本發(fā)明涉及電網運行
技術領域：
，尤其涉及一種公共樓宇參與電網優(yōu)化運行方法。
背景技術：
：節(jié)能減排是國家戰(zhàn)略政策，更是發(fā)展低碳經濟、保持國民經濟可持續(xù)發(fā)展的必由之路。電力作為國民經濟運轉的動力源泉和國家能源戰(zhàn)略的核心要素，是國民經濟的命脈及節(jié)能減排的重點領域和主力軍。隨著我國經濟的持續(xù)高速發(fā)展，及其結構性矛盾的日益突出，電網峰值負荷不斷攀升，電網峰谷差呈現(xiàn)逐步擴大趨勢，同時受空調負荷影響，夏季電力供需不平衡矛盾尤其突出，嚴重影響電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行。尤其，單位集中、人口密度大的公共樓宇成為都市里的一道道風景，其用電特點是內設中央空調、高速電梯、監(jiān)控設備、辦公設施、現(xiàn)代通信設施等大型耗電設備，因此用電量極大。加之人的思想觀念和行為習慣，以及辦公用電單位管理問題，使電力浪費現(xiàn)象十分突出，夏季電力供需不平衡矛盾尤其突出，嚴重影響電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行。為滿足不斷增長的負荷需求，國家每年要投入上千億元巨資用于調峰電廠建設，但用于調峰需求的發(fā)、輸電設備年利用小時低，平均成本較高，單純依靠不斷增加裝機容量來滿足短暫的高峰用電，會導致發(fā)供電成本不斷上升，不利于社會資源的合理利用。在迎峰度夏期間，政府和電網公司不得不采取有序用電措施來應對短期尖峰問題，但有序用電實施對象主要為工業(yè)用戶，一定程度上影響經濟、社會發(fā)展。公共樓宇典型用電設備具有較強互補特性，具有較好負荷自平衡能力，可實現(xiàn)智能用電模式優(yōu)化。其中，公共樓宇空調負荷主要集中在夏季用電高峰期的數(shù)百小時內，電網尖峰時段短時間削減部分負荷主要影響用戶舒適度，對用戶生產、生活影響較小，故合理調控空調負荷可配合電網運行；照明負荷與公共樓宇的內部光照和溫度環(huán)境相關，在照明度和舒適度允許的情況下也具有一定調整能力；電加熱為具有儲能特性的用電設備，可根據(jù)電價/激勵機制優(yōu)化用電方式，如盡可能選擇低谷時段用電，減少高峰用電，甚至推遲用電時段；電動汽車為具有雙向互動能力的用電設備，在受控狀態(tài)下實現(xiàn)與電網能量和信息的雙向交互，可作為儲能設施，按照電網、公共樓宇等需求實現(xiàn)有序充放電；分布式電源隨機性較大，一般儲能配合補充運行，可滿足自身發(fā)電自平衡，在多發(fā)時段將余電儲存在儲能中，在少發(fā)時段可直接用于公共樓宇用電。目前已有的文獻或專利中：公共樓宇空調資源研究較成熟，主要為空調負荷建模及相關機理特性研究，照明設施主要研究照明負載響應特性及負荷建模等，風力發(fā)電主要開展建模分析、發(fā)電功率特性、可調容量建模等研究，光伏發(fā)電主要研究發(fā)電特性及仿真模型、入網影響等，電動汽車主要研究最優(yōu)充放電模型、充電行為對配電網影響等，儲能方面主要研究儲能設備就與智能電網、分布式電源、電動汽車互動的特性及儲能電池特性等。但是，公共樓宇空調負荷、照明負荷、電動汽車、分布式能源、儲能等柔性可調度資源的研究側重于空調負荷的預測、照明單方面控制、電動汽車充放電模型的研究，關于公共樓宇不同場景下柔性資源的優(yōu)化控制技術研究較單一，主要集中在樓宇能效提升方面，較少考慮樓宇與電網需求互動等多目標場景，各可調資源之間缺乏互補特性研究，優(yōu)化組合模型分析較少。因此需要一種公共樓宇參與電網優(yōu)化運行方法來解決上述問題。