一种基于源网荷储协同互动方案的资源汇聚潜力评估方法及装置与流程

1.本发明属于电力系统领域，具体涉及一种基于源网荷储协同互动方案的资源汇聚潜力评估方法及装置。
技术背景
2.近年来，随着我国经济的高速增长，电力需求与日俱增，依靠传统的源随荷动、增大电 力建设投资来应对电力紧张的方法已经不能满足经济增长的需求。因此，有必要采用新的能 源供给模式，充分利用计划外电源，加大清洁能源占比，“源
‑
网
‑
荷
‑
储”协同互动的理念便 应运而生。“源
‑
网
‑
荷
‑
储”协同互动旨在建立新型能源网络，将源的供给、电能传输、负荷 调整与电能存储等环节有机结合起来，以保证能源的利用方式更为合理，将传统的粗放型能 源利用模式转换为集约型的能源利用模式。在电网实施“源
‑
网
‑
荷
‑
储”协同互动可以“汇聚
”ꢀ
各种互动资源的潜力，解决区域电网电力支撑不足的问题。目前，国内已有较多针对某一类 资源参与协同互动对提高电网运行效率、减少电网建设成本作用的研究，但对“源
‑
网
‑
荷
‑ꢀ
储”互动下各类资源进行总体潜力评估还鲜有研究。


技术实现要素：

3.本发明的目的是，根据地区电网各类资源的实际情况，可制定出不同的源网荷储协同互动方案，通过比较不同方案的潜力评估值可定量描述各类资源的参与对提升区域电网调空能力，提升可再生资源利用率，降低供电成本的影响，为地区电网新能源发电设备的建设规划以及“源
‑
网
‑
荷
‑
储”协同互动方案的制定提供决策参考
4.为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
5.一方面，一种基于源网荷储协同互动方案的资源汇聚潜力评估方法，包括：
6.步骤1、基于分布式电源、电网、电力负荷以及储能四类资源在协同互动调控过程发挥的作用，确定资源评估指标，并将资源评估指标划分为两层；
7.步骤2、采用九级标度法构建各层级指标重要程度判断矩阵；
8.步骤3、基于矩阵一致性对所有判断矩阵进行检测，对一致性不满足条件的判断矩阵重新构建；
9.步骤4、根据判断矩阵，使用均值法求取各层级资源评估指标权重；
10.步骤5、利用各层级资源评估指标权重与各层级资源评估指标进行相乘后累加，计算分布式电源、电网、电力负荷以及储能四类资源在不同的协同互动方案下的资源汇聚力分值，实现对资源汇聚潜力的评估。
11.进一步地，以协调控制能力、资源互动能力以及资源利用能力作为第一层资源评估指标；以系统综合调峰能力、储能快速响应能力、无功支撑能力、电压稳定性、分布式能源渗透率、负荷峰谷差、分布式能源消纳率、dg利用率以及负荷资源利用率作为第二层资源评估指标。
12.进一步地，第二层资源评估能力指标的计算公式如下：
13.(1)协调控制能力
14.系统综合调峰能力c1：
15.其中r
t
为火电机组热备用，单位mw；r
h
为水电机组热备用，单位mw；c
s
为储能系统的储能容量，单位mw，p
l
为负荷有功功率，单位mw；t为调峰周期，单位h；
16.储能快速响应能力c2：
17.其中，p
c
为储能充电功率，单位mw；p
d
为储能放电功率，单位mw；ω
c
为储能充电快速响应能力系数；ω
d
为储能放电快速响应能力系数；
18.无功支撑能力c3：
19.其中，q
t
为火电机组的无功功率，单位mvar；q
h
为水电机组无功功率，单位mvar，q
s
为储能系统的无功功率，单位mvar，q
l
为负荷无功功率，单位mvar；
20.电压稳定性c4：
21.其中，p0、p
max
分别为区域初始、临界运行点的功率值；
22.(2)资源互动能力
23.分布式能源渗透率r1：
24.其中，p
dgmax
为分布式能源的所能提供的最大出力，单位mw；p
l,max
为峰值负荷功率，单位 mw；
25.负荷峰谷差r2：
26.分布式能源消纳率r3：
27.其中，p
dg,max
表示分布式能源的实际最大出力，p
l,max
表示峰值负荷功率，分布式能源消纳率反应了储能系统在协调控制过程中的互动能力；
28.(3)资源利用能力
29.dg利用率u1：
30.其中，p
dg,max
表示分布式能源的实际最大出力，p
l,max
表示峰值负荷功率；
31.负荷资源利用率u2：
32.其中，ω
peak
为大负荷削峰贡献系数；λ
peak
为大负荷削峰贡献率；ω
valley
为大负荷填谷贡献系数；λ
