基于消纳匹配度的源荷协同优化规划方法、装置及设备与流程

1.本发明涉及电网规划技术领域，具体涉及一种基于消纳匹配度的源荷协同优化规划方法、装置及设备。


背景技术：

2.配电网规划是电网规划的重要组成部分，是指导配电网发展的纲领性文件，是配电网建设、改造的依据。开展配电网规划设计，制定科学合理的规划方案，可提高配电网供电能力、供电可靠性和供电质量，满足负荷增长，适应电源及用户灵活接入，实现系统经济高效运行，切实提升配电网发展质量和效益。
3.传统的电网规划方法是规划人员依据经验通过定性分析做出负荷预测，然后根据预测的负荷数据，以及电源建设情况，对当地实际情况进行考察，拟定几种可行的网络扩展方案，最后对各种可能存在的方案加以分析，逐步筛选；通过综合分析比较，估算除各项建设工程的投资和运行费用，权衡利弊，最后推荐出一个供电安全可靠、基建快、投资省、运行费用低、维护方便、经济效益高的方案。这种传统的方法优点是直观并可以同规划人员的宝贵经验相结合，可以根据当地的具体情况做出相应的规划方案。
4.而随着“双碳”目标提出，以风电和光伏为代表的分布式新能源与多元化负荷的大量接入配电网，使得配电系统呈现出供电多元化、用电互动化、电力电子化的全新形态特征，配电网规划运行模式也将从“源随荷动”变为“源荷互动”。
5.在配电网规划和运行过程中，分布式电源接入主要按照不同装机规模，接入不同电压等级，负荷接入时仅考虑以不同电力用户最大电力负荷叠加作为负荷预测结果，用以确定电网设施建设规模及用户接入系统方案，未考虑分布式电源出力与供带负荷之间的消纳匹配关系，容易造成不匹配的源荷供需关系，拉大负荷峰谷差，降低设备利用效率，不利于新能源的就地消纳。


技术实现要素：

6.本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种具有提高配电网新能源与负荷的消纳匹配度的源荷协同优化规划方法及系统。
7.本发明提出了一种基于消纳匹配度的源荷协同优化规划方法，所述方法包括：
8.获取电网运行历史数据，所述电网运行历史数据包括新能源数据、负荷数据及设备配置数据；
9.基于所述电网运行历史数据，对源荷曲线进行优化，构建源荷接入方案；
10.利用消纳匹配度计算模型，计算各源荷接入方案对应的消纳匹配度；
11.将各所述源荷接入方案的消纳匹配度按高低排序，并结合分布式新能源装机规模和负荷大小，确定配电网规划方案；
12.其中，所述消纳匹配度计算模型公式表示为：
13.m＝ρr+(1-ρ)c
14.式中：m表示消纳匹配度；r表示相似性评价系数，用于反映新能源和负荷线性相似性的强弱程度；c表示新能源消纳评价系数，用于反映新能源发电量被负荷就地消纳的程度；ρ表示所述相似性评价系数的权重值，0＜ρ＜1。
15.优选地，所述基于所述电网运行历史数据，对源荷曲线进行优化，构建源荷接入方案，包括：
16.基于所述新能源数据确定新能源特性曲线，基于所述负荷数据确定柔性负荷资源规模和多元负荷特性曲线；
17.基于所述设备配置数据确定储能的平滑出力，对所述新能源特性曲线进行优化，得到优化后的新能源特性曲线；
18.考虑所述柔性资源负荷规模的需求侧响应，对所述多元负荷特性曲线进行优化，得到优化后的多元负荷特性曲线；
19.基于所述优化后的新能源特性曲线和所述优化后的多元负荷特性曲线，结合区域空间负荷预测结果，构建所述源荷接入方案。
20.优选地，所述相似性评价系数r的计算公式为：
[0021][0022]
式中：xi表示新能源出力曲线采样点i的数值；yi表示负荷曲线采样点i的数值；n表示采样点总数；r表示新能源出力曲线x和负荷需求曲线y之间的相关程度，取值范围为[-1,1]。
[0023]
优选地，所述新能源消纳评价系数c的计算公式为：
[0024][0025]
式中：xi表示新能源出力曲线采样点i的数值；yi表示负荷曲线采样点i的数值；当xi＝yi时，min(xi,yi)＝xi或yi；c表示新能源发电量被负荷就地消纳的程度，取值范围为[0,1]；当xi》yi时，新能源出力无法被负荷完全消纳；当xi≤yi时，新能源出力被负荷完全消纳。
[0026]
优选地，所述相似性评价系数的权重值ρ的取值为0.5。
[0027]
优选地，在所述将各所述源荷接入方案的消纳匹配度按高低排序，并结合分布式新能源装机规模和负荷大小，确定配电网规划方案之后，所述方法还包括：
[0028]
基于中压线路载流量以及设备参数配置，采用四级校验法对所述配电网规划方案进行仿真校验，得到校验结果；
