一种配电网资源聚合方法、装置、设备及存储介质

1.本发明涉及电力用户需求响应建模技术领域，具体的是一种配电网资源聚合方法、装置、设备及存储介质。


背景技术：

2.分布在需求侧的小型可控负荷具有补充系统灵活性的潜能，包括温控负荷、电动汽车及分布式储能等，均可通过一定的控制方法参与调节系统平衡，统称为需求侧灵活性资源。然而，对数量众多的需求侧灵活性资源进行定量分析与协同控制十分困难，为了充分利用潜在的灵活性、降低调用难度及计算复杂度，必须将需求侧灵活性进行聚合并形成一种简明的、可供统一调用的形式。


技术实现要素：

3.为解决上述背景技术中提到的不足，本发明的目的在于提供一种配电网资源聚合方法、装置、设备及存储介质，本发明可以给电力调度人员针对配电网范围内海量柔性资源的需求响应调节能力进行精准建模，支撑分布式资源参与电网安全经济调节。
4.本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
5.一种配电网资源聚合方法，包括以下步骤：
6.步骤1、采集配电网的网架结构、节点安全约束、线路安全约束等数据信息；
7.步骤2、采集配电网内不同柔性资源的功率、爬坡、能量约束等数据信息；
8.步骤3、基于奇诺多面体基本理论，针对每个约束构造一组对应的生成器用于在解空间中生成对应约束的超平面，并对所有约束对应的生成器进行简化删减；
9.步骤4、基于最终得到的生成器集合刻画不同柔性资源聚合之后的安全可行域。
10.进一步地，所述步骤1中具体内容为：
11.(1)网架结构、节点安全约束、线路安全约束
12.配电网网络结构信息包括配电网的节点、拓扑信息，对于具有n个节点的配电网，可用n*n的邻接矩阵a表示，对于a中的元素aij的定义如下：
[0013][0014]
配电网节点安全约束指对于配电网中的任意节点i，其电压vi需要满足上下限约束，具体表示为：
[0015]
vi∈[v
min
,v
max
]
[0016]
其中，v
min
表示节点电压下限，v
max
表示节点电压上限。
[0017]
配电网线路安全约束指对于配电网中的任意支路k，其支路功率pi需要满足上下限约束，具体表示为：
[0018]
pi∈[p
min
,p
max
]
[0019]
其中，p
min
表示线路功率下限，p
max
表示线路功率上限。
[0020]
(2)电压负荷灵敏度矩阵
[0021]
电压负荷灵敏度矩阵包括有功电压负荷灵敏度矩阵和无功电压负荷灵敏度矩阵，代表了在某个节点的有功/无功功率注入给配电网各节点电压带来的影响。对于有功节点负荷灵敏度矩阵vlsm
p
来说，其中的元素p
ij
表示在节点i注入1单位有功功率后，节点j电压的变化。对于无功节点负荷灵敏度矩阵vlsmq来说，其中的元素q
ij
表示在节点i注入1单位无功功率后，节点j电压的变化。节点总电压变化由各节点有功功率、无功功率的变化共同导致，表示为：
[0022]
|δv|＝|vlsm
p
||δp| |vlsm
p
||δq|
[0023]
i.e.,
[0024][0025]
式中，δv(n)表示节点n的电压变化，δpn表示节点n的有功功率变化，δqn表示节点n的无功功率变化。
[0026]
(3)潮流负荷灵敏度矩阵
[0027]
潮流负荷灵敏度矩阵包括有功潮流负荷灵敏度矩阵和无功潮流负荷灵敏度矩阵，代表了在某个节点的有功/无功功率注入给配电网各线路潮流带来的影响。假设配电网有n个节点，m条支路，对于有功潮流负荷灵敏度矩阵plsm
p
来说，其中的元素p
mn
表示在节点n注入1单位有功功率后，线路m上有功功率的变化。对于无功节点负荷灵敏度矩阵plsmq来说，其中的元素q
mn
表示在节点n注入1单位无功功率后，线路m上无功潮流的变化，表示为：
[0028]
|δp|＝|plsm
p
||δp|
[0029]
|δq|＝|plsmq||δq|
[0030]
i.e.,
[0031][0032][0033]
式中，δp(n)表示线路n的有功潮流变化，δq(n)表示线路n的无功潮流变化，δpn表示节点n的有功功率变化，δqn表示节点n的无功功率变化。
[0034]
进一步地，所述步骤2中具体内容如下：
[0035]
配电网柔性资源的功率约束表示柔性资源的功率出力需要满足上下限约束，爬坡约束表示柔性资源在相邻两个时间间隔内的功率差值需要满足上下限约束，能量约束表示柔性资源在某个连续时间段内(包括多个时间间隔)的总出力需要满足上下限约束。