valley
大负荷填谷贡献率；p
a,max
为大用户在负荷高峰时的负荷值，单位mw；p
a,min
为大用户在负荷低谷时的负荷值，单位mw。
33.进一步地，采用九级标度法构建各层级指标重要程度判断矩阵的具体过程如下：
34.对同一层级的n个指标，建立n阶判断矩阵b：
[0035][0036]
判断矩阵中各元素定义与计算方法如下：提取判断矩阵元素b
ij
的下标i和j，判断第i 项指标相对第j项指标的重要程度，依据重要程度级别，确定判断矩阵元素b
ij
对应的取值，若重要程度级别处于两个级别之间，则判断矩阵元素的取值为两个级别对应的取值的中间值；若第i项指标相对第j项指标重要程度低，则
[0037]
将两项指标的相对重要程度分为5个等级，根据专家经验确定，由强到弱依次为：极端重要，强烈重要，明显重要，稍微重要，以及同样重要，依次用数值9，7，5，3，1分别描述上述五个相对重要程度。
[0038]
若认为相对重要程度处于上述5个等级中的两级之间，则用两级对应数值的中间值描述该重要程度，数值越大，说明重要程度越强；两两比较同一层级不同指标的相对重要程度，根据比较结果赋予判断矩阵各元素数值。
[0039]
例如，若认为第i项指标比第j项指标明显重要，则两者的相对重要程度为5，取b
ij
为5；反之，若认为第j项指标比第i项指标明显重要，则两者的相对重要程度为1/5，取b
ij
为1/5。
[0040]
进一步地，步骤4中，检验判断矩阵一致性的具体过程为：
[0041]
步骤a：计算一致性指标ci
[0042][0043]
其中，λ
max
为判断矩阵的最大特征根，n为判断矩阵的阶数；
[0044]
步骤b：计算一致性比例cr
[0045][0046]
其中，ri为平均随机一致性指标，其值与判断矩阵的阶数有关；
[0047]
步骤c：如果矩阵的一致性比例cr小于1，则认为该判断矩阵的一致性可以接受，否则，则应该对该判断矩阵需要重新构建。
[0048]
进一步地，步骤5中，计算各指标权重的具体过程为：
[0049]
首先进行归一化处理：
[0050][0051]
其中，x表示判断层级，取值包括c,r,u,s，n
x
表示判断层级x包含的指标数量；b
s,ij
为用于描述第一层级指标相对重要程度的判断矩阵中的元素，第二层级指标包括；b
r,ij
为用于描述资源互动能力所包括的第二层级指标相对重要程度的判断矩阵中的元素；b
u,ij
为用于描述资源利用能力所包括的第二层级指标相对重要程度的判断矩阵中的元素；b
c,ij
为用于描述协调控制能力所包括的第二层级指标相对重要程度的判断矩阵中的元素；
[0052]
计算各层级指标在各层级的权重：
[0053]
二级指标的二级权重为：
[0054]
一级指标的权重为：
[0055][0056]
二级指标的综合权重为其二级权重对应一级指标的权重的积
[0057]
w
x,j
＝w
″
x,j
w
″
s,j
,x＝c,r,u。
[0058]
进一步地，分布式电源、电网、电力负荷以及储能四类资源在不同的协同互动方案下的资源汇聚力分值按以下公式计算获得：
[0059][0060]
其中，c
j
，r
j
，u
j
依次表示描述协调控制能力所包括的第二层级指标，描述资源互动能力所包括的第二层级指标，描述资源利用能力所包括的第二层级指标相对重要程度的判断矩阵中的元素。
[0061]
另一方面，一种基于源网荷储协同互动方案的资源汇聚潜力评估装置，包括：
[0062]
资源评估指标确定与划分单元：用于基于分布式电源、电网、电力负荷以及储能四类资源在协同互动调控过程发挥的作用，确定资源评估指标，并将资源评估指标划分为两层；
[0063]
指标相对重要程度判断矩阵构建单元：采用九级标度法构建各层级指标相对重要程度判断矩阵；
[0064]
矩阵一致性检测单元：基于矩阵一致性对所有判断矩阵进行检测，对一致性不满足条件的判断矩阵重新构建；
[0065]
指标权重计算单元：根据判断矩阵，使用均值法求取各层级资源评估指标权重；
[0066]
资源汇聚力计算单元：利用各层级资源评估指标权重与各层级资源评估指标进行相乘后累加，计算分布式电源、电网、电力负荷以及储能四类资源在不同的协同互动方案下的资源汇聚力分值，实现对资源汇聚潜力的评估。
[0067]