[0029]
基于所述校验结果，对所述配电网规划方案进行调整优化；
[0030]
从调整优化后的各配电网规划方案中选择经济性最优的规划方案，作为配电网最优规划方案。
[0031]
优选地，所述四级校验法包括配变级校验、馈线级校验、中压母线级校验及主变级校验。
[0032]
此外，本发明还提出了一种基于消纳匹配度的源荷协同优化规划装置，所述装置包括：
[0033]
数据获取模块，用于获取电网运行历史数据，所述电网运行历史数据包括新能源数据、负荷数据及设备配置数据；
[0034]
源荷接入方案构建模块，用于基于所述电网运行历史数据，对源荷曲线进行优化，构建源荷接入方案；
[0035]
消纳匹配度计算模块，用于利用消纳匹配度计算模型，计算各源荷接入方案对应的消纳匹配度；
[0036]
规划方案确定模块，用于将各所述源荷接入方案的消纳匹配度按高低排序，并结合分布式新能源装机规模和负荷大小，确定配电网规划方案；
[0037]
其中，所述消纳匹配度计算模型公式表示为：
[0038]
m＝ρr+(1-ρ)c
[0039]
式中：m表示消纳匹配度；r表示相似性评价系数，用于反映新能源和负荷线性相似性的强弱程度；c表示新能源消纳评价系数，用于反映新能源发电量被负荷就地消纳的程度；ρ表示所述相似性评价系数的权重值，0＜ρ＜1。
[0040]
此外，本发明还提出了一种设备，所述设备包括存储器、处理器；其中，所述处理器通过读取所述存储器中存储的可执行程序代码来运行与所述可执行程序代码对应的程序，以用于实现如上所述的方法。
[0041]
此外，本发明还提出了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，实现如上所述的方法。
[0042]
根据本发明实施例的基于消纳匹配度的源荷协同优化规划方法、装置及设备，通过考虑新能源和负荷线性相似性的强弱程度和新能源发电量被负荷就地消纳的程度，实现新能源和负荷之间关联性的可量化、可对比、可参考和可应用，从而确定基于消纳匹配度的配电网规划方案，能够提升配电网的源荷协同，实现新能源优化布局和多元负荷优化接入，促进分布式新能源的就地消纳。
[0043]
本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
[0044]
图1是本发明一实施例中基于消纳匹配度的源荷协同优化规划方法的流程示意图；
[0045]
图2是本发明一实施例中新能源出力曲线和负荷曲线相关性示意图；
[0046]
图3是本发明一实施例中新能源消纳系数示意图；
[0047]
图4是本发明一实施例中基于消纳匹配度的源荷协同优化规划的整体流程图；
[0048]
图5是本发明一实施例中基于消纳匹配度的源荷协同优化规划装置的结构示意图。
具体实施方式
[0049]
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
[0050]
下面参考附图1描述本发明实施例的一种基于消纳匹配度的源荷协同优化规划方法，所述方法包括以下步骤：
[0051]
s1、获取电网运行历史数据，所述电网运行历史数据包括新能源数据、负荷数据及设备配置数据；
[0052]
需要说明的是，通过梳理历史新能源数据、负荷数据集设备配置数据，可得到新能源和多元负荷特性曲线，根据规划，预测新能源装机、多元负荷(包括柔性负荷)、储能配置，结合现状网架结构及容量配置，评估现状电网的分布式电源消纳能力及负荷承载能力。
[0053]
s2、基于所述电网运行历史数据，对源荷曲线进行优化，构建源荷接入方案；
[0054]
需要说明的是，根据新能源发电的储能配置规模，考虑储能稳定出力的作用发挥，优化调整新能源出力特性曲线；根据电动汽车、空调降温等柔性负荷规模，考虑柔性负荷需求侧响应的削峰填谷作用，优化调整多元负荷特性曲线。结合区域空间负荷预测结果，根据内新能源与多元负荷的空间布局，构建新能源和负荷接入方案。
[0055]
s3、利用消纳匹配度计算模型，计算各源荷接入方案对应的消纳匹配度；
[0056]
s4、将各所述源荷接入方案的消纳匹配度按高低排序，并结合分布式新能源装机规模和负荷大小，确定配电网规划方案；
[0057]
其中，所述消纳匹配度计算模型公式表示为：
[0058]
m＝ρr+(1-ρ)c
[0059]
