本发明涉及一种电网柔性资源紧急响应策略制定方法,尤其是一种基于动态规划法的电网柔性资源紧急响应策略制定方法。
背景技术：
随着国民经济不断提高，经济结构性的矛盾也愈加突出，电网负荷逐年增加，电网峰值不断攀升同时峰谷差也呈逐步扩大的趋势，部分地区的电力供需不平衡问题非常严重，严重威胁电网的安全稳定运行。当电网处在紧急情况时，通常采用强行拉闸限电等手段来维持电力供需平衡，从而缓解电网的紧急状态，然而采用这些负荷管理手段牺牲了用户的利益，影响用户的用电体验，将不利于智能电网的互动开展以及转型。为了解决愈发严重的供需不平衡矛盾，满足不断增长的用户负荷需求，国家每年将投入大量资金用于调峰电厂建设，但是单纯依靠增加装机容量来满足短暂的高峰负荷，将使得大量的电厂资源闲置，不利于社会资源的合理优化，最终导致发供电成本的上升。
技术实现要素：
发明目的：为克服现有技术的不足，本发明旨在提供一种基于动态规划法的电网柔性资源紧急响应策略制定方法，以最大限度地优化社会资源来解决电网频率突然跌落的问题，保证电网安全稳定运行。
技术方案：本发明的电网柔性资源紧急响应策略制定方法包括如下步骤：(1)获取电网当前频率与额定频率的差额以判别电网运行状态，其中额定频率为50HZ；(2)当判别结果指示电网处于紧急状态时，获取供电缺额与可调度柔性资源容量以确定是否可通过仅调度柔性资源应对频率跌落，所述柔性资源包括储能设备和温控负荷；(3)当可通过仅调度柔性资源应对频率跌落时，建立所述储能设备和所述温控负荷的响应模型；(4)基于所述供电缺额、节点电价预测信息、所述储能设备和所述温控负荷的响应模型利用动态规划法求解电价最低的柔性资源调度安排。
进一步地，上述方法还包括以下步骤：(5)判断响应策略实施后，电网频率是否回归正常运行范围，若没有，重新评定柔性资源可调度容量，从步骤(2)开始再次实施响应策略。
进一步地，步骤(1)还包括：若差值小于0.2为正常状态，反之则为紧急状态。
进一步地，步骤(2)还包括：将供电缺额和可调度柔性资源容量分别记为Pr和Pd，若Pr<Pd，则指示仅通过调度柔性资源即可应对频率跌落；若Pr>Pd，则指示需要切断所有可控柔性资源，并结合系统旋转备用，弥补功率缺额，将频率拉回正常运行范围。
进一步地，在步骤(3)中，经建立的储能设备的响应模型为：
其中，SCo(t)表示第t个时段的储能设备充电状态，Po(t)表示第t个时段储能设备充放电功率，Smax表示储能设备的额定最大储电量，Δt为各个时段的长度；
经建立的温控负荷的响应模型为：
其中，To(t)表示第t个时段温控负荷储能介质温度，M表示温控负荷储热介质的质量，c表示温控负荷储热介质的比热容，HL表示温控负荷的热损失系数，Tout表示外界温度；Qo(t)表示第t个时段温控负荷热功率。
进一步地，在步骤(4)中，在利用动态规划法求解时，目标函数为：
USC＝argmin[Costc(N)+Coste(N)]，
其中，USC表示储能设备和温控负荷的整体调度方案，Costc(t)表示从初始时段开始至第t个时段储能设备的电力成本；Coste(t)表示从初始时段开始至第t个时段温控负荷的电力成本，N为时段的总数目，且有：
Costc(t)＝Po(t)price(t)+Costc(t-1)，
Coste(t)＝Qo(t)price(t)+Coste(t-1)，
其中，price(t)表示经预测的第t个时段的节点电价；
约束条件为：
pr＝po(t)W+[Qo(0)-Q0(t)]N，
其中，Pe表示储能设备的额定功率，pr为供电缺额，Qo(0)表示初始时段温控负荷的热功率；
基于目标函数、约束条件以及经建立的储能设备和温控负荷的响应模型求解得到Po(t)和Qo(t)即为优化得到的电价最低的柔性资源调度安排。
有益效果：相对于现有技术，本发明具有如下的优点：
1、结合了温控负荷与储能设备，针对不同频率跌落情况进行响应，通过最大限度地调度优化社会资源来缓解电网频率的跌落，保障电网安全运行。
2、基于动态规划方法，结合合理编程能够简化问题复杂度，提高计算速度。
附图说明
图1为本发明的基于动态规划法的电网柔性资源紧急响应策略制定方法的流程图；
图2为本发明实施例中节点电价预测信息随时间变化关系图；
图3为本发明实施例中仿真优化得到的储能设备充放电功率随时间变化关系图；
图4为本发明实施例中仿真优化得到的电热水器热水使用情况随时间变化关系图。
具体实施方式
以下结合附图进一步对本发明进行详细说明。
如图1，本发明的柔性资源紧急响应策略制定方法包括如下步骤：
