一种虚拟电厂规模化灵活资源分层分区策略的制作方法

本发明公开了了一种虚拟电厂规模化灵活资源分层分区策略，属于虚拟电厂构建的。

背景技术：

1、在可再生能源和电能替代发展战略下，分布式电源、储能、可控负荷等在配用电侧兴起。首先，现有研究未充分考虑虚拟电厂内部各种资源的特性，这些资源在技术特性、功率特性、时间特性等方面具有差异性，因此，在研究虚拟电厂的优化调度策略时，应充分挖掘这些资源的潜力，以实现更高效的能源管理。其次，现有研究未充分关注配电网运行场景需求。配电网的运行环境和负荷需求具有多样性，而这些多样性对虚拟电厂的调度策略产生直接影响。最后，随着分布式能源、电动汽车、需求侧资源等的快速发展，虚拟电厂需要面对越来越多的灵活资源。如何有效地整合和管理这些海量资源，以实现虚拟电厂的经济、环保和稳定运行，也未来研究的重要方向。

技术实现思路

1、技术问题：本发明的发明目的是针对上述背景技术的不足，提出了一种虚拟电厂规模化灵活资源分层分区策略，

2、技术方案：为达到上述目标，本发明采用技术方案如下：

3、步骤一：分析多业务场景需求

4、1)调峰业务场景

5、调峰是指通过调整发电、负荷和储能设备等资源，来平衡电网中的高峰和低谷电力需求。在这个场景中，灵活资源需要满足以下需求：

6、·快速响应：在调峰填谷过程中，系统需要快速响应负荷波动。因此，具有较快响应时间的资源(如蓄电池储能、可调度负荷)具有较高的优先级。这些资源能够迅速调整输出，以适应电网中负荷的变化，从而确保电力系统的稳定运行。为了实现快速响应，应对资源进行实时监控和数据分析，以便在负荷波动发生时及时调整输出。

7、·调节容量：调峰需要调整资源的输出功率，因此需要具备一定的调节容量。例如，可调度的发电机组和储能设备应具有足够的调节容量来满足系统需求。这些资源应能够在一定范围内调整输出，以应对电力系统中不同程度的负荷波动。为了实现充分的调节容量，应对各类资源进行适当的配置和管理，以确保在不同场景下都能满足调峰填谷需求。

8、·高效运行：在调峰填谷过程中，资源应尽可能高效地运行，以降低运行成本和环境影响。为了实现这一目标，需要对各种资源进行合理的调度和组合，以充分利用其优势并降低运行过程中的能量损失。同时，应优化资源的运行策略，以减少燃料消耗、降低运行成本并减轻对环境的影响。此外，通过采用先进的控制和调度技术，可以进一步提高资源运行的效率和可靠性。

9、为了在调峰填谷业务场景中实现更优的资源调度，应综合考虑各类资源的特点、响应速度、调节容量和运行效率。通过合理的分层分区策略，可以将具有不同特点的资源进行组合，以实现更高效、经济和环保的调峰填谷服务。在实际运行中，还应根据电力系统的实时状态，动态调整资源的调度策略和分区组合，以应对不断变化的业务场景需求。此外，借助先进的信息技术手段，如大数据分析、人工智能和云计算等，可以进一步提高调峰填谷业务场景下资源调度的智能化水平，实现更为精细化的管理和优化。

10、2)缓解线路过载场景

11、线路过载通常发生在电力系统的输电、配电环节，表现为系统某条或某几条支路上的潮流越限，导致电力系统的安全性、稳定性降低，影响电力供应的可靠性。在此场景中，灵活资源需要满足：

12、·多时间尺度响应：线路过载事件可能在日前安全校核阶段、实时运行阶段等各种时间尺度上发生。为解决线路过载事件，虚拟电厂聚合的灵活资源也需要满足不同时间尺度的要求，既能够有效解决事件，又能够降低成本、减少资源占用。通过按时间尺度对灵活资源进行分层管理，可有效实现多时间尺度资源聚合。

13、·地理/电气位置：线路过载事件的解决与网架结构、灵活资源实际位置高度相关，不同位置的灵活资源，解决线路过载事件的能力差距较大。为高效解决线路过载事件，需要按网架结构合理配置灵活资源和虚拟机组，根据系统实际运行参数，

