基于电压反馈的综合能源系统自动发电控制方法

1.本发明涉及电力系统运行控制技术领域，具体的，涉及基于电压反馈的综合能源系统自动发电控制方法。


背景技术：

2.区域综合能源系统包含电力、燃气、太阳能、风能、余废热等多种类型能源资源，通过资源和技术协同优化整合，以较高的系统综合能效向用户提供冷量、热量及电力。可将综合能源系统看作一个能源资源开发-转换-传输-存储-消费过程一体化整合而形成的有机整体。作为新型综合能源系统中的枢纽与核心，综合能源路由扮演者多种能量形式转换的角色，能够提供灵活高效的控制功能，也为多种能源参与电力系统运行提供了手段。目前，电网的《发电厂并网运行管理实施细则》和《并网发电厂辅助服务管理实施细则》对新能源场站参与自动发电控制(automatic generation control，agc)提出了具体的要求，随着区域综合能源系统对电网运行的影响日益明显，综合能源系统的自动发电控制方法亟待研究。
3.由于综合能源系统的用电对象数量庞大、波动性强、容易脱网的特性，综合能源系统的有功功率控制遭遇系统化挑战。综合能源系统并网电能质量的要求迫使自动发电控制系统的功能完备性与技术先进性不断提升。特别是对于结构复杂、能源形式多样的系统，在运行时容易发生功率大范围的变化，不仅难以响应agc指令，而且综合能源系统内部易出现过载或过电压问题，从而增加了负荷脱网的可能。因此，愈发复杂的系统结构和愈加严格的电能质量要求，使得自动发电控制方法迫切需要技术革新，从而保证综合能源系统响应调度指令，并保证电网的稳定经济运行。
4.随着综合能源路由的发展，综合能源系统可将其视为控制对象，对其下方功率控制指令，为自动发电控制提供了有效有段。然而，现有自动发电控制算法普遍根据调度下发的agc 指令，按照容量进行比例分配，无法考虑各综合能源路由的实际运行情况，因此极容易出现下发的控制指令无法执行，或执行后的结果造成线路过载或电压越限的风险。而在技术研究领域，基于模型优化的自动发电控制方法层出不穷，但大多数均未考虑综合能源系统的实际通信条件约束和模型参数的精确性问题，可能影响自动发电控制的效果，甚至造成安全运行隐患。而由于自动发电控制系统的运行机制和通信方式，其指令周期相比运行状态变化速度一般较长，难以通过重新执行优化弥补上述问题的影响。
5.为解决上述问题，需通过综合能源系统的自动发电控制系统下发综合能源路由的有功功率调整指令和并网点电压设定值，各综合能源路由可通过电压偏差反馈快速实现二次功率调整，从而实现兼顾综合能源系统外特性和内部分配的自动发电控制。此外，为解决模型参数不精确的问题，可采用基于数据驱动的状态空间变换模型辨识方法，高精度计算综合能源路由并网点电压与有功功率之间的灵敏度关系，从而辅助实现基于电压反馈的有功功率二次调整，从而实现更强的工程适用性。


技术实现要素：

6.本发明的目的是解决现有技术中自动发电控制效果差的问题，提出基于电压反馈的综合能源系统自动发电控制方法，通过综合能源系统的自动发电控制系统下发综合能源路由的有功功率调整指令和并网点电压设定值，各综合能源路由可通过电压偏差反馈快速实现二次功率调整，从而实现兼顾综合能源系统外特性和内部分配的自动发电控制；此外，为解决模型参数不精确的问题，采用基于数据驱动的状态空间变换模型辨识方法，高精度计算综合能源路由并网点电压与有功功率之间的灵敏度关系，从而辅助实现基于电压反馈的有功功率二次调整，从而实现更强的工程适用性。
7.本发明实施例中提供的一种技术方案是基于电压反馈的综合能源系统自动发电控制方法，包括以下步骤：s1、自动发电控制系统中输入综合能源路由的接入位置和容量、综合能源路由及其内部综合能源负荷容量的上限值、综合能源路由并网点的电压上下限值、综合能源系统线路阻抗参数、综合能源系统线路传输容量上限、综合能源路由并网点额定电压；同步的，自动发电控制系统实时获取调度中心下发给自动发电控制系统的有功功率指令、各综合能源路由最大可发有功功率值、各综合能源路由并网点电压量测值、各综合能源路由的无功功率；s2、自动发电控制系统以综合能源路由并网点电压相角、幅值和综合能源路由有功、无功功率的历史量测数据作为训练样本输入，采用基于koopman状态空间升维变换方法构建线性潮流方程矩阵；s3、自动发电控制系统根据调度中心下发的有功功率指令及各综合能源路由的最大可发有功功率值，构建综合能源路由有功功率优化控制模型，根据优化控制模型求解结果对自动发电控制系统进行无差调节。
