一种考虑柔性电解铝的连续时间源网荷储协调优化方法与流程

本发明涉及电气工程领域，尤其涉及一种考虑柔性电解铝的连续时间源网荷储协调优化方法。

背景技术：

1、随着以风电和光伏为代表的新能源并网容量逐渐增加，电力系统的电力电量平衡问题日趋突出。另一方面，以电解铝为代表的负荷侧存在可观的潜在可调潜力。为此，挖掘负荷侧潜在柔性来实现源网荷储协调控制逐渐成为未来智能电网的发展趋势。电解铝负荷作为高耗能负荷，电力消耗巨大。相较于其他分散用户，电解铝负荷参与需求响应具有许多优势。第一点是电解铝负荷可提供的响应容量较大，一个电解铝厂便可以提供数兆瓦的响应容量，而个体用户负荷通常只能提供几千瓦的响应容量。第二点是电解铝负荷调节速度快，可在数毫秒内精确调节负荷功率。第三点是电解铝负荷对气候的敏感度低，季节变换对电解铝负荷的影响较小，而其他用户的负荷水平会随季节更替波动，不利于协调统一管理。第四点是电解铝负荷作为工业负荷自动化水平较高，既可以对设备进行自动灵活的控制，也便于集中管理。为此，将柔性电解铝纳入电力系统源网荷储协调优化将提高电力系统的新能源消纳水平、系统经济性和供电可靠性。

2、柔性电解铝本身的电热动态过程是一组连续时间微分方程，难以直接嵌入现有电力系统优化模型。现有方法多通过差分来将时域微分方程离散化，进而将微分方程转换为代数方程。但是，差分方法的准确性受到时间步长影响，且在不同的电解铝参数和运行条件下，合适的离散化步长也各不相同。

技术实现思路

1、为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种考虑柔性电解铝的连续时间源网荷储协调优化方法，通过采用连续时间优化理论对考虑柔性电解铝的电力系统进行源网荷储协调控制，提高了调度准确率和效率，从而提高电力系统的经济性和安全性。

2、本发明实施例的第一方面提供了一种考虑柔性电解铝的连续时间源网荷储协调优化方法，所述方法包括：

3、采集待调度电力系统的设备参数、经济参数和负荷数据、柔性电解铝参数及出力数据；

4、根据所述待调度电力系统的设备参数、经济参数和负荷数据、柔性电解铝参数及出力数据构建连续时间源网荷储优化模型；

5、利用伯恩斯坦正交多项式对所述连续时间源网荷储优化模型进行重构，得到重构后的连续时间源网荷储优化模型并进行求解，得到第一求解结果，将所述第一求解结果还原为连续形式，得到最终调度结果，以使电网人员根据所述最终调度结果对电力资源进行调度。

6、实施本实施例，采集待调度电力系统的设备参数、经济参数和负荷数据、柔性电解铝参数及出力数据，根据待调度电力系统的设备参数、经济参数和负荷数据、柔性电解铝参数及出力数据构建连续时间源网荷储优化模型，利用伯恩斯坦正交多项式对连续时间源网荷储优化模型进行重构，得到重构后的连续时间源网荷储优化模型并进行求解，得到第一求解结果，将第一求解结果还原为连续形式，得到最终调度结果，以使电网人员根据最终调度结果对电力资源进行调度，本方法通过采用连续时间优化理论对考虑柔性电解铝的电力系统进行源网荷储协调控制，提高了调度准确率和效率。

7、在第一方面的一种可能的实现方式中，连续时间源网荷储优化模型包括目标函数和约束条件，其中，目标函数为：

8、

9、csu,i(τ)＝csu,isu,i(τ)，csd,i(τ)＝csd,isd,i(τ)，

10、cf,i(τ)＝cf,ipg,i(τ)，cwc,i(τ)＝cwc,ipwc,i(τ)

11、cls,i(τ)＝cls,ipls,i(τ)，cdr,i(τ)＝cdr,ipdr,i(τ)

