新能源集中并网节点出力优化方法、装置、设备及介质

本发明属于电力系统运行与控制领域，特别涉及一种新能源集中并网节点出力优化方法、装置、设备及介质。

背景技术：

能源消耗的日益增加见证了经济的飞速发展，伴随着日益严峻的能源供应形势以及环境污染问题，以化石能源为主的能源消耗结构导致的经济、能源与环境间矛盾日益突出。探索新的能源发展方式，应对能源安全和气候变化的双重挑战成为目前各国能源战略的首要任务。

可再生能源等清洁能源逐步替代化石能源成为能源发展的一大趋势，大规模利用可再生能源已经成为实现能源的清洁、高效、可持续发展利用的重要措施之一。

然而，受制于本地消纳能力不足，调峰困难或输电通道有限等问题的逐步出现，在规模化发展新能源的同时，也面临着新能源消纳能力不足的巨大挑战。风电、光电利用水平与调度计划密切相关，调度安排是否合理对风电、光电并网的安全和可靠运行产生直接的影响，现有新能源集中并网节点出力优化方案为了更大限度的消耗新能源处理，经常会造成网络阻塞，反而影响全系统的新能源消纳。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种新能源集中并网节点出力优化方法、装置、设备及介质，能够同时考虑新能源消纳能力和系统运行成本，提高风电、光伏的利用率，避免网络阻塞，以解决上述技术问题。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

新能源集中并网节点出力优化方法，包括：

获取电网当前的运行数据；

根据运行数据对优化问题进行求解，获得最优新能源机组出力值；

对最优新能源机组出力值下的线路传输功率进行分析，判断是否存在网络阻塞；如果不存在网络阻塞直接输出最优新能源机组出力值；如果存在网络阻塞，通过传统机组和/或聚合负荷的调节，保证不发生网络阻塞，输出调节后的最优新能源机组出力值。

本发明进一步的改进在于：所述运行数据包括网络的拓扑结构、线路参数、机组参数。

本发明进一步的改进在于：采用优化求解工具包中mosek求解器对优化问题进行求解。

本发明进一步的改进在于：所述优化求解工具包为matlab/yalmip。

本发明进一步的改进在于：所述优化问题为：

其中，t为运行时间，t为调度运行总时间，α,β为惩罚参数，新能源t时刻有功功率的需求量为pw,t，为t时刻新能源有功功率预测值，nw为新能源机组总数，ng为常规机组的总台数，pg,t为第g台常规机组t时刻出力，cg为第g台常规机组的成本函数；ag，bg，cg为成本函数参数；和为传统机组g在t时刻出力调节的最小、最大值，和为传统机组g在t时刻爬坡最小、最大值；k:k→i表示ki为所有流入节点i的支路；j:i→j表示ij为所有流出节点i的支路；为t时刻支路ij的有功功率，表示从节点i流向节点j的功率；为t时刻支路ki的有功功率，表示从节点k流向节点i的功率；为t时刻节点i连接的发电机的有功出力和无功出力；为t时刻节点i连接的负荷的有功功率和无功功率；psi为聚合负荷实际有功功率，为聚合负荷有功功率最小值，为聚合负荷有功功率最大值。

本发明进一步的改进在于：根据最优新能源机组出力值对电网进行调度。

新能源集中并网节点出力优化装置，包括：

数据获取单元，用于获取电网当前的运行数据；

模型求解单元，用于根据运行数据对优化问题进行求解，获得最优新能源机组出力值；

网络阻塞分析单元，用于对最优新能源机组出力值下的线路传输功率进行分析，判断是否存在网络阻塞；如果不存在网络阻塞直接输出最优新能源机组出力值；如果存在网络阻塞，通过传统机组和/或聚合负荷的调节，保证不发生网络阻塞，输出调节后的最优新能源机组出力值。

本发明进一步的改进在于：还包括：

模型输出单元，用于接受网络阻塞分析单元传输的最优新能源机组出力值信息，并输出。

一种电子设备，所述电子设备包括处理器和存储器，所述处理器用于执行存储器中存储的计算机程序以实现所述的新能源集中并网节点出力优化方法。

一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有至少一个指令，所述至少一个指令被处理器执行时实现所述的新能源集中并网节点出力优化方法。

相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：

本发明提供一种新能源集中并网节点出力优化方法、装置、设备及介质，同时考虑新能源消纳能力和系统运行成本，提高风电、光伏的利用率的同时有效避免了网络阻塞。

本发明在保证电网安全的前提下，考虑配电网聚合负荷可调能力、输电网发电机组可调范围、新能源并网节点调节特性因素，得出通过新能源集中并网节点出力优化消除输电网网络阻塞的最优调度方案。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为新能源集中并网节点最优出力模型；