[0036]
进一步地，所述步骤3中具体内容包括：
[0037]
对于形如下式中的约束，xi表示第i个变量，λi表示第i个变量对应的参数，c为常数。
[0038][0039]
构造如下一组生成器，即可保证最终生成的奇诺多面体存在平行于该约束的超平面，具体形式如下：
[0040][0041]
式中，gi为第i个生成器。基于每个约束都构造一组生成器之后，删减同方向或反方向的生成器，具体表示为：若gi＝gj，则gi与gj同方向，若gi＝-gj，则gi与gj反方向。
[0042]
进一步地，所述步骤4中具体内容：
[0043]
对于在原不规则可行域p内获取最大内接奇诺多面体z的问题，可行域p满足约束
[0044]
ax≤b
[0045]
其中，a、b为系数矩阵，x为变量矩阵。任意构造s个法向量通过求解线性规划问题寻找在αs方向上可行域z、p的直径，根据其位置与长度关系定义相似度：
[0046][0047]
式中：分别为两可行域在αs方向上的直径。λs∈[0,1]，越接近1代表相似度越高。
[0048]
已知αs，寻找凸多面体切点及计算直径的线性规划问题可写作：
[0049][0050]
s.t.ax≤b
[0051]
式中，ε为一个足够大的常数。
[0052]
奇诺多面体切点及直径与αs的关系可写作：
[0053][0054]
式中，g为生成器组，β
max
为生成器的最大幅长。
[0055]
在求解2s个线性规划问题得到后，奇诺多面体近似问题可写为：
[0056][0057]
s.t.ac |ag|β
max
≤b
[0058]
式中，c为奇诺多面体中心点，ac |ag|β
max
≤b可以保证
[0059]
本发明的有益效果：
[0060]
本发明基于奇诺多面体基本理论，针对聚合问题中每个约束构造一组对应的生成器用于在解空间中生成对应约束的超平面，并对所有约束对应的生成器进行简化删减；基于最终得到的生成器集合刻画不同柔性资源聚合之后的安全可行域，最终实现海量分布式资源的有效聚合。
附图说明
[0061]
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
[0062]
图1为本发明的方法流程图；
[0063]
图2为5节点配电网示意图；
[0064]
图3为柔性资源安全聚合确定装置示意图；
[0065]
图4为柔性资源安全聚合设备结构示意图。
具体实施方式
[0066]
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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它实施例，都属于本发明保护的范围。
[0067]
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“开孔”、“上”、“下”、“厚度”、“顶”、“中”、“长度”、“内”、“四周”等指示方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的组件或元件必须具有特定的方位，以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
[0068]
一种配电网资源聚合方法、装置、设备及存储介质，如图所示，包括以下步骤：
[0069]
步骤1、采集配电网的网架结构、节点安全约束、线路安全约束等数据信息；
[0070]
步骤2、采集配电网内不同柔性资源的功率、爬坡、能量约束等数据信息；
[0071]
步骤3、基于奇诺多面体基本理论，针对每个约束构造一组对应的生成器用于在解空间中生成对应约束的超平面，并对所有约束对应的生成器进行简化删减；
[0072]
步骤4、基于最终得到的生成器集合刻画不同柔性资源聚合之后的安全可行域。
[0073]
步骤1中具体内容为：
[0074]
(1)网架结构、节点安全约束、线路安全约束
[0075]
配电网网络结构信息包括配电网的节点、拓扑信息，对于具有n个节点的配电网，可用n*n的邻接矩阵a表示，对于a中的元素aij的定义如下：
[0076][0077]
配电网节点安全约束指对于配电网中的任意节点i，其电压vi需要满足上下限约束，具体表示为：
[0078]
vi∈[v
min
,v
max
]
[0079]
其中，v
min
表示节点电压下限，v
