一种基于源荷匹配的低压配电网分布式控制方法与流程

1.本发明涉及配电网运行分析与控制领域，具体涉及一种基于源荷匹配的低压配电网分布式控制方法。


背景技术：

2.近年来，随着新型电力系统建设和“双碳”目标的不断推进，低压配电网中分布式光伏并网容量和并网数量快速增加，呈现点多、量大、面广的发展趋势，对配电网的安全运行带来了很大挑战：(1)低压配电网并网点电压波动较大。光伏出力具有反调峰特性，其与负荷的净出力呈现鸭子曲线形态，导致低压配电网节点电压过高或过低现象频发。(2)配电网网络损耗增加。高比例分布式光伏并网使得配电网反向重过载现象显著，导致配电网网络损耗明显增加。
3.解决上述问题从配电网规划和运行控制两个维度展开。规划方面，通过分析低压配电网当前或未来若干时间内分布式光伏的发展趋势，对台区进行升级改造，增加线路及变压器容量，缓解配电网电压越限和反向重过载问题，但此方法会显著增加投资成本；而运行控制方面，通过调控分布式光伏、储能与负荷协同，可有效降低压分布式光伏向中压配网的馈电量，缓解节点电压越限和反向重过载问题，该方法已成为研究的重点。当前分布式光伏调控方法主要有集中式控制和分布式控制两种，前者对分布式电源可观测可调控能力要求高，而后者则对未全面可观可测的中低压配电网中分散型资源进行调控。在申请专利号为cn201711272249.8的中国专利中就公开了含光伏的低压配电网分布式储能优化配置与运行方法，该专利中提到所提出优化模型能够对分布式储能的安装位置、额定功率、额定电量和各时段的充放电状态和功率同时进行优化决策；考虑了分布式储能的电压无功控制特性对低压配电网电压的支撑作用，同时也考虑了低压配电网中分布式储能的安装点数限制。
4.但上述的含光伏的低压配电网分布式储能优化配置与运行方法，仅考虑到了分布式储能的安装位置、额定功率、额定电量和各时段的充放电状态和功率，同时该方法要限制分布式储能的安装点数量，所以申请专利号为cn201711272249.8的中国专利中公开的技术方案无法解决低压配电网因分布式光伏点多、量大、面广接入导致的节点电压严重越限和网络损耗显著增大的问题。


