一种配电网与输电网公共连接点有功无功灵活性评估方法与流程

本发明涉及局部电力系统灵活性评估，尤其是一种配电网与输电网公共连接点有功无功灵活性评估方法。

背景技术：

1、可再生能源发电装机容量持续增长，然而可再生能源渗透率的逐步升高为电力系统运行带来了新的挑战。一方面，风电及光伏等新能源机组的出力间歇性以及有限的功率控制能力，使得电网源端的不确定性增大；另一方面，火电占比的降低使得系统的低惯性特征突出，系统调节能力和稳定性水平大幅下降。因此，为保障新能源的充分消纳和电力系统的安全性及可靠性，需要更多的灵活性资源参与调度。

2、分布式可再生能源(dres)在配电网中的日益普及已成为配电和输电系统(dso和tso)面临的巨大挑战。在高比例可再生能源渗透的背景下，提高系统安全性、保障电网稳定运行的一个有效解决方案是利用分布式能源(der)提供的灵活性，然而分布式能源大多位于配电网，其分布式的物理位置以及难以通过调度协调的特点，给利用这些灵活性资源带来了困难。因此，急需研发一种优化问题的方法，这些优化问题能够估计配电和输电系统(tso-dso)公共连接节点的灵活性范围。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种可以有效评估输配电系统连接点的灵活性并将其可视化，有助于输配电系统的协同运行，有利于提高电力系统的安全性，保障电网安全稳定运行的配电网与输电网公共连接点有功无功灵活性评估方法。

2、为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：一种配电网与输电网公共连接点有功无功灵活性评估方法，该方法包括下列顺序的步骤：

3、(1)构建配电网与输电网公共连接点即tso-dso连接点的区间约束潮流架构icpf；

4、(2)分析区间约束潮流架构icpf中配电网的不同种类灵活性资源的灵活性价格，得到不同种类灵活性资源的灵活性价格评估公式；

5、(3)通过优化算法，得到tso-dso连接点的灵活性运行域图，对其灵活性进行评估。

6、在步骤(1)中，所述区间约束潮流架构icpf包括优化算法、灵活性输入、技术输入和其他输入，其中，灵活性输入包括当前市场基础、配电网和灵活性规划信息；技术输入包括电网当前设备现状数据、网络拓扑数据、技术数据，以及负荷与分布式能源预测值；其他输入包括最大灵活性成本、灵活性价格和当前传输网络当量；采用优化算法通过灵活性输入、技术输入和其他输入求解区间约束潮流，输出灵活性运行域图。

7、在步骤(2)中，所述灵活性资源种类分为三类：在灵活性市场中提供的有功功率灵活性、配电系统拥有的网络资产，以及已签订的灵活性服务合同；

8、所述不同种类的灵活性价格评估公式包括以下公式：

9、负载灵活性成本和发电站灵活性成本：

10、

11、

12、其中，δpig为发电侧有功灵活性，为发电侧无功灵活性，为负载有功灵活性，为负载无功灵活性；表示负载提供每mwh灵活性的成本函数，表示负载提供每mvarh灵活性的成本函数，表示发电站提供每mwh灵活性的成本函数，表示发电站提供每mvarh灵活性的成本函数，成本价格直接来自市场代理向灵活性市场提交的报价中的价格；costloadflex为负载的灵活性成本，costgenflex为发电站灵活性成本；

13、有载调压变压器oltc变压器灵活性成本：

14、

15、其中，表示有载调压变压器oltc在t时刻抽头位置所对应的灵活性，为对应不同抽头位置的成本函数；

16、无功功率补偿器灵活性成本：

17、

18、其中，与每个无功功率补偿器c的位置变化相关，表示相应位置的成本函数；

19、负载和发电站灵活性成本、oltc变压器灵活性成本、无功功率补偿器灵活性成本的总和，即配电网为其灵活性需求所需支付的总灵活性成本；

20、tso-dso连接点的灵活性运行域图作为区间约束潮流架构icpf的输出，坐标轴横轴为有功功率值，纵轴为无功功率值，将用户愿意为获得灵活性而支付的金额定义为最大灵活性成本，灵活性运行域图的边界对应最大的灵活性成本，每个区域都是所有可行点的集合；最大灵活性成本越高，该tso-dso连接点的灵活性运行域图就越大，灵活性运行域图随着用户愿意支付的成本而增长；如果最大灵活性成本为0，则tso-dso连接点的有功功率值、无功功率值固定。

21、所述步骤(3)具体是指：有功无功间的相互依赖性和网络特性对灵活运行域的影响为：

22、αpdso→tso+βqdso→tso

23、其中，αpdso→tso和βqdso→tso是tso-dso连接点处的有功功率注入和无功功率注入，其斜率θ由系数α和β定义；不同θ值的目标函数将导致灵活性运行域图边界处的不同点，tanθ＝α/β；

