一种考虑风电渗透和电动汽车的电力系统低频减载方法

1.本发明涉及电力系统低频减载技术领域，具体是一种考虑风电渗透和电动汽车的电力系统低频减载方法。


背景技术：

2.风力发电机组大规模接入电力系统，系统频率的安全可靠运行面临着巨大挑战。风力发电具有强烈的随机性、波动性，保证电力系统供需平衡与频率稳定运行的难度增加。风电随机性、波动性产生的大规模有功功率缺额仍会导致系统频率快速跌落、崩溃，维持系统供需平衡和频率稳定运行仍是一项艰巨的任务。低频减载作为维持电力系统安全稳定的重要举措，针对电网频率的快速跌落，有序切除负荷确保电网功率的平衡，防止频率崩溃。
3.电动汽车作为移动型储能设备，具备与电网双向友好互动的特性，在许多柔性负荷中脱颖而出，受到国内外学者的重视。电动汽车充放电功率的调整不涉及任何机械部分，同时调节范围较大且可以在范围内连续调控，满足低频减载快速性、灵活性的要求。
4.传统低频减载通过少量多次切除负荷防止系统频率崩溃，但不可避免切除负荷造成大范围停电。因此，若合理使用电动汽车资源，制定合理的低频减载方案，能够保证系统频率稳定的同时，实现“少停电”甚至“零停电”。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于针对低频减载通过少量多次切除负荷防止系统频率崩溃会造成大范围停电的问题，提供一种考虑风电渗透和电动汽车的电力系统低频减载方法，在一定程度上避免了负荷切除不足导致系统失稳的风险，同时，调度电动汽车资源放电，减少了负荷切除量，以在线低频减载动作为辅助，完成低频减载，保证电力系统频率稳定性。
6.为实现上述目的，本发明采用了以下的技术方案：
7.所述考虑风电渗透和电动汽车的电力系统包括调度中心、电动汽车充电站、充电终端以及风电场，调度中心连接到电网以及电动汽车充电站，电动汽车充电站连接充电终端，风电场连接到电网以及调度中心；所述考虑风电渗透和电动汽车的电力系统低频减载方法包括以下步骤：
8.(1)调度中心采用广域测量系统监测电力系统频率、预测风电功率；
9.(2)估算当前系统功率缺额；
10.(3)电动汽车充电站根据电动汽车运行功率，将可削减总容量上报调度中心；
11.(4)调度中心根据估算的功率缺额、可削减总容量，采用鲁棒优化方法制定并下发减载指令；
12.(5)电动汽车充电站评估用户意愿，按照意愿大小分配并下发减载指令；
13.(6)电动汽车充电桩依据来自充电站的指令控制电动汽车放电，在线低频减载继电器按照调度中心指令辅助减载。
14.所述估算当前系统功率缺额的表达式为：
[0015][0016]
式中：
[0017][0018]
pd为系统有功功率缺额；f0为额定频率；n为发电机总数量；t
ji
为第i台发电机的转动惯量；fi为第i台发电机转子的频率；h
ji
为第i台发电机的惯性时间常数。
[0019]
所述步骤(4)中，根据电动汽车充电站上报的可削减容量、风电功率预测结果，调度中心根据估算的功率缺额，采用鲁棒优化方法制定并下发减载指令，表达式示为：
[0020][0021]
式中，d
wind
为风电功率预测值；p
wind
为风电功率；δp
wind
风电功率预测误差；n
evcs
为电动汽车充电站总数量；为第m轮切负荷中第k个充电站电动汽车的充电功率；是第m-1轮切负荷中第k个充电站电动汽车的充电功率；为给定置信度下风电功率预测误差的上限；为给定置信度下的风电功率预测误差的下限；为t时刻电动汽车离开电网的数量；p
min
为电动汽车最小充电功率；p
max
为电动汽车最大充电功率；为给定置信度下电动汽车离开电网数量的上限；为给定置信度下电动汽车离开电网数量的下限；为第i辆电动汽车离开电网前的充电功率，为电动汽车充电站功率下限，为电动汽车充电站功率上限。
[0022]
所述步骤(5)中，电动汽车充电站评估用户意愿，按照意愿大小分配并下发减载指令，评估意愿表达式示为：
[0023][0024]
[0025][0026]qev
＝aq
soc
(t)+bq
pcharge
+cq
t
[0027]
在上述式中，q
soc
(t)为受电动汽车荷电状态因素影响的用户参与意愿指标，soc(t)表示电动汽车soc值，soc(t0)是电动汽车在参与低频减载时刻的荷电状态，c
ev
是单台电动汽车电池容量，是第m轮低频减载前第n辆电动汽车的功率，q
pcharge
表示受电动汽车充电功率因素影响的用户参与意愿指标，是低频减载前第n辆电动汽车的初始功率，t
charge
表示电动汽车入网以来的充电时间,t
discharge
表示放电时间，q
t
表示受电动汽车入网以来的充放电时间影响的用户参与意愿指标，q
ev
表示受各种因素影响的用户参与意愿指标，a,b,c为各个因素权重系数，表征站在用户角度，上述三种因素对用户参与低频减载意愿影响的占比，a,b,c需要满足如下约束：
[0028]
a+b+c＝1
[0029]
0≤a≤1
[0030]
0≤b≤1
[0031]
0≤c≤1
[0032]
所述步骤(5)中，分配下发给电动汽车充电桩的减载指令按照以下表达式计算：
[0033][0034]
在上述式中，为第k个充电站内电动汽车总数；为第n个充电站内第k辆电动汽车参与低频减载前的充电功率，为第m轮次切负荷后该辆电动汽车的充电功率；为调度中心对第k个电动汽车充电站下发的削减指令。
[0035]
