一种考虑网络约束的分布式资源聚合可行域内近似方法与流程

本发明涉及电力系统运行优化与调度控制，具体涉及一种一种考虑网络约束的分布式资源聚合可行域内近似方法。

背景技术：

1、近年来，分布式资源（distributed energy resources，ders）大规模接入配电网，配电网逐步形成高比例新能源、多类型柔性资源协同运行的新型电力系统形态。分布式光伏、储能、可调负荷和微型燃气机组等分布式资源能够有效提升电网调节裕度并平抑新能源波动，但海量分布式资源点位分散、单体容量小且运行约束差异明显，给传统精细化集中调度模式带来多重瓶颈。一方面，对全部分布式资源逐一建模会大幅增加优化变量与约束数量，导致模型规模庞大、求解耗时较长，难以满足日前调度和滚动调度的时效性要求；另一方面，将底层分布式资源运行参数和调控状态统一上传至调度主站，会增加通信与数据存储压力，并可能带来用户用能数据和分布式资产信息泄露风险。

2、为解决海量分布式资源精细化建模所带来的计算量大、通信压力大和隐私保护困难等问题，分布式资源聚合建模技术逐渐受到重视。该技术将区域内多台异构分布式资源等效为单一聚合单元，通过量化聚合单元可安全运行的功率范围，即聚合可行域，实现模型降维，减少调度优化变量数量并缩短模型求解时间，同时为分布式资源参与电网调度和虚拟电厂市场交易提供标准化等效交互接口。

3、然而，现有聚合可行域构建方案通常仅考虑分布式资源本体的出力上下限及储能能量约束，对配电网潮流、节点电压和支路容量等网络约束直接忽略或作较粗略的简化处理，导致所生成的聚合可行域与配电网真实安全运行边界之间存在偏差。若聚合建模完全忽略网络约束，基于宽松聚合可行域得到的调度方案可能引起节点电压越限或线路过载；若在上层调度模型中完整嵌入全部资源约束和网络约束，又会显著增加模型规模，削弱聚合方法轻量化和快速求解的优势。

4、此外，在多时段调度场景下，储能和可调负荷等分布式资源存在跨时段时序耦合关系，当前时段的充放电功率、储能能量状态和可调负荷持续响应状态均受前后时段决策影响，使真实聚合可行域呈现复杂高维多面体结构。现有方法若仅逐时段设置独立功率边界，难以完整表征连续时段之间的功率–能量耦合关系，进而造成区域可调能力评估误差。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种考虑网络约束的分布式资源聚合可行域内近似方法，以配电网网络安全约束为前提，通过内近似求解机制，使所得聚合可行域位于精确聚合可行域内部，确保内近似聚合可行域内的聚合接口功率点能够满足分布式资源运行约束、配电网潮流平衡等式约束、安全运行约束，并能在降低上层配电网调度优化模型规模的同时提高多时段分布式资源可调能力的刻画精度。

2、为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

3、一种考虑网络约束的分布式资源聚合可行域内近似方法，包括以下步骤：

4、s1、初始聚合基集构建：定义聚合接口功率为分布式资源聚合区域与上层电网在公共连接点处的净有功交换功率，并将各调度时段的聚合接口功率按时间顺序组成聚合接口功率向量；基于分布式资源的功率–能量耦合关系构建能量变化模型，求解任意连续调度时段区间内聚合接口功率累计能量的上边界值与下边界值；根据各连续调度时段区间的覆盖范围，构造由正向累计功率约束和反向累计功率约束堆叠形成的累计能量约束矩阵，并构造与所述累计能量约束矩阵维度匹配的能量边界常数向量，由所述累计能量约束矩阵和能量边界常数向量共同形成分布式资源初始聚合基集；

5、s2、违约点识别：基于配电网运行状态变量向量和分布式资源内部决策变量向量、分布式资源运行约束、聚合接口功率向量与分布式资源内部决策变量向量之间的关联映射、配电网潮流平衡等式约束、安全运行约束构建精确聚合可行域，基于鲁棒优化构建max–min双层优化模型，将当前聚合基集作为外层最大化问题的可行域，由内层问题计算候选聚合功率点到精确聚合可行域的最短距离，并在当前聚合基集中搜索相对于精确聚合可行域距离最大的违约点；

6、s3、边界收缩更新：针对所述距离最大的违约点，求解精确聚合可行域内与该违约点距离最近的可行聚合接口功率点，将该可行聚合接口功率点确定为精确聚合可行域在对应违约方向上的安全边界参考点；确定所述违约点在当前聚合基集中的生效边界平面，并将对应边界常数向量收缩为所述安全边界参考点在该生效边界平面外法向方向上的投影值；