技术实现要素：

5.本发明主要解决低压配电网因分布式光伏点多、量大、面广接入导致的节点电压严重越限和网络损耗显著增大的问题，提供了一种基于源荷匹配的低压配电网分布式控制方法，通过对低压配电网中的分布式光伏、负荷及储能进行匹配，提升分布式光伏的就地消纳能力，减少降低向电网返送潮流量，有效解决低压配电网因分布式光伏点多量大面广接入后导致的并网点电压越限严重和网络损耗增大的问题。提升现有配电网对分布式光伏的消纳能力，保障含高比例户用光伏的低压配电网安全可靠、经济高效的运行。
6.本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：一种基于源荷匹配的低压配电网分布式控制方法，包括以下步骤：
7.s1：获取中压配电网功率调度指令以及低压配电网各节点参数信息；
8.s2：建立低压配电网源荷匹配优化模型；
9.s3：对s2中的低压配电网源荷匹配优化模型求解；
10.s4：根据储能的出力能力计算低压台区可调控功率范围；
11.s5：进行低压配电网分布式控制；
12.s6：判定是否响应了中压配电网下发的功率调度指令，若是，则实现响应，并结束调控；若否，则进行步骤s1。
13.作为优选，步骤s2具体包括以下步骤：
14.s21:建立目标函数，低压配电网分布式控制目标为源荷匹配度指标最大，所以目标函数为：
[0015][0016]
其中，θ为源荷匹配度，δm为源荷之间的相关系数，δn为源荷之间的方差函数。
[0017]
s22:确定约束条件，低压分布式控制的约束条件为分布式储能约束。
[0018]
作为优选，步骤s21中，具体的源荷之间的相关系数和方差函数为：
[0019][0020][0021]
其中，表示每个低压配电网调控时间窗口的起始功率，表示调控时间窗口的末端功率；取l表示负荷，取pv表示光伏，取ess表示储能；p
η.αv
表示起始功率和末端功率的平均值，η取l表示负荷，取pv表示光伏，取ess表示储能；α1和α2为上述两参数的权重，且α1 α2＝1。
[0022]
作为优选，步骤s21中，具体的分布式储能约束：
[0023]
1)储能充放电状态约束：
[0024][0025]
其中，和分别表示储能单元k的放电或充电状态，由于储能在任意时刻不能同时处于充电且放电状态，因此二者之和小于等于1。
[0026]
2)储能单元功率约束：
[0027]-p
ess.dischmax
≤p
ess.k
≤p
ess.chmax
[0028]
其中，p
ess.k
表示储能单元k的瞬时功率，p
ess.dischmax
为储能单元的最大放电功率，p
ess.chmax
为储能单元的最大充电功率。
[0029]
3)储能单元能量约束：
[0030][0031]
其中，e
ess.t
为任意时刻储能单元储存的能量，e
ess.max
为储能最大能量，e
ess.min
为储
能最小能量。
[0032]
作为优选，步骤s4中的具体包括以下步骤：
[0033]
s41:首先，计算源荷匹配时，低压台区分布式光伏与户用负荷的总净出力,计算公式如下：
[0034]
p
lap
＝p
m-p
ess
[0035]
其中，p
lap
为低压台区分布式光伏与户用负荷的总净出力，pm为低压台区源荷储能的总出力，p
ess
为源荷匹配时低压台区分布式储能的总出力。
[0036]
s42:计算储能可出力范围，储能可出力范围由分布式储能的容量和soci决定，当储能充电时，
[0037][0038]
其中，p
ll.ess
为储能出力的下限，e
ess.i
为储能单元i的容量，soc
i.max
为该储能单元的soc上限，η
ch.i
为储能单元的充电效率，δt为调控时间间隔，p
ess.i
为该储能单元的额定功率。当当储能放电时，
[0039][0040]
其中，p
ul.ess
为储能出力的上限，e
ess.i
为储能单元i的容量，soc
i.min
为该储能单元的soc下限，η
disch.i
为储能单元的放电效率，δt为调控时间间隔，p
ess.i
为该储能单元的额定功率。s43:计算低压台区可调控功率范围，计算公式如下：
[0041][0042]
s44:根据计算公式，计算得到低压台区的可调控功率范围为[p
ll
，p
ul
]。
[0043]
作为优选，步骤s5中具体以储能作为低压配电网分布式控制对象。
[0044]
作为优选，步骤s6中判定是否响应了中压配电网下发的功率调度指令具体是比较功率调度指令p
ref
与响应功率p
res
之间的差值δpk是否小于设定值，若是，则实现响应，并结束调控；若否，则进行s1。
[0045]
作为优选，步骤s3中，对步骤s2中所构建的低压配电网源荷匹配优化模型，采用二阶锥规划方法进行求解。
[0046]
本发明的有益效果是：综合考虑低压配电网通信特点、可观可测能力以及分布式电源就地消纳因素，提出了一种基于源荷匹配的低压配电网分布式控制方法，(1)有效解决了低压配电网因分布式光伏点多、量大、面广接入导致的节点电压严重越限和网络损耗显著增大问题；(2)提升了现有配电网对分布式光伏的消纳能力；(3)保障了含高比例户用光伏的低压配电网安全可靠、经济高效的运行。
