一种考虑源荷储协调优化的系统风电可接纳能力计算方法

1.本发明涉及电力系统灵活性评估技术领域，特别是涉及一种考虑源荷储协调优化的系统风电可接纳能力计算方法。


背景技术：

[0002]“30
·
60”双碳目标背景下，为实现电力系统的清洁高效转型，具有随机性、波动性和分散性特点的新能源将规模化接入电网，可再生能源将成为我国的电力供应的重要支柱，未来电网将呈现显著的“双侧随机性”。随着新理论、新技术、新材料的快速发展，电源、电网和负荷均具备了柔性特征，源网荷之间构成形式、响应范围和交互模式较目前电网也将更趋复杂。储能系统能够实现能量的时空迁移，具有快速充放电能力，能够动态吸收能量并适时释放，被认为是提高可再生能源接入规模的有效手段。
[0003]
电力系统经济优化调度的含义是通过给不同机组分配出力额度，达到用电需求和功率供给平衡的状态，并在分配的过程中，在综合考虑安全可靠供电的基础上，达到经济性的要求。源网荷储优化调度计算多采用日前优化计算，在配置储能时仅考虑日前经济调度的经济性，忽略了日内范围内负荷、风光功率的波动性和不确定性，从而使配置的储能参与日前经济调度后的调度策略，无法充分应对日内实时调度的风电波动等不确定性。


技术实现要素：

[0004]
有鉴于此，本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种考虑源荷储协调优化的系统风电可接纳能力计算方法，解决电网在实时调度阶段可应对可再生能源波动的灵活性评估问题。
[0005]
为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：
[0006]
一种考虑源荷储协调优化的系统风电可接纳能力计算方法，包括以下步骤：
[0007]
s1：采集系统可再生能源与负荷历史数据，对调度日的可再生能源出力与负荷进行预测，得到预测出力-负荷曲线；
[0008]
s2：考虑源荷储协调互动，以系统运行成本最小为目标，确定系统的日前调度策略；
[0009]
s3：基于系统已确定的日前调度策略与鲁棒经济调度模型，通过自适应约束生成算法计算风电可调度域；
[0010]
s4：构建储能充放电调节、柔性负荷增减负荷调节与可接纳风电波动范围三维变量的所有可行状态点集合构成的三维域区间；
[0011]
s5：通过三维域区间的可视化，分析储能配置方案与系统可接纳风电能力的关系。
[0012]
进一步地，在步骤s1中，所述预测出力-负荷曲线具体指风力发电与负荷有功出力，通过聚类算法分析历史数据，得到典型场景的出力-负荷曲线。
[0013]
进一步地，步骤s2中，以系统运行成本最小为目标，确定系统的日前调度策略的步骤如下：
[0014]
1)在典型风电出力场景下，系统运行成本最小的目标函数包括常规机组出力成本、风电机组弃风成本、储能调用成本与可控负荷调用成本，具体计算方法如下：
[0015][0016]
式中，t为调度周期的总时间；ng、nw、n
es
、n
cl
分别为系统中的常规机组、风电机组的数量、储能与负荷的数量；c2、c1、c0为常规机组成本系数；cw、c
es
、c
cl
分别为单位弃风成本、储能的效率损失成本与柔性负荷调节成本系数；为储能设备k在时刻t的放电与充电功率；p
i,t
为常规机组i在时刻t的发电功率；w
j,t
、w
j,t
分别为风电机组j在时刻t的预测出力与实际上网出力；柔性负荷q在时刻t的响应功率，设柔性负荷为正时代表减负荷量，为负时表示增负荷。
[0017]
2)构建系统运行约束(包括功率平衡约束、线路潮流容量约束)、常规机组运行约束(包括机组爬坡约束、机组出力约束)、风电约束、储能系统运行约束(包括储能充放电状态约束、荷电状态约束与调度周期始末蓄电量不变约束)与柔性负荷运行约束(包括柔性负荷功率约束与持续响应限制)。
[0018]
a)功率平衡约束
[0019][0020]
式中，为负荷q在时刻t的实际出力。
[0021]
b)线路潮流容量约束
[0022][0023]
式中：π
il
、π
jl
、π
kl
、π
ql
分别表示常规机组i、风机j、储能设备k与柔性负荷q对线路l的潮流分布因子；f
l
为线路l允许的最大传输功率。
[0024]
c)机组运行约束
[0025]
p
il
≤p
i,t
≤p
iu
[0026]-p
iramp
≤p
i,t-p
i,t-1
≤p
iramp
[0027]
式中：p
il
、p
iu
、p
iramp
分别为机组i的最小出力限值、最大出力限值与机组爬坡速率。
[0028]
d)风电约束
[0029]
0≤w
j,t
≤w
j,t
[0030]
e)储能系统运行约束
[0031]ck,t
d
k,t
≤1
[0032][0033][0034]
[0035][0036][0037]
式中：c
k,t
和d
k,t
分别为储能设备k在t时刻的充、放电状态，取1时分别表示处于充或放电状态，0表示未处于充或放电状态；e
k,t
、e
k,ini
分别为储能设备k在t时刻的蓄电量与一天中的初始蓄电量；γc和γd分别为储能系统的充、放电效率；pk与分别为储能设备k的额定功率与额定容量。
[0038]
f)柔性负荷运行约束
[0039][0040][0041]
式中：为柔性负荷q的响应功率上限，δt表示响应持续时间。
[0042]
进一步地，步骤s3中，通过自适应约束生成算法计算风电可调度域具体步骤如下：
[0043]
1)建立与日前调度周期模型相关的加入松弛变量的再调度模型，具体表达式如下：
[0044][0045]
式中：s

