考虑分级孤网自平衡的抽蓄-光伏系统优化方法及系统与流程

本发明属于分布式与微型抽蓄-光伏系统联合优化配置与运行领域，具体涉及一种考虑分级孤网自平衡的抽蓄-光伏系统优化方法及系统。

背景技术：

1、分布式能源在电网中的高比例接入一方面提高了配电网的源网荷交互灵活性，另一方面也对新业态下的配电网规划和运行带来了新的挑战。储能和可再生能源作为两类应用最为广泛的分布式电源，正在被快速进行技术迭代。

2、光伏作为最主要的可再生能源之一，其在中压及以下配电网的接入形式主要有两种：中压分布式光伏系统以及低压分布式光伏系统(屋顶光伏系统)。其中中压分布式光伏系统的配置容量介于集中式光伏与屋顶光伏之间，直接接入中压配电网；屋顶光伏则配置在楼顶，接入所在楼宇的微网。两者可分别参与中压配网级和微网级的电力电量平衡当中。分布式抽水蓄能电站是一种可以直接接入配网的、容量较大的储能系统，其利用上下水库的高度差，将电能与重力势能来回转化而达到储能充放电的效果。与此类似，楼宇级微型抽水蓄能系统是一种较新的分布式储能技术，其可以直接接入楼宇级微网并利用楼宇的高度差构建储能系统。

3、在配电网的运行过程中往往会遭遇不同层级的故障，导致故障点的下级用电负荷无法得到上级电网的功率支撑，因此各级配电网都应具有在故障情况下的短时孤网自平衡能力，从而保证重要负荷的供电。

技术实现思路

1、本发明的目的是针对现有技术存在的上述问题，提供一种考虑分级孤网自平衡的抽蓄-光伏系统优化方法及系统。

2、为实现以上目的，本发明的技术方案如下：

3、第一方面，本发明提出考虑分级孤网自平衡的抽蓄-光伏系统优化方法，包括：

4、s1、以最小化分级系统的综合成本为目标，构建分级系统的联合配置与运行优化模型，所述分级系统包括直接接入中压配电网的分布式光伏系统和分布式抽水蓄能电站，直接接入楼宇级微电网的屋顶光伏系统、微型抽水蓄能系统、具有v2g功能的电动汽车以及空调负荷；

5、s2、对分级系统的联合配置与运行优化模型进行求解，得到最优联合配置与运行规划方案。

6、所述s1中，分级系统的联合配置与运行优化模型的目标函数包括：

7、min(cs+cb+cdp+cbp)[(1+α)γ-1]/αγ2+ce；

8、cs＝lsprs；

9、

10、cdp＝ndpprdp；

11、

12、上式中，cs为分布式抽水蓄能系统的机组配置成本，cb为楼宇级微型抽水蓄能系统的机组配置成本，cdp为分布式光伏系统的配置成本，cbp为屋顶光伏系统的配置成本，α为贴现率，γ为投资年限，ce为购电成本；ls为分布式抽水蓄能系统所配置的可逆机组数量，prs为单台分布式抽水蓄能系统的机组配置成本；kn为楼宇n的微型抽水蓄能系统所配置的可逆机组数量，prb为单台楼宇级微型抽水蓄能系统的机组配置成本；ndp为分布式光伏系统的光伏电池板台数，prdp为单个分布式光伏电池的配置成本；为楼宇n接入的屋顶光伏系统的光伏电池板台数，prbp为单个屋顶光伏电池的配置成本；为在季节s的时段t内，由上级电网向配电网供电的功率，pre为系统的单位购电成本，ds为一年中季节s的典型日数量。