技術實現(xiàn)要素：針對現(xiàn)有技術的不足，本發(fā)明的目的是提供一種公共樓宇參與電網優(yōu)化運行方法，可根據(jù)事件分析中設定的閾值或優(yōu)先級等觸發(fā)機制自行確定在該時段采取哪種或多種優(yōu)化運行策略，使得輸出的樓宇整體負荷曲線波動大大減小，且優(yōu)化后的負荷區(qū)域平穩(wěn)，峰谷差也明顯縮小。一種公共樓宇參與電網優(yōu)化運行方法，所述電網優(yōu)化運行方法包括以下步驟：S1，建立公共樓宇可調資源優(yōu)化運行控制信息庫，所述信息庫包含公共樓宇內光伏電池、風力發(fā)電、EV、可調負荷等所有可調資源；S2，制定可調資源優(yōu)化運行方式，并下發(fā)給樓宇內可調資源，第i個可調資源接到通知后判斷是否允許接受優(yōu)化運行方式；S3，若不是則根據(jù)約束條件更新信息庫，若是則判斷是否滿足多目標優(yōu)化目標，若滿足則按該模式優(yōu)化運行，若不滿足則需根據(jù)約束條件繼續(xù)更新信息庫。優(yōu)選地，所述約束條件包括：分布式電源輸出功率約束：Pi,min≤Pi,t≤Pi,max(22)Rid·△t≤Pi,t-Pi,t-1≤Riu·△t(23)式中，Pi,min、Pi,max分別為第i個分布式電源輸出功率最小值和最大值；Rid、Riu分別為第i個分布式電源向下和向上爬坡速率。樓宇系統(tǒng)與臺區(qū)傳輸功率約束：式中，PS,max為向配電網售電最大有功功率，PB,max為從配電網購電最大有功功率，單位是kW。售電及用電時長約束：ti≤t,tj≤t(26)式中，ti為第i個分布式電源在第t個時段的售電時長，tj為第j個可調負荷在第t個時段的用電時長。本發(fā)明的技術方案具有以下有益效果：本發(fā)明提供的一種公共樓宇參與電網優(yōu)化運行方法，從平抑負荷波動、峰谷差優(yōu)化、供需平衡管理以及緊急需求響應等4個目標出發(fā)建立帶有優(yōu)先級和多目標的優(yōu)化調度策略及其策略分解方法，使得輸出的樓宇整體負荷曲線波動大大減小，且優(yōu)化后的負荷區(qū)域平穩(wěn)，峰谷差也明顯縮小，實現(xiàn)了優(yōu)化電網運行的目標。附圖說明下面通過附圖和實施例，對本發(fā)明的技術方案做進一步的詳細描述。圖1是本發(fā)明一種公共樓宇參與電網優(yōu)化運行方法流程示意圖；圖2是本發(fā)明一種公共樓宇參與電網優(yōu)化運行方法的控制策略原理圖；圖3是本發(fā)明一種公共樓宇參與電網優(yōu)化運行方法的樓宇內優(yōu)化組合模式分析圖；圖4是本發(fā)明一種公共樓宇參與電網優(yōu)化運行方法的樓宇間優(yōu)化組合模式分析。具體實施方式為了清楚了解本發(fā)明的技術方案，將在下面的描述中提出其詳細的結構。顯然，本發(fā)明實施例的具體施行并不足限于本領域的技術人員所熟習的特殊細節(jié)。本發(fā)明的優(yōu)選實施例詳細描述如下，除詳細描述的這些實施例外，還可以具有其他實施方式。下面結合附圖和實施例對本發(fā)明做進一步詳細說明。結合圖1-圖4,控制決策模塊依據(jù)上級下發(fā)的調控命令，根據(jù)實時監(jiān)測數(shù)據(jù)完成基線負荷預測后，根據(jù)設定的閾值判斷在進行電網優(yōu)化運行時間段內選擇三種不同的調控優(yōu)化模式(優(yōu)化模式一、優(yōu)化模式二和優(yōu)化模式三)間組合進行電網優(yōu)化運行，從而保證電網安全運行。優(yōu)化運行模式:公共樓宇可調資源可按樓宇級和設備級兩個層面進行歸類，針對不同層面可采取相應的優(yōu)化目標和優(yōu)化組合模式，具體由表1給出。