式中：m表示消纳匹配度；r表示相似性评价系数，用于反映新能源和负荷线性相似性的强弱程度；c表示新能源消纳评价系数，用于反映新能源发电量被负荷就地消纳的程度；ρ表示所述相似性评价系数的权重值，0＜ρ＜1。
[0060]
需要说明的是，新能源出力与负荷之间的关联性主要体现在两方面：一方面是新能源出力变化趋势(波动性)与负荷变化趋势的相似程度，两者变化趋势的相似度越高，说明在负荷高峰时，新能源也有较高的出力；另一方面是新能源消纳水平(消纳率)，消纳率越高，说明新能源具有更高的出力可信度。对应以上两方面，本实施例从相关性评价和消纳评价两方面来构建新能源与负荷之间的消纳匹配度模型，提高配电网新能源与负荷的消纳匹配度，有效提升了的新能源就地消纳水平，减少了潮流上送，既保证了供电的可靠性和电能质量，同时降低了电网建设和运营的成本。
[0061]
本实施例通过考虑新能源和负荷线性相似性的强弱程度和新能源发电量被负荷就地消纳的程度，实现新能源和负荷之间关联性的可量化、可对比、可参考和可应用，从而确定基于消纳匹配度的配电网规划方案，能够提升配电网的源荷协同，实现新能源优化布局和多元负荷优化接入，促进分布式新能源的就地消纳。
[0062]
最为进一步优选的技术方案，所述步骤s2中，基于所述电网运行历史数据，对源荷曲线进行优化，构建源荷接入方案，包括以下步骤：
[0063]
s21、基于所述新能源数据确定新能源特性曲线，基于所述负荷数据确定柔性负荷资源规模和多元负荷特性曲线；
[0064]
s22、基于所述设备配置数据确定储能的平滑出力，对所述新能源特性曲线进行优化，得到优化后的新能源特性曲线；
[0065]
s22、考虑所述柔性资源负荷规模的需求侧响应，对所述多元负荷特性曲线进行优化，得到优化后的多元负荷特性曲线；
[0066]
s23、基于所述优化后的新能源特性曲线和所述优化后的多元负荷特性曲线，结合区域空间负荷预测结果，构建所述源荷接入方案。
[0067]
需要说明的是，本实施例考虑储能对平滑新能源出力的作用以及柔性负荷的需求侧响应，提出新能源与负荷特性曲线优化调整方法。
[0068]
作为进一步优选的技术方案，所述相似性评价系数r的计算公式为：
[0069][0070]
式中：xi表示新能源出力曲线采样点i的数值；yi表示负荷曲线采样点i的数值；n表示采样点总数；r表示新能源出力曲线x和负荷需求曲线y之间的相关程度，取值范围为[-1,1]。
[0071]
详细地，相似性评价用来反映新能源出力与负荷变化趋势的相似性，通过相似性评价系数来反映新能源和负荷线性相似性的强弱程度，系数越大说明相似性越强，反之则相似性越弱。
[0072]
通过在实际离散时间尺度下，计算相似性评价系数，相似性评价系数与源荷相关强度对应表见表1：
[0073]
表1相似性评价系数与源荷相关强度对应表
[0074][0075]
(1)当r
xy
》0时，表明新能源出力与负荷正相关，即一个数值变化，另一个数值也会同方向变化；
[0076]
(2)当r《0时，表明新能源出力与负荷负相关，即一个数值变化，另一个数值会反方向；
[0077]
(3)当r＝0时，表明新能源出力与负荷不相关；
[0078]
(4)当r＝1或-1时，意味着新能源出力与负荷完全正相关和完全负相关。
[0079]
对于新能源(以光伏为例)出力和负荷实际曲线，通过相似性系数反映曲线的关联关系如图2所示。
[0080]
作为进一步优选的技术方案，所述新能源消纳评价系数c的计算公式为：
[0081][0082]
式中：xi表示新能源出力曲线采样点i的数值；yi表示负荷曲线采样点i的数值；当xi＝yi时，min(xi,yi)＝xi或yi；c表示新能源发电量被负荷就地消纳的程度，取值范围为[0,1]；当xi》yi时，新能源出力无法被负荷完全消纳；当xi≤yi时，新能源出力被负荷完全消纳。
[0083]
详细地，消纳评价反应新能源发电量被负荷就地消纳的程度。对于新能源出力曲线x与负荷曲线y，在δt时间段内，当xi》yi时，新能源出力无法被负荷完全消纳，此时段内新能源消纳量由负荷大小yi决定；当xi≤yi时，新能源出力被负荷完全消纳，此时段内新能源
消纳量由新能源出力大小xi决定。
[0084]
对于新能源(以光伏为例)出力和负荷实际曲线，通过消纳评价系数来反映新能源出力的消纳程度，如图3所示。
[0085]
作为进一步优选的技术方案，对于相似性评价和消纳评价，采用加权相加法来计算消纳匹配度，结合实际情况，由于相似性评价和消纳评价两个指标在影响源荷消纳匹配度大小时发挥同等作用，因此权重均取0.5，可以得到消纳匹配度m的计算公式为：