8.作为优选，s2包括如下步骤：s21、对输入变量进行升维变换得到升维变换扩充出的第t维输入变量；s22、利用最小二乘方法估计线性潮流方程矩阵l的值。
9.作为优选，s21包括：对输入变量进行升维变换，升维后的输入变量公式表示为：式中，x为输入变量，包括综合能源路由有功和无功功率，ψ(x)表示升维扩充出的m维输入变量，x
lift
为升维后的输入变量；升维变换扩充出的第t维输入变量可按下式计算：式中，ψ
t
(x)为ψ(x)中的第t个元素，f
lift
为升维函数，xv为x中的第v个元素，k为x的维度，c
t
为随机生成的k维基底向量，c
tv
为c
t
中的第v个元素。
10.作为优选，s22包括：利用最小二乘方法估计线性潮流方程矩阵l的值，公式如下：
式中，x为输入变量样本矩阵，包含s个时间断面的综合能源路由有功、无功功率向量，x
lift
为升维后的输入变量样本矩阵，包含s个时间断面的升维后的输入变量，s为训练样本数量， y为状态变量样本矩阵，包含s个时间断面的综合能源路由并网点电压相角及幅值向量，为矩阵的moore-penrose逆。
11.作为优选，构建综合能源路由有功功率优化控制模型，包括：s31、构建综合能源路由有功功率优化控制模型目标函数；s32、构建综合能源路由有功功率优化控制模型约束条件；s33、采用内点法求解综合能源路由有功功率优化控制模型。
12.作为优选，s31中，构建综合能源路由有功功率优化控制模型目标函数，公式如下：其中，pi为第i个综合能源路由有功功率，p为由pi构成的列向量，n为综合能源系统中综合能源路由的数量，p
agc
为调度中心下发的agc指令，vi为第i个综合能源路由并网点电压幅值，μ为综合能源路由并网点额定电压，ε为电压偏差惩罚系数。
13.作为优选，s32中，构建综合能源路由有功功率优化控制模型约束条件，包括：综合能源路由并网点电压-功率方程：其中，θ为各综合能源路由并网点的相角列向量，v为由vi构成的列向量，q为各综合能源路由无功功率列向量；综合能源系统线路功率方程：综合能源系统线路功率方程：其中，p
ij
为第i个综合能源路由与第j个综合能源路由间线路传输的有功功率，q
ij
为第i个综合能源路由与第j个综合能源路由间线路传输的无功功率，qj为第j个综合能源路由无功功率，r
ij
和x
ij
分别为第i个综合能源路由与第j个综合能源路由间线路的电阻和电抗；综合能源路由并网点电压约束：v
min
≤vi≤v
max
,i∈{1,2,
…
,n}其中，v
min
和v
max
分别为综合能源路由并网点的电压上下限值；综合能源系统线路容量约束：
其中，s
max
为综合能源系统线路容量上限值；综合能源路由有功功率约束：0≤pi≤p
i,max
,i∈{1,2,
…
,n}其中，p
i,max
为第i个综合能源路由最大可发有功功率；综合能源路由容量约束：其中，s
i,max
为第i个综合能源路由容量的最大值。
14.作为优选，s33中，包括如下步骤：s331、采用内点法求解各综合能源路由的有功功率pi、各综合能源路由并网点电压幅值vi；s332、基于综合能源路由有功功率优化控制模型求得的结果以及线性潮流方程矩阵l的值，计算各综合能源路由并网点电压对综合能源路由有功功率的实时灵敏度；s333、自动发电控制系统将各综合能源路由的有功功率pi、各综合能源路由并网点电压幅值 vi，及综合能源路由并网点电压幅值vi对其有功功率pi的灵敏度z
ii
通过综合能源系统通信通道下发给各综合能源路由控制器；s334、各综合能源路由控制器根据接收到的有功功率pi结果，调节综合能源路由内各综合能源负荷有功功率：s335、各综合能源路由控制器基于并网点电压幅值实际值与自动发电控制系统下发的电压指令的偏差，计算综合能源路由的有功功率调整量，并对各综合能源负荷的有功功率进行二次调整；s336、各综合能源路由控制器根据综合能源负荷的有功功率二次调整量调整其有功功率，并返回步骤s335。
15.作为优选，s332中，所述实时灵敏度公式如下：其中，z
ii
为第i个综合能源路由并网点电压幅值vi对其有功功率pi的灵敏度，l
ii
为矩阵l中对应第i个综合能源路由并网点电压幅值vi对其有功功率pi的元素，l
i,(k+t)
为矩阵l中对应第 i个综合能源路由并网点电压幅值vi和升维变换扩充出的第t维输入变量ψ
t
(x)的值，m为升维维度。