进一步地，所述资源评估指标确定与划分单元以协调控制能力、资源互动能力以及资源利用能力作为第一层资源评估指标；以系统综合调峰能力、储能快速响应能力、无功支撑能力、电压稳定性、分布式能源渗透率、负荷峰谷差、分布式能源消纳率、dg利用率以及负荷资源利用率作为第二层资源评估指标。
[0068]
进一步地，采用九级标度法构建各层级指标重要程度判断矩阵的具体过程如下：
[0069]
对同一层级的n个指标，建立n阶判断矩阵b：
[0070][0071]
判断矩阵中各元素定义与计算方法如下：提取判断矩阵元素b
ij
的下标i和j，判断第i 项指标相对第j项指标的重要程度，依据重要程度级别，确定判断矩阵元素b
ij
对应的取
值，若重要程度级别处于两个级别之间，则判断矩阵元素的取值为两个级别对应的取值的中间值；若第i项指标相对第j项指标重要程度低，则
[0072]
将两项指标的相对重要程度分为5个等级，根据专家经验确定，由强到弱依次为：极端重要，强烈重要，明显重要，稍微重要，以及同样重要，依次用数值9，7，5，3，1分别描述上述五个相对重要程度。
[0073]
有益效果
[0074]
与现有技术相比，本发明所述技术方案具有如下优点：
[0075]
本发明通过量化评估不同方案的潜力评估值，可定量描述各类资源的参与对提升区域电网调空能力，提升可再生资源利用率，降低供电成本的影响，为地区电网新能源发电设备的建设规划以及“源
‑
网
‑
荷
‑
储”协同互动方案的制定提供决策参考；且评价指标体现了源、网、荷、储资源的互动性。
附图说明
[0076]
图1是本发明基于层次分析的源网荷储协调互动方案资源汇聚潜力方法的流程图；
[0077]
图2是两层级评估体系结构示意图；
[0078]
图3是以某地区微网为案例在源网荷储四类资源参与程度不同情况下的日前经济优化运行部分方案示意图；
[0079]
图4是使用本发明所提方法对图3对应的运行方案进行评估的结果。
具体实施方式
[0080]
下面结合附图对本发明的具体实施方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施案例仅仅是本发明的一部分实施案例，而不是全部的实施案例。基于本发明中的实施案例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施。
[0081]
如图1所示，基于层次分析的源网荷储协调互动方案资源汇聚潜力评估方法，包括如下步骤：
[0082]
步骤1通过分析源
‑
网
‑
荷
‑
储中各类资源在协同调控过程中所能发挥的作用，确定评估指标；
[0083]
电网架构可以视作一种可控资源，在分布式能源大量接入的情况下发挥着越来越重要的作用。分布式能源的位置与容量、运行方式都将影响电网的潮流流动，潮流走向、节点电压、网络损耗等参数。分布式能源的安装位置和容量的不同，同时也会影响到电能质量、电压分布及电压稳定性、短路电流大小等。研究表明，当电网架构较为脆弱时，分布式能源的渗透率往往较低，仅仅为20％～30％，而当网络架构比较坚强时，分布式能源渗透率可达70％～80％。在协同互动过程中，通过联络开关调整网络架构，进行网络重构，可以获得一个更为优质的网架结构，提高系统经济运行水平，降低网络损耗，提高分布式能源渗透率。
[0084]
区域大负荷用户可以改变其用电时间或者负荷需求，在协同互动过程中服从统一调度，不仅可以作为系统的紧急备用，降低系统备用成本，还可以削减电网负荷峰值，减轻
[0103][0104]
其中p
dgmax
为分布式能源的所能提供的最大出力，单位mw；p
l,max
为峰值负荷功率，单位 mw。
[0105]
负荷峰谷差r2[0106][0107]
分布式能源消纳率r3[0108][0109]
其中p
dg,max
表示分布式能源的实际最大出力，p
l,max
表示峰值负荷功率。分布式能源消纳率反应了储能系统在协调控制过程中的互动能力。
[0110]
(3)资源利用能力
[0111]
dg利用率u1[0112][0113]
其中p
dg,max
表示分布式能源的实际最大出力，p
l,max
表示峰值负荷功率。
[0114]
负荷资源利用率u2[0115][0116]
其中，ω
peak
为大负荷削峰贡献系数；λ
peak
为大负荷削峰贡献率；ω
valley
为大负荷填谷贡献系数；λ
valley
大负荷填谷贡献率；p
a,max
为大用户在负荷高峰时的负荷值，单位mw；p