max
表示节点电压上限。
[0080]
配电网线路安全约束指对于配电网中的任意支路k，其支路功率pi需要满足上下限约束，具体表示为：
[0081]
pi∈[p
min
,p
max
]
[0082]
其中，p
min
表示线路功率下限，p
max
表示线路功率上限。
[0083]
(2)电压负荷灵敏度矩阵
[0084]
电压负荷灵敏度矩阵包括有功电压负荷灵敏度矩阵和无功电压负荷灵敏度矩阵，代表了在某个节点的有功/无功功率注入给配电网各节点电压带来的影响。对于有功节点
负荷灵敏度矩阵vlsm
p
来说，其中的元素p
ij
表示在节点i注入1单位有功功率后，节点j电压的变化。对于无功节点负荷灵敏度矩阵vlsmq来说，其中的元素q
ij
表示在节点i注入1单位无功功率后，节点j电压的变化。节点总电压变化由各节点有功功率、无功功率的变化共同导致，表示为：
[0085]
|δv|＝|vlsm
p
||δp| |vlsm
p
||δq|
[0086]
i.e.,
[0087][0088]
式中，δv(n)表示节点n的电压变化，δpn表示节点n的有功功率变化，δqn表示节点n的无功功率变化。
[0089]
(3)潮流负荷灵敏度矩阵
[0090]
潮流负荷灵敏度矩阵包括有功潮流负荷灵敏度矩阵和无功潮流负荷灵敏度矩阵，代表了在某个节点的有功/无功功率注入给配电网各线路潮流带来的影响。假设配电网有n个节点，m条支路，对于有功潮流负荷灵敏度矩阵plsm
p
来说，其中的元素p
mn
表示在节点n注入1单位有功功率后，线路m上有功功率的变化。对于无功节点负荷灵敏度矩阵plsmq来说，其中的元素q
mn
表示在节点n注入1单位无功功率后，线路m上无功潮流的变化，表示为：
[0091]
|δp|＝|plsm
p
||δp|
[0092]
|δq|＝|plsmq||δq|
[0093]
i.e.,
[0094][0095][0096]
式中，δp(n)表示线路n的有功潮流变化，δq(n)表示线路n的无功潮流变化，δpn表示节点n的有功功率变化，δqn表示节点n的无功功率变化。
[0097]
步骤2中具体内容如下：
[0098]
配电网柔性资源的功率约束表示柔性资源的功率出力需要满足上下限约束，爬坡约束表示柔性资源在相邻两个时间间隔内的功率差值需要满足上下限约束，能量约束表示柔性资源在某个连续时间段内(包括多个时间间隔)的总出力需要满足上下限约束。
[0099]
4、根据权利要求1所述的一种配电网资源聚合方法，其特征在于，步骤3中具体内容：
[0100]
对于形如下式中的约束，xi表示第i个变量，λi表示第i个变量对应的参数，c为常数。
[0101][0102]
构造如下一组生成器，即可保证最终生成的奇诺多面体存在平行于该约束的超平
面，具体形式如下：
[0103][0104]
式中，gi为第i个生成器。基于每个约束都构造一组生成器之后，删减同方向或反方向的生成器，具体表示为：若gi＝gj，则gi与gj同方向，若gi＝-gj，则gi与gj反方向。
[0105]
步骤4中具体内容：
[0106]
对于在原不规则可行域p内获取最大内接奇诺多面体z的问题，可行域p满足约束
[0107]
ax≤b
[0108]
其中，a、b为系数矩阵，x为变量矩阵。任意构造s个法向量通过求解线性规划问题寻找在αs方向上可行域z、p的直径，根据其位置与长度关系定义相似度：
[0109][0110]
式中：分别为两可行域在αs方向上的直径。λs∈[0,1]，越接近1代表相似度越高。
[0111]
已知αs，寻找凸多面体切点及计算直径的线性规划问题可写作：
[0112][0113]
s.t.ax≤b
[0114]
式中，ε为一个足够大的常数。
[0115]
奇诺多面体切点及直径与αs的关系可写作：
[0116][0117]
式中，g为生成器组，β
max
为生成器的最大幅长。
[0118]
在求解2s个线性规划问题得到后，奇诺多面体近似问题可写为：
[0119][0120]
s.t.ac |ag|β
max
≤b
[0121]
式中，c为奇诺多面体中心点，ac |ag|β
max
≤b可以保证
[0122]
实施例1
[0123]
图2是根据ieee标准14节点网络拆出5节点拓扑，在此拓扑上进行实例分析。
[0124]
假设需求响应事件持续2个小时，聚合商在节点3、4的dr响应功率分别为与固定负荷在三个时段内保持不变。
[0125]
1.约束
[0126]
