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CN109524973A - 一种基于负荷调节裕度指标的负荷主动管理方法及装置 - Google Patents

一种基于负荷调节裕度指标的负荷主动管理方法及装置 Download PDF

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CN109524973A
CN109524973A CN201811504480.XA CN201811504480A CN109524973A CN 109524973 A CN109524973 A CN 109524973A CN 201811504480 A CN201811504480 A CN 201811504480A CN 109524973 A CN109524973 A CN 109524973A
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CN201811504480.XA
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刘�东
陈飞
黄晓明
楼伯良
黄弘扬
徐玮韡
马骏超
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Electric Power Research Institute of State Grid Zhejiang Electric Power Co Ltd
Shanghai Jiao Tong University
Original Assignee
Electric Power Research Institute of State Grid Zhejiang Electric Power Co Ltd
Shanghai Jiao Tong University
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Publication date
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for AC mains or AC distribution networks
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
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    • H02J2203/00—Indexing scheme relating to details of circuit arrangements for AC mains or AC distribution networks
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  • Power Engineering (AREA)
  • Supply And Distribution Of Alternating Current (AREA)
  • Remote Monitoring And Control Of Power-Distribution Networks (AREA)

Abstract

本发明公开了一种基于负荷调节裕度指标的负荷主动管理方法及装置，根据计算的主动配电网区域功率目标值和获取的主动配电网区域功率测量值，计算主动配电网区域功率控制误差；同时，根据当前热力学可控负荷的工作状态，计算主动配电网区域负荷调节裕度指标；结合区域功率控制误差和区域负荷调节裕度指标确定区域功率调整值，并进一步调整各热力学可控负荷的开闭状态，以使主动配电网区域内实际运行状态趋近于主动配电网区域功率目标值。本发明可以平抑主动配电网中间歇式能源引起的电网功率波动，实现主动配电网的稳定运行。

Description

一种基于负荷调节裕度指标的负荷主动管理方法及装置
技术领域
