一种计及空调负荷的源网荷协同调度方法及系统与流程

1.本发明属于源网荷协同调度技术领域，尤其涉及一种计及空调负荷的源网荷协同调度方法及系统。


背景技术：

2.本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。
3.新能源装机比例不断攀升，传统电力系统不断向着以新能源为主体的新型电力系统演变，调度运行中需要充分考虑碳排放。新能源发电具有随机性和间歇性的特点，而且新能源为主体后势必造成传统火电占比降低，电力系统仅依靠电源侧进行调节会十分困难，传统的“源随荷动”的电力系统运行模式需要向“源网荷互动”的模式转变，可控负荷在电力系统控制中的作用开始凸显。
4.空调负荷是典型的可控负荷，一方面是由于其在负荷中的占比高；另一方面，空调负荷具有一定的“热惯性”，温度的变化相对比较缓慢，短暂对空调负荷的控制不会影响用户舒适度。这两个原因使得空调负荷在电力系统控制中备受关注，其有效性也在多个工程中得到应用验证。
5.当前电力系统源网荷协同调度运行存在以下不足：
6.(1)目前调度运行中并未充分考虑碳排放的影响；
7.(2)对于负荷的考虑尚不够深入，影响发电机组和空调负荷的调度精度；
8.(3)不能快速有效的得出源网荷协同调度结果，进行发电机组和空调负荷的快速调度。


技术实现要素：

9.为了解决上述背景技术中存在的技术问题，本发明提供一种计及空调负荷的源网荷协同调度方法及系统，充分考虑了空调负荷的影响，并将模型处理为混合整数线性规划问题，从而可以快速有效的得出调度结果，提高了发电厂发电机组和空调负荷的调度精度和速度。
10.为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
11.本发明的第一个方面提供一种计及空调负荷的源网荷协同调度方法，其包括：
12.获取电力系统相关参数；
13.基于相关参数，通过源网荷协同调度模型和求解器，得到发电机组发电功率、发电机组发电备用以及空调负荷备用；
14.基于所述发电机组发电功率、发电机组发电备用和空调负荷备用，对电力系统中的发电机组和空调负荷进行调度；
15.其中，源网荷协同调度模型包括电力系统在若干个预想事故下的负荷响应情况约束和功率平衡约束，每个预想事故下的负荷响应情况约束和功率平衡约束均与空调负荷响
应量相关，每个预想事故下的空调负荷响应量通过空调负荷的虚拟储能模型进行约束。
16.进一步地，所述每个预想事故下的负荷响应情况约束为：每个预想事故下的空调负荷响应量小于等于相应预想事故下的空调负荷备用。
17.进一步地，第k个预想事故下的功率平衡约束为：
[0018][0019]
其中，为第k个预想事故下的节点导纳矩阵，为第k个预想事故下的发电机组位置矩阵，为第k个预想事故下第t个时段的相角，为第k个预想事故下第t个时段的发电机发电功率，d
t
为第t个时段的负荷向量，表示第k个预想事故下第t个时段的所有空调负荷响应量。
[0020]
进一步地，所述空调负荷的虚拟储能模型为：
[0021][0022]
其中，x
t
是第t个时段下空调负荷对应虚拟储能的电量，λ＝(1-a)c/k，a＝e-kτ/c
为虚拟储能的损耗率，k为房间的热导，c是房间的热容，τ为控制间隔，y
ini
为初始状态时空调负荷处于开状态的比例，为某个预想事故下第t个时段的空调负荷响应量，p
ac,ini
为初始状态时的空调负荷功率，pn表示空调负荷的额定功率，to、t
+
和t-分别表示室外温度、空调设定温度上限和空调设定温度下限，α表示空调负荷的能效比。
[0023]
进一步地，所述源网荷协同调度模型还包括电力系统在若干个预想事故下的线路功率等式约束、线路功率上下限约束和发电功率上下限约束。
[0024]
进一步地，所述源网荷协同调度模型还包括电力系统正常运行时的发电功率平衡约束、线路功率等式约束、线路功率上下限约束、发电功率上下限约束、发电爬坡约束、发电备用约束和负荷备用非负约束。
[0025]
进一步地，所述源网荷协同调度模型以所有机组发电运行成本、所有机组发电备用成本、空调负荷备用成本和碳排放边际成本最小为目标。
[0026]
本发明的第二个方面提供一种计及空调负荷的源网荷协同调度系统，其包括：
[0027]
参数获取模块，其被配置为：获取电力系统相关参数；
[0028]
计算模块，其被配置为：基于相关参数，通过源网荷协同调度模型和求解器，得到发电机组发电功率、发电机组发电备用以及空调负荷备用；