13、所述s1中，分级系统的联合配置与运行优化模型的约束条件包括中压配网的规划运行约束；

14、所述中压配网的规划运行约束包括：

15、

16、

17、上式中，分别为在季节s的时段t内，分布式抽水蓄能系统的输入功率、输出功率，p为水的密度，g为重力加速度，hs为分布式抽水蓄能系统上下水库的高度差，为在季节s的时段t内，分布式抽水蓄能系统由下水库抽入上水库的水量，γs为分布式抽水蓄能系统中可逆机组的能量传输效率，tu为单位时间，为在季节s的时段t内，分布式抽水蓄能系统由上水库排入下水库的水量，ism为单个微型抽水蓄能系统可逆机组的功率上限，ls为分布式抽水蓄能系统所配置的可逆机组数量，为在季节s的时段t内，分布式抽水蓄能系统的实际输出/输入功率，δm为大m常数，为在季节s的时段t内，分布式抽水蓄能系统的二进制状态变量，jhs，t、jds，t分别为在季节s的时段t内，分布式抽水蓄能系统的上水库水量、下水库水量，tn为一个典型日内的最后一个时段，jhm、jhm分别为分布式抽水蓄能系统上水库的水量下限、水量上限，jdm、jdm分别为分布式抽水蓄能系统下水库的水量下限、水量上限；为在季节s的时段t内，分布式光伏系统的最大输出功率，ndp为分布式光伏系统的光伏电池板台数，为时段t内单台光伏电池板的标准出力，ξs为季节s的光照强度系数。

18、所述分级系统的联合配置与运行优化模型的约束条件还包括楼宇级微网的规划运行约束；

19、所述楼宇级微网的规划运行约束包括：

20、

21、

22、上式中，分别为在季节s的时段t内，楼宇n的微型抽水蓄能系统的输入功率、输出功率，ρ为水的密度，g为重力加速度，为楼宇n的微型抽水蓄能系统上下水箱的高度差，为在季节s的时段t内，楼宇n的微型抽水蓄能系统由下水箱抽入上水箱的水量，为在季节s的时段t内，楼宇n的微型抽水蓄能系统由上水箱排入下水箱的水量，γb为楼宇级微型抽水蓄能系统中可逆机组的能量传输效率，tu为单位时间，δm为大m常数，为在季节s的时段t内，楼宇n的微型抽水蓄能系统的二进制状态变量，dus，t，n为在季节s的时段t内，楼宇n的微型抽水蓄能系统由下水箱向用户供水的量，hus，t，n为在季节s的时段t内，楼宇n的微型抽水蓄能系统由上水箱向用户供水的量，δls，t，n为在季节s的时段t内，楼宇n的微型抽水蓄能系统的实际排水量/抽水量，lus，t，n为在季节s的时段t内，楼宇n的用户用水量，lhs，t，n为在季节s的时段t内，楼宇n的上水箱水量，lds，t，n为在季节s的时段t内，楼宇n的下水箱水量，lss，t，n为在季节s的时段t内，楼宇n由外部供给的水量，tn为一个典型日内的最后一个时段；为在季节s的时段t内，楼宇n接入的屋顶光伏系统的最大输出功率，为楼宇n接入的屋顶光伏系统的光伏电池板台数，为时段t内单台光伏电池板的标准出力，ξs为季节s的光照强度系数；分别为在季节s的时段t内，楼宇n接入的电动汽车的放电功率、充电功率，为在季节s的时段t内，楼宇n的电动汽车充放电的二进制状态变量，为在季节s的时段t内，楼宇n接入的电动汽车的实际充放电功率，dem为一个典型日内，一个楼宇微网满足的最小充电需求。

23、所述分级系统的联合配置与运行优化模型的约束条件还包括联网与孤岛模式下的多级电网运行约束；

24、所述联网与孤岛模式下的多级电网运行约束包括：

25、

26、上式中，ρ为水的密度，g为重力加速度，hs为分布式抽水蓄能系统上下水库的高度差，jhs，t为在季节s的时段t内，分布式抽水蓄能系统的上水库水量，γs为分布式抽水蓄能系统中可逆机组的能量传输效率，为在季节s的时段t内，分布式光伏系统的最大输出功率，tis为一个时间段的最短孤网运行时间，分别为在季节s的时段t内，楼宇n安装空调的有功负荷、无功负荷，分别为在季节s的时段t内，楼宇n的其它有功负荷、无功负荷，为楼宇n的微型抽水蓄能系统上下水箱的高度差，lhs，t，n为在季节s的时段t内，楼宇n的上水箱水量，γb为楼宇级微型抽水蓄能系统中可逆机组的能量传输效率，为在季节s的时段t内，楼宇n接入的屋顶光伏系统的最大输出功率，peu为单辆电动汽车的最大充放电功率，为在时段t内一个楼宇微网中接入的电动汽车的平均数量，为在季节s的时段t内，由上级电网向配电网供电的功率，分别为在季节s的时段t内，线路w上的有功功率、无功功率，κw，n为线路w和楼宇n的二进制关联系数，为在季节s的时段t内，楼宇n接入的电动汽车的实际充放电功率，为在季节s的时段t内，楼宇n接入的屋顶光伏系统的实际输出功率，为在季节s的时段t内，楼宇n的微型抽水蓄能系统的实际输出/输入功率，wf为最后一条线路的编号，lcw为线路w的配置容量，δus，t，w为在季节s的时段t内，线路w上的电压降，分别为线路w的电阻、电抗，un为配电网母线的额定电压，us，t，e分别为在季节s的时段t内，节点e的母线电压，e为任意节点，um、um分别为配电网母线电压的上限、下限。