a,min
为大用户在负荷低谷时的负荷值，单位mw。
[0117]
步骤3中采用九级标度法构建判断矩阵，进而确定指标权重的具体过程为：
[0118]
对同一层级的n个指标，建立n阶判断矩阵b
[0119][0120]
矩阵中各元素定义与计算方法如表1所示：
[0121]
表1九级标度表
[0122][0123]
如果矩阵的一致性比例cr小于1，则认为该判断矩阵的一致性可以接受，否则，则
应该对该判断矩阵进行修改。
[0124]
根据图1所示的指标体系，按照电力系统运行的安全、可靠、经济、绿色的基本原则，建立各层指标的判断矩阵。
[0125]
首先对系统的协调控制能力，资源互动能力，以及资源利用率三个一级指标构建判断矩阵b
s
。根据电力系统运行的基本要求，安全是最重要的指标，参考文献[1
‑
2]。而协调控制能力是电力系统安全运行的重要保证，因此在三个一级指标中，协调控制能力相对与其它两项能力的重要程度都是明显重要，而其它两项能力之间的相对重要程度则可根据专家经验确定。
[0126][0127]
然后对二级指标构建判断矩阵，由于不同地区电网的实际运行状况不同，各地专家可根据实地经验构建判断矩阵，本案例参考文献[3
‑
5]中对各类指标间相对重要程度的判断结果
[3
‑
5]
，对二级指标的判断矩阵构建结果如下：
[0128]
对协调控制能力的4个二级指标可以构建如下的判断矩阵b
c
：
[0129][0130]
对资源互动能力的3个二级指标构建如下判断矩阵b
r
：
[0131][0132]
对资源利用率的2个二级指标建立如下判断矩阵b
u
：
[0133][0134]
步骤4中，检验判断矩阵一致性的具体过程为：
[0135]
(1)计算一致性指标ci
[0136][0137]
其中，λ
max
为判断矩阵的最大特征根，n为判断矩阵的阶数。
[0138]
(2)计算一致性比例cr
[0139][0140]
其中ri为平均随机一致性指标，其值与判断矩阵的阶数有关，如表2所示：
[0141]
表2平均一致性指标ri对应表
[0142][0143]
如果矩阵的一致性比例cr小于1，则认为该判断矩阵的一致性可以接受，否则，则应该对该判断矩阵进行修改。
[0144]
经计算，矩阵b
c
一致性指标ci为0.0770，平均随机一致性比例ri取0.8900，一致性比例cr为0.0865＜1，该矩阵一致性可以接受；矩阵b
r
一致性指标ci为0.0193，平均随机一致性比例ri取0.5200，一致性比例cr为0.0370＜1，该矩阵一致性可以接受；矩阵b
u
为正互反矩阵，无需进行一致性检验；矩阵b
s
一致性指标ci为0.0268，平均随机一致性比例ri取0.5200，一致性比例cr为0.0516＜1，该矩阵一致性可以接受。
[0145]
步骤5中，计算各指标权重的具体过程为：
[0146]
采用算数平均值法求权重。
[0147]
首先进行归一化处理：
[0148][0149]
二级指标的二级权重为：
[0150][0151]
一级指标的权重为：
[0152][0153]
二级指标的综合权重为其二级权重对应一级指标的权重的积：
[0154]
w
x,j
＝w
″
x,j
w
″
s,j
,x＝c,r,u (16)
[0155]
计算结果如表2所示；
[0156]
表2各级指标权重值汇总
[0157][0158]
步骤6、根据评价模型计算不同协同互动方案的分值。在确定评估体系中各个指标的数值时，还要确定该指标对应的权重和评分标准，才能结合所有指标的总得分给出不同方案之间正确的综合评估。综合评估指标体系的指标众多，层次清晰，对各个指标的数值进行归一化处理后，再乘以对应的指标权重，就可以得到由各个指标所组成的上级目标的得分。
[0159][0160]
本发明选择某微网日前优化调度数据作为算例，已知该地区的在一日96时段的负荷需求、风光最大发电功率，电价信息，储能设备性能等信息，在源、网、荷、储四类可控资源参与程度不同的前提下利用混合整数规划模型得出18种经济优化方案，18种方案的经济成本与评价结果如表3所示：
[0161]
表3微网日前优化调度方案编号表
[0162][0163]
注：w为方案日供电成本；e为方案资源汇聚潜力评估值。
[0164]
使用本发明提出的评估模型分别评价该电网在以负荷参与和负荷不参与协同互动两种情况为大前提的场景下下的各种协同互动方案对可控资源的汇聚潜力。评价结果表明：
