一种基于Cell的交直流混合配电网可靠性评估方法与流程

一种基于cell的交直流混合配电网可靠性评估方法
技术领域
1.本发明涉及交直流混合配电网领域，具体是一种基于cell的交直流混合配电网可靠性评估方法。


背景技术：

2.随着世界经济飞速的发展，全球范围内化石能源的消耗速度也随之快速增长。大力发展新能源，对于缓解各国能源安全和环境状况意义重大。
3.随着可再生能源(装机容量和直流负荷在配电网中不断地增加，交直流混合配电网成为未来配电网的主要物理形态之一。
4.随着高比例可再生能源和储能等可控设备接入配电网，传统集中式调度机制面临调控对象数量激增、通信系统压力过大等挑战。通过将配网进行适当分区，形成若干包含源荷在内的配电单元(即cell)，并以此为基础实行分布式管理有望成为未来配电网运行管理模式的发展趋势之一。
5.在未来配电网新的物理形态和管理模式下，研究基于cell分布式管理模式的交直流混合配电网的可靠性评估方法，具有重要意义。


技术实现要素：

6.本发明提供基于局部配电网(cell)分布式管理模式的交直流混合配电网的可靠性评估方法，该方法通过预估交易功率在第三方cell上的传输损耗，实现在故障场景下通过cell间的协调合作，保证整个系统的供电可靠性。
7.本发明是采用如下技术方案实现的：
8.步骤1：根据选定的交直流混合配电网(ac/dc hybrid distribution network,ac/dc hdn)，输入如下的系统参数：线路参数，负荷水平，网络拓扑连接关系，系统节点电压安全范围和支路电流限制，分布式电源的接入位置和容量，换流器的接入位置、容量及参数，负荷需求，电价、仿真次数上限kmax，设定仿真次数k初始值为1。
9.步骤2：对交直流混合配电网中元件状态以及负荷值、可再生能源出力进行抽样。
10.步骤3：判断是否有元件故障，若是，跳转到步骤4，仿真次数k增加1，并跳转到步骤2。
11.步骤4：cell调度员(cell operator,co)判断cell内部是否发生故障和其自身的购售电性质。
12.步骤5：购电cell调度员(buyer cell operator，bco)上报购电价格和缺额功率。
13.步骤6：设定电力交易迭代次数(x)的初始值为1。
14.步骤7：cell系统调度员(cell system operator，cso)生成各co的合同价格。
15.步骤8：进行第x轮电力交易。
16.步骤9：判断发生干线故障的cell内部缺供负荷量是否为0，若是，则跳转到步骤11，否则，跳转到步骤10。
17.步骤10：判断干线故障bco的购电价格是否达到购电价格的上限，若是，则跳转到步骤11，否则，干线故障bco改变购电价格，电力交易迭代次数x＝x 1，并跳转到步骤7。
18.步骤11：进行第x轮安全性校验。
19.步骤12：判断是否存在第三方cell调度员(third party cell operator，tpco)削减了过网功率，若是，则cso确定核准功率，电力交易迭代次数x＝x 1，并跳转到步骤7，否则，跳转到步骤13。
20.步骤13：判断是否存在co因为转运过网功率而导致缺供负荷量增加，若是，则cso确定核准功率，电力交易迭代次数x＝x 1，并跳转到步骤7，否则，跳转到步骤14。
21.步骤14：更新可靠性指标。
22.步骤15：判断仿真次数是否达到预先的设定值，若是，则仿真结束，否则，k＝k 1，并跳转到步骤2。
23.本发明提供基于局部配电网(cell)分布式管理模式的交直流混合配电网的可靠性评估方法，该方法通过预估交易功率在第三方cell上的传输损耗，实现在故障场景下通过cell间的协调合作，保证整个系统的供电可靠性。本发明，与目前已有的交直流混合配电网可靠性评估方法相比，能够实现cell分布式管理模式下的可靠性评估。