12、其中，h为调度总时长，csu,i、csd,i分别表示单次开机成本和单次停机成本，cf,i表示燃料成本系数，cwc,i表示弃风惩罚成本，cls,i表示切负荷惩罚系数，cdr,i表示需求响应成本，su,i表示指示开机动作的变量，sd,i表示指示开机动作的变量，pg,i表示机组出力功率，pwc,i表示弃风惩罚功率，pls,i表示切负荷功率，pdr,i表示柔性电解铝需求响应功率；

13、所述约束条件为：

14、

15、

16、

17、

18、

19、其中，csu,i、csd,i分别表示单次开机成本和单次停机成本，cf,i表示燃料成本系数，cwc,i表示弃风惩罚成本，cls,i表示切负荷惩罚成本，cdr,i表示需求响应成本，su,i表示指示开机动作的变量，sd,i表示指示开机动作的变量，pg,i表示机组出力功率，pwc,i表示弃风惩罚功率，pls,i表示切负荷功率，pdr,i表示柔性电解铝需求响应功率，pwd,i(τ)表示预测风电出力，pld,i(τ)表示预测固定负荷需求，pal,i(τ)表示柔性电解铝额定功率，pl,j(τ)表示最大线路潮流容量，表示电解铝室内空气温度，表示电解铝电解液热质量，表示电解铝槽壳热质量，表示电解铝电解液热传导率，表示电解铝槽壳热传导率，表示电解铝电流热效率，表示电解铝槽数，表示电解铝槽压，分别表示实际电解铝电流上限和下限，分别表示解铝电解液温度上限和下限，表示电解铝电解液温度初值，表示电解铝槽壳温度初值，τ为表示时间的连续变量，取值范围为0到预设调度时间长度，i为节点编号，j为线路编号。

20、在第一方面的一种可能的实现方式中，利用伯恩斯坦正交多项式对连续时间源网荷储优化模型进行重构，得到重构后的连续时间源网荷储优化模型并进行求解，得到第一求解结果，具体为：

21、利用伯恩斯坦正交多项式将连续时间源网荷储优化模型进行转化为控制点系数的代数域优化问题，得到重构后的连续时间源网荷储优化模型，其中，重构后的连续时间源网荷储优化模型为：

22、

23、csu,i,t＝csu,isu,i,t，csd,i,t＝csd,isd,i,t

24、

25、

26、

27、

28、

29、

30、

31、其中，记是(·)(τ)在时段t的插值系数组成的向量，包含元素k＝0,1,2,3，csu,i、csd,i分别表示单次开机成本和单次停机成本，cf,i表示燃料成本系数，cwc,i表示弃风惩罚成本，cls,i表示切负荷惩罚成本，cdr,i表示需求响应成本，pwd,i(τ)表示预测风电出力，pld,i(τ)表示预测固定负荷需求，pal,i(τ)表示柔性电解铝额定功率，pl,j(τ)表示最大线路潮流容量，表示电解铝室内空气温度，表示电解铝电解液热质量，表示电解铝槽壳热质量，表示电解铝电解液热传导率，表示电解铝槽壳热传导率，表示电解铝电流热效率，表示电解铝槽数，表示电解铝槽压，分别表示实际电解铝电流上限和下限，分别表示解铝电解液温度上限和下限，表示电解铝电解液温度初值，表示电解铝槽壳温度初值，τ为表示时间的连续变量，取值范围为0到预设调度时间长度，i为节点编号，j为线路编号，考虑到ig、su和sd本质上为离散变量，故采用ig,i,t、su,i,t和sd,i,t分别代替su,i(τ)、sd,i(τ)和ig,i(τ)，分别指示时段t内的机组状态、开机动作和关机动作，并记w3为三阶bp插值时微分项的实际系数矩阵，具体表达式如下：

