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专利号: 2021109395552
申请人: 三峡大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 发电、变电或配电
更新日期:2024-10-29
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.基于系统热备用主动配电网优化调度方法,其特征在于包括以下步骤:步骤一:搭建含储能、新能源发电、微型燃气轮机、与上级电网交互、负荷削减的主动配电网,作为系统热备用容量的测试系统;

步骤二:搭建主动配电网的系统热备用容量模型,作为系统的基本热备用容量;

步骤三:搭建主动配电网的系统爬坡降幅模型,提高系统热备用容量;

所述步骤三中,系统爬坡降幅模型使得系统热备用能够优化,具体如下:①微型燃气轮机爬坡降幅:

微型燃气轮机有功出力是根据爬坡降幅最小原则设定,当其出力在有功出力上下限附近,微型燃气轮机的有功出力调整范围不能按照最大爬坡率进行调整时,就会影响系统的抗干扰能力,微型燃气轮机爬坡降幅越小,系统热备用容量就越高;CEXTRA,MT是微型燃气轮机爬坡降幅,Nn为主动配电网节点个数,T是调度周期,CEXTRA1j,t是节点j的微型燃气轮机在t时刻有功出力使得爬坡上限减小的爬坡降幅,CEXTRA2j,t是节点j的微型燃气轮机在t时刻有功出力使得爬坡下限减小的爬坡降幅;

②风机爬坡降幅:

CEXTRA,WT是风机爬坡降幅,其具体含义见步骤二微型燃气轮机和风机爬坡降幅约束;Nn为主动配电网节点个数,T是调度周期,CEXTRA3j,t是节点j的风机在t时刻爬坡降幅;

③储能爬坡降幅:

CEXTRA,ESS=CEXTRA,ESSu+CEXTRA,ESSl (32)CEXTRA,ESS是储能爬坡降幅;CEXTRA,ESSu是代表储能增加放电或减小充电能力的爬坡降幅,其值越小,增加放电或减小充电能力越大;CEXTRA,ESSl是代表储能减小放电或增加充电能力的爬坡降幅,其值越小,减小放电或增加充电能力越大;PESSCj,max、PESSDj,max是节点j处储能的充、放电功率上限,PESSl,t是t时刻储能的负旋转备用容量;PESSu,t是t时刻储能的正旋转备用容量;

④需求响应负荷和与上级电网交互功率爬坡降幅:

需求响应负荷和与上级电网交互功率的正爬坡降幅为各时段Pxyl,t之和,负爬坡降幅为各时段Pxyu,t之和,正、负爬坡降幅之和为常数,因此其不计入系统爬坡降幅目标函数;

Pxyu,t、Pxyl,t分别为t时刻需求响应负荷和与上级电网交互功率的正、负旋转备用容量;

步骤四:构建基于系统爬坡降幅、调度成本的多目标优化函数,通过权重因子确定储能、微型燃气轮机、新能源的爬坡降幅以及调度成本重要程度。

2.根据权利要求1所述基于系统热备用主动配电网优化调度方法,其特征在于:所述步骤二中,首先建立储能、负荷需求响应、与上级电网交互的备用容量模型,再通过改进的微型燃气轮机、新能源出力模型建立爬坡降幅约束,最后,建立系统热备用容量模型:(1)储能备用容量:

其中:Nn为主动配电网节点个数;PESSu,t是t时刻储能的正旋转备用容量,PESSl,t是t时刻储能的负旋转备用容量;ηc,j、ηd,j分别是节点j的储能的充、放电效率,PESSCj,max、PESSDj,max分别是节点j处储能的充、放电功率上限,SESSj,t是节点j的储能在t时刻的电量,SESSj,max是节点j的储能电量的上限,PESSC,j,t、PESSD,j,t分别是j节点储能在t时刻的充电、放电功率;

(2)负荷需求响应和其与上级电网交互功率的备用容量:

其中:Pxyu,t、Pxyl,t分别为t时刻需求响应负荷和与上级电网交互功率的正、负旋转备用容量,PCUTj,max是节点j的可控负荷的最大削减量,P0j,max是主动配电网节点j与上级电网交互的有功功率的上限,PCUTj,t是j节点t时刻负荷削减量,P0j,t是t时刻节点j与上级电网交互的功率;

(3)系统的正、负旋转备用容量约束:

①、微型燃气轮机出力约束:

PMTj,t≤PMTj,max (5)

αj,t(PMTj,max‑Kj,max)+(1‑αj,t)PMTj,min≤PMTj,t (6)PMTj,t≤(1‑αj,t)(PMTj,max‑Kj,max)+αj,tPMTj,max (7)PMTj,t≤βj,t(PMTj,min‑Kj,min)+(1‑βj,t)PMTj,max (8)(1‑βj,t)(PMTj,min‑Kj,min)+βj,tPMTj,min≤PMTj,t (9)αj,t+βj,t≤1 (10)

αj,t,βj,t∈{0,1} (11)

Kj,min≤PMTj,t+1‑PMTj,t≤Kj,max (12)其中:PMTj,min、PMTj,max分别为节点j的微型燃气轮机有功出力的下限、上限;

Kj,min、Kj,max分别为节点j的微型燃气轮机有功出力的爬坡率下限、上限;

αj,t是t时刻节点j的微型燃气轮机有功出力PMTj,t是/否在PMTj,max‑Kj,max至PMTj,max的区间之内;

βj,t是t时刻节点j的微型燃气轮机有功出力PMTj,t是/否在PMTj,min至PMTj,min‑Kj,min的区间之内,是时值为1,否时值为0;

QMTj,t是t时刻j节点的微型燃气轮机无功出力;SMTj,t是节点j的微型燃气轮机的装机容量;

PMTj,t是j节点微型燃气轮机在t时刻的有功出力;

②、风电厂出力约束:

PWTj,t≤δj,tPWTj,t,max+(1‑δj,t)(1‑F)PWTj,t,max (14)PWTj,t≥δj,t(1‑F)PWTj,t,max (15)

0≤QWTj,t≤QWTj,t,max (16)

δj,t∈{0,1} (17)

其中:PWTj,t是节点j的风机t时刻的有功出力,PWTj,t,max是节点j风机t时刻最大有功出力预测值;

QWTj,t,max、QWTj,t分别是t时刻节点j的风机无功出力最大出力值、风机无功出力;

F是风电预测误差率;

δj,t是t时刻节点j的风机有功出力PWTj,t是/否在(1‑F)PWTj,t,max至PWTj,t,max的区间之内,是时值为1,否时值为0;

③、微型燃气轮机和风机爬坡降幅约束:

微型燃气轮机爬坡降幅约束:

PMTj,t‑PMTj,max+Kj,max≤CEXTRA1j,t+M(1‑αj,t) (18)

0≤CEXTRA1j,t+Mαj,t (19)

PMTj,min‑Kj,min‑PMTj,t≤CEXTRA2j,t+M(1‑βj,t) (20)

0≤CEXTRA2j,t+Mβj,t (21)

风机爬坡降幅约束:

PWTj,t≤CEXTRA3j,t+Mδj,t (22)

(1‑F)PWTj,t,max≤CEXTRA3j,t+M(1‑δj,t) (23)其中:PWTj,t是节点j的风机t时刻的有功出力,PWTj,t,max是节点j风机t时刻最大有功出力预测值;Kj,min、Kj,max分别为j节点的微型燃气轮机有功出力的爬坡率下限、上限;

αj,t是t时刻节点j的微型燃气轮机有功出力PMTj,t是/否在PMTj,max‑Kj,max至PMTj,max的区间之内,βj,t是t时刻节点j的微型燃气轮机有功出力PMTj,t是/否在PMTj,min至PMTj,min‑Kj,min的区间之内,是时值为1,否时值为0;PMTj,min、PMTj,max分别为j节点微型燃气轮机有功出力的下限、上限;δj,t是t时刻节点j的风机有功出力PWTj,t是/否在(1‑F)PWTj,t,max至PWTj,t,max区间之内,是时值为1,否时值为0;

