基于气象驱动设备可行域在线重构的源网荷储滚动调度系统及应用的制作方法

本发明涉及的是一种电力系统控制领域的技术，具体是一种基于气象驱动设备可行域在线重构的源网荷储滚动调度系统及应用。

背景技术：

1、随着风电、光伏、储能、电动汽车及柔性工业负荷规模增加，调度边界由相对稳定的设备铭牌参数逐渐转变为受气象状态、设备温度、荷电状态及拓扑变化共同影响的时变边界。现有基于气象预测的综合能源自适应调度技术未能将气象数据直接转化为输电线路及各类设备的时变物理边界的同时，缺少对源网荷储联合可行域进行动态更新和独立校验的机制，难以保证调度结果的可执行性和可追溯性。

技术实现思路

1、本发明针对现有技术固定设备边界无法反映气象变化、不确定性描述与可执行备用约束脱节、不同设备边界更新时间不一致、综合评分难以映射为安全约束、优化模型与校验模型耦合导致错误不易发现以及调度结果缺少边界版本和数据来源的可追溯关系的上述不足，提出一种基于气象驱动设备可行域在线重构的源网荷储滚动调度系统及应用，通过建立“数据对齐-有限样本区间-设备物理边界-联合可行域版本-事件触发-分层滚动优化-独立校验-首时段执行-反馈更新”的闭环技术链，以可测物理量、设备方程及可审计约束代替综合评分、自定义指标和主观权重，能够把公开或实测气象数据直接转化为设备级物理边界，根据有限样本误差边界在事件触发时重构联合可行域并对候选解进行独立校验的源网荷储滚动调度。

2、本发明是通过以下技术方案实现的：

3、本发明涉及一种基于气象驱动设备可行域在线重构的源网荷储滚动调度系统，包括：数据接入模块、区间构造模块、边界重构模块、可行域版本库、事件响应模块、滚动优化模块、独立校验模块、执行反馈模块以及样本与模型更新模块，其中：数据接入模块接收电网量测与拓扑、负荷与新能源功率预测、数值气象、设备参数及运行状态信息，进行单位统一和时间空间对齐，得到对齐数据集；区间构造模块根据历史预测残差计算保序分位边界，得到净负荷有限样本区间；边界重构模块根据对齐数据集调用线路、风电、光伏、储能及可调负荷模型，得到设备物理边界；可行域版本库根据有限样本区间、设备物理边界和网络拓扑生成可行域版本对象；事件响应模块根据区间越界、拓扑变化、校验失败或计划更新时间生成触发结果；滚动优化模块读取有效的可行域版本对象进行分层求解，得到候选调度序列；独立校验模块根据候选调度序列及对应版本数据进行功率平衡、线路传输功率、备用容量和储能荷电状态校验，得到独立校验报告；执行反馈模块在校验通过后下发首时段控制指令并接收实际执行状态；样本与模型更新模块根据实时量测和执行状态更新预测残差样本及设备状态，得到下一滚动窗口的输入数据。

4、本发明涉及一种基于上述系统的应用，对采集到的电网量测与拓扑信息、负荷与新能源预测信息、数值气象与设备参数信息以及储能与可调负荷运行状态信息进行时间-空间对齐；在边界构建与版本登记阶段，由历史预测残差计算保序分位边界并构造有限样本区间，通过气象驱动设备边界重构并按拓扑和设备约束生成可追测约束集合；在在线调度与反馈更新阶段，根据事件触发依次进行滚动调度和独立可行性校验并生成报告后执行首时段控制指令，根据实时量测与执行偏差进行状态反馈并进行样本和模型的更新后重新构造有限样本区间并重复上述过程。

5、所述的气象驱动设备边界重构是指：将环境温度、风速及太阳辐照度输入线路热平衡、风电功率曲线、光伏温度修正、储能能量守恒及可调负荷转移模型，直接形成各设备在对应时段的物理可行边界。

6、所述的可追测约束集合是指：按照网络拓扑组装带版本号的源网荷储联合可行域。

7、所述的事件触发，包括：实际值超出区间、拓扑变化、独立校验失败或计划更新时刻到达中的任一事件。

8、所述的滚动调度采用分层求解方式，依次进行最小化失负荷量、运行成本以及新能源弃电量与控制动作量。

9、所述的独立可行性校验是指：对候选解进行独立的功率平衡、线路载流、备用容量和储能荷电状态校验。

10、所述的采集是指：获取电网量测与拓扑信息、负荷与新能源预测信息、数值气象与设备参数信息以及储能与可调负荷运行状态信息，将功率、电量、温度、风速和辐照度分别转换为统一单位并将各数据的原始时间戳转换为协调世界时；每条数据至少记录对象标识、数值、单位、原始时间戳、统一时间戳、空间映射标识、数据来源和质量码，以对象标识、空间映射标识和统一时间戳组成联合索引，具体为：当前滚动窗口的调度时段集合为，节点集合为，线路集合为，常规机组、风电场、光伏场站、储能装置和可调负荷的集合分别为、、、，其中：为滚动窗口的起始时段，为窗口包含的调度时段数，为任一调度时段。

