一种面向配电网多场景电力平衡的仿真方法与系统与流程

本发明涉及电力系统仿真与优化调度领域，尤其是一种面向配电网多场景电力平衡的仿真方法与系统。该方法可广泛应用于高比例新能源接入、分布式光伏与电动汽车充电桩等多元负荷快速增长的现代配电网的规划评估与运行调度研究。

背景技术：

1、随着新型电力系统建设步伐的加快，风电、光伏等可再生能源装机比例持续攀升，分布式光伏、充电桩等多元负荷快速激增，导致配电网系统面临前所未有的复杂性和不确定性。一方面，新能源出力受气象条件影响显著，具有随机波动性和不确定性，传统基于典型日或静态负荷假设的仿真方法难以精准刻画新能源在实际运行中的动态特征；另一方面，电动汽车集中充电、商业楼宇和工业园区负荷快速变化，使得系统负荷呈现强烈的峰谷起伏和突发负荷响应需求；再加之用户侧与系统侧储能设备并网参与调节，为实现源-网-荷-储协同提供了新的可能，却也进一步增加了仿真模型的复杂度和算法设计难度。目前，学术界与工程界针对配电网仿真优化的研究多集中于单一场景或少量典型工况、单一时间尺度的调度模型及单要素调节策略：部分工作仅在晴天或节假日等典型负荷情景下开展日级或小时级仿真，忽略对低风、高负荷、馈线故障等极端工况的覆盖；另有研究构建了日间或时段粒度的线性规划或二次规划模型，但对分钟级储能响应及负荷移峰的实时需求缺乏精细化处理；还有大量成果聚焦于新能源消纳效率、负荷响应收益或储能调度收益的单项优化，尚未建立源-网-荷-储一体化的动态耦合仿真框架，同时难以兼顾实时性、计算效率与仿真精度。现有平台和方法在系统适配性、场景模拟全面性及智能优化闭环能力方面存在明显不足，无法充分满足高渗透率新能源环境下配电网在规划评估与运行调度中对多场景覆盖、全时态响应和自适应策略演进的综合需求。

技术实现思路

1、为此，本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术中存在的单一场景覆盖、单一时态粒度、静态调度模型以及源-网-荷-储要素割裂等缺陷，难以在高比例新能源接入、多元负荷激增以及储能参与调节背景下，既保证分钟级快速响应，又兼顾日级整体能量平衡与自适应优化的问题。

2、为解决上述技术问题，本发明提供了一种面向配电网多场景电力平衡的仿真方法与系统，包括：

3、s1. 输入模块：对风电、光伏等新能源出力，配电网拓扑结构与潮流参数，居民、商业、工业负荷及电动汽车充电桩等多元负荷，用户侧与系统侧储能装置状态与容量，以及仿真场景生成条件依次进行数据采集与预处理。

4、s2. 多场景生成模块：基于所述场景生成条件，采用蒙特卡洛采样与典型场景组合技术生成晴、阴、低风、高负荷、充电桩集中接入、馈线故障等多个运行场景。

5、s3. 分层滚动仿真调度模块：按分钟级、小时级和日级三个时间尺度分层嵌套执行仿真调度，分别用于储能快速响应与负荷移峰，短期新能源出力预测与储备容量调度，以及整体日级能量平衡与购电决策。

6、s4. 反馈优化控制模块：在仿真过程中，集成强化学习、动态规划或遗传算法等智能优化算法，根据实时监测的系统频率偏差、功率误差与运行成本函数，对储能出力、负荷响应及电网购电量执行闭环动态调节。

7、s5. 输出评估与可视化模块：在仿真结束后自动计算峰谷差、负荷平衡误差、弃电率、储能利用率、系统运行成本、柔性调节能力等关键性能指标，并生成可视化报表与曲线图，用于配电网规划、评估与运行决策。

8、多场景生成模块通过蒙特卡洛方法结合典型场景生成公式：

9、

10、其中，,,分别表示第场景的气象参数、负荷参数和故障事件参数，为复合场景生成函数。

11、所述多场景生成模块还包括对生成场景进行分层聚类，并结合 k-means 算法筛选聚类中心场景以优化场景代表性。

12、所述分层滚动仿真调度模块的分钟级阶段采用以下储能充放电控制模型：

13、

14、其中，为储能在时刻的充放电功率，、分别为同期源出力与负荷需求。

15、小时级阶段基于短期预测与风险备用容量模型：

16、

17、其中，为第小时新能源预测出力，为标准差，,为安全调度系数。

18、日级阶段采用以下能量平衡与购电量优化模型：：

19、

20、

21、其中，为第日第时段购电量，为对应电价，为储能充放电净变化量。

22、反馈优化控制模块采用策略梯度强化学习算法，其梯度更新公式为:

23、

24、其中，为策略函数，为即时奖励。

25、所述负荷响应控制进一步包括价格激励模型：

26、

27、并以负荷可调度上下限约束：

28、

29、所述输入模块通过接入气象 api、scada 及 pmu 系统进行实时数据更新，并建立本地时序数据库以支持长周期仿真。

30、多场景生成模块中所述典型场景须覆盖晴天、阴天、高风、低风、高负荷、节假日、故障馈线等至少七种工况。

31、分层滚动仿真调度模块在分钟级阶段每隔分钟运行一次，小时级阶段每隔小时运行一次，日级阶段每日零点运行一次。

32、反馈优化控制模块采用交替优化策略，交替更新储能出力、负荷移峰策略与购电决策，直至各子问题收敛。

33、输出评估与可视化模块自动计算并可视化峰谷差比、负荷平衡误差、弃电率、储能循环效率、电网购电成本及系统灵活性指数，支持 pdf、excel 报表及 html 仪表盘导出。

34、本技术提供的面向源网荷储多场景全时态的配电网电力平衡仿真方法具有以下有益效果：

35、本技术提供的面向源·网·荷·储多场景全时态的配电网电力平衡仿真方法具有以下有益效果：通过统一建模“源”，风电、光伏等可再生能源、“网”，配电网潮流与拓扑结构、“荷”，居民、商业、工业及电动汽车充电桩等多元负荷和“储”，用户侧与系统侧储能装置四大要素，实现了全要素耦合与协同调度，克服了传统单一要素仿真无法准确刻画系统动态的缺陷；基于蒙特卡洛采样与典型场景分层聚类相结合的多场景生成机制，可系统化地覆盖晴、阴、低风、高负荷、电动汽车集中充电、馈线故障等典型与极端工况，极大增强了仿真结果的鲁棒性与广泛适用性；创新性地构建了分钟级、小时级、日级三个时态分层滚动仿真架构，分钟级聚焦储能快速响应与负荷移峰，小时级兼顾新能源短期预测与备用容量调度，日级则进行全天能量平衡与购电策略优化，既保证了对突发功率偏差的快速填谷调峰，又兼顾了对中长期运行趋势的精准规划；在仿真过程中融入强化学习、动态规划或遗传算法等智能优化策略，以系统频率偏差、功率误差及运行成本函数为评价指标，实现了储能出力、负荷响应与购电决策的实时自适应闭环调节，大幅提升了调度方案的经济性与自优化能力；此外，仿真结束后自动生成峰谷差、负荷平衡误差、弃电率、储能利用率、购电成本及系统柔性调节能力等多项性能指标，并以直观报表与曲线图形式输出，为配电网规划评估与运行调度提供了系统化、工程化的决策支持，显著降低了运行风险和成本，具有良好的工程可实施性和推广应用价值。