一种电网分层分区供需平衡调控方法及调控装置与流程

本发明涉及供需平衡调控应用技术领域，具体讲涉及一种电网分层分区供需平衡调控方法及调控装置。

背景技术：

电力是一种具有实时供需平衡特性的特殊能源形式，若发电侧与用电侧的功率失衡将导致系统频率失稳，不仅严重影响电压电流等电能指标，甚至会导致电网系统崩溃。为减小电力系统供需不平衡产生的损失，通常基于发电机组的出力调节功率平衡，匹配用电侧的需求，但用电侧的实际用电情况一般波动性大、随机性强，且发电机组的频繁变动对设备寿命和运行成本都可能造成巨大的影响。

随着用电技术的智能化发展，尤其在“互联网+”、智慧能源和电力市场改革的发展背景下，用电侧柔性资源的可调控潜力受到广泛关注。目前，已有技术研究较为广泛的电力需求响应即为需求侧资源管理的一种典型方法，但是在基于价格或激励的传统需求响应模式下，用户响应周期较长，且需要提前制定响应计划，且用户的主观性影响也较大，因此更适用于长期的系统规划；而在直流输电技术快速发展和用电负荷膨胀的电网环境下，需要及时、有效的方法调控需求侧资源，来满足供需差额威胁系统安全的情况下，需求侧资源的迅速、协同动作。

目前，需求侧资源在供需平衡领域应用的实现方式仍主要从电价和激励对用户的影响角度制定调控原则，因此仅仅考虑影响因素与用户响应间的关联关系难免会有局限性，且现在公开技术中已有对用户分布的层次性和区域性的考虑。

因此，需要针对性的提供一种需求侧资源参与的电网分层分区供需平衡调控方法，为电网系统的供需平衡调节提供新的手段。

技术实现要素：

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种电网分层分区供需平衡调控方法及调控装置，根据不同层次、不同区域之间的调控需求实行从微观到宏观的全面调控策略，保证需求侧资源参与电网供需平衡调节的有效性和合理性。

本发明提供的电网分层分区供需平衡调控方法，其改进之处在于，所述调控方法包括：

(1)确定功率缺额及负荷运行状态；

(2)根据负荷用电功率模型与负荷运行状态，计算需求侧资源的可削减负荷潜力；

(3)根据估计的可削减负荷潜力，逐层分配削减任务；

(4)根据分配的削减任务量，调节与其对应的负荷运行参数；

(5)核验电网实际削减效果。

进一步的，所述步骤(1)中负荷运行状态的确定包括：实时监测负荷状态，并通过需求侧管理平台传输共享所述负荷运行状态数据；其中的所述功率缺额根据系统频率的变化、潮流的变化和关口表计量情况确定。