图2为新能源集中并网节点出力优化方法流程图；

图3为出力预测曲线；

图4为新能源消纳能力结果；

图5为风电消纳能力；

图6为光伏消纳能力；

图7为聚合负荷出力曲线；

图8为新能源集中并网节点出力优化装置示意图；

图9为电子设备结构框图。

具体实施方式

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

以下详细说明均是示例性的说明，旨在对本发明提供进一步的详细说明。除非另有指明，本发明所采用的所有技术术语与本发明所属领域的一般技术人员的通常理解的含义相同。本发明所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而并非意图限制根据本发明的示例性实施方式。

技术术语解释：

网络阻塞：如果各机组出力分配方案使某条线路上的有功潮流的绝对值超出限值，称为输电阻塞。某电网有若干台发电机组和若干条主要线路，每条线路上的有功潮流(输电功率和方向)取决于电网结构和各发电机组的出力，电网每条线路上的有功潮流的绝对值有一安全限值，限值还具有一定的相对安全裕度(即在应急情况下潮流绝对值可以超过限值的百分比的上限)。

新能源消纳能力：消纳能力就是实际上使用新能源的功率，是根据实际并网的新能源发电来计算的。

在保证电网安全的前提下，以提升对新能源的消纳能力为目标，构建如下的目标函数：

其中，t为运行时间，t为调度运行总时间，α,β为惩罚参数，新能源t时刻有功功率的需求量为pw,t，为t时刻新能源有功功率预测值，nw为新能源机组总数，ng为常规机组的总台数，pg,t为第g台常规机组t时刻出力，cg为第g台常规机组的成本函数。本发明使用二次成本曲线：

其中，ag，bg，cg为成本函数参数。

在当前电力市场的背景下，80％以上的电量交易已由中长期的电力合同确定，剩余的10％～20％的电量采用竞价交易模式完成。因此，传统机组的可调节范围并没有那么大，本发明中设定传统机组的可调节范围为20％，即装机容量的80％～120％，其表达式如下：

其中，和为传统机组g在t时刻出力调节的最小、最大值，和为传统机组g在t时刻爬坡最小、最大值。节点功率平衡方程约束如下：

其中k:k→i表示ki为所有流入节点i的支路；j:i→j表示ij为所有流出节点i的支路；为t时刻支路ij的有功功率，表示从节点i流向节点j的功率；为t时刻支路ki的有功功率，表示从节点k流向节点i的功率；为t时刻节点i连接的发电机的有功出力和无功出力；为t时刻节点i连接的负荷的有功功率和无功功率。

聚合负荷的平均调节裕度大约在±10％到20％之间，其表达式为：

其中，psi为聚合负荷实际有功功率，为聚合负荷有功功率最小值，为聚合负荷有功功率最大值。

基于此，新能源集中并网节点出力优化方法可被描述为如下优化问题：

在优化求解工具包matlab/yalmip中使用mosek求解器对上述优化问题进行求解，即可得到新能源集中并网节点最优出力，此方案的基本结构如图1所示。

本发明同时考虑新能源消纳能力最高和运行成本函数最小为目标函数，通过调节目标函数中的惩罚因子，得到消纳能力和经济性同时得到保障的节点出力。

实施例1

请参阅图图2所示，通过新能源集中并网节点出力优化消除输电网网络阻塞的方法，包括以下步骤：

第一步，获取电网当前的运行数据，包括网络的拓扑结构、线路参数、机组参数；

第二步，在优化求解工具包matlab/yalmip中使用mosek求解器对优化问题进行求解，获得最优新能源机组出力值；

所述优化问题为：

第三步，求解后判断此时输电网是否存在网络阻塞；如果不存在网络阻塞直接输出第二步求解获得的最优新能源机组出力值；如存在网络阻塞，跳转至第四步；

第四步，重新调度发电机组，并继续判断是否存在网络阻塞，若不存在，则直接输出最优新能源机组出力值；如继续存在网络阻塞，跳转至第五步；

第五步，继续重新调度聚合负荷，并继续判断是否存在网络阻塞，若不存在，则直接输出最优新能源机组出力值；若继续存在网络阻塞，进一步增大聚合负荷的调节范围，并跳转至第二步，重新计算新能源机组的最优出力。

以某766节点实际电力系统为研究对象，此系统共有发电机组179台，其中包括：3个水电厂，6个热电厂，4个风光储风电场，105个风电场，19个光伏电站，3个风光电站。传输线路共1036条，280台变压器。将所有新能源机组的出力预测值相加，则可得到如图3的以15分钟为间隔，一共12小时的出力预测曲线。

分析在该实际电力系统中有无聚合负荷对新能源消纳能力的影响结果，如图4所示。由图4可以看出，虽在部分较少的时刻会出现新能源消纳能力降低的情况，但是聚合负荷的加入可以在较多的时刻明显的提升新能源的消纳能力，使得在整个研究时段内新能源的消纳能力保持提高的状态。