和s-分别对应为y中p

、p-的松弛变量，问题(26)的约束为加入了松弛变量的常规机组出力相关约束、柔性负荷运行约束与储能运行约束，对应系数矩阵为a1、b1、d1、b1以及无松弛变量的约束，对应系数矩阵为a2、b2、d2、b2；1
t
为元素均为1的向量，i为单位矩阵，矩阵维度与a1相同。
[0046]
2)基于对偶理论对问题进行求解得到转化后的混合整数线性规划模型，表达式如下：
[0047][0048]
式中：ξ为线性规划问题的对偶变量；n
st
为r
act
中矩阵的维数；m为足够大的正数；h与h为r
act
中的系数矩阵。
[0049]
3)对问题进行迭代求解，通过生成使目标函数r(x)为正时的约束条件，将对应的解从集合r
act
分离，直至目标函数值为0，得到最终集合r
act
即为所求。
[0050]
进一步地，步骤s4中，构建储能充放电调节、柔性负荷增减负荷调节与可接纳风电
波动范围三维变量的所有可行状态点集合构成的三维域区间，具体方法指将集合r
act
内不等式组建立三维变量间的不等式关系，并通过计算分析得到三者的曲面图，实现三维域的可视化；
[0051]
进一步地，步骤s5中，分析储能配置方案与系统可接纳风电能力的关系具体步骤如下：
[0052]
1)选取一系列储能不同储能布点与容量方案以及不同储荷容量配比，求解并构建储能充放电调节、柔性负荷增减负荷调节与可接纳风电波动范围三维变量的所有可行状态点集合构成的三维域区间；
[0053]
2)根据上述结果，分析储能配置方案与系统可接纳风电能力的关系，根据实际需求选取适应目标地区的储能配置方案，得到对应系统可接纳的风电能力。
附图说明
[0054]
图1本发明的整体流程示意图。
具体实施方式
[0055]
本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。
[0056]
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0057]
如图所示，本发明提供一种考虑源荷储协调优化的风电可调度域计算方法，包括以下步骤：
[0058]
s1：采集系统可再生能源与负荷历史数据，对调度日的可再生能源出力与负荷进行预测，得到预测出力-负荷曲线，步骤如下：
[0059]
所述预测出力-负荷曲线具体指风力发电与负荷有功出力，通过聚类算法分析历史数据，得到典型场景的出力-负荷曲线。
[0060]
s2：考虑源荷储协调互动，以系统运行成本最小为目标，确定系统的日前调度策略，步骤如下：
[0061]
1)在典型风电出力场景下，系统运行成本最小的目标函数包括常规机组出力成本、风电机组弃风成本、储能调用成本与可控负荷调用成本，具体计算方法如下：
[0062][0063]
式中，t为调度周期的总时间；ng、nw、n
es
、n
cl
分别为系统中的常规机组、风电机组的数量、储能与负荷的数量；c2、c1、c0为常规机组成本系数；cw、c
es
、c
cl
分别为单位弃风成本、储能的效率损失成本与柔性负荷调节成本系数；为储能设备k在时刻t的放电与充
电功率；p
i,t
为常规机组i在时刻t的发电功率；w
j,t
、w
j,t
分别为风电机组j在时刻t的预测出力与实际上网出力；柔性负荷q在时刻t的响应功率，设柔性负荷为正时代表减负荷量，为负时表示增负荷。
[0064]
2)构建系统运行约束(包括功率平衡约束、线路潮流容量约束)、常规机组运行约束(包括机组爬坡约束、机组出力约束)、风电约束、储能系统运行约束(包括储能充放电状态约束、荷电状态约束与调度周期始末蓄电量不变约束)与柔性负荷运行约束(包括柔性负荷功率约束与持续响应限制)。
[0065]
a)功率平衡约束
[0066][0067]
式中，为负荷q在时刻t的实际出力。
[0068]
b)线路潮流容量约束
[0069][0070]
式中：π
il
、π
jl
、π
kl
、π
ql
分别表示常规机组i、风机j、储能设备k与柔性负荷q对线路l的潮流分布因子；f
l
为线路l允许的最大传输功率。
[0071]
c)机组运行约束
[0072]
p
il
≤p
i,t
≤p
iu
[0073]-p
iramp
≤p
i,t-p
i,t-1
≤p
iramp
[0074]
式中：p
il
、p
iu
、p
iramp
分别为机组i的最小出力限值、最大出力限值与机组爬坡速率。
[0075]
d)风电约束
[0076]
0≤w
j,t
≤w
j,t
[0077]
e)储能系统运行约束
[0078]ck,t
d
k,t
≤1
[0079][0080][0081][0082][0083][0084]
式中：c
k,t
和d
k,t
分别为储能设备k在t时刻的充、放电状态，取1时分别表示处于充或放电状态，0表示未处于充或放电状态；e
k,t
、e
k,ini
分别为储能设备k在t时刻的蓄电量与一天中的初始蓄电量；γc和γd分别为储能系统的充、放电效率；pk与分别为储能设备k的额定功率与额定容量。
[0085]
f)柔性负荷运行约束
[0086][0087][0088]
式中：为柔性负荷q的响应功率上限，δt表示响应持续时间。
[0089]
s3：基于系统已确定的日前调度策略与鲁棒经济调度模型，通过自适应约束生成算法计算风电可调度域，步骤如下：
[0090]
1)建立与日前调度周期模型相关的加入松弛变量的再调度模型，具体表达式如下：
[0091][0092]
式中：s