7、s4、迭代更新：迭代执行所述违约点识别和边界收缩更新，持续向内收缩当前聚合基集边界，直至当前聚合基集中候选聚合功率点到精确聚合可行域的最短距离不超过预设容差，得到满足配电网网络约束的分布式资源内近似聚合可行域。

8、进一步的，本发明还包括以下步骤：

9、s6、上层配电网调度优化模型嵌入：在上层配电网调度优化模型中引入聚合接口功率向量，将迭代更新得到的分布式资源内近似聚合可行域作为内嵌约束，求解所述上层配电网调度优化模型得到最优聚合接口功率指令，并将所述最优聚合接口功率指令分解分配至各分布式资源，形成可执行调度方案；其中，所述上层配电网调度优化模型包括日前调度模型、滚动调度模型或主配协同调度模型。

10、进一步的，所述配电网运行状态变量向量包括节点电压、支路有功功率和支路无功功率，所述安全运行约束包括节点电压约束及支路容量约束；所述分布式资源内部决策变量向量由光伏出力、储能充放电功率、储能能量状态以及可调负荷削减量按时段堆叠形成。

11、进一步的，所述任意连续调度时段区间内聚合功率累计能量的上边界值与下边界值的求解过程包括：定义分布式资源内部决策变量向量 ，所述分布式资源内部决策变量向量由光伏出力、储能充放电功率、储能能量状态以及可调负荷削减量按时段堆叠形成；构建分布式资源运行约束：

12、

13、其中，为分布式资源运行约束系数矩阵，为分布式资源运行限值向量，所述分布式资源运行限值向量包括光伏出力限值、储能充放电功率限值、储能能量限值及可调负荷响应限值，且所述分布式资源运行限值向量不同于用于限定初始聚合基集边界的能量边界常数向量；建立聚合接口功率向量与分布式资源内部决策变量向量 之间的关联映射，并基于所述分布式资源运行约束求解任意连续调度时段区间内聚合接口功率累计能量的上边界值与下边界值。

14、进一步的，所述聚合接口功率向量与分布式资源内部决策变量向量之间的关联映射为：

15、

16、其中，为聚合接口功率向量，为第  个调度时段的聚合接口功率，为调度时段数量；为聚合功率映射矩阵，表示矩阵中的系数向量，且 ；所述聚合功率映射矩阵的第  行中，与第  时段光伏出力、储能放电功率及可调负荷削减量对应的系数为正，与第  时段储能充电功率对应的系数为负，与储能能量状态及不直接形成接口功率的变量对应的系数为零。

17、进一步的，任意连续调度时段区间内聚合接口功率累计能量的上边界值与下边界值分别通过以下线性规划模型求解：

18、

19、

20、其中，，为单个调度时段长度，为第  个调度时段的聚合接口功率，和分别为任意连续调度时段区间  内累计能量的上边界值和下边界值，s.t.表示受fy<=f约束。

21、进一步的，设全部连续调度时段区间的数量为 ；对任意连续调度时段区间  定义行向量 ，当  时，所述行向量的第  个元素为 ；t不属于[t1,t2]时，所述行向量的第  个元素为零；将全部行向量及其相反数依次堆叠形成累计能量约束矩阵 ，并将各连续调度时段区间的累计能量上边界值及累计能量下边界值依次堆叠形成能量边界常数向量 ，由此形成初始聚合基集

22、

23、进一步的，所述精确聚合可行域包含配电网运行状态变量向量  和分布式资源内部决策变量向量 ，并包含聚合接口功率向量与分布式资源内部决策变量向量之间的关联映射、分布式资源运行约束、配电网潮流平衡等式约束以及安全运行约束，表示为：

24、

25、其中，为数学符号，表示存在，包括节点电压、支路有功功率和支路无功功率；表示配电网潮流平衡等式约束，表示包括节点电压约束和支路容量约束在内的安全运行约束；、、和为相应约束系数矩阵，和为相应约束常数向量。

26、进一步的，第  次迭代的当前聚合基集为 ，max–min双层优化模型为：

27、

28、

29、

30、

31、

32、

33、其中，和分别表示候选聚合接口功率向量 相对于可实现聚合接口功率向量的正向偏移量和负向偏移量，为当前聚合基集相对于精确聚合可行域的最大一范数违约程度；表示元素均为1的向量，为第  次迭代的能量边界常数向量。

34、进一步的，对所述max–min双层优化模型的内层问题进行对偶变换，得到单层优化模型：

35、

36、

37、

38、

39、

40、

41、其中，为聚合功率映射等式对应的对偶变量并表征违约方向，为分布式资源运行不等式对应的非负对偶变量，为配电网潮流平衡等式约束对应的自由对偶变量，为安全运行约束对应的非负对偶变量；将每个调度时段的违约方向变量离散为 、和 ，引入二进制变量及乘积辅助变量，并利用聚合接口功率上下界构造线性化约束，将所述单层优化模型转化为混合整数线性规划模型求解。