[0029]
调度模块，其被配置为：基于所述发电机组发电功率、发电机组发电备用和空调负荷备用，对电力系统中的发电机组和空调负荷进行调度；
[0030]
其中，源网荷协同调度模型包括电力系统在若干个预想事故下的负荷响应情况约束和功率平衡约束，每个预想事故下的负荷响应情况约束和功率平衡约束均与空调负荷响应量相关，每个预想事故下的空调负荷响应量通过空调负荷的虚拟储能模型进行约束。
[0031]
本发明的第三个方面提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如上述所述的一种计及空调负荷的源网荷协同调度方法中的步骤。
[0032]
本发明的第四个方面提供一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上述所述的一种计及空调负荷的源网荷协同调度方法中的步骤。
[0033]
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
[0034]
本发明提供了一种计及空调负荷的源网荷协同调度方法，其充分考虑了空调负荷的影响，并将模型处理为混合整数线性规划问题，从而可以快速有效的得出源网荷协同调度结果，提高了发电厂发电机组和空调负荷的调度精度和速度。
附图说明
[0035]
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
[0036]
图1是本发明实施例一的一种计及空调负荷的源网荷协同调度方法流程图；
[0037]
图2是本发明实施例一的碳排放交易模型的等价分段线性化示意图；
[0038]
图3是本发明实施例一的考虑空调负荷不考虑碳排放场景下的备用配置情况示意图；
[0039]
图4是本发明实施例一的考虑空调负荷并考虑碳排放场景下的备用配置情况示意图。
具体实施方式
[0040]
下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
[0041]
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
[0042]
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
[0043]
实施例一
[0044]
本实施例提供了一种计及空调负荷的源网荷协同调度方法，如图1所示，具体包括如下步骤：
[0045]
步骤1、获取电力系统相关参数。
[0046]
其中，电力系统相关参数包括发电机电力参数、电力网络参数和发电碳排放参数。
[0047]
发电机电力参数包括：火电机组数量、火电机组容量、火电机组爬坡能力(发电机下爬坡速率向量和上爬坡速率向量)、发电成本数据(单个机组的发电成本)和备用成本数据(发电机备用成本系数、单个空调负荷聚合商的备用成本)等。
[0048]
电力网络参数包括：节点导纳矩阵、直流潮流下相角-线路功率矩阵、线路功率限值等。
[0049]
发电碳排放参数包括：所有机组单位燃料消耗下碳排放量c
bf
。
[0050]
步骤2、基于获取的相关参数，通过源网荷协同调度模型和求解器得到发电机组调
度出力(发电功率)、发电机组发电备用以及空调负荷备用。
[0051]
源网荷协同调度模型以所有机组发电运行成本、所有机组发电备用成本、空调负荷备用成本和碳排放边际成本最小为目标，即：
[0052][0053]
式中：为发电运行成本；为发电备用成本；为空调负荷备用成本；p
t
、和分别表示第t个时段的发电功率、发电备用和负荷备用向量；fc为碳排放边际成本。
[0054]
(1)发电运行成本其中，fi为第i台机组的发电成本，p
i,t
为第i台机组在第t时段的出力，ng为火电机组数量。
[0055]
(2)发电备用成本其中，kr为发电机备用成本系数，r
i,t
为第i台机组在第t时段的备用。
[0056]
(3)空调负荷备用成本其中，f
ac,i
为第i个空调负荷聚合商的备用成本，r
ac,i,t
为第i个空调负荷聚合商在第t时段的备用，n
ac
为空调负荷聚合商数量。
[0057]
(4)碳排放边际成本fc与所有机组单位燃料消耗下碳排放量c
bf
相关，具体的碳排放边际成本计算方法为：
[0058]
传统碳排放成本由阶梯型的计算方式得到，在碳排放量高于无偿配额的前提下，当碳排放量低于碳排放目标时，碳排放边际成本执行第一段阶梯型价格；当碳排放量高于碳排放目标时，碳排放边际成本也会随之增高，公式为：
