一种电力电量平衡规划方法、装置及终端设备与流程

1.本发明属于电网技术领域，尤其涉及一种电力电量平衡规划方法、装置及终端设备。


背景技术：

2.新能源作为一种清洁能源，具有可再生、低排放、环境友好的特性，随着社会的发展，以风电和光伏为代表新能源在电力系统中占据的比重越来越高。新能源发电具有间歇性、随机性和波动性大的特点，在大规模新能源并网后，需要对大规模系能源的消纳进行有效的规划，以实现日内功率波动条件下的电力电量平衡。然而传统的电力电量平衡规划方法难以准确确定最优的规划方案，无法保证电网的高效稳定运行。


技术实现要素：

3.有鉴于此，本发明实施例提供了一种电力电量平衡规划方法、装置及终端设备，能够准确确定电网的规划方案，保障电网的高效稳定运行。
4.本发明实施例的第一方面提供了一种电力电量平衡规划方法，包括：
5.获取目标电网的负荷规划数据、风电预测数据、光伏预测数据、新能源利用率指标以及设备参数；
6.基于所述负荷规划数据、所述风电预测数据、所述光伏预测数据以及所述设备参数，建立所述目标电网的电力电量平衡规划目标函数；
7.基于所述负荷规划数据、风电预测数据、所述光伏预测数据、所述新能源利用率指标以及所述设备参数，建立所述电力电量平衡规划目标函数的约束条件；
8.在所述约束条件下对所述电力电量平衡规划目标函数进行求解，得到最优的电力电量平衡规划方案。
9.本发明实施例的第二方面提供了一种电力电量平衡规划装置，包括：
10.数据获取模块，用于获取目标电网的负荷规划数据、风电预测数据、光伏预测数据、因能源利用率指标以及设备参数；
11.目标函数建立模块，用于基于所述负荷规划数据、所述风电预测数据、所述光伏预测数据以及所述设备参数，建立所述目标电网的电力电量平衡规划目标函数；
12.约束条件建立模块，用于基于所述负荷规划数据、所述风电预测数据、所述光伏预测数据、所述新能源利用率指标以及所述设备参数，建立所述电力电量平衡规划目标函数的约束条件；
13.求解模块，用于在所述约束条件下对所述电力电量平衡规划目标函数进行求解，得到最优的电力电量平衡规划方案。
14.本发明实施例的第三方面提供了一种终端设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上所述方法的步骤。
15.本发明实施例的第四方面提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上所述方法的步骤。
16.本发明实施例的第五方面提供了一种计算机程序产品，当计算机程序产品在终端设备上运行时，使得电子设备执行上述第一方面中任一项所述方法的步骤。
17.本发明实施例与现有技术相比存在的有益效果是：本发明实施例提供了一种电力电量平衡规划方法，该方法包括：获取目标电网的负荷规划数据、风电预测数据、光伏预测数据、新能源利用率指标以及设备参数；基于负荷规划数据、风电预测数据、光伏预测数据以及设备参数，建立目标电网的电力电量平衡规划目标函数；基于负荷规划数据、风电预测数据、光伏预测数据、新能源利用率指标以及设备参数，建立电力电量平衡规划目标函数的约束条件；在约束条件下对电力电量平衡规划目标函数进行求解，得到最优的电力电量平衡规划方案。本发明实施例提供的方法能够确定目标电网最优的电力电量平衡规划方案，准确地对目标电网中各个设备的进行调度，保障目标电网的稳定高效运行。
附图说明
18.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
19.图1是本发明实施例提供的电力电量平衡规划方法的实现流程示意图；
20.图2是本发明实施例提供的电力电量平衡规划方法的又一实现流程示意图；
21.图3是本发明实施例提供的电力电量平衡规划方法的又一实现流程示意图；
22.图4是本发明实施例提供的电力电量平衡规划装置的结构示意图；
23.图5是本发明实施例提供的终端设备的示意图。
具体实施方式
24.以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本发明实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本发明。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本发明的描述。
25.为了说明本发明所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。
26.图1示出了本发明实施例提供的电力电量平衡规划方法的实现流程示意图。参见图1，本发明实施例提供的电力电量平衡规划方法可以包括步骤s101至s104。
27.s101：获取目标电网的负荷规划数据、风电预测数据、光伏预测数据、新能源利用率指标以及设备参数。
28.在一个具体的实施例中，设备参数包括各类电源的额定容量数据、最小出力容量数据；区外电源的最低电量数据和最高电量数据。