32、

33、d3为三阶bp插值时微分项的近似系数矩阵，具体表达式如下：

34、

35、利用商业求解器对重构后的连续时间源网荷储优化模型进行求解，得到第一求解结果。

36、在第一方面的一种可能的实现方式中，利用伯恩斯坦正交多项式将连续时间源网荷储优化模型进行转化为控制点系数的代数域优化问题，得到重构后的连续时间源网荷储优化模型，具体为：

37、将调度周期分为多个时间段，采用三次伯恩斯坦多项式对每个时间段的变量连续曲线进行插值，将连续时间源网荷储优化模型的连续时间优化问题转化为控制点系数的代数域优化问题，得到重构后的连续时间源网荷储优化模型。

38、在第一方面的一种可能的实现方式中，最终调度结果包括最优开机方式、最优机组出力计划、最优实际电解铝电流和最优电解铝电解液温度，其中，最优机组出力计划pg,i(τ)根据表达式得到，b3(τ)为三次伯恩斯坦正交多项式组成的向量，最优实际电解铝电流根据表达式得到，最优电解铝电解液温度根据表达式得到。

39、本发明实施例的第二方面提供了考虑柔性电解铝的连续时间源网荷储协调优化系统，系统包括：

40、采集模块，用于采集待调度电力系统的设备参数、经济参数和负荷数据、柔性电解铝参数及出力数据；

41、构建模块，用于根据待调度电力系统的设备参数、经济参数和负荷数据、柔性电解铝参数及出力数据构建连续时间源网荷储优化模型；

42、调度结果计算模块，用于利用伯恩斯坦正交多项式对连续时间源网荷储优化模型进行重构，得到重构后的连续时间源网荷储优化模型并进行求解，得到第一求解结果，将第一求解结果还原为连续形式，得到最终调度结果，以使电网人员根据最终调度结果对电力资源进行调度。

43、在第二方面的一种可能的实现方式中，连续时间源网荷储优化模型包括目标函数和约束条件，其中，所述目标函数为：

44、

45、csu,i(τ)＝csu,isu,i(τ)，csd,i(τ)＝csd,isd,i(τ)，

46、cf,i(τ)＝cf,ipg,i(τ)，cwc,i(τ)＝cwc,ipwc,i(τ)

47、cls,i(τ)＝cls,ipls,i(τ)，cdr,i(τ)＝cdr,ipdr,i(τ)

48、其中，h为调度总时长，csu,i、csd,i分别表示单次开机成本和单次停机成本，cf,i表示燃料成本系数，cwc,i表示弃风惩罚成本，cls,i表示切负荷惩罚系数，cdr,i表示需求响应成本，su,i表示指示开机动作的变量，sd,i表示指示开机动作的变量，pg,i表示机组出力功率，pwc,i表示弃风惩罚功率，pls,i表示切负荷功率，pdr,i表示柔性电解铝需求响应功率；

49、所述约束条件为：

50、

51、

52、

53、

54、

55、其中，csu,i、csd,i分别表示单次开机成本和单次停机成本，cf,i表示燃料成本系数，cwc,i表示弃风惩罚成本，cls,i表示切负荷惩罚成本，cdr,i表示需求响应成本，su,i表示指示开机动作的变量，sd,i表示指示开机动作的变量，pg,i表示机组出力功率，pwc,i表示弃风惩罚功率，pls,i表示切负荷功率，pdr,i表示柔性电解铝需求响应功率，pwd,i(τ)表示预测风电出力，pld,i(τ)表示预测固定负荷需求，pal,i(τ)表示柔性电解铝额定功率，pl,j(τ)表示最大线路潮流容量，表示电解铝室内空气温度，表示电解铝电解液热质量，表示电解铝槽壳热质量，表示电解铝电解液热传导率，表示电解铝槽壳热传导率，表示电解铝电流热效率，表示电解铝槽数，表示电解铝槽压，分别表示实际电解铝电流上限和下限，分别表示解铝电解液温度上限和下限，表示电解铝电解液温度初值，表示电解铝槽壳温度初值，τ为表示时间的连续变量，取值范围为0到预设调度时间长度，i为节点编号，j为线路编号。