本发明涉及智能电网负荷控制技术领域，特别涉及一种基于负荷调节裕度指标的负荷主动管理方法及装置。
背景技术
主动配电网作为高分布式电源渗透率、高控制要求的主动配电网发展趋势，其通过灵活多变的网架结构和对多种类型分布式电源、热力学可控负荷、配电系统柔性交流输电设备的协调控制，实现大规模间歇式可再生能源并网，优化一次能源结构。
然而，间歇式可再生能源的产生的能源是不连续的，相应会带来功率波动的问题，进而限制了分布式电源在主动配电网中渗透率的提高。
目前，可以通过储能系统(energy storage system，ESS)抑制间歇式可再生能源带来的功率波动问题，提高间歇式可再生能源的电网兼容性，但是，储能系统高昂的建设成本严重制约了其在主动配电网中的大规模推广应用。相对的，需求侧响应具有调度方式灵活、参与系统调峰的特点，为主动配电网提供了一种潜在高效的可调资源，以抑制电网功率波动。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于负荷调节裕度指标的负荷主动管理方法及装置，以解决主动配电网中间歇式能源引起的电网功率波动的技术问题。
为了解决上述问题，本发明提供了一种基于负荷调节裕度指标的负荷主动管理方法，主动配电网包括不可控负荷、热力学可控负荷、分布式电源，利用热力学可控负荷的储能特性平抑主动配电网中间歇式能源引起的电网功率波动，具体包括步骤：
S1：计算主动配电网区域功率目标值；
S2：获取主动配电网区域功率测量值；
S3：根据所述区域功率目标值和区域功率测量值，计算主动配电网区域功率控制误差；
S4：根据当前热力学可控负荷的工作状态，计算主动配电网区域负荷调节裕度指标；
S5：根据所述区域功率控制误差和区域负荷调节裕度指标确定区域功率调整值；
S6：基于所述区域功率调整值，调整各热力学可控负荷的开闭状态，以使主动配电网区域内实际运行状态趋近于主动配电网区域功率目标值，以实现平抑主动配电网中间歇式能源引起的电网功率波动。
较佳地，在所述步骤S1中，所述主动配电网区域功率目标值的计算公式为：
其中，PTar表示所述区域功率目标值，表示第i个不可控负荷的功率值，表示第j个分布式电源的预测出力值，表示第k个热力学可控负荷的基于温度设定值的平均功率，M表示主动配电网区域内不可控负荷的个数，N表示主动配电网区域内分布式电源的个数，L表示主动配电网区域内内热力学可控负荷的个数。
较佳地，所述热力学可控负荷平均功率模型的计算公式为：
其中，表示主动配电网区域内的第k个热力学可控负荷的所述基于温度设定值的平均功率，表示主动配电网区域内的第k个热力学可控负荷的温度设定值，Tout表示室外温度值，Rk表示主动配电网区域内的第k个热力学可控负荷的等值热电阻。
较佳地，所述热力学可控负荷的温度设定值为固定温度设定值或优化温度设定值。
较佳地，在所述步骤S3中，所述区域功率控制误差的计算公式为：
ΔPerr＝Pmea-Ptar，
其中，ΔPerr表示所述区域功率控制误差，Pmea表示所述区域功率测量值，PTar表示所述区域功率目标值。
较佳地，在所述步骤S4中，所述区域负荷调节裕度指标基于热力学可控负荷等值热力学参数模型定量描述某时刻的同区域内所有热力学可控负荷当前最大功率调节范围，表达式为：
IdexRLRM＝[-Pnegative,Ppositive]，
其中，IdexRLRM表示所述区域负荷调节裕度指标，Pnegative表示区域最大可降低功率值，Ppositive为区域最大可增加功率值。
较佳地，Pnegative和Ppositive的计算公式如下：
其中，表示主动配电网区域内所有处于关闭状态的热力学可控负荷的额定功率之和，表示主动配电网区域内所有处于开启状态的热力学可控负荷的额定功率之和，表示第i个热力学可控负荷的额定功率，表示第j个热力学可控负荷的额定功率，si＝0表示热力学可控负荷处于关闭状态，sj＝1表示热力学可控负荷处于开启状态。
较佳地，在所述步骤S5中，所述区域功率调整值基于所述控制误差及所述负荷调节裕度指标获得，计算公式为：
其中，Padj表示所述区域功率调整值，ΔPerr表示所述区域功率控制误差，Pnegative表示所述区域最大可降低功率值，Ppositive表示所述区域最大可增加功率值。