[0165]
1)各方案的汇聚潜力主要由负荷的参与类型决定，负荷限电措施和负荷错峰措施的应用将有效提升控制方案的汇聚潜力指数；
[0166]
2)在其他三种资源参与类型相同的情况下，每种资源的参与都将显著提升整体方案的汇聚潜力指数；
[0167]
3)随着各类可控资源的参与，供电的成本会发生明显的变化，负荷的参与可显著降低供电成本，减小弃风量；风光发电资源的参与会增大供电成本，但储能资源的参与可在一定程度上降低因风光发电资源的参与所增加的成本；电网作为可控资源参与对供电成本的和方案汇聚潜力评级结果的影响在本案例中并不明显。
[0168]
根据上述分析，在该地区未来的电网规划中，将工作重心放在增加负荷的参与度，增大储能设备的容量，对提升该地区的资源汇聚潜力，降低供电成本效果较好，而通过加强电网建设，增大该地区与主网的交换功率，对提升该地区的资源汇聚潜力，降低供电成本效果不佳。
[0169]
本发明实例还提供一种基于源网荷储协同互动方案的资源汇聚潜力评估装置，包括：
[0170]
资源评估指标确定与划分单元：用于基于分布式电源、电网、电力负荷以及储能四类资源在协同互动调控过程发挥的作用，确定资源评估指标，并将资源评估指标划分为两层；
[0171]
指标相对重要程度判断矩阵构建单元：采用九级标度法构建各层级指标相对重要程度判断矩阵；
[0172]
矩阵一致性检测单元：基于矩阵一致性对所有判断矩阵进行检测，对一致性不满足条件的判断矩阵重新构建；
[0173]
指标权重计算单元：根据判断矩阵，使用均值法求取各层级资源评估指标权重；
[0174]
资源汇聚力计算单元：利用各层级资源评估指标权重与各层级资源评估指标进行相乘后累加，计算分布式电源、电网、电力负荷以及储能四类资源在不同的协同互动方案下的资源汇聚力分值，实现对资源汇聚潜力的评估。
[0175]
进一步地，所述资源评估指标确定与划分单元以协调控制能力、资源互动能力以及资源利用能力作为第一层资源评估指标；以系统综合调峰能力、储能快速响应能力、无功支撑能力、电压稳定性、分布式能源渗透率、负荷峰谷差、分布式能源消纳率、dg利用率以及负荷资源利用率作为第二层资源评估指标。
[0176]
采用九级标度法构建各层级指标重要程度判断矩阵的具体过程如下：
[0177]
对同一层级的n个指标，建立n阶判断矩阵b：
[0178][0179]
判断矩阵中各元素定义与计算方法如下：提取判断矩阵元素b
ij
的下标i和j，判断第i 项指标相对第j项指标的重要程度，依据重要程度级别，确定判断矩阵元素b
ij
对应的取值，若重要程度级别处于两个级别之间，则判断矩阵元素的取值为两个级别对应的取值的中间值；若第i项指标相对第j项指标重要程度低，则
[0180]
将两项指标的相对重要程度分为5个等级，根据专家经验确定，由强到弱依次为：极端重要，强烈重要，明显重要，稍微重要，以及同样重要，依次用数值9，7，5，3，1分别描述上述五个相对重要程度。
[0181]
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。
[0182]
参考文献
[0183]
[1]gb/t 22384
‑
2008,电力系统安全稳定控制系统检验规范[s].
[0184]
[2]gb/t 15945
‑
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[0185]
[3]王旭,孟润泉,韩肖清,王金浩,常潇,刘翼肇.基于改进ahp法
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熵权法的交直流母线接口变换器综合性能评估[j].电网与清洁能源,2021,37(03):8
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16.
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[0187]
[5]周召平,陈杰,刘川,刘颂凯.电力系统静态电压稳定裕度评估方法[j].电子设计工程,2014,22(06):175
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177。