有源配电网安全经济运行方法与流程

本发明具体涉及一种有源配电网安全经济运行方法。

背景技术：

随着经济技术的发展和人们生活水平的提高，电能已经成为了人们生产和生活中必不可少的二次能源，给人们的生产和生活带来了无尽的便利。

配电网作为连接电能从生产到用户的最后环节，其安全经济运行极为重要。配电网重构只需要改变网络中的联络开关或分段开关的状态，不需要增加其他投资就能达到减少网络损耗、提高安全性、经济性和供电效益的目的，是配电网优化运行的重要手段。但随着未来城市配电网中用户侧负荷的持续增长，高峰负荷增加尤为明显，严重影响了配电网运行的安全性，单纯的配电网重构已不能满足运行要求。考虑到经济投资效益以及用地紧张等问题，新建变电站或者馈线不是解决峰荷时期配电网运行问题的最佳手段。同时，用户侧的负荷越来越多样化，由原来传统的单一电负荷转变为多类型负荷共存的耦合系统，尤其是夏天和冬天，冷热负荷占比大，且需求弹性良好，是很好的需求响应资源。因此，为解决未来配电网用户侧持续增长所带来的运行安全问题，需要引入一定的需求响应策略，保证负荷增长后配电网可以安全经济运行。

需求响应是配电网与用户之间互动的重要手段。基于电价的需求响应是指通过设定峰谷平电价，引导用户用电行为，保证峰荷时刻配电网的安全运行，但不改变总的负荷量。考虑用户侧电热联合需求响应可以进一步利用冷热负荷良好的需求响应特性进行削峰填谷，保障电网安全运行。

针对配电网经济调度问题，已有学者对此进行了相关的研究。针对配电网重构问题，有文献研究了分布式电源和电动汽车接入下配电网的动态重构问题，考虑分布式电源出力以及电动汽车充放电随机性对配电网重构的影响。目前配电网重构的研究多集中在考虑分布式电源(dg)以及电动汽车(ev)接入方面，分析重构对网损、dg接纳能力等的影响，多从“源”的角度出发，没有充分考虑负荷侧对配电网重构的影响。有文献对智能电网的需求响应进行了原理分析和建模总结；有文献提出了一种考虑用户参与不确定性的需求响应模型，充分考虑负荷波动性；有文献研究了峰谷分时电价对传统电负荷的影响，进而考虑动态配电网重构，提高了配电网运行的经济性。以上研究一方面用户侧只考虑传统电负荷，没有考虑具有良好需求响应特性的热负荷的作用，另一方面对负荷侧处理比较粗糙，所有负荷通过价格弹性系数矩阵进行调整，忽略了负荷特性以及用户主动性。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种综合考虑热负荷、传统电负荷、用户参与性和分布式电源不确定性因素，而且科学可靠，适用性好的有源配电网安全经济运行方法。

本发明提供的这种有源配电网安全经济运行方法，包括如下步骤：

s1.获取待分析的有源配电网的参数；

s2.建立用户侧电负荷需求响应模型；

s3.建立用户侧热负荷需求响应模型；

s4.根据步骤s2和s3建立的模型，建立有源配电网安全经济调度模型；

s5.求解步骤s4建立的有源配电网安全经济调度模型，从而得到最终的有源配电网安全经济运行策略。

步骤s2所述的建立用户侧负荷需求响应模型，具体为采用如下步骤建立模型：

a.采用如下算式计算电力价格弹性系数ε：

式中δq为电力需求量的改变量，q为电力需求量，δp为电力售价的改变量，p为电力售价；

b.采用如下公式计算得到常规电负荷的电量改变矩阵：

式中qon为峰时段的用电量，δqon为峰时段的用电量改变量，qmid为平时段的用电量，δqmid为平时段的用电量改变量，qoff为谷时段的用电量，δqoff为谷时段的用电量改变量，pon为峰时段的电价，δpon为峰时段的电价改变量，pmid为平时段的电价，δpmid为平时段的电价改变量，poff为谷时段的电价，δpoff为谷时段的电价改变量，εij为需求弹性系数，i＝1,2,3，j＝1,2,3；

c.采用如下算式计算得到峰平谷分时电价下的负荷曲线：

式中l0(t)为实施峰谷电价前的t时刻的负荷，l(t)为实施峰谷电价后的t时刻的负荷，ton为用电的峰时段，tmid为用电的平时段，toff为用电的谷时段，δton为用电峰时段的持续时间，δtmid为用电平时段的持续时间，δtoff为用电谷时段的持续时间；