较佳地，在所述步骤S6中，如果所述区域功率调整值小于0，则开启主动配电网区域内的若干处于关闭状态的热力学可控负荷；如果所述区域功率调整值大于0，则关闭主动配电网区域内的若干处于开启状态的热力学可控负荷。
较佳地，开启或者关闭热力学可控负荷的具体数量由所述区域功率调整值和所有待调整的热力学可控负荷的额定功率决定。
本发明还提供了一种基于负荷调节裕度指标的负荷主动管理装置，主动配电网包括不可控负荷、热力学可控负荷、分布式电源，所述负荷主动管理装置利用热力学可控负荷的储能特性平抑主动配电网中间歇式能源引起的电网功率波动，所述负荷主动管理装置包括全局运行决策管理模块和负荷控制模块，所述全局运行决策管理模块和负荷控制模块进行数据交互；所述全局运行决策管理模块通过主动配电网一个运行周期内负荷预测信息、分布式发电预测信息及负荷侧用户的温度设定值，并根据温度设定值结合当前分布式电源出力及不可控负荷功率值计算主动配电网区域功率目标值；所述负荷控制模块根据从所述全局运行决策管理模块获取的区域功率目标值和从主动配电网获取的区域功率测量值，计算区域功率控制误差；并根据主动配电网区域内的当前所有热力学可控负荷的工作状态，计算区域负荷调节裕度指标；最后，根据所述区域功率控制误差和区域负荷调节裕度指标确定区域功率调整值，并基于所述区域功率调整值调整各若干热力学可控负荷的开闭状态，以使主动配电网区域内实际运行状态趋近于主动配电网区域功率目标值，以实现平抑主动配电网中间歇式能源引起的电网功率波动。
与现有技术相比，本发明存在以下技术效果：
1、本发明利用热力学可控负荷热惯性大于电惯性的特性，根据主动配电网负荷情况调整热力学可控负荷的工作状态，平抑主动配电网中间歇式能源引起的电网功率波动，进而提高主动配电网对分布式电源的接纳能力。
2、本发明通过调整热力学可控负荷的工作状态实现主动配电网的功率波动平抑，相对于常规的利用储能设备的优化方法，减少了储能设备的建设投资，在进行二次扩建时，也只需要增加与相应的通信、控制链路即可，极大降低了成本。
当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。附图中：
图1为本发明实施例基于负荷调节裕度指标的负荷主动管理方法流程图；
图2为本发明实施例基于负荷调节裕度指标的负荷主动管理装置信息流示意图。
具体实施方式
以下将结合附图对本发明提供的一种基于负荷调节裕度指标的负荷主动管理方法及装置进行详细的描述，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例，本领域技术人员在不改变本发明精神和内容的范围内，能够对其进行修改和润色。
在电网中，负荷可分为可控负荷和不可控负荷，也称为柔性负荷和刚性负荷。在可控负荷中，热力学可控负荷由于其热惯性大于电惯性，对其进行控制时产生的影响较小，为适于参与控制的一种负荷形式。
本发明实施例针对主动配电网的电网一次系统进行负荷主动管理，电网一次系统中包括若干不可控负荷、若干热力学可控负荷、若干分布式电源和配电开关监控终端，其中，配电开关监控终端可测量电网一次系统的功率，分布式电源包括间歇式能源。根据对电网一次系统的未来一个周期内的预测负荷情况，通过调整热力学可控负荷的工作状态，平抑电网一次系统中间歇式能源引起的电网功率波动，进而提高主动配电网对分布式电源的接纳能力。
实施例一
请参考图1，本发明实施例提供了主动配电网包括不可控负荷、热力学可控负荷、分布式电源，利用热力学可控负荷的储能特性平抑主动配电网中间歇式能源引起的电网功率波动，具体包括步骤：
S1：计算主动配电网区域功率目标值；
S2：获取主动配电网区域功率测量值；
S3：根据所述区域功率目标值和区域功率测量值，计算主动配电网区域功率控制误差；
S4：根据当前热力学可控负荷的工作状态，计算主动配电网区域负荷调节裕度指标；
S5：根据所述区域功率控制误差和区域负荷调节裕度指标确定区域功率调整值；
S6：基于所述区域功率调整值，调整各热力学可控负荷的开闭状态，以使主动配电网区域内实际运行状态趋近于主动配电网区域功率目标值，以实现平抑主动配电网中间歇式能源引起的电网功率波动。