表1公共樓宇可調資源類型列表其中，優(yōu)化模式如下：模式控制目標優(yōu)化模式一電網峰谷差優(yōu)化優(yōu)化模式二電網供需平衡優(yōu)化優(yōu)化模式三電網負荷波動優(yōu)化表2公共樓宇參與電網優(yōu)化運行模式列表針對不同行業(yè)劃分不同樓宇類型，每種典型樓宇中包含不同的可調資源；針對不同的優(yōu)化目標制定不同的優(yōu)化組合模式，具體圖圖3和圖4。電力系統(tǒng)的負荷集中在某些時段時，很容易形成負荷高峰。如果某地區(qū)負荷峰谷差較大，在進行配電網建設時，會增加很多投資。如為了應對負荷高峰，線路要有足夠的輸送容量，發(fā)電側要有足夠的發(fā)電量及備用容量。在非高峰期，線路和發(fā)電機容量遠遠超過實際需求，造成資源浪費。因此減小系統(tǒng)峰谷差，對于節(jié)約電網投資，提高設備利用率具有重要意義。公共樓宇含有分布式電源、儲能和電動汽車等需求測資源，對于減小電網峰谷差具有重要作用。公共樓宇分布式電源、儲能和電動汽車參與電網峰谷平衡的目標是盡量縮小峰谷差，模型如下：1)目標函數(shù)電網峰谷差最?。簃in(Pt,max-Pt,min)(1)上式中，Pt,max和Pt,min分別表示負荷的最大值和最小值，表示第i個用戶和第m個負荷在t時刻的負荷值，表示第i個用戶第m個負荷在t時刻的調整容量。激勵方案成本最低：minCDG+CESS+CEV(3)上面兩式中，Pmax和Pmin分別表示電網最大負荷和最小負荷，CDG、CESS和CEV分別表示分布式電源、儲能和電動汽車的調度成本。2)約束條件公共樓宇分布式電源、儲能和電動汽車參與電網峰谷平衡的約束條件主要有以下幾個方面：一是公共樓宇在各個時刻的有功功率不能越限；二是需求側資源自身的約束，例如分布式電源和電動汽車的調整容量不能超過其限值；三是樓宇負荷總調控容量不能超過限值；四是激勵用戶參與峰谷平衡的補貼不能超過上下限。功率約束：Pt≤Pt,max(4)負荷可調容量約束：式中為各用戶i第m個負荷t時刻的調整容量，是用戶i第m個負荷調整上限。樓宇可調容量約束：式中為各用戶i在t時刻的調整容量，△Lm,max是用戶i負荷調整上限。激勵約束：Cmin≤Ci≤Cmax(7)3)優(yōu)化過程針對上述模型，制定如圖1所示優(yōu)化控制策略，以便實現(xiàn)公共樓宇參與電網峰谷差優(yōu)化控制。首先，需要獲取電網日基礎負荷曲線以及預測電動汽車充電所需總能量，并獲取峰/平/谷電價信息；其次，為了快速、精確引導電動汽車有限充電，建立有序充電優(yōu)化控制模型，包含多目標優(yōu)化模型和有序充電控制信息庫，其中有序充電信息庫包含日基礎負荷、電動汽車信息、充電設施信息、電價信息以及m個時段負荷信息等；然后計算電動汽車充電開始時間及允許接入電動汽車數(shù)量，并將相關信息下發(fā)至電動汽車用戶，用戶接到通知后判斷是否允許電動汽車立即充電，若不允許立即充電則根據(jù)約束條件更新有序充電控制信息庫，若允許立即充電則判斷電動汽車接入數(shù)量及接入負荷，并將所有開始充電的電動汽車充電功率按充電開始時間疊加至基礎負荷曲線上，此時判斷負荷曲線及用戶用電成本是否滿足式(3)多目標優(yōu)化要求，若滿足則按該模式優(yōu)化峰谷差，若不滿足則根據(jù)約束條件繼續(xù)更新有序充電控制信息庫，并重新計算充電開始時間，開始下一次的峰谷優(yōu)化控制過程。電網供需平衡優(yōu)化：由于新能源發(fā)電具有間歇性和波動性的特點，難以調度，特別是大規(guī)模接入電網后，對發(fā)電計劃的制定、實時調度以及備用安排等都將產生不利影響，若不能進行合理調度，將出現(xiàn)不必要的棄風、棄光等操作，嚴重時甚至影響電網的安全穩(wěn)定運行。