与此消纳能力上限对应的风电机组出力曲线，如图5所示。由图5可以看出，聚合负荷的加入使得风电消纳能力在各个时刻都得到明显的提升，即聚合负荷的加入使得系统对风电的消纳能力提高。

与消纳能力上下限对应的光伏机组出力曲线，如图6所示。由图6可以看出，聚合负荷的加入使得光伏消纳能力在多个时刻都得到明显的提升，尽管在个别时刻聚合负荷的加入使得系统对光伏的消纳能力有所下降，但是在整个调度时段(24小时)来看，其光伏的总消纳能力还是展现出上升的趋势。

与消纳能力上下限对应的聚合负荷出力曲线，如图7所示。由图7可以看出，在各个调度时段，聚合负荷呈现出不同的出力变化特性，部分节点持续增加出力，部分节点增加之后保持稳定，部分节点增加之后有所下降，此结果有利于聚合负荷商和电网调度人员对聚合负荷进行合理规划安排。

此时，系统的新能源消纳能力到达最大，系统的运行成本达到最小，且系统再无网络阻塞发生。

实施例2

本发明还提供一种新能源集中并网节点出力优化装置，包括：

数据获取单元，用于电网当前的运行数据，包括网络的拓扑结构、线路参数、机组参数；

模型求解单元，用于同时以提升新能源消纳能力和降低运行成本为目标，考虑网络潮流约束、发电机组约束和聚合负荷约束，采用优化求解工具包matlab/yalmip中使用mosek求解器求解最优新能源机组出力值；

网络阻塞分析单元，用于对最优新能源机组出力值下的线路传输功率进行分析，判断是否存在网络阻塞；如果不存在网络阻塞直接输出最优新能源机组出力值给模型输出单元；如果存在网络阻塞，通过传统机组和/或聚合负荷的调节，保证不发生网络阻塞，输出调节后的最优新能源机组出力值给模型输出单元；

模型输出单元，用于接受网络阻塞分析单元传输的最优新能源机组出力值信息，并输出。

本发明在提升新能源消纳能力的同时兼顾降低系统总运行成本，通过调节目标函数中的惩罚因子，得到消纳能力和经济性同时得到保障的节点出力优化方法。

实施例3

请参阅图9所示，本发明还提供一种实现新能源集中并网节点出力优化方法的电子设备100；所述电子设备100包括存储器101、至少一个处理器102、存储在所述存储器101中并可在所述至少一个处理器102上运行的计算机程序103及至少一条通讯总线104。

存储器101可用于存储所述计算机程序103，所述处理器102通过运行或执行存储在所述存储器101内的计算机程序，以及调用存储在存储器101内的数据，实现所述电子设备100的各种功能。所述存储器101可主要包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需的应用程序(比如声音播放功能、图像播放功能等)等；存储数据区可存储根据电子设备100的使用所创建的数据(比如音频数据)等。此外，存储器101可以包括非易失性存储器，例如硬盘、内存、插接式硬盘，智能存储卡(smartmediacard，smc)，安全数字(securedigital，sd)卡，闪存卡(flashcard)、至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他非易失性固态存储器件。

所述至少一个处理器102可以是中央处理单元(centralprocessingunit，cpu)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(digitalsignalprocessor，dsp)、专用集成电路(applicationspecificintegratedcircuit，asic)、现场可编程门阵列(field-programmablegatearray，fpga)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。处理器102可以是微处理器或者该处理器102也可以是任何常规的处理器等，所述处理器102是所述电子设备100的控制中心，利用各种接口和线路连接整个电子设备100的各个部分。

所述电子设备100中的所述存储器101存储多个指令以实现一种新能源集中并网节点出力优化方法，所述处理器102可执行所述多个指令从而实现：

第一步，获取电网当前的运行数据，包括网络的拓扑结构、线路参数、机组参数；

第二步，在优化求解工具包matlab/yalmip中使用mosek求解器对优化问题进行求解，获得新能源节点最优出力；

所述优化问题为：

第三步，求解后判断此时输电网是否存在网络阻塞；如果不存在网络阻塞直接输出第二步求解获得的新能源出力最优值；如存在网络阻塞，跳转至第四步；

第四步，重新调度发电机组，并继续判断是否存在网络阻塞，若不存在，则直接输出新能源最优出力；如继续存在网络阻塞，跳转至第五步；

第五步，继续重新调度聚合负荷，并继续判断是否存在网络阻塞，若不存在，则直接输出新能源最优出力。

具体地，所述处理器102对上述指令的具体实现方法可参考图2对应实施例1中相关步骤的描述，在此不赘述。

实施例4

本发明还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有至少一个指令，所述至少一个指令被处理器执行时实现如实施例1所述的新能源集中并网节点出力优化方法。

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。