网线路集合；r1表示第l条配电线路的电阻；il(t)表示第l条配电线路在时刻t的电流。

55、所述步骤s7的具体方法为：

56、主网层接收配网层上报的preqgm(t)后，根据主配联络线容量约束，计算主配交换功率计划pgd(t)，计算公式为：

57、；

58、其中，pgd(t)表示主网层下发给配网层的主配交换功率计划；pmaxgd(t)表示主配交换功率上限；pmingd(t)表示主配交换功率下限；当配网允许向主网反送电时，pmaxgd(t)取负值。

59、所述步骤s8的具体方法为：

60、配网层根据主网层下发的pgd(t)，计算主配功率偏差，计算公式为：

61、；

62、其中，δpd(t)表示主网下发主配交换功率计划与配网侧原始功率需求之间的偏差；

63、配网层根据各微网可调能力对δpd(t)进行分配，得到第i个微网的配微交换功率边界，计算公式为：

64、；

65、其中，pdm,i(t)表示配网层下发给第i个微网的配微交换功率边界；

66、αi(t)表示第i个微网承担主配功率偏差修正的分配系数，计算公式为：

67、；

68、其中，ai(t)表示第i个微网在时刻t的可调能力；ak(t)表示第k个微网在时刻t的可调能力；

69、第i个微网的可调能力ai(t)的计算公式为：

70、；

71、其中，pinc,maxfl,i表示第i个微网柔性负荷最大可增加功率；pdec,maxfl,i表示第i个微网柔性负荷最大可削减功率；

72、配微交换功率边界满足：

73、；

74、其中，pmindm,i(t)表示第i个微网配微交换功率下限；pmaxdm,i(t)表示第i个微网配微交换功率上限。

75、所述步骤s9的具体方法为：

76、配网层根据各微网上报的微网间协同需求preqmg,i(t)和可交换能力pmaxmg,i(t)，统一计算微网间交换功率计划：

77、当第i个微网存在可交换能力、第j个微网存在协同需求时，配网层计算微网i向微网j的交换功率计划，计算公式为：

78、；

79、其中，pmg,ij(t)表示微网i与微网j之间的交换功率计划；pmaxmg,i(t)表示微网i可向其他微网提供的最大互济功率；preqmg,j(t)表示微网j需要其他微网支援的功率需求；pmaxline,ij(t)表示微网i与微网j之间经配网通道实现功率互济时允许的最大传输功率；

80、微网间交换功率满足反对称关系：

81、；

82、其中，pmg,ij(t)＞0表示微网i向微网j供电，pmg,ij(t)＜0表示微网j向微网i供电。

83、所述步骤s10的具体方法为：

84、配网层在形成pdm,i(t)和pmg,ij(t)后，对配网运行状态进行安全校核，包括节点电压校核和线路容量校核，分别满足约束：

85、；

86、；

87、其中，vn(t)表示配网节点n在时刻t的电压；vminn和vmaxn分别表示节点n的电压下限和电压上限；sl(t)表示第l条配电线路在时刻t的视在功率；smaxl表示第l条配电线路允许的最大视在功率；

88、若安全校核满足约束，则配网层向各微网下发pdm,i(t)、pmg,ij(t)、λbuy(t)、λsell(t)、cefi(t)和λc(t)；

89、若安全校核不满足约束，则配网层返回步骤s8和步骤s9，重新调整配微交换功率边界和微网间交换功率计划。

90、本发明相对于现有技术具备以下的有益效果：

91、一、本发明通过构建“主网统筹、配网协调、微网自治”的三级分层调控架构，明确了主网层、配网层和微网层的功能边界与决策边界，避免了传统集中式调度中调度权限与管理边界冲突的问题；

92、二、本发明通过主配交换功率、配微交换功率、微网间交换功率等功率协调变量实现跨层级功率协调，各层级之间仅交换少量边界协调变量，不需要上传全部设备级信息，能够降低通信压力和集中计算压力；

93、三、本发明在功率协调变量基础上进一步引入购售电价格、节点电碳因子、碳价以及状态/能力支撑变量，使分层调控架构同时具备经济运行、低碳运行和多微网互济的扩展能力；

94、四、本发明通过“自下而上形成需求、自上而下下发边界、滚动反馈修正”的闭环调控流程，实现系统级优化目标向下分解以及局部运行状态向上反馈，兼顾系统整体协调和微网本地自治；

95、五、本发明通过配网层统一组织微网间互济，并结合区域网络安全校核形成微网间交换功率计划，避免多微网之间无序点对点交互带来的运行风险，提高区域资源利用效率和新能源消纳能力；

96、六、本发明建立协调变量通信连接机制、多源数据交互与接口标准以及调度控制指令优先级机制，使主配微协同调控架构具备工程落地条件和运行可靠性。