29.图2示出了本发明实施例提供的电力电量平衡规划方法中获取目标电网的负荷规划数据的实现流程示意图。参见图2，在一些实施例中，s101中的获取目标电网的负荷规划数据，可以包括步骤s201至s03。
30.s201：获取所述目标电网的历史负荷数据和预设负荷限值。
31.在一个具体的实施例中，历史负荷数据为负荷曲线数据。
32.s202：根据所述历史负荷数据，基于指数平滑法计算初始规划负荷数据。
33.在一些实施例中，s202具体包括：
34.根据公式计算初始规划数据；其中，i为目标规划年的年份序号；为j为历史数据的年份序号；t为一个规划年的总时段数；p
i
(t)为第i年在t时段的初始规划负荷；α为常系数；p
i
‑
j
(t)为第i
‑
j年在t时段的历史负荷数据。
35.s203：根据预设负荷限值调整所述初始规划负荷数据，生成所述规划负荷数据。
36.在一些实施例中，由于初始规划负荷数据与预设负荷限值的增长不同步，因此需要对初始规划负荷数据进行修正。
37.在一些实施例中，s203具体包括：
38.根据公式
39.计算规划负荷数据；其中，p(t)为t时段内的规划负荷数据，k(t)为规划年在t时段的负荷特性系数，p
n
为预设负荷调整限值，e
n
为常系数，t为一个规划年的总时段数，p
i
(t)为第i年在t时段的初始规划负荷。
40.通过以上步骤计算得到的规划负荷数据充分考虑了近年来目标电网所在区域的风速和光照的实际数据，依据风机和光伏的出力特性曲线计算得到的规划负荷数据，具有较好的可靠性和较高的准确性。
41.在一个具体的实施例中，初始规划负荷和负荷数据均为曲线形式的数据。
42.在一个具体的实施例中，以一个目标规划年为规划对象进行规划负荷数据的计算。一个目标规划年包含8760个小时。
43.s102：基于所述负荷规划数据、所述风电预测数据、所述光伏预测数据以及所述设备参数，建立所述目标电网的电力电量平衡规划目标函数。
44.在一些实施例中，电力电量平衡规划目标函数的自变量为所述目标电网中各个设备的发电量和储能设备的储能量，所述电力电量平衡规划目标函数的因变量为所述目标电网的年运行成本。
45.在一些实施例中，目标函数的表达式可以为：
46.47.其中，c为总成本，c
f
(t)为t时段的购电成本，t为总时段数，可选的，t的取值为8760小时；c
ess_invest
为新建储能的初始投资，i为折现率，n为储能建成的年数；p
charge
(t)为t时段储能电站的充电功率，p
discharge
(t)为t时段储能电站的放电功率，p(t)为t时段的电价。
48.s103：基于所述负荷规划数据、风电预测数据、所述光伏预测数据、所述新能源利用率指标以及所述设备参数，建立所述电力电量平衡规划目标函数的约束条件。
49.在一些实施例中，约束条件包括系统平衡约束、新能源利用率约束、火电出力约束、其他常规电源出力约束、外购电力电量约束和储能出力约束。
50.在一些实施例中，功率平衡约束的表达式可以为：
[0051][0052]
其中，p(t)为t时段的负荷功率，p
g
(t)为t时段的电源出力功率，p
discharge
(t)为t时段储能电站的放电功率，p
charge
(t)为t时段储能电站的充电功率；p
n
(t)为常规电源出力，p
w
(t)为灵活电源出力，p
f
(t)为风电出力，p
g
(t)为光伏出力，p
q
(t)为区外电力出力。
[0053]
在一些实施例中，新能源利用率约束的表达式可以为：
[0054][0055]
其中，t为总时段数，可选的，t的取值为8760小时；p
f
(t)为t时段安排的风电出力，p
g
(t)为t时段安排的光伏出力，λ为指定的新能源最低利用率，p'
f
(t)为t时段内风电预测出力，p'
g
(t)为t时段内预测光伏出力。
[0056]
在一些实施例中，常规电源出力约束的表达式可以为：
[0057][0058]
其中，p
n_minunit
为常规电源最小开机规模；p
n_open
(n)为第i天常规电源出力开机规模，假设一年365天每天只有一个开机方式；p
n_rate
为常规电源总装机规模；p
n_open_min
为对应开机方式常规电源最小技术出力；p
n
(t)为对应开机方式常规电源技术出力，p
g_open_max
为对应开机方式的常规电源最大技术出力。
[0059]
在一些实施例中，其他灵活电源出力约束的表达式可以为：
[0060]
p
w_min
≤p
w
(t)≤p
w_max
[0061]
其中，p
w_min
为其他灵活电源最小技术出力，p
w
(t)为t时段内其他灵活电源技术出力，p
w_max
为其他灵活电源最大技术出力。
[0062]
在一些实施例中，区外电力电量约束的表达式可以为：
[0063][0064]
其中，p
q_min
(t)为t时段内区外电力最小出力，p
q
(t)为t时段内区外电力出力，p
q_max
(t)为t时段内区外电力最大出力，e