56、在第二方面的一种可能的实现方式中，利用伯恩斯坦正交多项式对连续时间源网荷储优化模型进行重构，得到重构后的连续时间源网荷储优化模型并进行求解，得到调度结果，具体为：

57、利用伯恩斯坦正交多项式将所述连续时间源网荷储优化模型进行转化为控制点系数的代数域优化问题，得到重构后的连续时间源网荷储优化模型，其中，所述重构后的连续时间源网荷储优化模型为：

58、

59、csu,i,t＝csu,isu,i,t，csd,i,t＝csd,isd,i,t

60、

61、

62、

63、

64、

65、

66、

67、其中，记是(·)(τ)在时段t的插值系数组成的向量，包含元素k＝0,1,2,3，csu,i、csd,i分别表示单次开机成本和单次停机成本，cf,i表示燃料成本系数，cwc,u表示弃风惩罚成本，cls,i表示切负荷惩罚成本，cdr,i表示需求响应成本，pwd,i(τ)表示预测风电出力，pld,o(τ)表示预测固定负荷需求，pal,i(τ)表示柔性电解铝额定功率，pl,j(τ)表示最大线路潮流容量，表示电解铝室内空气温度，表示电解铝电解液热质量，表示电解铝槽壳热质量，表示电解铝电解液热传导率，表示电解铝槽壳热传导率，表示电解铝电流热效率，表示电解铝槽数，表示电解铝槽压，分别表示实际电解铝电流上限和下限，分别表示解铝电解液温度上限和下限，表示电解铝电解液温度初值，表示电解铝槽壳温度初值，τ为表示时间的连续变量，取值范围为0到预设调度时间长度，i为节点编号，j为线路编号，考虑到ig、su和sd本质上为离散变量，故采用ig,i,t、su,i,t和sd,i,t分别代替su,i(τ)、sd,i(τ)和ig,i(τ)，分别指示时段t内的机组状态、开机动作和关机动作，并记w3为三阶bp插值时微分项的实际系数矩阵，具体表达式如下：

68、

69、d3为三阶bp插值时微分项的近似系数矩阵，具体表达式如下：

70、

71、利用商业求解器对重构后的连续时间源网荷储优化模型进行求解，得到第一求解结果。

72、在第二方面的一种可能的实现方式中，利用伯恩斯坦正交多项式将连续时间源网荷储优化模型进行转化为控制点系数的代数域优化问题，得到重构后的连续时间源网荷储优化模型，具体为：

73、将调度周期分为多个时间段，采用三次伯恩斯坦多项式对每个时间段的变量连续曲线进行插值，将连续时间源网荷储优化模型的连续时间优化问题转化为控制点系数的代数域优化问题，得到重构后的连续时间源网荷储优化模型。

74、在第二方面的一种可能的实现方式中，最终调度结果包括最优开机方式、最优机组出力计划、最优实际电解铝电流和最优电解铝电解液温度，其中，所述最优机组出力计划pg,i(τ)根据表达式得到，b3(τ)为三次伯恩斯坦正交多项式组成的向量，所述最优实际电解铝电流根据表达式得到，所述最优电解铝电解液温度根据表达式得到。

75、本发明采集待调度电力系统的设备参数、经济参数和负荷数据、柔性电解铝参数及出力数据，根据待调度电力系统的设备参数、经济参数和负荷数据、柔性电解铝参数及出力数据构建连续时间源网荷储优化模型，利用伯恩斯坦正交多项式对连续时间源网荷储优化模型进行重构，得到重构后的连续时间源网荷储优化模型并进行求解，得到第一求解结果，将第一求解结果还原为连续形式，得到最终调度结果，以使电网人员根据最终调度结果对电力资源进行调度，本方法通过采用连续时间优化理论对考虑柔性电解铝的电力系统进行源网荷储协调控制，提高了调度准确率和效率。