d.采用如下算式对步骤c得到的峰平谷分时电价下的负荷曲线进行修正：

式中l(t)^*为需求响应后t时段用电量的修正值，l(t)^b为t时段用户的固定负荷，l(t)^max为t时段用户的最大负荷，l(t)为步骤c得到的峰平谷分时电价下的负荷曲线值；

e.采用如下算式计算用户用电习惯满意度ms：

式中表示电负荷在一个调度周期内的响应量绝对值之和，表示不进行需求响应时一个调度周期的电负荷总量；

f.采用如下算式计算用户电费满意度mp：

式中表示一个调度周期内，电负荷由于需求响应造成用电费用变化之和；表示需求响应前一个调度周期内电负荷的总用电费用。

步骤s3所述的建立用户侧热负荷需求响应模型，具体为采用如下步骤建立模型：

a.采用如下公式计算电锅炉模型：

qeb＝ηebpeb

式中qeb为电锅炉的制热功率；ηeb为热电功率比；peb为装置的电功率；且电锅炉的功率约束如下：pebmin≤peb(t)≤pebmax且qebmin≤qeb(t)≤qebmax，其中pebmin为电锅炉允许的最小输入电功率，pebmax为电锅炉允许的最大输出电功率，qebmin为电锅炉允许的最小输出电功率，qebmax为电锅炉允许的最大输出电功率，peb(t)为电锅炉的实时输入电功率，qeb(t)为电锅炉的实时输出电功率；

b.采用如下公式计算储热模型：

s(t)＝s(t-1)+phs(t)δt-η·s(t-1)

式中s(t)为t时刻的储热容量，s(t-1)为t-1时刻的储热容量，phs(t)为储热设备在t时刻的输出功率，η为储热系统的储热效率；且储热功率与容量的约束如下：phsmin≤phs(t)≤phsmax且smin≤s(t)≤smax，phsmin为储热设备允许的最小输出功率，phsmax为储热设备允许的最大输出功率，phs(t)为储热设备的输出功率，smin为储热设备的容量下限，smax为储热设备的容量上限，s(t)为储热设备的实时容量；

c.电锅炉和储热设备的工作原则如下：

在谷电价阶段，电锅炉以最大功率工作，输出的热能用于供给热负荷，并送入储热装置；

在峰电价阶段，储热装置优先供给热负荷，然后再由电锅炉供给热负荷。

步骤s4所述的建立有源配电网安全经济调度模型，具体为采用如下步骤建立模型：

1)确定优化变量：优化变量包括配电网中的联络开关状态、配电网中的分段开关状态、峰时电价和谷时电价；

2)采用如下算式作为目标函数：

minf＝closs+cpsdr

式中f为系统总运行费用，cpsdr为需求响应费用，closs为网损费用，ton为用电的峰时段，tmid为用电的平时段，toff为用电的谷时段，pon为峰时段的电价，δpon为峰时段的电价改变量，pmid为平时段的电价，δpmid为平时段的电价改变量，poff为谷时段的电价，δpoff为谷时段的电价改变量，l0(t)为实施峰谷电价前的t时刻的负荷，l(t)为实施峰谷电价后的t时刻的负荷，tall为峰平谷电价实施前的时段，pall为峰平谷电价实施前的平电价，n为配电网支路总数，pi(t)为流过支路首端的有功功率，qi(t)为流过支路首端的无功功率，ui(t)为支路电压，ri(t)为支路阻抗；

3)采用如下算式作为约束条件：

pcl{il≤ipl}≥αi,l＝1,...,li

pcl{vli≤vi≤vui}≥αv,j＝1,...,n

pcl{nz≤nzmax}≥αn,z∈s

pcl{di≥0}≥αd

pcl{k1≤pon/poff≤k2}≥αk

pcl{mp≥mp.min}≥αm

pcl{ms≥ms.min}≥αm

式中pgi,t为节点i在t时刻的有功功率，li,t为节点i在t时刻的有功功率，vi,t为节点i在t时刻的电压幅值，n为节点数，gij为支路ij的电导，θij,t为支路ij在时刻t时的功率因素角，bij为支路ij的电纳，qgi,t为节点i在t时刻的基准负荷，qi,t为节点i在t时刻的无功功率，pcl{}为表示达到置信水平的机会，αi、αv、αn、αd、αk、αm均为置信水平，il为元件电流，ipl为元件最大允许电流，vli为节点j的电压下限，vi为节点电压，vui为节点j的电压上限，nz为开关动作次数，nzmax为开关总动作次数，di为配电网安全距离，k1为峰谷电压比的下限，k2为峰谷电压比的上限，mp为用户电费满意度，mp.min为用户用电习惯满意度的最小值，ms为用户用电习惯满意度，ms.min为电费满意度的最小值。