[0059][0060][0061]
式中：fc为碳排放成本；eu为碳排放目标；ke为第一段阶梯价格；kf为各阶梯段的价格；σ为罚系数；η为阶梯段的区间长度；e
p
为碳排放量；eq为无偿碳排放配额。
[0062]
本发明选取基线法设置无偿配额，更有利于减排激励机制的发挥，基线法的无偿碳排放配额为
[0063][0064]
式中：δ为配额系数，本发明取电量和容量的边际排放因子的加权结果0.648；t为优化时段；ng为机组数量；p
gti
为第i台火电机组在第t个时段出力。
[0065]
需要注意的是，传统碳排放成本的模型为分段阶梯模型，具有非线性特性，不利于后续优化求解，为方便求解，如图2所示，对传统碳排放成本的模型进行了等价分段线性化，得到本发明的碳排放边际成本计算方法。
[0066][0067]
式中：为约束第n个分段的0-1整数变量，和为第n个分段下的分段碳排放量，各分段量对应各阶梯下碳排放量，表示碳排放量完全覆盖第n个段下分段量，表示碳排放量未能完全覆盖第n个段下分段量，为第n个分段的碳排放量，fc(0)为起始的碳排放成本，sn为第n分段的斜率，e
p
为碳排放量，碳排放量的计算上，基于所有机组单位燃料消耗下碳排放的数据c
bf
，结合机组单位燃料消耗下的金额c
tf
以及机组燃料成本fg，给出碳排放量的计算方法为：
[0068][0069]
源网荷协同调度模型包括正常运行约束以及事故下约束。
[0070]
正常运行约束包括电力系统正常运行时的发电功率平衡约束、线路功率等式约束、线路功率上下限约束、发电功率上下限约束、发电爬坡约束、发电备用约束和负荷备用非负约束。
[0071]
采用直流潮流处理功率平衡问题，发电功率平衡约束为
[0072]-mbθ
t
+mhp
t
＝d
t
[0073]
式中：mb、mh分别为节点导纳矩阵和发电机位置矩阵；θ
t
和d
t
分别为第t个时段的相角和负荷向量。
[0074]
线路功率等式约束为
[0075]
p
f,t
＝m
t
θ
t
[0076]
式中：m
t
为直流潮流下相角-线路功率矩阵；p
f,t
为线路功率。
[0077]
线路功率上下限约束和发电功率上下限约束分别为：
[0078]-p
f,max
≤p
f,t
≤p
f,max
[0079]
p
min
≤p
t
≤p
max
[0080]
式中：p
min
和p
max
分别表示发电功率的最小和最大值，p
f,max
表示线路功率的限值。
[0081]
发电爬坡约束为
[0082]-rdδt≤p
t-p
t-1
≤ruδt
[0083]
式中：rd、ru分别为发电机下爬坡速率向量和上爬坡速率向量，δt为调度时间间隔。
[0084]
发电备用除了要考虑发电功率的裕量，还要考虑爬坡速率是否能满足，发电备用约束为
[0085][0086]
式中，τr表示事故后备用响应时间。
[0087]
负荷备用非负约束为
[0088][0089]
事故下约束包括电力系统在若干个(k)预想事故下的负荷响应情况约束、功率平衡约束、线路功率等式约束、线路功率上下限约束和发电功率上下限约束。
[0090]
第k个预想事故下负荷响应情况约束为：每个预想事故下的空调负荷响应量小于等于相应预想事故下的空调负荷备用，表示为：
[0091][0092]
式中：上标k表示第k个预想事故，k＝1,2,
…
,k。
[0093]
第k个预想事故下的功率平衡约束为
[0094][0095]
式中：表示第k个预想事故下第t个时段的系统内所有空调负荷响应量，通过空调负荷的虚拟储能模型进行约束；为第k个预想事故下的节点导纳矩阵，为第k个预想事故下的发电机组位置矩阵，为第k个预想事故下第t个时段的相角，为第k个预想事故下第t个时段的发电机发电功率，d
t
为第t个时段的负荷向量(不同预想事故下，负荷情况不会变化)。空调负荷是典型的温控负荷，具有一定的“热惯性”，即短时间的控制不会明显影响用户舒适度。空调负荷“热惯性”的实质是其具备“热储能”特性，能量以温度梯度的形式存储在房间中，对应储能的电量，空调负荷则对应储能的电力情况，通过控制空调负荷情况来改变房间温度，一般温度变化比较慢，从而表现出“热惯性”。因此，空调负荷的虚拟储能模型为：
[0096][0097]
式中：x
t
是第t个时段下空调负荷对应虚拟储能的电量情况；a＝e-kτ/c
为虚拟储能