11、所述的时间-空间对齐，具体包括：

12、步骤①连续量测时间对齐：对于目标时刻，当其位于相邻两个有效样本时刻之间且相邻样本的时间间隔不超过允许插值间隔时，计算目标时刻的连续量测值，具体为：，其中：，，为对齐到目标时刻的连续量测值；分别为目标时刻前、后的相邻有效样本时刻；分别为两个样本时刻的量测值；为样本时刻序号；为根据数据采样周期和运行要求预先设定的最大允许插值间隔。当相邻样本的时间间隔大于或任一相邻样本未通过质量检查时，将目标时刻的数据标记为缺失并调用对应设备的保守边界，不以零值替代。

13、步骤②离散状态对齐和气象数据空间映射：对于开关状态、检修状态和设备投退状态，采用不晚于目标时刻且已经确认的最近状态并记录该状态的生效时间和来源；对于数值气象网格与线路、风电场、光伏场站的空间关联，按照设备坐标与候选气象网格中心之间的球面距离最小原则确定对应网格或采用经运行人员审核的固定映射表。对每一映射结果记录设备标识、气象网格标识、映射方法、映射版本和生效时间。当设备位置、气象网格或固定映射表发生变化时，重新执行空间关联并生成新的映射版本。

14、所述的构造有限样本区间，具体包括：

15、步骤1、计算实际负荷减去实际可用风电功率和实际可用光伏功率，即同一时刻的系统实际净负荷，读取滚动校准窗口内的个历史样本，对第个样本计算绝对预测残差，具体为：，其中：；为第个历史样本的实际净负荷；为对应的净负荷预测值；

16、步骤2、将绝对预测残差由小到大排列为。给定目标覆盖概率，计算确定保序分位序号及有限样本分位半径，具体为：，；当前时段的净负荷有限样本区间，其中：为第个历史样本的绝对预测残差；为滚动校准窗口内的有效样本数；为排序后的第个残差；为取值在0与1之间的允许未覆盖概率；表示取不小于实数的最小整数；为覆盖概率对应的有限样本分位半径；为当前时段的净负荷有限样本区间。

17、所述的气象驱动设备边界重构并按拓扑和设备约束生成可追测约束集合，具体包括：

18、步骤i)将覆盖概率对应的有限样本分位半径直接作为当前时段的上备用需求和下备用需求。当前时段的可用上、下备用容量分别计算汇总并使两个方向的可用备用容量均不低于，具体为：，，其中：分别为当前时段汇总后的可用上备用容量和可用下备用容量；分别为常规机组在出力上下限及爬坡约束内能够提供的上、下备用容量；分别为储能装置在充放电功率、效率、剩余能量及荷电状态约束内能够提供的上、下备用容量；分别为可调负荷在响应功率、持续时间及用户协议约束内能够提供的上、下备用容量。当任一方向的可用备用容量小于时，将该候选调度结果判定为不满足备用约束并触发重新调度。

19、步骤ii)构建边界与版本登记阶段中的气象驱动设备边界重构，包括：

20、ii.1对于线路和时段，当计算得到的散热能力大于太阳吸热量时，计算计算动态允许电流：，线路时变传输上限计算确定：，其中：为线路在时段的动态允许电流，单位为安培；、分别为允许导线温度下单位长度导线的对流散热量、辐射散热量和太阳吸热量；为线路在允许导线温度下的单位长度交流电阻；为线路额定线电压，单位为千伏；为线路功率因数角；分别为保护定值和稳定约束对应的有功功率上限，单位为兆瓦；为联合可行域版本中记录的线路时变传输上限。当散热能力不大于太阳吸热量或者气象、导线参数未通过质量检查时，不使用上述计算值，而采用经设备校核的保守线路上限或将该线路在对应时段标记为不可用。

21、ii.2对于风电场，读取对齐后的轮毂高度风速、切入风速、额定风速、切出风速和额定功率。当或者时：；当时：；当时：，其中：为风电场在时段的可用风电功率。具有经试验确认的场站离散功率曲线时，使用离散功率曲线进行保形插值并将结果限制在0与之间。

22、ii.3对于光伏场站，计算计算可用光伏功率：，其中：为光伏场站在时段的可用光伏功率；为逆变器有功功率上限；为光伏场站在参考条件下的额定功率；为组件平面的短波辐照度；为参考辐照度；为光伏组件功率温度系数；为组件温度；为参考温度。

23、ii.4当具有经质量检查的组件温度或背板温度量测时，直接使用所述的量测值；当缺少所述的量测值时，计算根据环境温度、辐照度和风速计算组件温度：，其中：为时段的环境温度；为光伏场站在时段的组件高度风速；为依据组件型号参数或者历史量测标定得到的静态散热系数和风致散热系数。

24、ii.5对于储能装置，计算计算相邻时段的荷电状态：；储能装置的充放电功率和荷电状态同时满足：，，，，其中：为储能装置在时段的荷电状态；分别为充电功率和放电功率；分别为充电效率和放电效率；为调度时段长度；为额定能量；分别为允许充电功率上限和允许放电功率上限；为充放电状态变量，取1时允许充电且禁止放电，取0时允许放电且禁止充电；分别为荷电状态下限和上限。