步骤S1：获取电网当前频率与额定频率的差额以判别电网运行状态。
由于电网额定频率是50HZ，所以如果将差额记为ε，则ε＝|f-50|，f为电网的当前频率。若差值小于0.2HZ说明当前电网为正常状态，反之则为紧急状态。
步骤S2，当电网处于紧急状态时，获取供电缺额Pr与可调度柔性资源容量Pd，选取对应紧急响应方案；
具体而言，在选取对应紧急响应方案时，若Pr<Pd，则指示仅通过调度柔性资源即可应对频率跌落；若Pr>Pd，则指示需要切断所有可控柔性资源，并结合系统旋转备用，弥补功率缺额，将频率拉回正常运行范围。
步骤S3，当指示仅通过调度柔性资源即可应对频率跌落时，建立柔性资源响应模型。
具体而言，在本实施例中，选取分布广泛，应用较多的储能设备与温控负荷作为柔性响应资源来建立其响应模型。特别地，以Δt为时间间隔建立储能与温控负荷的离散响应模型。
(1)储能设备：
其中，SCo(t)表示从初始时段开始至第t个时段的储能设备充电状态；Po(t)表示从初始时段开始至第t个时段储能设备充放电功率。
(2)温控负荷：
其中，To(t)表示从初始时段开始至第t个时段的温控负荷储能介质温度；M表示温控负荷储热介质的质量；c表示温控负荷储热介质的比热容；HL表示温控负荷的热损失系数；Tout表示外界温度(为了提高本发明方法的可操作性，假设策略实施过程中外界温度为恒定值)；Qo(t)表示第t个时段的温控负荷热功率。
步骤S4，获取节点电价预测信息LMP，将LMP和供电差额Pr作为输入，结合柔性资源响应模型，利用动态规划法求解紧急状态下柔性资源调度安排。
本发明以储能设备和温控负荷整体调度成本最小为优化目标，因此，在利用动态规划法求解时，目标函数为：
USC＝argmin[Costc(N)+Coste(N)] (3)
其中，USC表示使N个时段内储能设备和温控负荷的总调度成本最小的整体调度方案，Costc(t)示从初始时段开始至第t个时段储能设备的电力成本；Coste(t)表示从初始时段开始至第t个时段的温控负荷的电力成本；Costc(t)与Coste(t)满足如下关系式：
Costc(t)＝Po(t)price(t)+Costc(t-1) (4)
Coste(t)＝Qo(t)price(t)+Coste(t-1) (5)
其中，price(t)表示经预测的第t个时段的电价，由电力公司提供。
约束条件：
根据储能设备的工作原理，在正常工作状态下，储能设备的Po(t)应满足如下约束：
其中，Pe表示储能设备的额定功率，Smax表示储能设备的额定最大储电量，该不等式约束表示，任意时段储能设备的充电或放电功率不得超过额定功率，以免损坏储能设备。
此外，对整个模型而言,需要满足如下约束：
Pr＝Po(t)N+[Qo(0)-Q0(t)]N (8)
其中，Qo(0)表示初始时段温控负荷的热功率。上述式子表明供电缺额等于通过切断温控负荷或降低其功耗节省下的功率与储能设备放电的功率之和。
在确定了目标函数和约束条件后，可以通过递归算法、备忘录等算法求解，以price(t)即经预测的节点电价LMP和供电缺额Pr，以响应策略实施成本最小化为优化目标，输出柔性资源的调度安排，即Po(t)(即第t个时段的储能设备充放电功率)与Qo(t)(即第t个时段的温控负荷热功率)。在该模型中，输入量为供电缺额Pr和节点电价price(t)，输出量为储能设备和温控负荷的整体调度方案USC，具体表示为第个t个时段的储能设备充放电功率Po(t)和第t个时段的温控负荷热功率Qo(t)，或者优化得到的从初始时段至第t个时段的储能设备充电状态SCo(t)以及优化得到的从初始时段开始至第t个时段的温控负荷储能介质温度To(t)，其余皆为已知量或过程中间量。
步骤S5，判断响应策略实施后，电网频率是否回归正常运行范围，若没有，重新评定柔性资源可调度容量Pd，从步骤S2开始再次实施响应策略。
为了验证本发明方法的效果，进行了仿真验证。
如图2，获取得到的经预测的LMP节点电价信息显示下午6:30左右有一电价高峰，这说明电网频率跌落发生在下午6：30左右。如图3，在下午6：30电网发生频率跌落之后储能设备没有从电网接收任何电能，而是大幅放电支撑电网频率。实施案例中，温控负荷选用电热水器负荷进行仿真分析，得到图4电热水器热水使用情况示意图。从图中可以看出在下午6：30电网发生频率跌落事件之后，热水使用量大幅减少。由此可见，针对电网频率跌落引起的电价高峰对储能设备和温控负荷进行调度，有效缓解了电网频率跌落的问题。
综上所述，实施例验证了本发明的实用性与有效性。