16.作为优选，s335包括：计算综合能源路由的有功功率调整量：其中，δpi为第i个综合能源路由的有功功率调整量，为第i个综合能源路由并网点电压幅值实际值；计算各综合能源负荷有功功率二次调整量：
其中，δp
ij
为第i个综合能源路由中第j个综合能源负荷的有功功率二次调整量。
17.本发明的有益效果：1.本发明在综合能源系统自动发电控制的基础上，考虑了综合能源系统内部综合能源路由功率的优化分配，使得综合能源系统整体满足调度中心下发的agc指令的同时，实现综合能源系统内部的优化运行，特别是能够在进行自动发电控制的同时计及并网点电压约束及线路的容量约束；2.本发明提出了基于并网点电压反馈的自动发电控制控制架构，上层由综合能源系统的自动发电控制系统实现，下层则由综合能源路由控制器实现，充分考虑了自动发电控制系统下发的有功功率指令由于实际通信约束或由于负荷运行条件限制无法执行的情况，通过综合能源路由控制器检测本地并网点电压，采用电压反馈实现有功功率的二次调整，由于无需自动发电控制系统重新进行集中采集和优化，二次调整速度显著提升，并可通过周期循环，最终实现通信约束下实际控制与理论优化结果的无差调节；3.本发明提出的数据驱动并网点电压与综合能源路由有功功率灵敏度计算方法，充分采用了综合能源系统历史运行数据样本，构建了升维线性化的综合能源系统潮流模型，灵敏度计算结果并非仅针对某一运行点成立，而是实现了全局高精度适用，且采用的数据驱动方法不依赖于模型参数，在实际综合能源系统线路参数存在误差时，本方法精度相比传统的灵敏度分析方法得到显著提升。
18.上述发明内容仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。
附图说明
19.通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述,本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。
20.图1为本发明的基于电压反馈的综合能源系统自动发电控制方法的流程图。
具体实施方式
21.为使本发明的目的、技术方案以及优点更加清楚明白，下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明，应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅是本发明的一种最佳实施例，仅用以解释本发明，并不限定本发明的保护范围，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
22.在更加详细地讨论示例性实施例之前，应当提到的是，一些示例性实施例被描述成作为流程图描绘的处理或方法。虽然流程图将各项操作(或步骤)描述成顺序的处理，但是其中的许多操作(或步骤)可以被并行地、并发地或者同时实施。此外，各项操作的顺序可以被重新安排。当其操作完成时所述处理可以被终止，但是还可以具有未包括在附图中的附加步骤；所述处理可以对应于方法、函数、规程、子例程、子程序等等。
23.实施例：如图1所示，一种技术方案是基于电压反馈的综合能源系统自动发电控制方法，包括以下步骤：s1、在自动发电控制系统中输入综合能源路由的接入位置和容量、综合能源路由及其内部综合能源负荷容量的上限值、综合能源路由并网点的电压上下限值、综合能源系统线路阻抗参数、综合能源系统线路传输容量上限、综合能源路由并网点额定电压；同步的，自动发电控制系统实时获取调度中心下发给自动发电控制系统的有功功率指令、各综合能源路由最大可发有功功率值、各综合能源路由并网点电压量测值、各综合能源路由的无功功率。
24.s2、自动发电控制系统以综合能源路由并网点电压相角、幅值和综合能源路由有功、无功功率的历史量测数据作为训练样本输入，采用基于koopman状态空间升维变换方法构建线性潮流方程矩阵。
25.s2包括如下步骤：s21、对输入变量进行升维变换得到升维变换扩充出的第t维输入变量。
26.具体的，对输入变量进行升维变换，升维后的输入变量公式表示为：式中，x为输入变量，包括综合能源路由有功和无功功率，ψ(x)表示升维扩充出的m维输入变量，x
lift
为升维后的输入变量；升维变换扩充出的第t维输入变量可按下式计算：式中，ψ
t
(x)为ψ(x)中的第t个元素，f
lift
为升维函数，xv为x中的第v个元素，k为x的维度，c
t
为随机生成的k维基底向量，c
tv
为c
t
中的第v个元素。