本发明提供的这种有源配电网安全经济运行方法，通过建立并考量电热联合需求响应模型和用户满意度模型，从而考虑了电热联合需求响应对配电网运行的影响，利用储热装置进行热负荷的削峰填谷，配合配电网重构策略，实现配电网安全经济调度；在网络重构中计及主变n-1和馈线n-1故障情况，保障智能配电网的安全运行；在需求响应方面，通过需求响应修正和用户满意度函数，提高用户参与需求响应的积极性；考虑了光伏、风电等接入配电网的分布式电源的不确定性；因此，本发明综合考虑热负荷、传统电负荷、用户参与性和分布式电源不确定性因素，而且科学可靠，适用性好。

附图说明

图1为本发明方法的方法流程图。

具体实施方式

如图1所示为本发明方法的方法流程图：本发明提供的这种有源配电网安全经济运行方法，包括如下步骤：

s1.获取待分析的有源配电网的参数；

s2.建立用户侧电负荷需求响应模型；具体为采用如下步骤建立模型：

a.基于电价的需求响应是通过峰谷分时电价，引导用户合理用电，通过改善负荷的时间分布提高电网运行的安全性；原始电负荷采用典型负荷曲线，在峰谷分时电价下，常规电负荷(除电锅炉外)以电力价格弹性系数为基础，通过价格弹性矩阵进行调整；采用如下算式计算电力价格弹性系数ε：

式中δq为电力需求量的改变量，q为电力需求量，δp为电力售价的改变量，p为电力售价；

b.采用如下公式计算得到常规电负荷的电量改变矩阵：

式中qon为峰时段的用电量，δqon为峰时段的用电量改变量，qmid为平时段的用电量，δqmid为平时段的用电量改变量，qoff为谷时段的用电量，δqoff为谷时段的用电量改变量，pon为峰时段的电价，δpon为峰时段的电价改变量，pmid为平时段的电价，δpmid为平时段的电价改变量，poff为谷时段的电价，δpoff为谷时段的电价改变量，εij为需求弹性系数，i＝1,2,3，j＝1,2,3；

c.采用如下算式计算得到峰平谷分时电价下的负荷曲线：

式中l0(t)为实施峰谷电价前的t时刻的负荷，l(t)为实施峰谷电价后的t时刻的负荷，ton为用电的峰时段，tmid为用电的平时段，toff为用电的谷时段，δton为用电峰时段的持续时间，δtmid为用电平时段的持续时间，δtoff为用电谷时段的持续时间；

d.虽然通过步骤c得到的用户需求响应模型可以近似反映实际情况，但是并没有考虑用户在某些时段内负荷无法自由调整，即存在该时段的固定负荷与最大负荷，因此采用如下算式对步骤c得到的峰平谷分时电价下的负荷曲线进行修正：

式中l(t)^*为需求响应后t时段用电量的修正值，l(t)^b为t时段用户的固定负荷，l(t)^max为t时段用户的最大负荷，l(t)为步骤c得到的峰平谷分时电价下的负荷曲线值；

将电价型需求响应融入到配电网经济调度中，用户的负荷曲线会随着电价而变化；如果由于峰谷电价制定不合理，导致用户的生产生活方式以及用电费用出现较大的变化，导致其出现抵触情绪，不仅会影响供电公司的社会形象，也会影响用户参与需求响应的积极性，无法达到让用户参与到配电网经济调度中的目的；因此，提出了用户用电习惯满意度指标和用户电费满意度指标来衡量用户的满意度；