[0086]
m＝0.5r+0.5c
[0087]
其中，m越大，表明新能源出力与负荷的消纳匹配程度越高。
[0088]
本实施例利用消纳匹配度计算模型，计算新能源与多元负荷之间的消纳匹配度，并按高低排序，结合分布式新能源装机规模和负荷大小，构建源荷优化匹配关系，给出配电网优化规划方案。考虑不同负荷特性、不同分布式新能源出力特性，考虑储能配置和柔性负荷规模带来的影响，提高配电网新能源与负荷的消纳匹配度，有效提升了的新能源就地消纳水平，减少了潮流上送，既保证了供电的可靠性和电能质量，同时降低了电网建设和运营的成本。
[0089]
作为进一步优选的技术方案，如图4所示，在所述步骤s4：将各所述源荷接入方案的消纳匹配度按高低排序，并结合分布式新能源装机规模和负荷大小，确定配电网规划方案之后，所述方法还包括以下步骤：
[0090]
基于中压线路载流量以及设备参数配置，采用四级校验法对所述配电网规划方案进行仿真校验，得到校验结果；
[0091]
基于所述校验结果，对所述配电网规划方案进行调整优化；
[0092]
从调整优化后的各配电网规划方案中选择经济性最优的规划方案，作为配电网最优规划方案。
[0093]
需要说明的是，本实施例利用时序仿真平台，对优化规划方案进行数字化仿真模拟与运行分析，应用四级校验法(配变级、馈线级、中压母线级、主变级)，以分布式新能源充分就地消纳、配电网资源优化配置、经济性最优为目标，开展安全性校验。并结合校验结果，优化新能源与负荷的接入位置、接入规模、联络、设备型号等，调整规划方案。在满足安全性校验的前提下，选择经济性最优的规划方案，实现不同电压等级以及不同区域内分布式新能源和负荷的最佳匹配。
[0094]
作为进一步优选的技术方案，所述四级校验法包括配变级校验、馈线级校验、中压母线级校验及主变级校验。
[0095]
详细地，配变级校验：校验电源倒送是否超过配变限值，即综合考虑电源接入后满足配变的容量要求的倒送限值。
[0096]
馈线级、中压母线级校验：校验电源倒送是否超过线路限值，即综合考虑电源接入后满足线路的电压要求(最大电压上偏差值与最大电压波动值不越限，单纯由负载引起的最大电压下偏差值不越限)的倒送限值。
[0097]
主变级校验：校验电源倒送是否超过主变限值，即综合考虑电源接入后满足主变的容量要求的倒送限值。
[0098]
本实施例利用时序仿真平台，对规划方案进行数字化仿真模拟与运行分析，提出配电网供需双侧协同的规划优化方法，实现不同电压等级以及不同区域内分布式新能源和
负荷的最佳匹配。
[0099]
此外，如图5所示，本发明一实施例还提出了一种基于消纳匹配度的源荷协同优化规划装置，所述装置包括：
[0100]
数据获取模块1，用于获取电网运行历史数据，所述电网运行历史数据包括新能源数据、负荷数据及设备配置数据；
[0101]
源荷接入方案构建模块2，用于基于所述电网运行历史数据，对源荷曲线进行优化，构建源荷接入方案；
[0102]
消纳匹配度计算模块3，用于利用消纳匹配度计算模型，计算各源荷接入方案对应的消纳匹配度；
[0103]
规划方案确定模块4，用于将各所述源荷接入方案的消纳匹配度按高低排序，并结合分布式新能源装机规模和负荷大小，确定配电网规划方案；
[0104]
其中，所述消纳匹配度计算模型公式表示为：
[0105]
m＝ρr+(1-ρ)c
[0106]
式中：m表示消纳匹配度；r表示相似性评价系数，用于反映新能源和负荷线性相似性的强弱程度；c表示新能源消纳评价系数，用于反映新能源发电量被负荷就地消纳的程度；ρ表示所述相似性评价系数的权重值，0＜ρ＜1。
[0107]
本实施例通过考虑新能源和负荷线性相似性的强弱程度和新能源发电量被负荷就地消纳的程度，实现新能源和负荷之间关联性的可量化、可对比、可参考和可应用，从而确定基于消纳匹配度的配电网规划方案，能够提升配电网的源荷协同，实现新能源优化布局和多元负荷优化接入，促进分布式新能源的就地消纳。
[0108]
作为进一步优选的技术方案，所述源荷接入方案构建模块2，包括：
[0109]
数据分析单元，用于基于所述新能源数据确定新能源特性曲线，基于所述负荷数据确定柔性负荷资源规模和多元负荷特性曲线；
[0110]
第一曲线优化单元，用于基于所述设备配置数据确定储能的平滑出力，对所述新能源特性曲线进行优化，得到优化后的新能源特性曲线；
[0111]