(1)功率约束
[0127][0128]
(2)能量约束
[0129][0130]
(3)爬坡约束
[0131][0132]
(4)线路潮流约束
[0133][0134][0135][0136]
其中线路1-2易发生潮流越限。
[0137][0138]
化简得到：
[0139]
(5)节点电压约束
[0140][0141][0142]
其中节点4易发生电压越限。
[0143][0144]
化简得到：
[0145][0146]
综合以上所有约束，构造得到的a矩阵、b矩阵及g矩阵为：
[0147]
[0148][0149]
取法向量:
[0150][0151]
得到奇诺多面体中心坐标为：[0.875,1.125,1.125,0.875]，各生成器的伸缩系数β为：[0.0,0.0,0.0,0.0,0.0,0.0,0.0,0.88388348,0.35355339,0.88388348,0.35355339,0.35355339,0.0,0.0]。
[0152]
实施例2
[0153]
图3是本发明实施例2提供的一种柔性资源安全聚合确定装置的示意图。本实施例可适用对目标柔性资源进行安全聚合的情况，该装置可采用软件和/或硬件的方式实现，该装置可以配置于终端设备中。该柔性资源安全聚合确定装置包括：配电网参数获取模块410和柔性资源参数获取模块420。
[0154]
其中，配电网参数获取模块410，用于采集配电网的网架结构、节点安全约束、线路安全约束等数据信息；柔性资源参数获取模块420，用于采集配电网内不同柔性资源的功率、爬坡、能量约束等数据信息。
[0155]
本实施例的技术方案，基于奇诺多面体基本理论，针对每个约束构造一组对应的生成器用于在解空间中生成对应约束的超平面，并对所有约束对应的生成器进行简化删减；基于最终得到的生成器集合刻画不同柔性资源聚合之后的安全可行域。可以给电力调度人员针对配电网范围内海量柔性资源的需求响应调节能力进行精准建模，支撑分布式资源参与电网安全经济调节。
[0156]
实施例3
[0157]
图4是本发明实施例3提供的一种设备的结构示意图，本发明实施例为本发明上述实施例的柔性资源安全聚合的实现提供服务，可配置上述实施例中的柔性资源安全聚合确定装置。图3示出了适于用来实现本发明实施方式的示例性设备12的框图。图3显示的设备12仅仅是一个示例，不应对本发明实施例的功能和使用范围带来任何限制。
[0158]
如图3所示，设备12以通用计算设备的形式表现。设备12的组件可以包括但不限于：一个或者多个处理器或者处理单元16，系统存储器28，连接不同系统组件(包括系统存
储器28和处理单元16)的总线18。
[0159]
总线18表示几类总线结构中的一种或多种，包括存储器总线或者存储器控制器，外围总线，图形加速端口，处理器或者使用多种总线结构中的任意总线结构的局域总线。举例来说，这些体系结构包括但不限于工业标准体系结构(isa)总线，微通道体系结构(mac)总线，增强型isa总线、视频电子标准协会(vesa)局域总线以及外围组件互连(pci)总线。
[0160]
设备12典型地包括多种计算机系统可读介质。这些介质可以是任何能够被设备12访问的可用介质，包括易失性和非易失性介质，可移动的和不可移动的介质。
[0161]
系统存储器28可以包括易失性存储器形式的计算机系统可读介质，例如随机存取存储器(ram)30和/或高速缓存存储器32。设备12可以进一步包括其它可移动/不可移动的、易失性/非易失性计算机系统存储介质。仅作为举例，存储系统34可以用于读写不可移动的、非易失性磁介质(图3未显示，通常称为“硬盘驱动器”)。尽管图3中未示出，可以提供用于对可移动非易失性磁盘(例如“软盘”)读写的磁盘驱动器，以及对可移动非易失性光盘(例如cd-rom,dvd-rom或者其它光介质)读写的光盘驱动器。在这些情况下，每个驱动器可以通过一个或者多个数据介质接口与总线18相连。存储器28可以包括至少一个程序产品，该程序产品具有一组(例如至少一个)程序模块，这些程序模块被配置以执行本发明各实施例的功能。
[0162]
具有一组(至少一个)程序模块42的程序/实用工具40，可以存储在例如存储器28中，这样的程序模块42包括但不限于操作系统、一个或者多个应用程序、其它程序模块以及程序数据，这些示例中的每一个或某种组合中可能包括网络环境的实现。程序模块42通常执行本发明所描述的实施例中的功能和/或方法。