的损耗率，对应能量的变化快慢；k和c分别是房间的热导和热容；to、t
+
和t-分别表示室外温度、空调设定温度上限和空调设定温度下限；y
ini
为初始状态时空调负荷处于开状态的比例，p
ac,ini
为初始状态时的空调负荷功率；α和pn分别表示空调负荷的能效比(coefficient of performance，cop)和额定功率；为某个预想事故下第t个时段的空调负荷的响应量(即一个空调负荷聚合商的响应结果)；τ为控制间隔；λ＝(1-a)c/k为空调控制间隔的近似，其值接近τ。传统的调度主要是电源对负荷的跟踪，本发明进一步考虑了负荷参与调度，从而实现“源荷互动”。
[0098]
第k个预想事故下线路功率等式约束为
[0099][0100]
第k个预想事故下线路功率上下限约束为
[0101][0102]
第k个预想事故下发电功率上下限约束为
[0103][0104]
式中：为第k个预想事故下机组在t时段的启停状态。
[0105]
从本发明的源网荷协同调度模型可以清晰看出，目标和约束均为线性，待求解问题便成为混合整数线性规划，可以采用成熟的求解器(如cplex、gurobi等求解器)进行求解。
[0106]
步骤3、基于得到的发电机组发电功率、发电机组发电备用和空调负荷备用，对电力系统中的发电机组和空调负荷进行调度。
[0107]
本发明通过对非线性环节的线性化处理，将问题转变为混合整数线性规划问题，方便进行求解，可以快速有效的得出源网荷协同调度结果；本发明充分考虑碳排放的影响，深入考虑空调负荷特性，快速有效的得出源网荷协同调度结果，提高了发电厂发电机组和空调负荷的调度精度和速度。
[0108]
考虑空调负荷不考虑碳排放场景和考虑空调负荷并考虑碳排放场景下，发电和负荷备用的情况分别如图3和图4所示。
[0109]
实施例二
[0110]
本实施例提供了一种计及空调负荷的源网荷协同调度系统，其具体包括如下模块：
[0111]
计算模块，其被配置为：基于相关参数，通过源网荷协同调度模型和求解器，得到发电机组发电功率、发电机组发电备用以及空调负荷备用；
[0112]
调度模块，其被配置为：基于所述发电机组发电功率、发电机组发电备用和空调负荷备用，对电力系统中的发电机组和空调负荷进行调度；
[0113]
其中，源网荷协同调度模型包括电力系统在若干个预想事故下的负荷响应情况约束和功率平衡约束，每个预想事故下的负荷响应情况约束和功率平衡约束均与空调负荷响应量相关，每个预想事故下的空调负荷响应量通过空调负荷的虚拟储能模型进行约束。
[0114]
此处需要说明的是，本实施例中的各个模块与实施例一中的各个步骤一一对应，其具体实施过程相同，此处不再累述。
[0115]
实施例三
[0116]
本实施例提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如上述实施例一所述的一种计及空调负荷的源网荷协同调度方法中的步骤。
[0117]
实施例四
[0118]
本实施例提供了一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上述实施例一所述的一种计及空调负荷的源网荷协同调度方法中的步骤。
[0119]
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用硬件实施例、软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器和光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
[0120]
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
[0121]
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
[0122]
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
[0123]
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(read-only memory，rom)或随机存储记忆体(random accessmemory，ram)等。
[0124]
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。