27、第二方面，本发明提出一种考虑分级孤网自平衡的抽蓄-光伏系统优化系统，包括模型构建模块和模型求解模块；

28、所述模型构建模块用于以最小化分级系统的综合成本为目标，构建分级系统的联合配置与运行优化模型，所述分级系统包括直接接入中压配电网的分布式光伏系统和分布式抽水蓄能电站，直接接入楼宇级微电网的屋顶光伏系统、微型抽水蓄能系统、具有v2g功能的电动汽车以及空调负荷；

29、所述模型求解模块用于对分级系统的联合配置与运行优化模型进行求解，得到最优联合配置与运行规划方案。

30、所述模型构建模块包括目标函数构建单元；

31、所述目标函数构建单元用于构建如下目标函数：

32、min(cs+cb+cdp+cbp)[(1+α)γ-1]/αγ2+ce；

33、cs＝lsprs；

34、

35、cdp＝ndpprdp；

36、

37、上式中，cs为分布式抽水蓄能系统的机组配置成本，cb为楼宇级微型抽水蓄能系统的机组配置成本，cdp为分布式光伏系统的配置成本，cbp为屋顶光伏系统的配置成本，α为贴现率，γ为投资年限，ce为购电成本；ls为分布式抽水蓄能系统所配置的可逆机组数量，prs为单台分布式抽水蓄能系统的机组配置成本；kn为楼宇n的微型抽水蓄能系统所配置的可逆机组数量，prb为单台楼宇级微型抽水蓄能系统的机组配置成本；ndp为分布式光伏系统的光伏电池板台数，prdp为单个分布式光伏电池的配置成本；为楼宇n接入的屋顶光伏系统的光伏电池板台数，prbp为单个屋顶光伏电池的配置成本；为在季节s的时段t内，由上级电网向配电网供电的功率，pre为系统的单位购电成本，ds为一年中季节s的典型日数量。

38、所述模型构建模块还包括中压配网的规划运行约束单元；

39、所述中压配网的规划运行约束单元用于构建如下中压配网的规划运行约束：

40、

41、

42、上式中，分别为在季节s的时段t内，分布式抽水蓄能系统的输入功率、输出功率，ρ为水的密度，g为重力加速度，hs为分布式抽水蓄能系统上下水库的高度差，为在季节s的时段t内，分布式抽水蓄能系统由下水库抽入上水库的水量，γs为分布式抽水蓄能系统中可逆机组的能量传输效率，tu为单位时间，为在季节s的时段t内，分布式抽水蓄能系统由上水库排入下水库的水量，ism为单个微型抽水蓄能系统可逆机组的功率上限，ls为分布式抽水蓄能系统所配置的可逆机组数量，为在季节s的时段t内，分布式抽水蓄能系统的实际输出/输入功率，δm为大m常数，为在季节s的时段t内，分布式抽水蓄能系统的二进制状态变量，jhs，t、jds，t分别为在季节s的时段t内，分布式抽水蓄能系统的上水库水量、下水库水量，tn为一个典型日内的最后一个时段，jhm、jhm分别为分布式抽水蓄能系统上水库的水量下限、水量上限，jdm、jdm分别为分布式抽水蓄能系统下水库的水量下限、水量上限；为在季节s的时段t内，分布式光伏系统的最大输出功率，ndp为分布式光伏系统的光伏电池板台数，为时段t内单台光伏电池板的标准出力，ξs为季节s的光照强度系数。

