适用于机组组合的主动配电网可调能力建模方法与流程

本发明涉及一种适用于机组组合的主动配电网可调能力建模方法，属于主动配电网建模。

背景技术：

1、风电光伏等间歇性可再生能源的高比例渗透增加了对电网调节能力的需求，在这一背景下，电网不能再仅依靠传统机组的调节作用，发挥需求侧灵活资源的调节能力势在必行。一些典型的需求侧灵活资源包括分布式发电，电动汽车，分布式储能，热控负荷等正在蓬勃发展，促进配电网从传统的被动接受向主动调控转型。主动配电网参与电网调控，可以保障电网的安全稳定运行，促进新能源消纳，以及减少用户用电成本。安全约束机组组合是电力系统调度决策的经典手段，在未来需求侧资源逐渐替代传统机组成为电力系统中主要的调节资源的背景下，在机组组合中考虑主动配电网提供的可调能力是大势所趋。由于在机组组合中考虑所有配电网的参数过于复杂，并且不利于保护用户的隐私，所以可以仅考虑主动配电网功率可调能力的等效模型。在这种模式下，配电网运营商考虑其所辖范围内所有灵活资源上报的可行域以及配网的安全约束，计算得到配电网的总功率的可行域上报给调度中心。机组组合计算完成后，每个配电网的总功率确定，这一总功率再逐层分配到每个灵活资源上执行。因此，需要较为精确地构建配网中灵活资源的聚合灵活性模型，以确保分配的顺利进行，且不应导致过大的计算复杂度。

2、现有文献对计构建主动配电网的总功率可调能力模型这一问题已经达成了共识，即这是一个求高维空间多面体投影的问题，是一个np难问题。因此大量文献聚焦于构建内部近似模型，即相对精确模型更保守但复杂度较低的模型，然而目前文献中已有的模型大多数依赖于经验和直觉，精度和复杂度不高，且难以灵活地控制精度与复杂度。许多研究中考虑的时段数往往较少，如4个时段、8个时段、12个时段等等，但机组组合的应用要求至少需要考虑24个时段。最新的研究严格推导出了考虑配网安全约束时将配网中所有资源的可调范围聚合到配网根节点处的显式表达式，虽然该表达式计算复杂度很高，但可以将它的性质利用到构建内部近似模型的过程中，从而提升近似的效果。

技术实现思路

1、本发明目的是提供一种适用于机组组合的主动配电网可调能力建模方法，通过将配网整体的计算和配网内聚合商的计算分离，使得该方法能够以较低的复杂度处理大规模的配电网和大量灵活资源，并且保护了灵活资源用户的隐私，解决了背景技术中存在的问题。

2、本发明的技术方案是：

3、一种适用于机组组合的主动配电网可调能力建模方法，包含如下步骤：

4、①配网中灵活资源聚合商将其功率可调范围上报给配网运营商；

5、②计算配网根节点处的功率可调能力模型；

6、③将功率可调能力模型用于在安全约束机组组合问题中建模主动配电网的可调能力。

7、所述步骤①具体包括：

8、首先，将时间离散化，按δt的时间间隔将优化所考虑的时间窗划分为共t个时间段，记所有时间段的集合为[t]＝{1,2,...,t}；

9、其次，记灵活资源聚合商在第t时段的总功率为pt,t∈[t]，所有t个pt构成一个t维列向量p，则聚合商应该上报其总功率向量p的可调范围；假设该范围用可行域ap≤b表示，则系数矩阵a和右手向量b需要满足以下要求：

10、a)a的所有行向量的转置的集合是bt∪(-b)t的非空子集，其中b＝＝{0,1}，则-b＝＝{0,-1}，bt表示所有分量均为0或1的t维列向量的集合，即a的所有元素只能为0，1，或-1，且同一行非0的系数一定全为1或全为-1；

11、b)b的取值要使得ap≤b所确定的可行域非空。

12、所述步骤②具体包括：

13、首先，构建配网安全约束模型，采用线性化的配网潮流模型来描述配网中的潮流关系与安全约束；线性化配网潮流模型为：

14、cx-proot＝0

15、dx≤f

16、ex＝g

17、其中，proot是配网根节点处在所有时段上的有功功率构成的t维向量，x代表配网中所有除proot之外的变量，包括节点功率、支路功率、聚合商功率以及节点电压等变量，c、d、e、f和g等为根据潮流关系生成的矩阵和向量；

18、其次，构建可调能力模型的形状模板；由于所构建的根节点处的功率可调能力模型是精确模型的一个内部近似，能够确保在满足配网安全约束的前提下分配至每个聚合商的可行域内，且复杂度不会过高；对于内部近似而言，需要先制定一个形状模板，即如果将内部近似模型紧凑地表示为：

19、aapxp≤bapx

20、其中，p表示由组成的t维列向量，aapx是系数矩阵，bapx是右端待定参数向量，则所谓制定形状模板是指预先设定aapx的值；

21、最后，迭代计算模板中的参数，即bapx的值；

22、参数bapx的值是迭代计算得到的，对于迭代算法而言，先要给定参数bapx的初始值，通过求解以下优化问题初始化bapx的每个分量bapx,i：

23、

24、s.t.cx-proot＝0

25、dx≤f

26、ex＝g

27、其中，表示bapx的第i个分量的初始值，aapx,i表示aapx的第i行；根据上述初始化方法，每一个都是aapx,ip在满足配网中所有约束条件下的最大值，则根据初始化参数模确定的近似模型是精确模型的一个外部近似，因为aapxp每一行的最大值可能不能同时达到。