本发明获得的有益效果是：本发明根据风电功率预测误差区间，保守估计功率缺额，提高在风电功率变化场景中功率缺额估计的鲁棒性，在一定程度上避免了负荷切除不足导致系统失稳的风险；同时，调度电动汽车资源放电，减少了负荷切除量，以在线低频减载动作为辅助，完成低频减载，保证电力系统频率稳定性。
附图说明
[0036]
图1是考虑风电渗透和电动汽车的电力系统低频减载策略结构图。
[0037]
图2是考虑风电渗透和电动汽车的电力系统低频减载策略流程图。
具体实施方式
[0038]
为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明技术方案作进一步非限制性的详细描述。
[0039]
见图2。考虑电动汽车的电力系统调控架构分为调度中心、电动汽车充电站、充电终端以及风电场。调度中心通过广域测量系统采集电网的运行状态信息、实时频率、节点电压等指标，综合判断系统内是否存在功率扰动，一旦检测到大功率缺额，调度中心则使用鲁棒估计方法估计系统的功率缺额，考虑系统内部风电不确定性与电动汽车可削减容量的不确定性，将功率调控指令下达给各个区域的电动汽车充电站，或切除负荷；电动汽车充电站接收到指令后，根据站内电动汽车的运行状态，荷电状态与充电功率，优化分配该指令，由电动汽车充电终端完成指令性的功率调控。电动汽车充电站负责对一定数量的充电终端进行精细化管理，数据采集、制定充电计划、调度指令下达，同时响应调度中心调控指令，综合当前可削减容量、响应时长等信息上报调度中心。
[0040]
见图1，所述考虑风电渗透和电动汽车的电力系统低频减载方法包括以下步骤：
[0041]
(1)调度中心采用广域测量系统监测电力系统频率、预测风电功率；
[0042]
(2)估算当前系统功率缺额。所述估算当前系统功率缺额的表达式为：
[0043][0044]
式中：
[0045][0046]
pd为系统有功功率缺额；f0为额定频率；n为发电机总数量；t
ji
为第i台发电机的转动惯量；fi为第i台发电机转子的频率；h
ji
为第i台发电机的惯性时间常数。
[0047]
(3)电动汽车充电站根据电动汽车运行功率，将可削减总容量上报调度中心；
[0048]
(4)调度中心根据估算的功率缺额、可削减总容量，采用鲁棒优化方法制定并下发减载指令。根据电动汽车充电站上报的可削减容量、风电功率预测结果，调度中心根据估算的功率缺额，采用鲁棒优化方法制定并下发减载指令，表达式示为：
[0049][0050]
式中，d
wind
为风电功率预测值；p
wind
为风电功率；δp
wind
风电功率预测误差；n
evcs
为电动汽车充电站总数量；为第m轮切负荷中第k个充电站电动汽车的充电功率；是第m-1轮切负荷中第k个充电站电动汽车的充电功率；为给定置信度下风电功率预测误差的上限；为给定置信度下的风电功率预测误差的下限；为t时刻电动汽车离开电网的数量；p
min
为电动汽车最小充电功率；p
max
为电动汽车最大充电功率；为给定置信度下电动汽车离开电网数量的上限；为给定置信度下电动汽车离开电网数量的下限；为第i辆电动汽车离开电网前的充电功率，为电动汽车充电站功率下限，为电动汽车充电站功率上限。
[0051]
(5)电动汽车充电站评估用户意愿，按照意愿大小分配并下发减载指令；
[0052]
电动汽车充电站评估用户意愿，按照意愿大小分配并下发减载指令，评估意愿表达式示为：
[0053][0054][0055][0056]qev
＝aq
soc
(t)+bq
pcharge
+cq
t
[0057]
在上述式中，q
soc
(t)为受电动汽车荷电状态因素影响的用户参与意愿指标，soc(t)表示电动汽车soc值，soc(t0)是电动汽车在参与低频减载时刻的荷电状态，c
ev
是单台电动汽车电池容量，是第m轮低频减载前第n辆电动汽车的功率，q
pcharge
表示受电动汽车充电功率因素影响的用户参与意愿指标，是低频减载前第n辆电动汽车的初始功率，t
charge
表示电动汽车入网以来的充电时间,t
discharge
表示放电时间，q
t
表示受电动汽车入网以来的充放电时间影响的用户参与意愿指标，q
ev
表示受各种因素影响的用户参与意愿指
标，a,b,c为各个因素权重系数，表征站在用户角度，上述三种因素对用户参与低频减载意愿影响的占比，a,b,c需要满足如下约束：
[0058]
a+b+c＝1
[0059]
0≤a≤1
[0060]
0≤b≤1
[0061]
0≤c≤1
[0062]
分配下发给电动汽车充电桩的减载指令按照以下表达式计算：
[0063][0064]
在上述式中，为第k个充电站内电动汽车总数；为第n个充电站内第k辆电动汽车参与低频减载前的充电功率，为第m轮次切负荷后该辆电动汽车的充电功率；为调度中心下发的削减指令。
[0065]
(6)电动汽车充电桩依据来自充电站的指令控制电动汽车放电，在线低频减载继电器按照调度中心指令辅助减载。
[0066]
本发明的原理是：本发明针对国家“双碳”背景下大规模风电并网的强随机性和不确定性严重影响系统功率缺额估计准确性，显著降低电力系统低频减载有效性，增加系统频率崩溃风险的问题，以电力系统动态频率特性为切入点，考虑风电渗透的影响和电动汽车储能特性对低频减载的作用，提出了基于双层优化的鲁棒低频减载策略，有效抑制了频率的快速跌落，保障了电力系统的频率稳定性。
[0067]
需要指出的是，上述较佳实施例仅为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。