进一步的，所述步骤(2)中可削减负荷潜力的计算包括：

(2-1)按下式(1)计算负荷用电功率模型的可调控功率阈值pu1：

其中，pmax：最大额定功率；tout：外界环境参数；tset：运行参数阈值；eco：经济性影响；comf：舒适性影响；

(2-2)电力系统的可削减负荷潜力为可调控功率阈值pu1与当前运行功率的差。

进一步的，所述运行参数阈值根据经济性和舒适性参数设定；

进一步的，将经济性和舒适性的影响划分为低用电影响和高用电影响；所述低用电影响的可削减负荷潜力为所述高用电影响的可削减负荷潜力为

所述步骤(3)削减任务的分配包括：

(3-1)若则电网层i分配的可削减任务量pi如下式(2)所示：

(3-2)若电网层i分配的可削减任务量pi如下式(3)所示：

其中，pneed：功率缺额；电网低用电影响等级的可削减负荷潜力之和；电网高用电影响等级的可削减负荷潜力之和；e：波动补偿随机量。

进一步的，所述步骤(4)的负荷运行参数根据负荷类型和用户负荷需求调节为可削减任务量对应的参数设定值。

进一步的，所述步骤(5)中电网实际削减效果的核验包括：

若实际削减量与分配的削减任务量间的差值＜预设差值，则进一步核验个体完成度；

反之，未达到分配的削减任务量，重复步骤(2)至(4)。

进一步的，所述个体完成度的核验即为核验集成商局部任务的完成情况，包括如下步骤：

若集成商未完成削减任务量，则该集成商向其他集成商广播缺额需求，并对响应的集成商以竞价方式择优选取，实现集成商间的功率缺额互补。

一种电网分层分区供需平衡调控装置，该装置包括：

数据采集单元，用于将采集的功率缺额和负荷运行状态传输至调度单元；

调度单元，用于与所述数据采集单元共享数据，并将对功率缺额与相应可削减负荷潜力关系作出的判断传输至策略制定单元；

策略制定单元，用于将分配的可削减任务量传输至各集成商；和

核验单元，用于核验实际电网削减效果。

进一步的，所述数据采集单元包括：

状态监测单元监测负荷状态；和

统计单元统计系统频率变化、潮流变化和关口表计量情况，采集功率缺额。

进一步的，所述调度单元包括：

需求侧资源管理平台，用于接收并共享采集的数据；和，

关系判断单元，用于对功率缺额与相应可削减负荷潜力关系作出判断。

进一步的，所述策略制定单元，用于根据功率缺额与电网低用电影响等级的可削减负荷潜力之和的大小关系，制定相应的削减策略。

进一步的，所述核验单元，用于当实际削减量与分配的削减任务量的差值小于预设差值时，进一步核验集成商的个体完成情况。

进一步的，所述集成商间实现功率缺额互补；和

所述集成商接收到分配的削减任务量，根据负荷类型和用户负荷需求将负荷运行参数调节为可削减任务量对应的参数设定值。

与最接近的现有技术比，本发明提供的技术方案具有以下优异效果：

1、本发明提供的技术方案根据负荷用电功率模型与负荷运行状态，计算需求侧资源的可削减负荷潜力；并根据确定的功率缺额和可削减负荷潜力逐层分配削减任务，及调整削减任务量对应的负荷运行参数；核验电网的实际削减效果，在未完成削减任务时采取有效的补救措施，保证电网的供需平衡；该技术方案提供的调控方法对需求侧资源进行层次化的分解及区域化的协同合作，能根据不同层次不同区域之间的调控需求，制定从微观到宏观的全面调控策略，保证需求侧资源参与电网供需平衡调节的有效性和合理性。

2、本发明提供的技术方案基于负荷状态监测、负荷用电功率模型及外界因素的影响，自下而上进行多层次需求侧资源的的可削减负荷潜力评估，能够更加准确客观地体现用户负荷实际的可响应潜力，为任务量的分配提供了精确的参考依据；

3、本发明提供的技术方案根据经济性和舒适性的高用电影响和低用电影响对应的可削减负荷潜力比例分配，逐层按照相同逻辑判定和下发可削减任务的任务量分配调控机制，能够更精准科学地实现用户负荷调节任务分配，充分挖掘用户的可响应能力；

4、本发明提供的技术方案中不同的集成商或工商业大用户间可实现功率缺额互补，在不同的用户群区域间形成互联互通关系，实现局部突发紧急情况下的横向互补，大大减少了因局部原因而导致的削减量任务缺额，提高了局部电网的运行稳定性和实施可靠性。

附图说明

图1为本发明提供的电网分层分区调控方法示意图；

图2为本发明提供的电网分层分区调控方法具体实现流程图；

图3为本发明提供的电网分层分区调控实施框架图。

具体实施方式

以下结合说明书附图以具体实施例的方式对本发明提供的技术方案作详细说明。

本发明提供一种需求侧资源参与的电网分层分区供需平衡调控方法，对需求侧资源进行层次化的分解及区域化的协同合作，能根据不同层次不同区域之间的调控需求，制定从微观到宏观的全面调控策略，保证需求侧资源参与电网供需平衡调节的有效性和合理性。

如图1的电网分层分区调控方法示意图和图2电网分层分区调控方法流程图所示，本发明提供的需求侧资源参与的电网分层分区供需平衡调控方法，包括：

一、获取功率缺额及负荷运行状态；

负荷运行状态的获取主要通过负荷的实时状态监测实现，其数据通过统一平台传输共享；电力系统供需失衡事件功率缺额的计算则根据系统频率的变化、潮流变化情况以及关口表计量情况获取。

二、根据负荷用电功率模型以及外界因素与舒适度边界的影响关系，估计需求侧资源的可削减负荷潜力；

负荷的运行功率模及其舒适度阈值与外界因素的影响关系由负荷本身的特性决定，其定性描述分析可以如下式(1)所示：

式中，pu1为运行功率，pmax为最大额定功率，tout为外界环境参数，如室内温度，tset为设定运行参数阈值，如空调温度，eco表示经济性影响，comf表示舒适性影响；特别说明，由于各设备的运行参数和运行需求影响因素具有不规则的差异性，因此式中f(x)和f(x)的具体表达根据实际设备参数、类型及环境等因素决定，在此不做讨论，以保证方法的普适性。

其可削减负荷潜力的评估实现则是根据经济性和舒适性参数确定运行参数阈值，而pmax和tout为客观已知量，从而可以计算功率调控的阈值边界，则该阈值与当前功率的差即为可削减负荷潜力；将经济性和舒适性的影响划分为两个等级的可削减负荷潜力：低用电影响pli^es和高用电影响phi^es，在此基础上，将区域内的负荷潜力进行加和，则得到上层的可削减负荷潜力，以此类推求得电力系统整体的可削减负荷潜力。