第二曲线优化单元，用于考虑所述柔性资源负荷规模的需求侧响应，对所述多元负荷特性曲线进行优化，得到优化后的多元负荷特性曲线；
[0112]
源荷方案确定单元，用于基于所述优化后的新能源特性曲线和所述优化后的多元负荷特性曲线，结合区域空间负荷预测结果，构建所述源荷接入方案。
[0113]
作为进一步优选的技术方案，所述相似性评价系数r的计算公式为：
[0114][0115]
式中：xi表示新能源出力曲线采样点i的数值；yi表示负荷曲线采样点i的数值；n表示采样点总数；r表示新能源出力曲线x和负荷需求曲线y之间的相关程度，取值范围为[-1,1]。
[0116]
作为进一步优选的技术方案，所述新能源消纳评价系数c的计算公式为：
[0117]
[0118]
式中：xi表示新能源出力曲线采样点i的数值；yi表示负荷曲线采样点i的数值；当xi＝yi时，min(xi,yi)＝xi或yi；c表示新能源发电量被负荷就地消纳的程度，取值范围为[0,1]；当xi》yi时，新能源出力无法被负荷完全消纳；当xi≤yi时，新能源出力被负荷完全消纳。
[0119]
作为进一步优选的技术方案，对于相似性评价和消纳评价，采用加权相加法来计算消纳匹配度，结合实际情况，由于相似性评价和消纳评价两个指标在影响源荷消纳匹配度大小时发挥同等作用，因此权重均取0.5，可以得到消纳匹配度m的计算公式为：
[0120]
m＝0.5r+0.5c
[0121]
其中，m越大，表明新能源出力与负荷的消纳匹配程度越高。
[0122]
作为进一步优选的技术方案，所述装置还包括：
[0123]
仿真校验模块，用于基于中压线路载流量以及设备参数配置，采用四级校验法对所述配电网规划方案进行仿真校验，得到校验结果；
[0124]
方案优化模块，用于基于所述校验结果，对所述配电网规划方案进行调整优化；
[0125]
最优方案确定模块，用于从调整优化后的各配电网规划方案中选择经济性最优的规划方案，作为配电网最优规划方案。
[0126]
作为进一步优选的技术方案，所述四级校验法包括配变级校验、馈线级校验、中压母线级校验及主变级校验。
[0127]
详细地，配变级校验：校验电源倒送是否超过配变限值，即综合考虑电源接入后满足配变的容量要求的倒送限值。
[0128]
本实施例利用时序仿真平台，对规划方案进行数字化仿真模拟与运行分析，提出配电网供需双侧协同的规划优化方法，实现不同电压等级以及不同区域内分布式新能源和负荷的最佳匹配。
[0129]
此外，本发明一实施例还提出了一种设备，所述设备包括存储器、处理器；其中，所述处理器通过读取所述存储器中存储的可执行程序代码来运行与所述可执行程序代码对应的程序，以用于实现上所述的基于消纳匹配度的源荷协同优化规划方法。
[0130]
此外，本发明一实施例还提出了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，实现如上所述的基于消纳匹配度的源荷协同优化规划方法。
[0131]
需要说明的是，在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行系统、装置或设备(如基于计算机的系统、包括处理器的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统)使用，或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。就本说明书而言，“计算机可读介质”可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用的装置。计算机可读介质的更具体的示例(非穷尽性列表)包括以下：具有一个或多个布线的电连接部(电子装置)，便携式计算机盘盒(磁装置)，随机存取存储器(ram)，只读存储器(rom)，可擦除可编辑只读存储器(eprom或闪速存储器)，光纤装置，以及便携式光盘只读存储器(cdrom)。另外，计算机可读介质甚至可以是可在其上打印所述程序的纸或其他合适的介质，因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得所述程序，然后将其存储在计算机存储器
中。
[0132]
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
[0133]
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。