[0163]
设备12也可以与一个或多个外部设备14(例如键盘、指向设备、显示器24等)通信，还可与一个或者多个使得用户能与该设备12交互的设备通信，和/或与使得该设备12能与一个或多个其它计算设备进行通信的任何设备(例如网卡，调制解调器等等)通信。这种通信可以通过输入/输出(i/o)接口22进行。并且，设备12还可以通过网络适配器20与一个或者多个网络(例如局域网(lan)，广域网(wan)和/或公共网络，例如因特网)通信。如图5所示，网络适配器20通过总线18与设备12的其它模块通信。应当明白，尽管图中未示出，可以结合设备12使用其它硬件和/或软件模块，包括但不限于：微代码、设备驱动器、冗余处理单元、外部磁盘驱动阵列、raid系统、磁带驱动器以及数据备份存储系统等。
[0164]
处理单元16通过运行存储在系统存储器28中的程序，从而执行各种功能应用以及数据处理，例如实现本发明实施例所提供的需求响应能力量化方法。
[0165]
通过上述设备，解决了配电网中海量柔性资源的安全聚合问题。
[0166]
实施例4
[0167]
本发明实施例4还提供了一种包含计算机可执行指令的存储介质，计算机可执行指令在由计算机处理器执行时用于执行一种基于奇诺多面体的配电网柔性资源安全聚合方法，该方法包括：
[0168]
获取配电网参数获取模块；
[0169]
将被测参数输入到预先训练完成的柔性资源安全聚合模型中，得到目前资源在配电网安全约束下的聚合可行域。
[0170]
本发明实施例的计算机存储介质，可以采用一个或多个计算机可读的介质的任意
组合。计算机可读介质可以是计算机可读信号介质或者计算机可读存储介质。计算机可读存储介质例如可以是但不限于电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的系统、装置或器件，或者任意以上的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子(非穷举的列表)包括：具有一个或多个导线的电连接、便携式计算机磁盘、硬盘、随机存取存储器(ram)、只读存储器(rom)、可擦式可编程只读存储器(eprom或闪存)、光纤、便携式紧凑磁盘只读存储器(cd-rom)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。在本文件中，计算机可读存储介质可以是任何包含或存储程序的有形介质，该程序可以被指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用。
[0171]
计算机可读的信号介质可以包括在基带中或者作为载波一部分传播的数据信号，其中承载了计算机可读的程序代码。这种传播的数据信号可以采用多种形式，包括但不限于电磁信号、光信号或上述的任意合适的组合。计算机可读的信号介质还可以是计算机可读存储介质以外的任何计算机可读介质，该计算机可读介质可以发送、传播或者传输用于由指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用的程序。
[0172]
计算机可读介质上包含的程序代码可以用任何适当的介质传输，包括但不限于无线、电线、光缆、rf等等，或者上述的任意合适的组合。
[0173]
可以以一种或多种程序设计语言或其组合来编写用于执行本发明操作的计算机程序代码，程序设计语言包括面向对象的程序设计语言，诸如java、smalltalk、c ，还包括常规的过程式程序设计语言，诸如“c”语言或类似的程序设计语言。程序代码可以完全地在用户计算机上执行、部分地在用户计算机上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算机上部分在远程计算机上执行、或者完全在远程计算机或服务器上执行。在涉及远程计算机的情形中，远程计算机可以通过任意种类的网络包括局域网(lan)或广域网(wan)，连接到用户计算机，或者，可以连接到外部计算机(例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接)。
[0174]
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
[0175]
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。