其中，在所述步骤S2中，所述区域功率测量值通过配电开关监控终端测量。在电网一次系统的入口处设置配电开关监控终端，配电开关监控终端可测量获取区域功率测量值。
作为一种实施例，在所述步骤S1中，所述主动配电网区域功率目标值的计算公式为：
其中，PTar表示所述区域功率目标值，表示第i个不可控负荷的功率值，表示第j个分布式电源的预测出力值，表示第k个热力学可控负荷的基于温度设定值的平均功率，M表示主动配电网区域内不可控负荷的个数，N表示主动配电网区域内分布式电源的个数，L表示主动配电网区域内内热力学可控负荷的个数；这里，分布式电源包括间歇式能源。
作为一种实施例，所述热力学可控负荷平均功率模型的计算公式为：
其中，表示主动配电网区域内的第k个热力学可控负荷的所述基于温度设定值的平均功率，表示主动配电网区域内的第k个热力学可控负荷的温度设定值，Tout表示室外温度值，Rk表示主动配电网区域内的第k个热力学可控负荷的等值热电阻。
作为一种实施例，所述热力学可控负荷的温度设定值为固定温度设定值或优化温度设定值。
具体的，所述热力学可控负荷的温度设定值可以直接采用热力学可控负荷固定设定的温度设定值；也可以采用优化温度设定值，该优化温度设定值根据未来一个运行周期内的负荷预测信息、分布式电源发电预测信息及热力学可控负荷固定设定的温度设定值，基于贪婪算法计算获得；优化温度设定值综合考虑了用户舒适度，可实现主动配电网优化运行。
作为一种实施例，在所述步骤S3中，所述区域功率控制误差的计算公式为：ΔPerr＝Pmea-Ptar，其中，ΔPerr表示所述区域功率控制误差，Pmea表示所述区域功率测量值，PTar表示所述区域功率目标值，这里，Pmea和PTar均以注入主动配电网方向为正。
作为一种实施例，在所述步骤S4中，所述区域负荷调节裕度指标基于热力学可控负荷等值热力学参数模型定量描述某时刻的同区域内所有热力学可控负荷当前最大功率调节范围，表达式为：IdexRLRM＝[-Pnegative,Ppositive]，其中，IdexRLRM表示所述区域负荷调节裕度指标，Pnegative表示区域最大可降低功率值，Ppositive为区域最大可增加功率值。通过区域负荷调节裕度指标限定整个区域内功率调整值的最大范围和最小范围。
作为一种实施例，Pnegative和Ppositive的计算公式如下：其中，其中，表示主动配电网区域内所有处于关闭状态的热力学可控负荷的额定功率之和，表示主动配电网区域内所有处于开启状态的热力学可控负荷的额定功率之和，表示第i个热力学可控负荷的额定功率，表示第j个热力学可控负荷的额定功率，si＝0表示热力学可控负荷处于关闭状态，sj＝1表示热力学可控负荷处于开启状态；在Pnegative和Ppositive的计算过程中需同时综合考虑电网电压约束及网络拓扑约束。
作为一种实施例，在所述步骤S5中，所述区域功率调整值基于所述控制误差及所述负荷调节裕度指标获得，计算公式为：其中，Padj表示所述区域功率调整值，ΔPerr表示所述区域功率控制误差，Pnegative表示所述区域最大可降低功率值，Ppositive表示所述区域最大可增加功率值。这里，如果区域功率控制误差在区域负荷调节裕度指标范围内，则区域功率调整值为实际的区域功率控制误差，如果区域功率控制误差大于最大可增加功率值或小于负的最大可降低功率值，则通过最大可增加功率值或负的最大可降低功率值对区域功率调整值进行限制。
作为一种实施例，在所述步骤S6中，如果所述区域功率调整值小于0，则开启主动配电网区域内的若干处于关闭状态的热力学可控负荷；如果所述区域功率调整值大于0，则关闭主动配电网区域内的若干处于开启状态的热力学可控负荷。
作为一种实施例，开启或者关闭热力学可控负荷的具体数量由所述区域功率调整值和所有待调整的热力学可控负荷的额定功率决定。
