一种面向最小碳排放的主动配电网运行控制方法
【专利摘要】本发明涉及一种面向最小碳排放的主动配电网运行控制方法，属于低碳电力与控制【技术领域】。该方法包括：录入主动配电网的拓扑结构、系统参数、运行初始状态数据，形成基础数据库；设置主动配电网运行控制变量，通过调节分布式电源在每个时段的输出功率以及储能设备在每个时段的运行模式和充电、放电功率控制主动配电网的碳排放；建立主动配电网面向低碳的运行优化模型，求解模型并实施控制。本方法可实现主动配电网的设备协调控制和运行优化控制，从而充分挖掘电力行业在配用电环节的低碳节能潜力，有效降低配电网碳排放。
【专利说明】—种面向最小碳排放的主动配电网运行控制方法
【技术领域】
[0001]本发明属于低碳电力与控制【技术领域】，特别涉及一种面向最小碳排放的主动配电网运行控制方法。【背景技术】
[0002]主动配电网，是指包含光伏发电、风力发电、燃气发电等分布式电源和储能装置等，同时具备协调控制上述设备能力的配电网络。主动配电网概念的核心在于主动。主动的含义在于:改变了传统配电网的运行模式，不再被动地接纳分布式能源，而是通过有效协调配电网内分布式发电、储能装置等设备的运行方式，保证电网运行的有序性，提高电网运行水平，提升电网运行综合效益。在主动配电网中，分布式电源的运行方式可灵活控制，线路潮流可双向流动，配电网可以和输电网发生能量的双向传输……以上诸多方面的变化对配电网控制手段和协调能力提出了更高要求。因此，主动配电网相对于当前配电系统，其控制能力将发生深刻的变革。同时可见，协调控制是主动配电网的核心特征，也是主动配电网能够有效消纳分布式能源的重要保证。主动配电网的主要目标是实现电力用户与配电网间的协调运作，通过引入各类新型的分布式电源、可控储能装置并以灵活、智能的运行方式引导电力用户更加高效地利用电能，从而减少碳排放，推动形成整体的低碳电力系统。主动配电网的实施和发展，将改变传统配电网的运行模式，为分布式能源的消纳、实现配电侧的碳减排提供新的途径和方法。
[0003]配电网的电压往往低于其电压基值，同时线路电抗与电阻差距不明显，以上两方面原因，使得配电网优化模型必须采用交流潮流模型，而不能采用在输电网中普遍使用的直流潮流模型。交流潮流模型的使用使得主动配电网优化问题本身将成为一个高度非线性的优化问题。
[0004]已有的主动配电网运行控制方法上具有如下特点:在优化目标选择上，大部分方法定位于系统运行成本最低、系统损耗最低或者系统电压水平最高等，但很少有以碳排放最低为优化目标的方法；在主动配电网运行控制模型的约束条件上，除了节点电力电量平衡、线路潮流约束、节点电压约束等系统运行基本约束外，主要是各种分布式能源运行特性的约束项。然而，已有的主动配电网运行控制方法主要集中于单时段条件下配电网的运行优化，缺乏深入分析分布式能源多时段间运行特性，构建多时段协调的主动配电网运行优化模型；缺乏综合考虑分布式发电设备、储能装置等分布式能源的运行特征，所形成的主动配电网运行优化模型中分布式能源的覆盖面不够全面；缺乏从主动配电网运行优化模型的物理特征出发。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是为克服已有技术的不足之处，提出一种面向最小碳排放的主动配电网运行控制方法，本方法可提高主动配电网对于风电、光伏等间歇式低碳能源的消纳能力；提高对于分布式能源的优化配置水平，全面提高主动配电网的运行效率。[0006]本发明提出的一种面向最小碳排放的主动配电网运行控制方法，其特征在于，包括以下步骤:
[0007]I)录入主动配电网的基础数据，包括主动配电网的拓扑结构数据、系统参数数据、节点有功负荷与无功负荷数据、设定的收敛判定条件ε ；
[0008]2)主动配电网面向低碳的运行优化控制，具体包括:
[0009]2-1)确立主动配电网运行优化模型在决策周期T内各个第t个时段的决策变量；
[0010]2-2)确立主动配电网在决策周期T内各个时段的运行状态变量，建立运行状态变量与决策变量的关系；
[0011]2-3)构建以碳排放最小为目标的主动配电网运行优化模型的目标函数；
[0012]2-4)确定决策变量的可行区间和运行状态变量的控制范围，进而确立主动配电网运行优化模型的约束条件；
[0013]3)求解主动配电网面向低碳的运行优化模型，得到主动配电网在决策周期T内所有时段的决策变量的最优值，根据决策变量的值对主动配电网中的分布式电源和储能设备实施控制。
[0014]本发明的特点及有益效果:
[0015]本发明将从主动配电网运行优化的模型和求解两方面着手，首先构建多时段协调的主动配电网运行优化模型。该主动配电网运行优化模型是一个高度非线性的混合整数规划问题，即所谓的NP-Hard问题，目前尚没有成型的优化工具能够直接求解上述问题。本发明在求解上述问题中先固定节点电压幅值，将原来高度非线性的问题转化为二次约束优化，对二次约束优化求解得到各个决策变量的值，并以决策变量值作为已知条件进行配电网潮流计算从而得到新的节点电压幅值，将新电压幅值代替原来设定的电压幅值。如此反复，直至前后两次计算得到的电压幅值差小于给定值。
[0016]本发明与其它主动配电网控制方法相比，有以下有益效果:
[0017]I)通过协调不同类型分布式能源在多时序上的运行方式，提高了主动配电网对于风电、光伏等间歇式低碳能源的消纳能力；
[0018]2)以主动配电网为载体，以多时段协调优化为手段，提高对于分布式能源的优化配置水平，全面提高主动配电网的运行效率；
【专利附图】
【附图说明】
[0019]图1是本发明的面向最小碳排放的主动配电网运行控制方法流程框图。
[0020]图2是本发明的实施例中33节点配电网的负荷曲线，横轴是时段(24个)，纵轴是主动配电网的总负荷，单位MW。
[0021]图3是本发明的实施例中33节点配电网拓扑图。
[0022]图4是用Distflow方法描述配电网潮流的示意图。
[0023]图5是本发明的实施例中光伏发电机组的最大输出功率曲线，横轴是时段(24个)，纵轴是光伏机组所能达到的最大输出功率，单位MW。
[0024]图6是实本发明的施例中根节点的输出功率曲线，横轴是时段(24个)，纵轴根节点输出功率，单位丽。
[0025]图7是本发明的实施例中整个配电系统的碳排放强度曲线，横轴是时段(24个)，纵轴是每个时段中整个系统的用电碳排放强度，单位t/MWh。
【具体实施方式】
[0026]下面结合附图及实施方式对本发明作进一步详细的说明。应当理解，此处所描述的【具体实施方式】可用以解释本发明，但并不限定本发明。
[0027]本发明的一种面向最小碳排放的主动配电网运行控制方法，通过协调不同类型分布式能源在多时序上的运行方式，实现了主动配电网的低碳运行，本控制方法流程如图1所示，包括以下步骤:
[0028]I)以下需要录入的基础数据将作为主动配电网运行控制的已知条件，应根据主动配电网实际的技术参数进行录入；需要录入的数据有:主动配电网的拓扑结构数据、系统参数数据、负荷数据(本实施例中将I天分为24个时段，整个配电系统的总负荷(即33节点负荷之和)曲线如图2所示，横轴表示时段(共24个)，纵轴表示该时段系统的总有功负荷，单位为MW ;各个节点在时段7的负荷数据如表2所示，本实施例中设定各个节点负荷占总负荷的比例不变，即任一节点负荷与同时段的总负荷的比值为常数，不随时段变化而变化，因此由时段7的各节点负荷和图2所示的总负荷可以知道任意时段各节点的负荷)、设定的收敛判定条件ε(ε决定求解是否停止，在本实施例中ε取值是0.01，若对于主动配电网中的任意节点前后两次求解得到的节点电压幅值之差的绝对值小于ε，则当前的解即是决策变量的最优值；ε的具体含义见【具体实施方式】步骤3-4)；
[0029]上述网络拓朴结构数据包括系统中的节点数量(本实施例所研究的主动配电网中共有33个节点，32条支路，如图3所示)，各类分布式电源的数量(本实施例中有3个分布式电源)，向主动配电网供电的含有配电变压器的节点的数量(本实施例中有I个含有配电变压器的节点)，可控储能装置的数量(本实施例中有I个储能设备)，电力系统拓扑结构数据(主动配电网中支路与节点的连接关系，配电变压器、储能设备接入主动配电网的位置；本实施例的电网拓扑结构如图3所示，3个分布式电源分别位于图3中3个矩形的节点；节点I是唯一的有配电变压器的节点，即根节点，在图3中用三角形表示；储能设备位于节点31);系统参数数据包括主动配电网中的分布式电源的发电碳排放系数以及根节点的碳排放系数(本实施例中根节点的碳排放强度为0.8t/MWh)，分布式电源有功、无功输出功率的上限(本实施例中3个分布式电源的最大、最小输出功率以及碳排放强度等技术参数如表I所示)；配电线路的电阻、电抗(本实施例中所有线路的电阻、电抗如表2所示)；燃气发电机组输出功率变化速率的下限和上限(本实施例中燃气发电机组输出功率变化速率上限为200kff/min,下限为_200kW/min);储能设备在起始时段的剩余电量(本实施例中储能设备初始剩余电量为O);储能设备充电、放电功率的上、下限(本实施例中储能设备充电有功功率、放电有功功率下限均为0，上限均为500kW;充电时无功功率保持为0，放电时无功功率上限为500kVar，下限为O);储能设备剩余电量的上、下限(本实施例中储能设备剩余电量的上限为IOOOkWh,下限为O);分布式电源与储能设备采用恒功率因数控制时的功率因数角(本实施例中光伏机组与储能设备采用恒功率因数控制，功率因数角=80° );节点电压幅值上、下限(本实施例中上限为1.05，下限为0.95，都是标么值);线路潮流极限值(本实施例中所有线路潮流极限值均为2.5MVA)。