附图说明
24.图1是本发明中所涉及的一种基于cell分布式管理模式的ac/dc hdn可靠性评估算法流程图；
25.图2是本发明中所涉及的电力交易算法流程图。
具体实施方式
26.1、一种基于局部配电网(cell)分布式管理模式的交直流混合配电网的可靠性评估方法，包括以下步骤：
27.步骤1：根据选定的交直流混合配电网(ac/dc hybrid distribution network,ac/dc hdn)，输入如下的系统参数：线路参数，负荷水平，网络拓扑连接关系，系统节点电压安全范围和支路电流限制，分布式电源的接入位置和容量，换流器的接入位置、容量及参数，负荷需求，电价、仿真次数上限kmax，设定仿真次数k初始值为1。
28.步骤2：对交直流混合配电网中元件状态以及负荷值、可再生能源出力进行抽样。
29.步骤3：判断是否有元件故障，若是，跳转到步骤4，仿真次数k增加1，并跳转到步骤2。
30.步骤4：cell调度员(cell operator,co)判断cell内部是否发生故障和其自身的购售电性质。
31.步骤5：购电cell调度员(buyer cell operator，bco)上报购电价格和缺额功率。
32.步骤6：设定电力交易迭代次数(x)的初始值为1。
33.步骤7：cell系统调度员(cell system operator，cso)生成各co的合同价格。
34.步骤8：进行第x轮电力交易。
35.步骤9：判断发生干线故障的cell内部缺供负荷量是否为0，若是，则跳转到步骤11，否则，跳转到步骤10。
36.步骤10：判断干线故障bco的购电价格是否达到购电价格的上限，若是，则跳转到步骤11，否则，干线故障bco改变购电价格，电力交易迭代次数x＝x 1，并跳转到步骤7。
37.步骤11：进行第x轮安全性校验。
38.步骤12：判断是否存在第三方cell调度员(third party cell operator，tpco)削减了过网功率，若是，则cso确定核准功率，电力交易迭代次数x＝x 1，并跳转到步骤7，否则，跳转到步骤13。
39.步骤13：判断是否存在co因为转运过网功率而导致缺供负荷量增加，若是，则cso确定核准功率，电力交易迭代次数x＝x 1，并跳转到步骤7，否则，跳转到步骤14。
40.步骤14：更新可靠性指标。
41.步骤15：判断仿真次数是否达到预先的设定值，若是，则仿真结束，否则，k＝k 1，并跳转到步骤2。
42.2、步骤8涉及到的交易功率模型，可以表示为如下：
43.首先介绍所需功率概念：
44.计划功率即为co根据自身源荷情况拟购入或出售的电能。
45.各co申报的交易功率可能需要借助第三方cell(third party cell，tpc)进行转运，通过tpc来传输的交易功率为过网功率。
46.而过网功率的传输，可能对tpc安全性产生一定威胁，tpco安全校核后，交易功率可能会被削减，削减后的功率记为核准功率。核准功率经cso认证后作为下一轮电力交易的基础，不允许调整。
47.由于co在申报交易功率时，跨cell电力交易功率在tpc的实际传输损耗不可知，本文依据预估损耗系数对这部分传输损耗进行预先估算。co的跨cell电力交易功率(p)，和cell端面传输功率(fp)间的数值关系，如式(1)所示：
[0048][0049]
式中，当co为bco时α为符号取
“‑”
，否则取“ ”；α是预估损耗在购售cell间的分配系数，当co与上级电网进行跨cell电力交易时，α＝1；n
tpc
是交易功率途径的tpc数量；βi是交易功率在tpci上传输的预估损耗系数。
[0050]
过网功率在tpci的流入端面处传输功率(wp