43、所述模型构建模块还包括楼宇级微网的规划运行约束单元；

44、所述楼宇级微网的规划运行约束单元用于构建如下楼宇级微网的规划运行约束：

45、

46、

47、上式中，分别为在季节s的时段t内，楼宇n的微型抽水蓄能系统的输入功率、输出功率，ρ为水的密度，g为重力加速度，为楼宇n的微型抽水蓄能系统上下水箱的高度差，为在季节s的时段t内，楼宇n的微型抽水蓄能系统由下水箱抽入上水箱的水量，为在季节s的时段t内，楼宇n的微型抽水蓄能系统由上水箱排入下水箱的水量，γb为楼宇级微型抽水蓄能系统中可逆机组的能量传输效率，tu为单位时间，δm为大m常数，为在季节s的时段t内，楼宇n的微型抽水蓄能系统的二进制状态变量，dus，t，n为在季节s的时段t内，楼宇n的微型抽水蓄能系统由下水箱向用户供水的量，dus，t，n为在季节s的时段t内，楼宇n的微型抽水蓄能系统由上水箱向用户供水的量，δls，t，n为在季节s的时段t内，楼宇n的微型抽水蓄能系统的实际排水量/抽水量，lus，t，n为在季节s的时段t内，楼宇n的用户用水量，lhs，t，n为在季节s的时段t内，楼宇n的上水箱水量，lds，t，n为在季节s的时段t内，楼宇n的下水箱水量，lss，t，n为在季节s的时段t内，楼宇n由外部供给的水量，tn为一个典型日内的最后一个时段；为在季节s的时段t内，楼宇n接入的屋顶光伏系统的最大输出功率，为楼宇n接入的屋顶光伏系统的光伏电池板台数，为时段t内单台光伏电池板的标准出力，ξs为季节s的光照强度系数；分别为在季节s的时段t内，楼宇n接入的电动汽车的放电功率、充电功率，为在季节s的时段t内，楼宇n的电动汽车充放电的二进制状态变量，为在季节s的时段t内，楼宇n接入的电动汽车的实际充放电功率，dem为一个典型日内，一个楼宇微网满足的最小充电需求。

48、所述模型构建模块还包括联网与孤岛模式下的多级电网运行约束单元；

49、所述联网与孤岛模式下的多级电网运行约束单元用于构建如下联网与孤岛模式下的多级电网运行约束：

50、

51、上式中，ρ为水的密度，g为重力加速度，hs为分布式抽水蓄能系统上下水库的高度差，jhs，t为在季节s的时段t内，分布式抽水蓄能系统的上水库水量，γs为分布式抽水蓄能系统中可逆机组的能量传输效率，为在季节s的时段t内，分布式光伏系统的最大输出功率，tis为一个时间段的最短孤网运行时间，分别为在季节s的时段t内，楼宇n安装空调的有功负荷、无功负荷，分别为在季节s的时段t内，楼宇n的其它有功负荷、无功负荷，为楼宇n的微型抽水蓄能系统上下水箱的高度差，lhs，t，n为在季节s的时段t内，楼宇n的上水箱水量，γb为楼宇级微型抽水蓄能系统中可逆机组的能量传输效率，为在季节s的时段t内，楼宇n接入的屋顶光伏系统的最大输出功率，peu为单辆电动汽车的最大充放电功率，为在时段t内一个楼宇微网中接入的电动汽车的平均数量，为在季节s的时段t内，由上级电网向配电网供电的功率，分别为在季节s的时段t内，线路w上的有功功率、无功功率，κw，n为线路w和楼宇n的二进制关联系数，为在季节s的时段t内，楼宇n接入的电动汽车的实际充放电功率，为在季节s的时段t内，楼宇n接入的屋顶光伏系统的实际输出功率，为在季节s的时段t内，楼宇n的微型抽水蓄能系统的实际输出/输入功率，wf为最后一条线路的编号，lcw为线路w的配置容量，δus，t，w为在季节s的时段t内，线路w上的电压降，分别为线路w的电阻、电抗，un为配电网母线的额定电压，us，t，e分别为在季节s的时段t内，节点e的母线电压，e为任意节点，um、um分别为配电网母线电压的上限、下限。

52、与现有技术相比，本发明的有益效果为：

53、本发明提出一种考虑分级孤网自平衡的抽蓄-光伏系统优化方法及系统，该方法针对故障出现在中压配网与楼宇级微网的情况，以最小化分级系统的综合成本为目标，构建分级系统的联合配置与运行优化模型，并通过对分级系统的联合配置与运行优化模型进行求解，得到最优联合配置与运行规划方案。该方法充分利用中压分布式光伏系统、屋顶光伏系统、分布式抽水蓄能电站以及楼宇级微型抽水蓄能系统的源荷灵活性，使其在配电网各个层级得以优化配置和运行，不仅保证了配网级和微网级的孤网自平衡能力，从而有效保障了在故障期间对于用电服务需求的电力供应，而且实现了分级系统的综合成本最小化。