具体的，对热力学可控负荷进行调整前，一方面，需要确定符合调整预期状态的热力学可控负荷，即，若区域功率调整值小于0，则需要选择处于关闭状态的热力学负荷，若区域功率调整值大于0，则需要选择处于开启状态的热力学负荷；另一方面，具体对多少数量的热力学可控负荷进行调整，需要保证所有调整的热力学可控负荷的额定功率总和不超过区域功率调整值，但同时确保额定功率总和尽可能等于区域功率调整值。这里，需要注意的一点是，在选择调整的热力学可控负荷时，需要确保所有满足条件的热力学可控负荷的被选择机会，防止出现热力学可控负荷长期不被选择的情况。
实施例二
请参考图2，一种基于负荷调节裕度指标的负荷主动管理装置，根据主动配电网负荷情况调整热力学可控负荷的工作状态，平抑主动配电网中间歇式能源引起的电网功率波动，进而提高主动配电网对分布式电源的接纳能力。
主动配电网包括不可控负荷、热力学可控负荷、分布式电源，所述负荷主动管理装置利用热力学可控负荷的储能特性平抑主动配电网中间歇式能源引起的电网功率波动，所述负荷主动管理装置包括全局运行决策管理模块和负荷控制模块，所述全局运行决策管理模块和负荷控制模块进行数据交互；
所述全局运行决策管理模块通过主动配电网一个运行周期内负荷预测信息、分布式发电预测信息及负荷侧用户设定温度设定值，并根据温度设定值或优化温度设定值结合当前分布式电源出力及不可控负荷功率值计算主动配电网区域功率目标值；
具体地，主动配电网的全局运行决策管理系统为面向整个主动配电网的系统，其预先存储有主动配电网拓扑信息、热力学可控负荷的负荷参数(包括热力学可控负荷的温度设定值)，并可实时获取主动配电网拓扑内预测的所有不可控负荷的功率值、预测的所有分布式电源的预测出力值及室外温度值。全局运行决策管理模块基于预先存储的信息及实时获取的信息计算区域功率目标值，并将该区域功率目标值发送给负荷控制模块；全局运行决策管理模块的具体执行过程请参考实施例一中的步骤S1，此处不作赘述；
同时，在主动配电网的电网一次系统的入口处设置有配电开关监控终端，配电开关监控终端可测量获取区域功率测量值，并将该区域功率测量值发送给负荷控制模块；
最后，所述负荷控制模块根据从所述全局运行决策管理模块获取的区域功率目标值和从主动配电网获取的区域功率测量值，计算区域功率控制误差；并根据主动配电网区域内的当前所有热力学可控负荷的工作状态，计算区域负荷调节裕度指标；最后，根据所述区域功率控制误差和区域负荷调节裕度指标确定区域功率调整值，并基于所述区域功率调整值调整各若干热力学可控负荷的开闭状态，以使主动配电网区域内实际运行状态趋近于主动配电网区域功率目标值，以实现平抑主动配电网中间歇式能源引起的电网功率波动。具体地，负荷控制模块发送控制信息给需要调整的热力学可控负荷，热力学可控负荷根据控制信息进行调整。负荷控制模块的具体执行过程请参考实施例一种的步骤S3～S6，此处不做赘述。
以上公开的仅为本申请的一个具体实施例，但本申请并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化，都应落在本申请的保护范围内。

Claims (11)

1.一种基于负荷调节裕度指标的负荷主动管理方法，其特征在于，主动配电网包括不可控负荷、热力学可控负荷、分布式电源，利用热力学可控负荷的储能特性平抑主动配电网中间歇式能源引起的电网功率波动，具体包括步骤：
S1：计算主动配电网区域功率目标值；
S2：获取主动配电网区域功率测量值；
S3：根据所述区域功率目标值和区域功率测量值，计算主动配电网区域功率控制误差；
S4：根据当前热力学可控负荷的工作状态，计算主动配电网区域负荷调节裕度指标；
S5：根据所述区域功率控制误差和区域负荷调节裕度指标确定区域功率调整值；
S6：基于所述区域功率调整值，调整各热力学可控负荷的开闭状态，以使主动配电网区域内实际运行状态趋近于主动配电网区域功率目标值，以实现平抑主动配电网中间歇式能源引起的电网功率波动。
2.根据权利要求1所述的基于负荷调节裕度指标的负荷主动管理方法，其特征在于，在所述步骤S1中，所述主动配电网区域功率目标值的计算公式为：
其中，PTar表示所述区域功率目标值，表示第i个不可控负荷的功率值，表示第j个分布式电源的预测出力值，表示第k个热力学可控负荷的基于温度设定值的平均功率，M表示主动配电网区域内不可控负荷的个数，N表示主动配电网区域内分布式电源的个数，L表示主动配电网区域内内热力学可控负荷的个数。