目前新能源裝機容量較大是光伏和風電，光伏發(fā)電出力的波動與負荷的波動具有相關性而風力發(fā)電則具有明顯的反調峰特征。通過制定合理的電價政策或激勵機制，引導公共樓宇調整其空調系統(tǒng)、照明系統(tǒng)等負荷，最大限度地與新能源出力相配合，可以有效提高新能源消納能力，減少棄風和棄光，提高資源利用效率。通過公共樓宇空調系統(tǒng)和照明系統(tǒng)促進新能源消納以系統(tǒng)運行成本和棄風量最小為優(yōu)化目標，約束條件主要考慮公共樓宇的可調容量、等效火電機組的可調出力和系統(tǒng)的功率平衡約束等，模型如下：1)目標函數(shù)聯(lián)絡線交換功率最小：式中，Pt表示常規(guī)負荷總功率，Pj,t表示第j個儲能或電動汽車的用電功率，△Pj,t表示第j個儲能或電動汽車的用電功率增加量，Pi,t表示第i個新能源發(fā)電量，表示第i個用戶第m個負荷在t時刻的負荷值，表示第i個用戶第m個負荷在t時刻的調整容量。激勵方案成本最低：式中Ci表示第i個用戶的激勵費用，具體表達式如下：上式中，△Lmax表示用戶負荷調整容量的上限值，Cmax和Cmin分別表示補貼的上下閾值，即當補貼值小于Cmin時，用戶不會調整用電負荷，當補貼達到Cmax時，用戶響應容量達到最大值，繼續(xù)增大補貼值時，用戶調整容量不變。2)約束條件與峰谷平衡類似，公共樓宇空調、照明系統(tǒng)、電動汽車和儲能等參與電網峰谷平衡的約束條件主要有以下幾個方面：一是公共樓宇在各個時刻的有功功率不能越限；二是需求側資源自身的約束，例如分布式電源和電動汽車的調整容量不能超過其限值；三是樓宇負荷總調控容量不能超過限值；四是激勵用戶參與峰谷平衡的補貼不能超過上下限。功率約束：Pt≤Pt,max(12)負荷可調容量約束：式中為各用戶i第m個負荷t時刻的調整容量，是用戶i第m個負荷調整上限。樓宇可調容量約束：式中為各用戶i在t時刻的調整容量，△Lm,max是用戶i負荷調整上限。激勵約束：Cmin≤Ci≤Cmax(15)功率平衡約束：式中，Pt是時段t的常規(guī)總負荷，時段t電動汽車和新能源總用電功率，是時段t新能源總出力，Pl,t是常規(guī)機組提供的有功功率。常規(guī)機組出力約束：Pl,t≥Pl,min(17)(3)電網負荷波動優(yōu)化分布式電源出力的隨機性、波動性和不確定性，電動汽車充電的無序性，都會使得樓宇負荷產生較大波動，且該波動性受多方面因素影響，不完全受控于系統(tǒng)運行人員。同時，電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運行取決于系統(tǒng)中發(fā)電機組的輸出功率與負荷兩者之間的平衡度及連續(xù)性。負荷的波動性對系統(tǒng)穩(wěn)定有重要影響，尤其是在系統(tǒng)恢復階段，網架結構比較薄弱，負荷的波動將引起電網頻率變化，進而影響發(fā)電機出力，從而可能導致系統(tǒng)不穩(wěn)定或損壞設備，嚴重的還會導致系統(tǒng)恢復失敗。公共樓宇作為一種典型的需求響應資源，含有空調、照明和電機等多種柔性可調資源，及電動汽車和光伏等分布式能源，對于平抑負荷波動、改善負荷曲線具有重要作用。公共樓宇可柔性調控資源參與平抑負荷波動的目標是使得日負荷曲線變化平緩，即減小曲線的波動。主要分為單目標優(yōu)化和多目標優(yōu)化兩種模型，具體如下：1)目標函數(shù)(1)單目標優(yōu)化a)平抑樓宇負荷波動公共樓宇可調資源優(yōu)化運行以平抑樓宇負荷波動為目標，其目標函數(shù)為：式中，T為全天劃分時段數(shù)，驗證時取24；n為樓宇內分布式電源數(shù)量；Pi,t為第i個分布式電源在第t個時段的輸出功率，△Pi,t為第i個分布式電源在第t個時段的輸出功率增加量，包含風力發(fā)電、光伏電池及電動汽車放電等功率；m為樓宇內可調負荷數(shù)量；Pj,t為第j個可調負荷在第t個時段的消耗的有功功率，△Pj,t為第j個可調負荷在第t個時段的消耗的有功功率增加量，包含空調、照明設施及電動汽車充電。