考虑随机负荷和氢储能的柔性互联配电网功率均衡方法与流程

本发明属于配电网优化。

背景技术：

1、为了减轻环境污染、实现双碳目标，我国正大力倡导发展可再生能源。分布式光伏由于安装灵活、建造成本低、故障影响小等优点受到了诸多关注。虽然光伏拥有巨大的潜力，但其随机波动性强，高比例分布式光伏并网将导致发电波动大幅增加，可能引起系统线路过载、功率失衡、电压越限等问题，会对配电网的安全稳定运行造成影响。

2、面对这一状况，部分企业选择采用燃气轮机来进行调节，但汽轮机需要燃烧化石燃料，将不可避免地造成污染，而选择合适的储能装置可以储存多余的电能，抑制功率波动、促进光伏消纳，是更加环经济环保的手段。氢储能由于扩建方便，可以实现大规模、大容量的存储，安全性高，近年来受到了各界的广泛关注。同时，由于氢储能可以实现跨能源形式的长时间储存，满足作为季节性储能的条件。针对可再生能源在不同时间尺度下的波动特性，将季节性氢储能与短期储能相结合，可以实现实时能量供需平衡与可再生能源季节性波动的调节。

技术实现思路

1、本发明的目的是以考虑柔性互联的交直流混合配电网为基础，提出了季节性氢储能的模型，建立了氢储能与分布式光伏协调调度策略模型，得到该调度策略对配电网中的高比例可再生能源就地消纳影响的考虑随机负荷和氢储能的柔性互联配电网功率均衡方法。

2、本发明的步骤是：

3、s1、建立分布式光伏、氢储能系统、随机负荷的数学模型，提出了季节性氢储能与蓄电池相结合的综合储能系统框架：

4、概率密度函数如式(1)所示：

5、

6、式中：r和rmax分别为某一时间段内的实际光强和最大光强(单位为w/m2)；γ为gamma函数；π和ω为beta分布形状参数；

7、光伏电池的输出功率表达式为：

8、

9、

10、式中：ppv(t)表示t时刻光伏电池实际输出功率；pstc表示标准试验条件(太阳辐照强度gstc为1000w/m2，电池表面温度tstc为25℃)下光伏电池的最大输出功率；gc(t)表示t时刻光伏电池实际光照强度；kp为0.00485/℃，是功率温度系数；tc(t)表示t时刻光伏电池表面实际温度；ta(t)表示环境温度；

11、有功负荷pl概率密度函数为：

12、

13、式中：μp为有功负荷期望值；σp为有功负荷标准差；

14、无功负荷ql为

15、ql＝pltanφl (5)

16、式中：φl为负荷功率因数角；

17、季节性氢储能对应的数学模型为：

18、

19、

20、

21、

22、

23、

24、式中：pshs,s,t、分别为shs在t时刻在场景s的功率、充电功率、放电功率；分别为shs在t时刻在场景s的充电功率上限和下限；分别为shs在t时刻在场景s的放电功率上限和下限；为shs在t时刻在场景s的充放电状态；capshs为shs的容量；eshs,s,t为shs在t时刻在场景s的储能量；γshs,loss为shs的自损耗率；为shs的充能、放能效率；ω(s)为出现场景s的概率；

25、s2、以网络总有功损耗、电压偏差和系统运行成本最小为目标函数，构建柔性互联配电网调度优化模型：

26、1)以网络总有功损耗最小为目标

27、minf1＝minploss＝min(pacloss+pdcloss) (12)

28、

29、

30、式中：pacloss为交流有功网损，pdcloss为直流网损；t为一个运行优化周期的时间间隔，t的实际值为24；nac、ndc分别为交流和直流网络的支路数；pi,t、qi,t、pj,t为t时刻网络支路i、j末端注入的有功和无功；ri、rj则为交流、直流网络的支路电阻；ui,t、uj,t则分别是t时刻支路i、j末端的电压值；

31、2)以节点电压偏差最小为目标

32、

33、式中：δu为电压偏差总和；uspec,i为节点i的电压期望值；umax,i、umin,i分别为节点i电压的上下限；

34、3)以运行成本最小为目标

35、min f3＝min(cgrid+cma) (16)

36、

37、cma＝cpv+cchu (18)

38、

39、

40、式中：cgrid、co&m、cpv、ces分别为电网交互成本、运行维护成本、光伏成本和储能成本；cgrid为电网交互功率单位成本，cpv、cl分别为光伏和储能相关设备的单位维护成本；为储能相关设备的启停成本；npv为分布式光伏的接入数量；ppv、pl分别为t时段的光伏输出和储能相关设备输出；l为储能相关设备编号；δ(t)为设备l的运行状态，δ(t)＝0表示设备l处于停机状态，δ(t)＝1表示设备l处于运行状态；

41、s3、约束条件：

42、1)vsc约束

43、vsc支路的潮流约束如下：

44、ps-i2rc＝pdc (21)

45、qs-i2xc＝qdc (22)

46、式中：i为交流支路上流过的电流；pdc为换流器向直流系统传输的有功；qc为换流器的无功出力；

47、换流器交流侧输入的有功功率ps、等效电阻上的有功损耗pc,loss、换流器内部的开关损耗ploss以及直流侧流入的有功功率pdc表示为：

48、ps＝pc,loss+ploss+pdc (23)

49、

50、

51、

52、pdc＝udcidc (27)

53、式中：ic是流过换流器内部的交流电流；a、b、c是表征不同类型损耗的损耗系数，是根据实际经验推出的常数，a表示与ic无关的固有损耗，b表示与ic成正比的损耗，c表示与ic平方成正比的损耗；

54、2)交流潮流约束

55、

56、

57、式中：ui、uj为节点i、j的节点电压，θ为节点i、j的相角差；

58、考虑换流器通过节点i流入到交流系统的有功和无功功率

59、

60、

61、式中：δpi表示的是注入节点i的有功功率不平衡量；δqi表示的是注入节点i的无功功率不平衡量；pgi表示的是外部电源通过节点i流进系统的有功功率；qgi表示的是外部电源通过节点i流进系统的无功功率；pli表示的是通过节点i流出系统的有功功率，即负荷有功功率；qli表示的是通过节点i流出系统的无功功率，即负荷无功功率；psi表示的是换流器通过节点i流入到交流系统的有功功率；qsi表示换流器通过节点i注入到交流系统的无功功率；

62、3)直流潮流约束

63、

64、式中：pc.dci是由vsc换流器通过节点i流入直流侧的有功功率；pgdci是外部电源通过节点i流入直流侧的有功功率；pldci是通过节点i流出直流电网的有功功率，即负荷功率；

65、4)节点电压约束

66、ui,min≤ui≤ui,max (33)

67、式中：ui,max和ui,min分别表示节点i的电压上下限；

68、5)光伏出力约束

69、0≤ppv(t)≤ppv,max (34)

70、式中：ppv(t)为时段光伏输出功率；ppv,max为光伏输出功率上限；

71、6)功率平衡约束

72、pload＝ppv+phfc-pel (35)

73、pel＝phfc+pcf,in-pcf,out (36)

74、式中：pload为电负荷；ppv、pel、phfc分别为光伏、电解槽和氢燃料电池的输出功率；pcf,in、pcf,out为储氢罐的充能、放能功率。

75、本发明分析了在高比例分布式光伏接入的柔性互联配电网系统下的季节性氢储能调度策略，探究了季节性氢储能的长时间尺度能量转移与柔性互联技术对于配电网运行的经济性与稳定性的影响，希望对于指导光伏消纳以及随机负荷在各台区间的平衡提供借鉴和参考。