42、进一步的，精确聚合可行域在对应违约方向上的安全边界参考点通过以下最小二范数优化模型求得：

43、

44、

45、

46、

47、

48、其中，为同时满足分布式资源运行约束和配电网网络约束、且与违约点距离最近的可行聚合接口功率向量；为求最小值时的p的最优解。

49、进一步的，将对应边界常数向量收缩为所述安全边界参考点在该生效边界平面外法向方向上的投影值包括：将累计能量约束矩阵 的第  行记为 ，第  个生效边界平面的违约方向为其外法向方向 ，边界常数向量按照下式更新：

50、。

51、本发明具有如下有益效果：

52、本发明针对分布式资源聚合可行域求解中网络约束难落地、高维模型计算复杂、调度安全性难保障的技术问题，通过初始低维基集构建 、违约点迭代收缩的内近似求解思路，实现了运行安全性、计算效率与近似精度的平衡。

53、1、从根源保障调度安全性，内近似特性彻底规避越限风险

54、本发明采用内近似的核心求解逻辑，最终输出的聚合可行域是精确可行域的子集，所有落在该精确可行域内的聚合接口功率方案，均天然满足分布式资源自身运行约束、配电网潮流平衡约束与安全运行约束。上层电网调度直接基于该精确可行域制定的公共连接点交换功率计划，不会出现线路过载、节点电压越限、设备能力超支等违约问题，从模型层面避免了传统外近似、等效聚合模型理论可行、实际越限的安全隐患，尤其适配电网调度安全优先的核心诉求。

55、2、大幅降低计算复杂度，实现高维问题的低维高效求解

56、传统精确聚合可行域需同时求解分布式资源内部决策变量、配电网状态变量与接口功率变量，变量维度高、约束规模大，难以支撑在线调度应用。本发明通过两级降阶实现效率跃升：

57、基于功率 - 能量耦合关系，仅以聚合接口功率向量为核心变量构建初始聚合基集，将高维的底层设备约束转化为低维的累计能量线性约束，直接压缩问题维度与约束规模；

58、采用最远违约点识别和针对性边界收缩的迭代机制，无需遍历求解可行域全部边界，仅针对偏差最大的违约方向精准修正边界，以少量迭代即可快速逼近精确可行域，显著降低计算开销，适配多时段、大规模分布式资源的工程级调度场景。

59、3、完整纳入配电网网络约束，填补传统聚合模型的落地缺陷

60、现有分布式资源聚合方法多仅考虑资源自身的功率、能量约束，忽略配电网线路载流、节点电压等网络约束，导致聚合结果无法直接适配配电网实际运行要求。本发明将配电网潮流平衡等式、安全运行约束全程纳入精确可行域的判定标准，在违约点识别、边界收缩的全流程中均以满足网络约束为可行判定依据，最终输出的可行域可直接匹配配电网的实际运行限制，在保障电网安全的前提下最大化释放分布式资源的调控潜力。

61、4、天然承载时序耦合特性，支撑多时段连续调度决策

62、本发明以多时段聚合接口功率向量为建模对象，通过连续时段区间的正向 / 反向累计能量约束，完整刻画了储能、柔性负荷等分布式资源的功率 - 能量时序耦合规律（如荷电状态上下限、总可调电量限制、连续调节能力约束）。构建的可行域是多时段联动的整体可行域，而非单时段独立的功率范围，上层调度制定日前、日内滚动等多时段连续计划时，可直接满足分布式资源的时序运行约束，避免单时段调度割裂能量平衡的弊端。

63、5、工程适配性强，兼顾鲁棒性、精度可控性与交互友好性

64、输出形式标准化：最终可行域以约束矩阵和边界常数向量的线性凸多面体形式呈现，可直接嵌入各类电力系统优化调度模型，与主流求解器兼容；同时无需披露底层分布式资源的详细参数，便于聚合商与电网调度中心标准化交互，兼顾数据隐私性。

65、鲁棒性有保障：采用 max-min 双层优化框架识别最远违约点，可定位当前基集中偏离精确可行域最严重的极端工况，确保边界收缩后的可行域在最严苛场景下仍具备安全性，适配配电网运行波动下的鲁棒调度需求。

66、精度灵活可控：通过预设容差控制迭代终止条件，可根据工程场景需求在计算速度与近似精度之间灵活权衡，兼顾离线规划与在线调度等不同精度要求的应用场景。