24、优化算法的决策变量是可用范围内的激活灵活性以及参考节点的电压幅值：

25、除决策变量外和松弛约束外，所有电网节点n的电压幅值和角度都被视为状态变量；所述优化算法包括公式(1)至公式(9)所示的最优潮流约束：

26、

27、

28、

29、θref＝0 (4)

30、

31、

32、

33、

34、其中：

35、

36、

37、式中，为节点n处由发电侧提供的有功灵活性，为节点n处由发电侧提供的无功灵活性，为节点n处由负载侧提供的有功灵活性，为节点n处由负载侧提供的无功灵活性，为无功补偿器提供的有功和无功灵活性；为由配电网市场机制决定的有功功率注入值，为由配电网市场机制决定的无功功率注入值，为负荷预测决定的有功功率注入值，为由负荷预测决定的无功功率注入值，为无功补偿器决定的无功功率注入值,n为电网节点的集合；g代表发电侧，l代表负荷侧，cond代表无功补偿器；pn和qn是节点n中来自网络分支的有功注入和无功注入；vn为n点电压，vn,min和vn,max分别为电压最小和最大值，θref为母线电压相角，表示t时刻有载调压变压器抽头位置；表示正向传递系数，为传递系数上限，为反向传递系数，b为传递线路的集合；vk为k点电压，gnk为nk两点间电导，bnk为nk两点间电纳，θnk为两点间电压的相位差，nc为无功补偿器的结合，nt为有载调压变压器的集合；

38、公式(1)和公式(2)为有功和无功功率平衡，公式(3)为电压幅值限制不等式，公式(4)为参考母线上电压角约束，公式(5)和公式(6)为电容器组阶跃和oltc位置的离散模型；公式(7)和(8)是直接和反向支流极限约束；

39、优化算法还包括每个资源的灵活性上下限限制约束和用户愿意支付的最大成本约束：

40、

41、costgenflex+costloadflex+costoltc+costrc≤cmax (10)

42、其中，δpig为发电侧有功灵活性，为发电侧无功灵活性，ng为发电机组的集合，和分别为δpig的最小值和最大值，分别为的最小值和最大值；为负载有功灵活性，为负载无功灵活性，分别为的最小值和最大值，和分别为的最小值和最大值，nl为负载的集合；为无功补偿器无功灵活性，分别为的最小值和最大值，nc为无功补偿器的集合；nt为有载调压变压器的集合；costgenflex为发电站灵活性成本，costloadflex为负载灵活性成本，costoltc为有载调压变压器灵活性成本，costrc为无功功率补偿器灵活性成本；

43、公式(9)为每个资源的灵活性上下限限制约束，公式(10)为用户愿意支付的最大成本约束；

44、优化算法将目标函数αpdso→tso+βqdso→tso反复带入公式(1)至公式(10)，得到一系列tso-dso连接点的灵活性运行点，由一系列灵活性运行点组成灵活性运行域图，最终操作步骤如下：

45、(4a)确定tso-dso连接点的有功功率ptso-dso的最小值pmin和最大值pmax以及相应的无功功率，θ＝±90°,α＝±1，β＝0；

46、(4b)确定tso-dso连接点的无功功率qtso-dso的最小值qmin和最大值qmax以及相应的有功功率，θ＝0°θ＝180°,α＝0，β＝±1；

47、(4c)对θ＝±45°进行优化，α＝±1和β＝±1，获得灵活性运行域图周长的四个新点；

48、优化算法的第一阶段的结果是灵活性运行域图外边缘的八个点的集合，在这八个点中，前四个点定义了灵活性运行域图的上限和下限，然后，优化算法进入闭环，仅当达到定义的收敛标准时才会停止；

49、(4d)对于每两个连续点，如果不满足收敛标准，则对tso-dso连接点的无功功率qtso-dso执行优化，qtso-dso＝0.5×(qi+qi+1)；β＝0和α＝1，如果两个连续点属于灵活性运行域图边界的下半部分，α＝-1；当两点属于灵活性运行域图边界的上半部分时，α为1，下半部分和上半部分是根据有功功率决定的；

50、当每对连续点之间的空间不再导致灵活性运行域图形状的变化时，完成评估；使用的收敛准则基于两个连续点之间的欧几里得距离和相应无功功率值的差，容差参数取决于有功功率范围pmax-pmin和无功功率范围qmax-qmin；

51、只有在满足以下两个条件时，才需要探索两个连续点之间的空间以找到新点：

52、

53、

54、其中，δ和ε为收敛判定参数，δ＝0.6和ε＝0.25；pi和pi+1表示第i和i+1个点输入的有功功率ptso-dso，qi和qi+1表示第i和i+1个点输入的无功功率qtso-dso；

55、该收敛过程避免搜索对灵活性运行域图形状没有重大变化的点。

56、由上述技术方案可知，本发明的有益效果为：本发明可以有效评估输配电系统连接点的有功无功灵活性并将其可视化，有助于电力系统应对高比例可再生能源渗透带来的问题，有助于电力系统输配电网的规划以及输配电系统的协同调度和优化运行，有利于提高电力系统的安全性，保障电网安全稳定运行。