三、基于所估计的可削减负荷潜力，逐层分配削减任务；

基于所估计的可削减负荷潜力分配调控任务，任务分配过程中，首先考虑在低用电影响水平下是否满足需求，若即低用电影响满足可削减负荷潜力分配需求，则电网侧调节任务量削减策略如下式(2)所示：

其中，其中，pi：电网层i分配的可削减负荷潜力；pneed：功率缺额；整体的低用电影响等级的可削减负荷潜力；

若低用电影响不能满足可削减负荷潜力分配需求，即则将冗余需求按照高用电水平下的潜力比例分配，其分配过程为从电网侧发布总调节量任务开始，逐层按照相同的逻辑进行判定和下发，其电网侧调节任务量削减策略如下式(3)所示：

其中，pi：电网层i分配的可削减负荷潜力；pneed：功率缺额；整体电网的低用电影响等级的可削减负荷潜力之和；整体的高用电影响等级的可削减负荷潜力之和。

四、按照分配的削减任务量，进行负荷运行参数调节；

接收到所下发的调控量后，负荷进行相应的参数调整，即将当前的参数设置为pi所对应的参数设定值。具体的负荷参数由用户根据负荷类型和用户负荷需求进行提前设定，如下调2度空调温度，具体设定类型和值可由用户灵活决定。五、核验实际电网级削减效果，若削减效果达到目标，则执行步骤6，若整体未达到削减目标，则重复步骤2～4；具体核验方式由电网公司实施前期制定，首先计算基线，通常将用户近5个相似日负荷分布各时段的负荷均值作为基线，在此基础上与实际用电情况进行对比，从而核算削减效果。核验电网总体完成的实际削减效果，若削减效果达到目标，即实际削减量与任务量的差值<5％，则进行步骤6，反之，若整体未达到削减目标，则重复步骤2～4。

六、核验负荷集成商局部任务完成情况，即个体完成度，若完成任务，则调控结束，若未完成，则向其他集成商区域发布需求，进行竞价互补。

核验负荷集成商局部任务完成情况，若已完成任务，则调控结束；

若未完成，则向其他集成商区域广播缺额需求，其他集成商以竞价方式参与，由发布方择优选取，完成调控任务，结束调控。

如图3的电网分层分区调控架构图所示，电网系统分为电网调度层、聚合管理层和负荷响应层。负荷响应层包括负荷设备与工商业大负荷设备；聚合管理层包括集成商和工商业大用户；调度中心和需求侧管理平台位于电网调度层；聚合管理层的集成商和工商业大用户统计位于负荷响应层的各辖区负荷设备的负荷状态，并将其统一传输至电网调度层的需求侧管理平台，需求侧管理平台将可响应潜力传输至调度中心，调度中心经过计算后将削减指令或价格信号传输至需求侧管理平台。需求侧管理平台作为统一的传输共享中介，将削减任务发送至集成商，将用电指导或电价信号传输至工商业大用户，由其下发控制命令到符合设备。

位于聚合管理层的工商业大用户之间、各集成商之间及工商业大用户与集成商之间可实现缺额互补；

调度中心对集成商实行合同制负荷削减，对工商业大用户实行有序用电或/和电价激励机制。

由图3可以清晰的看出本发明的技术方案对需求侧资源进行层次化的分解，能实现区域化的协同合作，能根据不同层次不同区域之间的调控需求，制定从微观到宏观的全面调控策略，保证需求侧资源参与电网供需平衡调节的有效性和合理性。

一种供需平衡调控装置，包括：数据采集单元、调度单元、策略制定单元、核验单元和集成商；

所述数据采集单元将采集的功率缺额和负荷运行状态传输至调度单元；所述数据采集单元包括：状态监测单元和统计单元；

所述状态监测单元监测负荷状态；

所述统计单元统计系统频率变化、潮流变化和关口表计量情况，采集功率缺额。

所述调度单元与所述数据采集单元共享数据，并将对功率缺额与响应潜力关系作出的判断传输至策略制定单元；所述调度单元包括需求侧资源管理平台和关系判断单元；

所述需求侧资源管理平台接收并共享采集的数据；

所述关系判断单元对功率缺额与响应潜力关系作出判断：

或，

所述策略制定单元分配可削减负荷任务传输至各集成商；

所述核验单元核验实际电网削减效果和集成商局部任务完成情况。

所述核验单元核验实际电网削减效果：

若实际削减量与削减任务量差值＜5％，则核验负荷集成商的个体完成情况。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，均在申请待批的本发明的权利要求保护范围之内。