和s-分别对应为y中p

、p-的松弛变量，问题(26)的约束为加入了松弛变量的常规机组出力相关约束、柔性负荷运行约束与储能运行约束，对应系数矩阵为a1、b1、d1、b1以及无松弛变量的约束，对应系数矩阵为a2、b2、d2、b2；1
t
为元素均为1的向量，i为单位矩阵，矩阵维度与a1相同。
[0093]
2)基于对偶理论对问题进行求解得到转化后的混合整数线性规划模型，表达式如下：
[0094][0095]
式中：ξ为线性规划问题的对偶变量；n
st
为r
act
中矩阵的维数；m为足够大的正数；h与h为r
act
中的系数矩阵。
[0096]
3)对问题进行迭代求解，通过生成使目标函数r(x)为正时的约束条件，将对应的解从集合r
act
分离，直至目标函数值为0，得到最终集合r
act
即为所求。
[0097]
s4：构建储能充放电调节、柔性负荷增减负荷调节与可接纳风电波动范围三维变量的所有可行状态点集合构成的三维域区间，步骤如下：
[0098]
将集合r
act
内不等式组建立三维变量间的不等式关系，通过计算分析得到三者的曲面图，实现三维域的可视化
[0099]
s5：通过三维域区间的可视化，分析储能配置方案与系统可接纳风电能力的关系，步骤如下：
[0100]
1)选取一系列储能不同储能布点与容量方案以及不同储荷容量配比，求解并构建储能充放电调节、柔性负荷增减负荷调节与可接纳风电波动范围三维变量的所有可行状态
点集合构成的三维域区间；
[0101]
2)根据上述结果，分析储能配置方案与系统可接纳风电能力的关系，根据实际需求选取适应目标地区的储能配置方案，得到对应系统可接纳的风电能力。