q_min
为区外年最小交易电量，p
q
(t)为t时段内区外交易
电量，e
q_max
为区外年最大交易电量。
[0065]
在一些实施例中，储能出力约束的表达式可以为：
[0066][0067]
其中，p
discharge
(t)为t时段储能电站的放电功率，p
s_max
为储能功率上限，p
charge
(t)为t时段储能电站的充电功率，soc(t)为t时段内的储能荷电状态，soc(t 1)为t 1时段内的储能荷电状态，η
charge
为电储能充电效率，η
discharge
为电储能放电效率，δt为计算时间间隔，s
rate
为储能额定容量，soc
min
为储能荷电状态最小值，soc
max
为储能荷电状态最大值。
[0068]
s104：在所述约束条件下对所述电力电量平衡规划目标函数进行求解，得到最优的电力电量平衡规划方案。
[0069]
在一些实施例中，s104包括：基于内点法在所述约束条件下对所述电力电量平衡规划目标函数进行求解，得到最优的电力电量平衡规划方案。
[0070]
在一些实施例中，求解得到的最优的电力电量平衡规划方案包括储能配置容量，各类电源的年利用小时数和风电、光伏的年利用率数据。本实施例提供的电力电量平衡规划方法能够一方面充分保障用电需求，另一方面保障新能源的高比例消纳，以经济成本最小为目标，统筹协调区域内外供电电源，从目标电网的电源结构出发，充分满足电力电量平衡需求。
[0071]
在一些实施例中，在约束条件下对电力电量平衡规划目标函数进行求解，最终得到最优的电力电量平衡规划方案可以包括：规划方案矩阵、各类电源利用小时数矩阵以及能源利用率。
[0072]
具体的，规划方案矩阵可以通过如下表达式进行描述：
[0073][0074]
其中，p
ge
为规划方案矩阵；p
n,1
(1)至p
n,i
(t)为第1至第i个常规电源在第1至第t时段的常规电源出力；p
w,1
(1)至p
w,j
(t)为第1至第j个灵活电源在第1至第t个时段的灵活电源
出力；p
q,1
(1)至p
q,k
(t)为第1至第k个区外电源在第1至第t个时段的区外电源出力，p
f
(1)至p
f
(t)为第1至第t个时段的风电出力，p
g
(1)至p
g
(t)为第1至第t个时段的光伏出力，p
ch
(1)至p
ch
(t)为第1至第t个时段的储能电站充电功率。
[0075]
可选的，i j k＝n，其中i为常规电源个数，j为灵活电源个数，k为区外电源个数，n为电源总数。
[0076]
具体的，各类电源利用小时数矩阵可以通过如下公式进行描述：
[0077][0078]
其中，t
g
为各类电源利用小时数矩阵；p
n,1
(t)至p
n,i
(t)为第1至第i个常规电源在t时段内的常规电源出力，p
n,1_max
至p
n,i_max
为第1至第i个常规电源在单位时段内的最大出力。p
w,1
(t)至p
w,j
(t)为第1至第j个灵活电源在t时段内的常规电源出力，p
w,1_max
至p
w,j_max
为第1至第j个灵活电源在单位时段内的最大出力。p
q,1
(t)至p
q,k
(t)为第1至第k个区外电源在t时段内的区外电源出力，p
q,1_max
至p
q,k_max
为第1至第k个区外电源在单位时段内的最大出力。p
f
(t)为时段t内的风电出力，p
f_rate
为风电装机容量。p
g
(t)为时段t内的光伏出力，p
g_rate
为光伏装机容量。
[0079]
具体的，能源利用率可以通过如下公式进行描述：
[0080]
[0081][0082][0083]
其中，λ
n
为新能源利用率，λ
f
为风电利用率，λ
g
为光伏利用率。p
f
(t)为t时段的风电出力，p
g
(t)为t时段的光伏出力，p'
f
(t)为t时段内风电预测出力，p'
g
(t)为t时段内预测光伏出力。
[0084]
本发明实施例提供的电力电量平衡规划方法能够确定目标电网最优的电力电量平衡规划方案，准确地对目标电网中各个设备的进行调度，在目标电网中的电源设备调节能力不能满足平衡需求时，可以根据需要对储能装置进行配置，保障目标电网的稳定高效运行。本发明实施例提供额电力电量平衡规划方法在应用于以新能源为主体的电力系统时，具有思路清晰，计算简单的优势，可以满足安全、可靠、经济的要求。
[0085]
图3示出了本发明实施例提供的电力电量平衡规划方法的又一实现流程示意图。参见图3，在一个具体的实施例中，电力电量平衡规划方法的实现流程可以包括：读取历史负荷8760曲线，生成规划年8760负荷曲线。输入风电、光伏8760发电曲线、新能源最低利用率、其他各类电源装机容量、出力限值、电量限制等数据。以系统总成本费用最优为目标，在功率平衡、最低新能源利用率以及各类电源初拉力等各种约束条件下，进行电力电量平衡计算，给出电力电量平衡及储能配置结果。
[0086]