e.采用如下算式计算用户用电习惯满意度ms：

式中表示电负荷在一个调度周期内的响应量绝对值之和，表示不进行需求响应时一个调度周期的电负荷总量；

f.采用如下算式计算用户电费满意度mp：

式中表示一个调度周期内，电负荷由于需求响应造成用电费用变化之和；表示需求响应前一个调度周期内电负荷的总用电费用；

函数ms和mp越大，代表用户越满意，需求响应的参与度越高；负荷进行需求响应时需要满足用户满意度约束；

s3.建立用户侧热负荷需求响应模型；具体为采用如下步骤建立模型：

a.电锅炉是实现负荷侧电热耦合的设备，可以实现电热转化，将电能转化为热能，供给热负荷并将多于热能储存在储热装置里；采用如下公式计算电锅炉模型：

qeb＝ηebpeb

式中qeb为电锅炉的制热功率；ηeb为热电功率比；peb为装置的电功率；且电锅炉的功率约束如下：pebmin≤peb(t)≤pebmax且qebmin≤qeb(t)≤qebmax，其中pebmin为电锅炉允许的最小输入电功率，pebmax为电锅炉允许的最大输出电功率，qebmin为电锅炉允许的最小输出电功率，qebmax为电锅炉允许的最大输出电功率，peb(t)为电锅炉的实时输入电功率，qeb(t)为电锅炉的实时输出电功率；

b.采用如下公式计算储热模型(储热设备一般为蓄热罐和蓄热槽等)：

s(t)＝s(t-1)+phs(t)δt-η·s(t-1)

式中s(t)为t时刻的储热容量，s(t-1)为t-1时刻的储热容量，phs(t)为储热设备在t时刻的输出功率，η为储热系统的储热效率；且储热功率与容量的约束如下：phsmin≤phs(t)≤phsmax且smin≤s(t)≤smax，phsmin为储热设备允许的最小输出功率，phsmax为储热设备允许的最大输出功率，phs(t)为储热设备的输出功率，smin为储热设备的容量下限，smax为储热设备的容量上限，s(t)为储热设备的实时容量；

c.电锅炉和储热设备的工作原则如下：

在谷电价阶段，电锅炉以最大功率工作，输出的热能用于供给热负荷，并送入储热装置；

在峰电价阶段，储热装置优先供给热负荷，然后再由电锅炉供给热负荷；

s4.根据步骤s2和s3建立的模型，建立有源配电网安全经济调度模型；具体为采用如下步骤建立模型：

1)确定优化变量：优化变量包括配电网中的联络开关状态、配电网中的分段开关状态、峰时电价和谷时电价；

2)采用如下算式作为目标函数：

minf＝closs+cpsdr

式中f为系统总运行费用，cpsdr为需求响应费用，closs为网损费用，ton为用电的峰时段，tmid为用电的平时段，toff为用电的谷时段，pon为峰时段的电价，δpon为峰时段的电价改变量，pmid为平时段的电价，δpmid为平时段的电价改变量，poff为谷时段的电价，δpoff为谷时段的电价改变量，l0(t)为实施峰谷电价前的t时刻的负荷，l(t)为实施峰谷电价后的t时刻的负荷，tall为峰平谷电价实施前的时段，pall为峰平谷电价实施前的平电价，n为配电网支路总数，pi(t)为流过支路首端的有功功率，qi(t)为流过支路首端的无功功率，ui(t)为支路电压，ri(t)为支路阻抗；

3)采用如下算式作为约束条件：

pcl{il≤ipl}≥αi,l＝1,...,li

pcl{vli≤vi≤vui}≥αv,j＝1,...,n

pcl{nz≤nzmax}≥αn,z∈s

pcl{di≥0}≥αd

pcl{k1≤pon/poff≤k2}≥αk

pcl{mp≥mp.min}≥αm

pcl{ms≥ms.min}≥αm

式中pgi,t为节点i在t时刻的有功功率，li,t为节点i在t时刻的有功功率，vi,t为节点i在t时刻的电压幅值，n为节点数，gij为支路ij的电导，θij,t为支路ij在时刻t时的功率因素角，bij为支路ij的电纳，qgi,t为节点i在t时刻的基准负荷，qi,t为节点i在t时刻的无功功率，pcl{}为表示达到置信水平的机会，αi、αv、αn、αd、αk、αm均为置信水平，il为元件电流，ipl为元件最大允许电流，vli为节点j的电压下限，vi为节点电压，vui为节点j的电压上限，nz为开关动作次数，nzmax为开关总动作次数，di为配电网安全距离，k1为峰谷电压比的下限，k2为峰谷电压比的上限，mp为用户电费满意度，mp.min为用户用电习惯满意度的最小值，ms为用户用电习惯满意度，ms.min为电费满意度的最小值；

s5.求解步骤s4建立的有源配电网安全经济调度模型，从而得到最终的有源配电网安全经济运行策略。