3.根据权利要求2所述的基于负荷调节裕度指标的负荷主动管理方法，其特征在于，所述热力学可控负荷平均功率模型的计算公式为：
其中，表示主动配电网区域内的第k个热力学可控负荷的所述基于温度设定值的平均功率，表示主动配电网区域内的第k个热力学可控负荷的温度设定值，Tout表示室外温度值，Rk表示主动配电网区域内的第k个热力学可控负荷的等值热电阻。
4.根据权利要求3所述的基于负荷调节裕度指标的负荷主动管理方法，其特征在于，所述热力学可控负荷的温度设定值为固定温度设定值或优化温度设定值。
5.根据权利要求1所述的基于负荷调节裕度指标的负荷主动管理方法，其特征在于，在所述步骤S3中，所述区域功率控制误差的计算公式为：
ΔPerr＝Pmea-Ptar，
其中，ΔPerr表示所述区域功率控制误差，Pmea表示所述区域功率测量值，PTar表示所述区域功率目标值。
6.根据权利要求1所述的基于负荷调节裕度指标的负荷主动管理方法，其特征在于，在所述步骤S4中，所述区域负荷调节裕度指标基于热力学可控负荷等值热力学参数模型定量描述某时刻的同区域内所有热力学可控负荷当前最大功率调节范围，表达式为：
IdexRLRM＝[-Pnegative,Ppositive]，
其中，IdexRLRM表示所述区域负荷调节裕度指标，Pnegative表示区域最大可降低功率值，Ppositive为区域最大可增加功率值。
7.根据权利要求6所述的基于负荷调节裕度指标的负荷主动管理方法，其特征在于，Pnegative和Ppositive的计算公式如下：
其中，表示主动配电网区域内所有处于关闭状态的热力学可控负荷的额定功率之和，表示主动配电网区域内所有处于开启状态的热力学可控负荷的额定功率之和，表示第i个热力学可控负荷的额定功率，表示第j个热力学可控负荷的额定功率，si＝0表示热力学可控负荷处于关闭状态，sj＝1表示热力学可控负荷处于开启状态。
8.根据权利要求1所述的基于负荷调节裕度指标的负荷主动管理方法，其特征在于，在所述步骤S5中，所述区域功率调整值基于所述控制误差及所述负荷调节裕度指标获得，计算公式为：
其中，Padj表示所述区域功率调整值，ΔPerr表示所述区域功率控制误差，Pnegative表示所述区域最大可降低功率值，Ppositive表示所述区域最大可增加功率值。
9.根据权利要求1所述的基于负荷调节裕度指标的负荷主动管理方法，其特征在于，在所述步骤S6中，如果所述区域功率调整值小于0，则开启主动配电网区域内的若干处于关闭状态的热力学可控负荷；如果所述区域功率调整值大于0，则关闭主动配电网区域内的若干处于开启状态的热力学可控负荷。
10.根据权利要求9所述的基于负荷调节裕度指标的负荷主动管理方法，其特征在于，开启或者关闭热力学可控负荷的具体数量由所述区域功率调整值和所有待调整的热力学可控负荷的额定功率决定。
11.一种基于负荷调节裕度指标的负荷主动管理装置，其特征在于，主动配电网包括不可控负荷、热力学可控负荷、分布式电源，所述负荷主动管理装置利用热力学可控负荷的储能特性平抑主动配电网中间歇式能源引起的电网功率波动，所述负荷主动管理装置包括全局运行决策管理模块和负荷控制模块，所述全局运行决策管理模块和负荷控制模块进行数据交互；
所述全局运行决策管理模块通过主动配电网一个运行周期内负荷预测信息、分布式发电预测信息及负荷侧用户的温度设定值，并根据温度设定值结合当前分布式电源出力及不可控负荷功率值计算主动配电网区域功率目标值；
所述负荷控制模块根据从所述全局运行决策管理模块获取的区域功率目标值和从主动配电网获取的区域功率测量值，计算区域功率控制误差；并根据主动配电网区域内的当前所有热力学可控负荷的工作状态，计算区域负荷调节裕度指标；最后，根据所述区域功率控制误差和区域负荷调节裕度指标确定区域功率调整值，并基于所述区域功率调整值调整各若干热力学可控负荷的开闭状态，以使主动配电网区域内实际运行状态趋近于主动配电网区域功率目标值，以实现平抑主动配电网中间歇式能源引起的电网功率波动。
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