b)用電成本最小以公共樓宇內設備用電成本最小為目標，其目標函數(shù)為其中式(19)和式(20)中，c0為用戶售電電價，分析時選取0.7元/kWh，ti為第i個分布式電源在第t個時段的售電時長；ct為全天電網分時電價，tj為第j個可調負荷在第t個時段的用電時長；Ci,t為各分布式電源單位使用時間折舊及維護成本，Cai為第i個分布式電源單位容量安裝成本；Pεi為第i個分布式電額定功率，單位為kWh；r為折現(xiàn)率，本研究取8％；Li為第i個分布式電源使用壽命。(2)多目標優(yōu)化多目標優(yōu)化即同時將式F1和F2作為目標函數(shù)，由于兩個目標函數(shù)之間量綱不同，需采用線性加權和法對目標函數(shù)歸一處理，該多目標優(yōu)化目標函數(shù)為：式中，F(xiàn)為將單目標優(yōu)化轉為多目標優(yōu)化后的目標函數(shù)；F1max、F2max分別為式(18)和式(19)單目標函數(shù)最大值，用于規(guī)范多目標優(yōu)化函數(shù)；λ1、λ2為F1、F2對應的權系數(shù)，其數(shù)值以保證兩個目標函數(shù)同時收斂為目的通過多次計算獲得，且滿足λ1+λ2＝1。2)約束條件(1)分布式電源輸出功率約束Pi,min≤Pi,t≤Pi,max(22)Rid·△t≤Pi,t-Pi,t-1≤Riu·△t(23)式中，Pi,min、Pi,max分別為第i個分布式電源輸出功率最小值和最大值；Rid、Riu分別為第i個分布式電源向下和向上爬坡速率。(2)樓宇系統(tǒng)與臺區(qū)傳輸功率約束式中，PS,max為向配電網售電最大有功功率，PB,max為從配電網購電最大有功功率，單位是kW。(3)售電及用電時長約束ti≤t,tj≤t(26)3)求解流程針對上述公共樓宇可調資源多目標優(yōu)化控制模型，制定如下所述的公共樓宇多目標優(yōu)化控制策略。首先，建立公共樓宇可調資源優(yōu)化運行控制信息庫，該信息庫包含公共樓宇內光伏電池、風力發(fā)電、EV、可調負荷等所有可調資源，然后制定可調資源優(yōu)化運行方式，并下發(fā)給樓宇內可調資源，第i個可調資源接到通知后判斷是否允許接受優(yōu)化運行方式，若不是則根據(jù)約束條件更新信息庫，若是則判斷是否滿足多目標優(yōu)化目標，若滿足則按該模式優(yōu)化運行，若不滿足則需根據(jù)約束條件繼續(xù)更新信息庫。本發(fā)明提供的一種公共樓宇參與電網優(yōu)化運行方法，從平抑負荷波動、峰谷差優(yōu)化、供需平衡管理以及緊急需求響應等4個目標出發(fā)建立帶有優(yōu)先級和多目標的優(yōu)化調度策略及其策略分解方法，使得輸出的樓宇整體負荷曲線波動大大減小，且優(yōu)化后的負荷區(qū)域平穩(wěn)，峰谷差也明顯縮小，實現(xiàn)了優(yōu)化電網運行的目標。最后應當說明的是：以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術方案而非對其限制，盡管參照上述實施例對本發(fā)明進行了詳細的說明，所屬領域的普通技術人員依然可以對本發(fā)明的具體實施方式進行修改或者等同替換，這些未脫離本發(fā)明精神和范圍的任何修改或者等同替換，均在申請待批的權利要求保護范圍之內。當前第1頁1 2 3