)、和流出端面处传输功率(wp-)的数值关系如式(2)所示：
[0051]
wp-＝wp

·
(1-βi)
ꢀꢀꢀ
(2)
[0052]
3、根据权利要求1所述的一种基于cell分布式管理模式的交直流混合配电网的日前经济调度方法，其特征在于，所述的步骤8中的co的电力交易价格模型，可以表示为如下形式：
[0053]
交易价格分为，初始价格，转运价格，合同价格。
[0054]
初始价格是指co和上级电网以及co间交易的初始报价。本文采用bco报价模式，co间的初始价格为bco购电价格，co和上级电网间的初始价格为上级电网购售电价格。bco的购电价格如式(3)所示：
[0055][0056]
式中，pr
bc
是bco的购电价格($/kw)；和是上级电网的购、售电价格($/kw)；sdr
bc
是bc的sdr。cell在t时刻的sdr如下式所示：
[0057][0058]
式中，n是cell内部节点的数目；是t时刻，cell内部节点i的res有功出力(kw)；是t时刻，cell内部节点i的有功负荷(kw)。
[0059]
若故障bco内部的故障为干线故障，第1轮电力交易结束后，故障bco内部的缺供负荷量不为0，则故障bco会在后期的电力交易过程中增大其购电价格，来保证cell内部的供电可靠性，从第2轮电力交易开始，第x轮电力交易时，干线故障bco的购电价格如下所示：
[0060][0061][0062]
式中，e是自然常数；是故障bco的最大购电价格。
[0063]
转运价格是tpco转运过网功率的价格。由于传输损耗，导致过网功率在tpc的流入、流出端面处数值不同，为方便核算co的功率转运费用，规定过网功率的数值为其在tpc的流入、流出端面处功率值的平均值。
[0064]
交易功率的合同价格，是co购售电能的最终交易价格，由初始价格和交易功率途径的tpc的转运价格组成。合同价格如式(5)所示：
[0065][0066]
式中，当co为sco时，γ前符号为
“‑”
，否则为“ ”；pr和pr0分别是电力交易的合同价格($/kw)和初始价格($/kw)；γ是功率转运费用在购售cell间的分配系数，当co同上级电网进行跨cell电力交易时，γ＝1；δi是tpcoi转运的过网功率与co的计划功率的数值之比；是tpcoi的转运价格($/kw)。
[0067]
4、所述的步骤8电力交易的模型，可以表示为如下形式：
[0068]
4.1 sco电力交易模型
[0069]
①
目标函数
[0070]
sco电力交易模型的目标函数包含三部分：sco对sc内部用户供电的收益sco支付给用户的需求响应费用sco售电收益具体如示(8)-(11)所示：
[0071]
[0072]
其中，
[0073][0074]
式中，ω
sc
是sc内部节点集合；是sc内部节点u的用户电价($/kw)；和是sc内部节点u的有功负荷(kw)和有功需求响应功率(kw)。
[0075][0076]
式中，和是sc内部节点u用户的需求响应费率，单位分别为$/kw2和$/kw。
[0077][0078]
式中，和分别是sco售、购电的交易集合；和是sco的售电交易m的合同价格($/kw)和计划功率(kw)；和是sco从上级电网购电交易n的合同价格($/kw)和计划功率(kw)。
[0079]
②
约束条件
[0080]
(1)cell潮流约束
[0081][0082][0083][0084][0085][0086][0087]
式中，和分别是以节点j为末端、首端节点的支路首端、末端节点集合；p
ij
、q
ij
和i
ij
分别是从节点i流向节点j的有功功率(mw)、无功功率(mvar)和电流(ka)；r
ij
和x
ij
分别是从节点i到节点j支路的电阻(ω)和电抗(ω)；pj和qj分别是节点j注入配电网的有功功率(kw)、无功功率(kvar)；p
jk
、q
jk
分别是从节点i流向节点k的有功功率(kw)、无功功率(kvar)；ui和uj分别是节点i和节点j的电压(kv)；和分别是节点j的有功负荷(kw)、无功负荷(kvar)；和分别是节点j的有功需求响应功率(kw)、无功需求响应功率(kvar)；和分别是节点j的res有功出力(kw)、无功出力(kvar)；和分别是节点j的弃用的res有功出力(kw)、无功出力(kvar)；和分别是节点j的vsc注入配电网的有功功率(kw)、无功功率(kvar)；和分别是节点j的上级电网注入配电
网的有功功率(kw)、无功功率(kvar)。
[0088]
(2)cell内部安全性约束
[0089]
cell内部节点电压约束和线路电流约束如下所示：
[0090]umin
≤ui≤u
max
ꢀꢀꢀ
(18)
[0091]
0≤i
ij
≤i
max
ꢀꢀꢀ
(19)
[0092]
式中，u
min
和u
max
分别是节点最小电压(kv)和节点最大电压(kv)；i
max
是线路允许流过的最大电流(ka)。
[0093]
(3)负荷功率约束
[0094]
当co采取激励型需求响应来减小cell内部节点负荷功率时，认为此过程不改变负荷的功率因数，具体如下所示：
[0095][0096][0097][0098]
(4)res功率约束
[0099]
当co弃用cell内部res出力时，认为此过程中res的功率因数保持不变，如下所示：
[0100][0101][0102][0103]
(5)端面传输功率约束
[0104]
由于vsc存在容量边界，为保证vsc的正常工作，其有功功率以及无功功率应服从如下容量约束：
[0105][0106]