应理解，上述实施例中各步骤的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本发明实施例的实施过程构成任何限定。
[0087]
图4示出了本发明实施例提供的电力电量平衡规划装置的结构示意图。参见图4，在一些实施例中，电力电量平衡规划装置40可以包括数据获取模块410、目标函数建立模块420、约束条件建立模块430以及求解模块440。
[0088]
在一些实施例中，数据获取模块410用于获取目标电网的负荷规划数据、风电预测数据、光伏预测数据、因能源利用率指标以及设备参数。
[0089]
在一些实施例中，目标函数建立模块420用于基于所述负荷规划数据、所述风电预测数据、所述光伏预测数据以及所述设备参数，建立所述目标电网的电力电量平衡规划目标函数。
[0090]
在一些实施例中，约束条件建立模块430用于基于所述负荷规划数据、所述风电预测数据、所述光伏预测数据、所述新能源利用率指标以及所述设备参数，建立所述电力电量平衡规划目标函数的约束条件；
[0091]
在一些实施例中，求解模块440用于在所述约束条件下对所述电力电量平衡规划目标函数进行求解，得到最优的电力电量平衡规划方案。
[0092]
本发明实施例提供的电力电量平衡规划装置能够确定目标电网最优的电力电量
平衡规划方案，准确地对目标电网中各个设备的进行调度，保障目标电网的稳定高效运行。
[0093]
在一些实施例中，数据获取模块可以包括数据获取单元、初始规划负荷数据计算单元以及规划负荷数据计算单元。
[0094]
数据获取单元用于获取所述目标电网的历史负荷数据和预设负荷限值。
[0095]
初始规划负荷数据计算单元用于根据所述历史负荷数据，基于指数平滑法计算初始规划负荷数据。
[0096]
规划负荷数据计算单元用于根据预设负荷限值调整所述初始规划负荷数据，生成所述规划负荷数据。
[0097]
在一些实施例中，初始规划负荷数据计算单元具体用于：
[0098]
根据公式
[0099]
计算初始规划数据；其中，i为目标规划年的年份序号；为j为历史数据的年份序号；t为一个规划年的总时段数；p
i
(t)为第i年在t时段的初始规划负荷；α为常系数；p
i
‑
j
(t)为第i
‑
j年在t时段的历史负荷数据。
[0100]
在一些实施例中，规划负荷数据计算单元具体用于：
[0101][0102]
计算规划负荷数据；其中，p(t)为t时段内的规划负荷数据，k(t)为规划年在t时段的负荷特性系数，p
n
为预设负荷调整限值，e
n
为常系数，t为一个规划年的总时段数，p
i
(t)为第i年在t时段的初始规划负荷。
[0103]
在一些实施例中，电力电量平衡规划目标函数的自变量为所述目标电网中各个设备的发电量和储能设备的储能量，所述电力电量平衡规划目标函数的因变量为所述目标电网的年运行成本。
[0104]
在一些实施例中，所述约束条件包括系统平衡约束、新能源利用率约束、火电出力约束、其他常规电源出力约束、外购电力电量约束和储能出力约束。
[0105]
在一些实施例中，求解模块440具体用于：基于内点法在所述约束条件下对所述电力电量平衡规划目标函数进行求解，得到最优的电力电量平衡规划方案。
[0106]
图5是本发明一实施例提供的终端设备的示意图。如图5所示，该实施例的终端设备50包括：处理器500、存储器510以及存储在所述存储器510中并可在所述处理器500上运行的计算机程序520，例如电力电量平衡规划程序。所述处理器50执行所述计算机程序520时实现上述各个电力电量平衡规划方法实施例中的步骤，例如图1所示的步骤s101至s104。或者，所述处理器500执行所述计算机程序520时实现上述各装置实施例中各模块/单元的
功能，例如图4所示模块410至440的功能。
[0107]
示例性的，所述计算机程序520可以被分割成一个或多个模块/单元，所述一个或者多个模块/单元被存储在所述存储器510中，并由所述处理器500执行，以完成本发明。所述一个或多个模块/单元可以是能够完成特定功能的一系列计算机程序指令段，该指令段用于描述所述计算机程序520在所述终端设备50中的执行过程。例如，所述计算机程序520可以被分割成数据获取模块、目标函数建立模块、约束条件建立模块以及求解模块。
[0108]
所述终端设备50可以是桌上型计算机、笔记本、掌上电脑及云端服务器等计算设备。所述终端设备可包括，但不仅限于，处理器500、存储器510。本领域技术人员可以理解，图5仅仅是终端设备50的示例，并不构成对终端设备50的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件，例如所述终端设备还可以包括输入输出设备、网络接入设备、总线等。
[0109]
所称处理器500可以是中央处理单元(central processing unit，cpu)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(digital signal processor，dsp)、专用集成电路(application specific integrated circuit，asic)、现成可编程门阵列(field