附图说明
[0047]
图1是本发明实施例的基于源荷匹配的低压配电网分布式控制方法流程图。
具体实施方式
[0048]
过程如附图1所示。考虑低压配电网通信特点、可观可测能力以及分布式电源就地消纳等因素，对低压配电网进行分布式控制，在响应中压配电网功率指令的同时，实现低压配电台区源荷匹配。
[0049]
具体实施例：一种基于源荷匹配的低压配电网分布式控制方法，如图1所示，包括：
[0050]
s1：获取中压配电网功率调度指令以及低压配电网各节点参数信息；具体为：获取中压配电网功率调度指令p
ref
、低压配电网各个用户光伏出力、负荷曲线以及低压台区内分布式储能的状态等信息。
[0051]
s2：建立低压配电网源荷匹配优化模型；具体为：s21:建立目标函数，低压配电网分布式控制目标为源荷匹配度指标最大，所以目标函数为：
[0052][0053]
其中，θ为源荷匹配度，δm为源荷之间的相关系数，δn为源荷之间的方差。
[0054]
具体的源荷之间的相关系数和方差函数：
[0055][0056][0057]
其中，表示每个低压配电网调控时间窗口的起始功率，表示调控时间窗口的末端功率；取l表示负荷，取pv表示光伏，取ess表示储能；p
η.αv
表示起始功率和末端功率的平均值，η取l表示负荷，取pv表示光伏，取ess表示储能；α1和α2为上述两参数的权重，且α1 α2＝1。s22:确定约束条件，低压分布式控制的约束条件为分布式储能约束。具体的分布式储能约束：1)储能充放电状态约束：
[0058][0059]
其中，和分别表示储能单元k的放电或充电状态，由于储能在任意时刻不能同时处于充电且放电状态，因此二者之和小于等于1。
[0060]
2)储能单元功率约束：
[0061]-p
ess.dischmax
≤p
ess.k
≤p
ess.chmax
[0062]
其中，p
ess.k
表示储能单元k的瞬时功率，p
ess.dischmax
为储能单元的最大放电功率，p
ess.chmax
为储能单元的最大充电功率。
[0063]
3)储能单元能量约束：
[0064][0065]
其中，e
ess.t
为任意时刻储能单元储存的能量，e
ess.max
为储能最大能量，e
ess.min
为储能最小能量。
[0066]
s3：对s2中的低压配电网源荷匹配优化模型求解；具体为：针对所构建的低压配电网源荷匹配优化模型，采用二阶锥规划方法进行求解，其表达式为：
[0067]
‖ax b‖2≤c
t
x d
[0068]
s4：根据储能的出力能力计算低压台区可调控功率范围；具体为：s41:首先，计算
源荷匹配时，低压台区分布式光伏与户用负荷的总净出力,计算公式如下：
[0069]
p
lap
＝p
m-p
ess
[0070]
其中，p
lap
为低压台区分布式光伏与户用负荷的总净出力，pm为低压台区源荷储能的总出力，p
ess
为源荷匹配时低压台区分布式储能的总出力。
[0071]
s42:计算储能可出力范围，储能可出力范围由分布式储能的容量和soci决定，当储能充电时，
[0072][0073]
其中，p
ll.ess
为储能出力的下限，e
ess.i
为储能单元i的容量，soc
i.max
为该储能单元的soc上限，η
ch.i
为储能单元的充电效率，δt为调控时间间隔，p
ess.i
为该储能单元的额定功率。当当储能放电时，
[0074][0075]
其中，p
ul.ess
为储能出力的上限，e
ess.i
为储能单元i的容量，soc
i.min
为该储能单元的soc下限，η
disch.i
为储能单元的放电效率，δt为调控时间间隔，p
ess.i
为该储能单元的额定功率。s43:计算低压台区可调控功率范围，计算公式如下：
[0076][0077]
s44:根据计算公式，计算得到低压台区的可调控功率范围为[p
ll
，p
ul
]。
[0078]
s5：进行低压配电网分布式控制；具体为：由于低压配电网户用光伏和负荷尚不具备可控性，因此低压配电网分布式控制对象为储能。
[0079]
设某时刻功率调度指令p
ref
与响应功率p
res
之间的差值为
△
pk，取分布式储能的soc变化量为一致性变量，则低压配电网在调控时间间隔t内，实现对功率指令的响应。有：
[0080]
δsock＝λkδpk[0081]
其中，k为低压配电网的控制迭代次数，λk为转化系数。
[0082]
任意节点的储能控制迭代过程可表示为：δsock＝∑w
ij
δsoc
k-1
[0083]
其中，w
ij
为与该节点有通信连接的节点权重。
[0084]
基于式δsock＝λkδpk和式δsock＝∑w
ij
δsoc
k-1
可实现对储能的分布式控制。
[0085]
s6：判定是否响应了中压配电网下发的功率调度指令；具体为：比较功率调度指令p
ref
与响应功率p
res
之间的差值
△
pk是否小于设定值，若是，则实现响应，并结束本周期调控；若否，则进行s1。
[0086]
以上的实施例只是本发明的一种较佳的方案，并非对本发明作任何形式上的限制，在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。