式中，是节点j的vsc注入配电网的交流有功功率(kw)；s
vsc,j
是节点j的vsc的容量(kva)。
[0107]
对于vsc两端的有功功率，存在以下等式约束：
[0108][0109]
式中，是节点j的vsc注入配电网的直流有功功率(kw)；λ是节点j的vsc的损耗系数。
[0110]
与上级电网的传输功率约束不可超过限制，如下式所示：
[0111][0112]
式中，是上级电网在节点j处的最大注入功率。
[0113]
最后，在潮流等式约束中，和分别由流经该vsc或者上级电网的核准功率、新增计划功率、新增过网功率构成。
[0114]
(6)锥优化约束
[0115]
首先，节点电压的平方和支路电流的平方分别用ui和i
ij
进行变量替换，式(12)-(17)转化为式(28)-(31)：
[0116][0117][0118][0119]iij
·
ui＝(p
ij
)2 (q
ij
)2ꢀꢀꢀ
(32)
[0120]
然后，将潮流约束式(31)进行二阶锥约束松弛，得到下式：
[0121][0122]
最后，将vsc的运行约束(26)进行旋转锥约束，转化得到下式：
[0123][0124]
(7)交易功率约束
[0125]
电力交易第x次迭代时，sco向bco售电的计划功率不得超过第x-1次迭代时，bco从sco购电的计划功率如下式所示：
[0126][0127]
4.2 bco交易模型
[0128]
①
目标函数
[0129]
bco的目标函数包含三部分：bco对bc内部用户供电的收益bco支付给用户的激励型需求响应费用bco的购电成本具体如式(36)-(39)所示：
[0130][0131]
其中，
[0132][0133]
式中，ω
bc
是bc内部节点集合；是bc内部节点v的用户电价($/kw)；和是bc内部节点v的有功负荷(kw)和需求响应功率(kw)。
[0134][0135]
式中，和是bc内部节点v用户的需求响应费率，单位分别为$/kw2和$/kw。
[0136]
[0137]
式中，ωb是bco购电交易的集合；和是bco的购电交易i的合同价格($/kw)和计划功率(kw)。
[0138]
②
约束条件
[0139]
除式(12)-(34)所示约束外，在电力交易第x次迭代时，bco从sco购电的计划功率不得超过sco向bco售电的计划功率如下式所示：
[0140][0141]
所述的步骤3预交易和步骤7电力交易的流程图(2)所示，具体步骤如下：
[0142]
步骤1：设定电力交易的迭代次数(x)的初始值为1。
[0143]
步骤2：判断是否存在sc，若否，跳转到步骤3，否则跳转到步骤4。
[0144]
步骤3：cso设定电力交易第x迭代时，sco对bco售电的计划功率为0，并跳转到步骤7。
[0145]
步骤4：设定制定自身电力交易计划的sco的序号(a)为1。
[0146]
步骤5：cso告知scoa各bco的缺额功率，电力交易第x-1迭代时不同bco从scoa购电的计划功率，scoa的校准功率和合同价格，scoa制定自身的售电计划，并将相关信息上传至cso。
[0147]
步骤6：判断是否所有sco都制定电力交易计划，若是，跳转到步骤7，否则，a＝a 1，跳转到步骤5。
[0148]
步骤7：判断是否存在bc，若否，跳转到步骤8，否则跳转到步骤9。
[0149]
步骤8：cso设定电力交易第x迭代时，bco从sco购电的计划功率为0，并跳转到步骤12。
[0150]
步骤9：设定制定自身电力交易计划的bco的序号(b)为1。
[0151]
步骤10：cso告知bcob，电力交易第x迭代时各sco对bcob售电的计划功率，bcob的校准功率和合同价格，bcob制定自身的购电计划，并将相关信息上传至cso。
[0152]
步骤11：判断是否所有bco制定电力交易计划，若是，跳转到步骤12，否则，b＝b 1，跳转到步骤10。
[0153]
步骤12：判断co间电力交易双方的计划功率一致，若是，则结束，否则，x＝x 1，跳转到步骤2。
[0154]
5、所述的步骤11中的安全校验模型，可以表示为如下形式：
[0155]
①
目标函数
[0156]
tpco的目标函数包含四部分：tpco对tpc内部用户供电的收益tpco支付给用户的激励型需求响应费用tpco购售电成本或收益tpco转运过网功率的收益具体如式(41)-(45)所示：
[0157][0158]
其中，
[0159][0160]
式中，ω
tpc
是tpc内部节点集合；是tpc内部节点w的用户电价($/kw)；和
是tpc内部节点w的有功负荷(kw)和需求响应功率(kw)。
[0161][0162]
式中，和是tpc内部节点w用户的需求响应费率，单位分别为$/kw2和$/kw。
[0163][0164]
式中，bs
tpc
表示tpc的购售电性质，若tpc的sdr＞1，则为1，否则为-1；ω
tp
是tpco的电力交易集合；和分别是tpco的电力交易m的合同价格($/kw)和计划功率(kw)。
[0165][0166]
式中，是过网功率n的转运价格($/kw)。
[0167]
②
约束条件
[0168]
同式(12)-(34)所示约束。
[0169]
6、在步骤15，根据仿真结果，计算交直流配电网的可靠性指标计算方法，可以表示为如下形式：
[0170][0171][0172][0173]
式中，eens表示一年的停电功率的期望值，n表示计算分析中采用的抽样次数，f
eens
(xi)负荷总量，λi表示负荷点i的平均故障率，ni表示负荷点i处的用户总数，ki表示负荷点i的年平均停电时间。