‑
programmable gate array，fpga)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。
[0110]
所述存储器510可以是所述终端设备50的内部存储单元，例如终端设备50的硬盘或内存。所述存储器510也可以是所述终端设备50的外部存储设备，例如所述终端设备50上配备的插接式硬盘，智能存储卡(smart media card,smc)，安全数字(secure digital,sd)卡，闪存卡(flash card)等。进一步地，所述存储器510还可以既包括所述终端设备50的内部存储单元也包括外部存储设备。所述存储器510用于存储所述计算机程序以及所述终端设备所需的其他程序和数据。所述存储器510还可以用于暂时地存储已经输出或者将要输出的数据。
[0111]
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，仅以上述各功能单元、模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能单元、模块完成，即将所述装置的内部结构划分成不同的功能单元或模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。实施例中的各功能单元、模块可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中，上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。另外，各功能单元、模块的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本技术的保护范围。上述系统中单元、模块的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
[0112]
在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述或记载的部分，可以参见其它实施例的相关描述。
[0113]
本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
[0114]
在本发明所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的装置/终端设备和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置/终端设备实施例仅仅是示意性的，例如，所述模块或单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通讯连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通讯连接，可以是电性，机械或其它的形式。
[0115]
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
[0116]
另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
[0117]
所述集成的模块/单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明实现上述实施例方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个方法实施例的步骤。。其中，所述计算机程序包括计算机程序代码，所述计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。所述计算机可读介质可以包括：能够携带所述计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、u盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(rom，read
‑
only memory)、随机存取存储器(ram，random access memory)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。需要说明的是，所述计算机可读介质包含的内容可以根据司法管辖区内立法和专利实践的要求进行适当的增减，例如在某些司法管辖区，根据立法和专利实践，计算机可读介质不包括电载波信号和电信信号。
[0118]
以上所述实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本发明的保护范围之内。