28、所述步骤③具体包括：

29、1)确定主动配电网接入的安全约束机组组合问题考虑的范围：

30、所考虑的安全约束机组组合问题包含传统机组，风力发电，主动配电网和固定负荷等元素；其中，安全约束采用直流潮流的描述方式，风力发电的不确定性用基于场景集的随即优化来处理；

31、2)构建目标函数：

32、

33、其中，s表示风电出力的场景集，probs表示场景s出现的概率，g表示所有传统发电机的集合，pg,s,t表示发电机g在场景s中第t个时段发出的功率，ag，bg和cg是发电机g的成本系数；yg,t和zg,t分别是发电机g的启动动作标识和关停动作标识，yg,t在t时为1表示发电机g在t时刚刚启动，zg,t同理，和分别表示发电机的启动和关停成本，和分别表示发电机g在t时的上下备用容量，和表示上下备用容量的成本；

34、3)构建约束条件：

35、a)潮流安全约束：

36、

37、

38、

39、

40、其中，l表示所有线路的集合，ij表示连接节点i和节点j的线路，i表示所有节点的集合，其中0表示平衡节点，di、gi和ri分别表示节点i上的主动配电网、传统发电机组和风力发电机组的集合，d、g和r表示所有的主动配电网、传统发电机组和风力发电机组的集合，pij,s,t、pd,s,t、和pr,s,t分别表示场景s中第t个时段线路ij传输的功率、主动配电网d的有功负荷、节点i上的固定负荷以及风力发电机组r的出力，θi,s,t表示节点i的相角，xij和分别表示线路ij的电抗和传输容量；

41、b)风电出力范围：

42、

43、其中表示风电场r在场景s中第t个时段的最大出力；该式表明风电实际出力在0到最大出力范围内可调；

44、c)传统发电机启停约束：

45、

46、

47、

48、

49、

50、其中，ug,t是发电机组g在t时段的启停状态标识，为1表示开启状态，为0表示停机状态，和分别表示发电机组g的最小开启时间和最小停机时间；

51、d)发电机出力与备用约束：

52、

53、

54、

55、

56、其中和分别表示发电机g在启动状态下的最大和最小出力，和分别表示发电机的最大上爬坡和下爬坡率，和分别表示发电机启动和关停时的最大爬坡率，和表示发电机的上备用和下备用；

57、e)主动配电网可调能力约束：

58、

59、其中pd,s表示主动配电网d在场景s下所有t个时段的功率变量组成的t维向量，ad和bd是主动配电网d的可调能力模型中的系数矩阵和右端向量。

60、所述迭代计算近似模型中的参数具体步骤如下：

61、第一步：初始化参数令k＝1，设定收敛误差ε；

62、第二步：求解以下优化问题得到当前近似模型中与精确配网模型在u正方向上差异最大的点p1(k)：

63、

64、

65、-mu≤y≤mu,

66、-m(1-u)≤y+p1≤m(1-u),

67、

68、u+ω＝0,

69、c′ω+d′λ+e′μ＝0,

70、λ≥0,

71、其中，m是一个足够大的正数；该模型是混合整数线性规划模型，包含t个整数变量，整数变量的个数不随近似模板的选择而改变；如果没有u∈bt的性质，就无法推导出上述模型；如果求解得到的目标函数值大于ε，则执行第三步，否则，执行第五步；

72、第三步：求解以下优化问题得到精确配网模型中离p1(k)最近的点

73、

74、第四步：求解以下优化问题来更新令k＝k+1

75、

76、

77、

78、

79、

80、

81、其中，j(k)表示第k次迭代近似模型在点p1(k)上起作用的约束集合；

82、第五步：求解以下优化问题得到当前近似模型中与精确模型在u负方向上差异最大的点p1(k)：

83、

84、

85、-mu≤y≤mu,

86、-m(1-u)≤y-p1≤m(1-u),

87、

88、-u+ω＝0,

89、c′ω+d′λ+e′μ＝0,

90、λ≥0,

91、如果求解得到的目标函数值大于ε，则执行第六步，否则，执行第七步；

92、第六步：执行与第三步和第四步同样的运算；

93、第七步：判断是否成立，若成立，结束计算；若不成立，回到第二步；

94、上述算法迭代收敛之后的bapx即为最终得到的配网根节点处可调能力内部近似模型中的参数。

95、所述潮流安全约束包含：直流潮流方程、平衡节点的相角参考值、节点功率平衡以及线路传输容量约束；所述发电机出力与备用约束包括：发电机的出力范围约束，爬坡率范围约束，为了应对风电出力不确定性留出的最小备用容量应满足的限制，以及备用容量非负。

96、本发明的有益效果是：不仅可以直接应用到含主动配电网的安全约束机组组合中，也可以作为在大电网调度、运营商投标等多种场合中主动配电网的模型基础，根据可调能力内部近似模型决策得到的功率曲线结果运行，可以在保障功率分配可行性的同时，最大化地利用主动配电网的可调能力，从而提升电力系统运行的经济性与稳定性。