[0030]表I 33节点算例分布式电源参数表[0031]
【权利要求】
1.一种面向最小碳排放的主动配电网运行控制方法，其特征在于，包括以下步骤: 1)录入主动配电网的基础数据，包括主动配电网的拓扑结构数据、系统参数数据、节点有功负荷与无功负荷数据、设定的收敛判定条件ε ； 2)主动配电网面向低碳的运行优化控制，具体包括: 2-1)确立主动配电网运行优化模型在决策周期T内各个第t个时段的决策变量； 2-2)确立主动配电网在决策周期T内各个时段的运行状态变量，建立运行状态变量与决策变量的关系； 2-3)构建以碳排放最小为目标的主动配电网运行优化模型的目标函数； 2-4)确定决策变量的可行区间和运行状态变量的控制范围，进而确立主动配电网运行优化模型的约束条件； 3)求解主动配电网面向低碳的运行优化模型，得到主动配电网在决策周期T内所有时段的决策变量的最优值，根据决策变量的值对主动配电网中的分布式电源和储能设备实施控制。
2.如权利要求1所述方法，其特征在于，具体包括以下步骤: 1)录入主动配电网基础数据，包括主动配电网的拓扑结构数据、系统参数数据、节点有功负荷与无功负荷数据、设定的收敛判定条件ε ； 2)主动配电网面向低碳的运行优化控制，具体包括以下步骤: 2-1)确立主动配电网运行优化模型在决策周期T内第t个时段分布式电源和储能设备的决策变量，分布式电源包括光伏发电机组pv、风力发电机组wind、燃气发电机组turb,分布式电源决策变量分别为光伏发电机组的输出有功功率和无功功率0,..,、风力发电机组的输出有功功率和无功功率、燃气发电机组的输出有功功率和无功功率GLw、根节点grid的输出有功功率和无功功率Cjrtw ;储能设备的决策变量包括运行模式?*和<、充电有功功率、放电有功功率/if和无功功率β:，t = 1，2...NT, Nt为运行优化模型决策周期中的时段总数；其中，为第i个光伏发电机组pv在第t个时段的输出有功功率，PLum i个风力发电机组wind在第t个时段的输出有功功率，Krhj为第i个燃气发电机组turb在第t个时段的输出有功功率，PfgTidJ为第i个根节点grid在第t个时段的输出有功功率；Q1pvj为第i个光伏发电机组pv在第t个时段的输出无功功率，QlimiJ为第i个风力发电机组wind在第t个时段的输出无功功率，QLhj为第i个燃气发电机组turb在第t个时段的输出无功功率，QUiJ为第i个根节点grid在第t个时段的输出无功功率； C;为第i个储能设备在第 t个时段是否充电的决策变量，C；为I则电网对储能设备充电，为O则不对储能设备充电；4为第i个储能设备在第t个时段是否放电的决策变量，d;为I则储能设备向电网放电，4为O则储能设备不放电； P:为第i个储能设备s在第t个时段的充电功率，即储能设备作为负荷从电网吸收的功率(下标S代表储能设备，上标C代表充电);为第i个储能设备在第t个时段的放电有功功率(下标S代表储能设备，上标d代表放电)，⑵为第i个储能设备在第t个时段的放电无功功率；2-2)确立主动配电网在决策周期T内各个时段的运行状态变量，建立运行状态变量与决策变量的关系，运行状态变量包括支路流过的有功功率/y和无功功率§丨(^为在第t个时段由节点i流向节点j的有功功率，参考方向为由i流向j ； Pfl为在第t个时段由节点j流向节点i的有功功率，参考方向为由j流向i ; 0!?、Q ；;为相应的支路流过的无功功率)、节点电压( V；为节点j在第t个时段的节点电压幅值)、储能设备中剩余电量5；" (0为第i个储能设备在第、个时段的剩余电量): 2-21)支路流过的有功功率和无功功率、节点电压F/与步骤2-1)中的决策变量的关系由方程(I)、(2)> (3)决定:
3.如权利要求2所述方法，其特征在于，所述步骤2-4)具体包括: 2-41)分布式电源的输出功率约束:
4.如权利要求3所述方法，其特征在于，所述步骤3)具体包括:
【文档编号】G06Q50/06GK103544656SQ201310506950
【公开日】2014年1月29日 申请日期:2013年10月24日 优先权日:2013年10月24日
【发明者】康重庆, 赵唯嘉, 周天睿, 辛建波, 范瑞祥, 郑蜀江 申请人:清华大学