25、ii.6对于可调负荷，在滚动窗口内满足：，，，其中：分别为可调负荷在时段的下调功率和补偿上调功率；分别为用户协议允许的下调功率上限和补偿上调功率上限；所述的电量等式用于保证滚动窗口内转移前后的负荷电量一致。

26、步骤iii完成气象驱动设备边界重构后，按照当前网络拓扑将节点、线路、常规机组、风电场、光伏场站、储能装置和可调负荷的约束进行关联，形成源网荷储联合可行域并为其分配版本号；仅将校验通过且处于有效期内的版本提供给滚动优化模块。

27、所述的版本号至少包括：输入数据快照校验值、设备模型标识及版本、生成时间、生效时间、拓扑版本和独立校验状态。

28、所述的事件触发是指：在每个滚动调度时刻，读取实际净负荷、当前有限样本区间、网络拓扑状态、独立可行性校验结果及计划更新时间并计算生成事件触发标志，其中：为时刻的实际净负荷；为当前版本对应的有限样本区间；为拓扑变化标志，拓扑发生变化时取1，否则取0；为独立可行性校验失败标志，校验失败时取1，否则取0；为计划更新时间集合。当时，利用最新输入数据重新进行气象驱动设备边界重构和联合可行域版本登记；当且当前版本仍处于有效期内时，继续使用当前版本。

29、所述的滚动调度是指：滚动优化模块读取当前有效的源网荷储联合可行域版本，以当前时刻为起点建立包含连续多个调度时段的滚动窗口并在所述的联合可行域限定的设备边界和网络边界内求取候选调度序列。对于滚动窗口内的每个节点和时段，节点功率平衡满足：并同时满足：，，，为由常规电源出力、新能源出力、储能放电功率、失负荷功率及可调负荷下调功率之和，扣除储能充电功率、可调负荷上调功率及节点负荷功率后得到的节点净注入功率；分别为节点流出功率和流入功率；为线路的传输功率；为版本中记录的线路时变传输上限；分别为可用上、下备用容量；为有限样本区间对应的备用需求；为储能设备的荷电状态，分别为其下限和上限。线路及设备边界直接读取当前联合可行域版本。

30、所述的滚动调度采用分层顺序求解，具体包括：第一层以滚动窗口内的失负荷量最小为目标：，获得第一级最优值后，在满足的条件下，以运行成本最小为第二层目标：，获得第二层最优值后，在满足下式的条件下求解第三层目标：，，第三层目标为减少新能源弃电量和相邻时段的控制动作变化量：，其中：为滚动窗口内的时段集合；为节点集合；为调度时段长度；、分别为按照设备运行参数及价格参数计算的常规电源运行成本率、储能循环成本率和需求响应补偿成本率；为新能源可用功率与计划出力之差；为时刻的设备控制量向量；为根据设备启停损耗或者动作成本确定的换算系数；为求解器数值容差或者业务允许偏差。

31、所述的独立可行性校验是指：独立校验程序读取候选调度序列及其对应的输入数据快照和联合可行域版本，在不使用滚动调度求解器内部计算残差的情况下，重新计算每个节点和时段的功率平衡残差：，其中：为根据候选调度序列中的电源出力、新能源出力、储能充放电功率、负荷功率、失负荷功率及可调负荷功率重新汇总得到的节点净注入功率。候选调度序列通过校验应同时满足：，，，，，其中：为根据量测精度及计算精度确定的功率平衡容差。全部校验条件均满足时，生成校验通过报告并允许下发候选调度序列中的首时段控制指令；任一校验条件不满足时，不下发控制指令，将置为1并记录失败约束、对应设备、时段及计算残差，以触发联合可行域更新和重新调度。

32、所述的执行首时段控制指令是指：独立可行性校验通过后，仅将时段的机组设定值、储能充放电功率、可调负荷指令和必要的拓扑控制指令下发。其余时段结果作为预测轨迹保留，不直接执行。收到首时段执行结果后，更新实际净负荷、设备状态、预测残差队列及事件标志，滚动至。

33、技术效果

34、本发明将经过时间和空间对齐的环境温度、风速、太阳辐照度、电网量测、设备状态及预测数据输入对应的设备物理模型，分别计算线路时变传输上限、风电和光伏可用功率、储能充放电边界以及可调负荷响应边界。同时，根据历史净负荷预测残差构造有限样本区间并将该区间转换为上备用约束和下备用约束。按照实时网络拓扑对设备边界、备用约束和网络运行约束进行关联，形成具有输入数据快照、模型版本、拓扑版本、生效时间及校验状态的源网荷储联合可行域。当实际净负荷超出有限样本区间、网络拓扑发生变化、独立可行性校验失败或者计划更新时间到达时，重新计算设备物理边界并生成新的联合可行域版本。滚动优化模块读取当前有效版本生成候选调度序列，由独立校验程序重新检查节点功率平衡、线路传输功率、备用容量及储能荷电状态；校验通过后下发候选调度序列中的首时段控制指令并根据实际量测值和指令执行结果更新预测残差样本、设备运行状态及联合可行域版本。