27.s22、利用最小二乘方法估计线性潮流方程矩阵l的值。
28.具体的，利用最小二乘方法估计线性潮流方程矩阵l的值，公式如下：式中，x为输入变量样本矩阵，包含s个时间断面的综合能源路由有功、无功功率向量，x
lift
为升维后的输入变量样本矩阵，包含s个时间断面的升维后的输入变量，s为训练样本数量，y为状态变量样本矩阵，包含s个时间断面的综合能源路由并网点电压相角及幅值向量，为矩阵的moore-penrose逆。
29.s3、自动发电控制系统根据调度中心下发的有功功率指令及各综合能源路由的最大可发有功功率值，构建综合能源路由有功功率优化控制模型，根据优化控制模型求解结果对自动发电控制系统进行无差调节。
30.构建综合能源路由有功功率优化控制模型，包括：s31、构建综合能源路由有功功率优化控制模型目标函数。
31.s31中，构建综合能源路由有功功率优化控制模型目标函数，公式如下：
其中，pi为第i个综合能源路由有功功率，p为由pi构成的列向量，n为综合能源系统中综合能源路由的数量，p
agc
为调度中心下发的agc指令，vi为第i个综合能源路由并网点电压幅值，μ为综合能源路由并网点额定电压，ε为电压偏差惩罚系数。
32.s32、构建综合能源路由有功功率优化控制模型约束条件。
33.具体的，综合能源路由并网点电压-功率方程：其中，θ为各综合能源路由并网点的相角列向量，v为由vi构成的列向量，q为各综合能源路由无功功率列向量；综合能源系统线路功率方程：综合能源系统线路功率方程：其中，p
ij
为第i个综合能源路由与第j个综合能源路由间线路传输的有功功率，q
ij
为第i个综合能源路由与第j个综合能源路由间线路传输的无功功率，qj为第j个综合能源路由无功功率，r
ij
和x
ij
分别为第i个综合能源路由与第j个综合能源路由间线路的电阻和电抗；综合能源路由并网点电压约束：v
min
≤vi≤v
max
,i∈{1,2,
…
,n}其中，v
min
和v
max
分别为综合能源路由并网点的电压上下限值；综合能源系统线路容量约束：其中，s
max
为综合能源系统线路容量上限值；综合能源路由有功功率约束：0≤pi≤p
i,max
,i∈{1,2,
…
,n}其中，p
i,max
为第i个综合能源路由最大可发有功功率；综合能源路由容量约束：其中，s
i,max
为第i个综合能源路由容量的最大值。
34.s33、采用内点法求解综合能源路由有功功率优化控制模型。
35.s33包括如下步骤：s331、采用内点法求解各综合能源路由的有功功率pi、各综合能源路由并网点电压幅值vi。
36.s332、基于综合能源路由有功功率优化控制模型求得的结果以及线性潮流方程矩
阵l 的值，计算各综合能源路由并网点电压对综合能源路由有功功率的实时灵敏度。
37.实时灵敏度公式如下：其中，z
ii
为第i个综合能源路由并网点电压幅值vi对其有功功率pi的灵敏度，l
ii
为矩阵l中对应第i个综合能源路由并网点电压幅值vi对其有功功率pi的元素，l
i,(k+t)
为矩阵l中对应第 i个综合能源路由并网点电压幅值vi和升维变换扩充出的第t维输入变量ψ
t
(x)的值，m为升维维度。
38.s333、自动发电控制系统将各综合能源路由的有功功率pi、各综合能源路由并网点电压幅值vi，及综合能源路由并网点电压幅值vi对其有功功率pi的灵敏度z
ii
通过综合能源系统通信通道下发给各综合能源路由控制器。
39.s334、各综合能源路由控制器根据接收到的有功功率pi结果，调节综合能源路由内各综合能源负荷有功功率。
40.s335、各综合能源路由控制器基于并网点电压幅值实际值与自动发电控制系统下发的电压指令的偏差，计算综合能源路由的有功功率调整量，并对各综合能源负荷的有功功率进行二次调整。
41.具体的，计算综合能源路由的有功功率调整量：其中，δpi为第i个综合能源路由的有功功率调整量，为第i个综合能源路由并网点电压幅值实际值；计算各综合能源负荷有功功率二次调整量：其中，δp
ij
为第i个综合能源路由中第j个综合能源负荷的有功功率二次调整量。
42.s336、各综合能源路由控制器根据综合能源负荷的有功功率二次调整量调整其有功功率，并返回步骤s335。
43.以上所述之具体实施方式为本发明基于电压反馈的综合能源系统自动发电控制方法的较佳实施方式，并非以此限定本发明的具体实施范围，本发明的范围包括并不限于本具体实施方式，凡依照本发明之形状、结构所作的等效变化均在本发明的保护范围内。