CEXTRA1j,t是节点j的微型燃气轮机在t时刻有功出力使得爬坡上限减小的爬坡降幅;

CEXTRA2j,t是节点j的微型燃气轮机t时刻有功出力使得爬坡下限减小的爬坡降幅;

CEXTRA3j,t是节点j的风机在t时刻爬坡降幅,M是无穷大的实数;

由于风机出力在(1‑F)PWTj,t,max至PWTj,t,max范围内的不稳定性,风机的最大正旋转备用容量为(1‑F)PWTj,t,max,当风机出力在(1‑F)PWTj,t,max以下时,可以增发功率作为系统的正旋转备用容量,而风机弃风成本较大,因此其不作为系统的负旋转备用容量;

④、系统的正、负旋转备用容量约束:

式中:Pctu,t是t时刻需要正旋转备用容量的系统预测误差,Nn为主动配电网节点个数,Kj,min、Kj,max分别为j节点的微型燃气轮机有功出力的爬坡率下限、上限;CEXTRA1j,t是节点j的微型燃气轮机在t时刻有功出力使得爬坡上限减小的爬坡降幅,CEXTRA2j,t是节点j的微型燃气轮机在t时刻有功出力使得爬坡下限减小的爬坡降幅,CEXTRA3j,t是节点j的风机在t时刻爬坡降幅;PESSu,t是t时刻储能的正旋转备用容量,PESSl,t是t时刻储能的负旋转备用容量;

Pxyu,t、Pxyl,t分别为t时刻符合削减和与上级电网交互功率的正、负旋转备用容量;Pctl,t是t时刻需要负旋转备用容量的系统预测误差;PWTj,t,max是节点j风机t时刻最大有功出力预测值;

Pctl,t是t时刻需要负旋转备用容量的系统预测误差,其计算公式:式中:PLj,t是t时刻节点j的负荷的有功功率,L是负荷预测误差率;当风机有功出力预测上限向上波动时,此时不影响正、负旋转备用容量;当风机出力在(1‑F)PWTj,t,max至PWTj,t,max的范围内时,PWTj,t‑PWTj,t,max(1‑F)的风电有功出力是不稳定的,需要系统有增发功率来应对风电出力减少的能力;PWTj,t,max是节点j风机t时刻最大有功出力预测值,PWTj,t是节点j的风机t时刻的有功出力。

3.根据权利要求1所述基于系统热备用主动配电网优化调度方法,其特征在于:所述步骤四中,基于系统爬坡降幅、调度成本的多目标优化函数,其具体模型为下式(33)、式(34)、式(35)所示:minC=σ1C1+σ2CEXTRA (33)

式(33)中:C为优化策略目标函数,σ1为调度成本权重系数,σ2为系统爬坡降幅权重系数,其值在区间[0,1]内,且σ1+σ2=1;C1是所述步骤一中,所搭建的IEEE‑33总线配电网测试系统调度成本:C1=CMT+CWT+CESS+Closs+CP0+CDSR (34)式(34)中,C1为优化策略成本,CMT为微型燃气轮机发电的成本,CWT为风机发电成本,CESS为储能损耗成本,Closs为网络损耗成本,CP0为与上级电网交互成本,CDSR为需求响应的成本;

CEXTRA为系统爬坡降幅函数,表达式为:

CEXTRA=ρ1CEXTRA,MT+ρ2CEXTRA,WT+ρ3CEXTRA,ESS (35)式(35)中,ρ1、ρ2、ρ3分别为微型燃气轮机、风机、储能三种爬坡降幅的优先系数或权重系数,其值在区间[0,1]内,且ρ1+ρ2+ρ3=1,储能主要职能为削峰填谷,次要职能为提高系统备用容量,其权重较低,而风机其权重最低,因此,确定权重时要求ρ1>ρ3>ρ2,CEXTRA,MT、CEXTRA,WT、CEXTRA,ESS分别为微型燃气轮机、风机、储能爬坡降幅。