14、分析资源解决相应事件的有效程度，从而实现事件高效解决和资源有效配置。

15、·高效运行：在解决线路过载事件过程中，资源应尽可能高效地运行，以降低运行成本和环境影响。为了实现这一目标，需要对各种资源进行合理的调度和组合，以充分利用其优势并降低运行过程中的能量损失。同时，应优化资源的运行策略，以减少燃料消耗、降低运行成本并减轻对环境的影响。此外，通过采用先进的控制和调度技术，可以进一步提高资源运行的效率和可靠性。

16、为了实现最佳的资源组合和调度策略，我们需要在制定分层分区策略时充分考虑各类灵活资源的特点和优劣势，并根据不同场景的需求选取最适合的灵活资源进行最佳的资源组合和调度策略。这样能够有效地满足电力系统的调峰和缓解线路阻塞等业务场景需求，提高电力系统的灵活性和可靠性。

17、步骤二：制定虚拟电厂动态分层分区运行策略

18、1)制定多业务场景下的分层分区策略

19、为实现资源高效聚合、确保系统需求实时响应和事件有效解决，本项目按三个层次对虚拟电厂灵活资源进行分层管理。

20、第一层：响应时间。按日前、小时级、分钟级、秒级对资源进行分层，可满足包括调频、调峰、负荷跟踪、备用、缓解线路过载、缓解变压器过负荷等系统需求场景。事件发生时，依据相应的响应时间尺度要求，调用聚合有效资源。

21、第二层：价格。经济性是虚拟电厂运行中的重要指标，因此价格应作为资源属性之一纳入考虑。对第一层次中各级资源，按价格排序，优先调用聚合廉价资源。

22、第三层：容量。各类系统需求均对响应容量有一定要求。在第一、第二层次的基础上，调用满足需求的资源容量以解决事件。

23、在分层管理的基础上，根据系统需求和事件的差异对资源进行分区管理。

24、第一类：调峰、负荷跟踪、备用等辅助服务。由于电力系统当前已广泛采用分层分区运行方案，要求分区内功率基本平衡、减少分区间功率流动，调峰、负荷跟踪、备用等辅助服务通常为分区备用。此时，虚拟电厂灵活资源应按照电力系统分区方案进行分别管理，针对特定事件所处分区，聚合相应分区内的资源解决问题。

25、第二类：缓解线路过载、缓解节点电压偏差、缓解变压器过负荷等系统优化运行需求。该类事件与网架结构密切相关，粗略的系统分区无法满足需求。针对此类事件，应按网架结构、系统运行参数、资源实际位置量化分析灵活资源有效度，优先聚合高有效度资源，以实现事件高效解决。

26、通过以上分层分区方法，虚拟电厂可以针对不同层次的资源制定相应的调度策略和协同优化方法，确保各类资源发挥出最大的潜力。灵活资源分层分区管理有利于减少各类资源之间的冲突和干扰，提高系统的协调性；帮助虚拟电厂更好地应对系统需求和市场变化，提供快速、可靠、有效的响应能力，降低成本，促进可持续能源的发展。

27、2)建立虚拟电厂分层分区优化模型

28、调峰场景下的分层分区优化模型

29、类比于传统电厂，虚拟电厂是由多个虚拟发电机组组成，每个用户资源可看成是一个微型虚拟发电机组，为便于虚拟电厂平台管理，10kv变电站所带负荷等效为一个节点作为一个虚拟发电机组，10kv及以上用户自成一个虚拟发电机组，每个虚拟发电机组由虚拟电厂平台中对应的运控平台协调控制。

30、虚拟机组参与调峰的市场以每台虚拟机组由虚拟电厂运控平台基于对灵活资源的分层结构特性及调峰需求形成各自的多个时段的报价报量曲线并上报至虚拟电厂管理平台。在虚拟机组制定报价曲线时考虑到温控负荷用户室内舒适度在半小时内影响不大，采用以30min为一个点，每个虚拟机组上报每个时段可以参与的虚拟发电量和报价，例如某大型商场其前30min可以以较大的虚拟发电量进行报量报价，考虑到内部舒适度问题在下一个30min时段降低虚拟发电量，以一个较小的虚拟发电量进行报量报价，或者是选择不参与虚拟发电。

31、10kv变电站所带用户多为小用户，各用户只具有报量的权利，由运控平台定价上报；对于10kv及以上用户则具备报量和报价的权利。其各个运控平台形成类似于图1的申报曲线。

32、当用户侧资源以虚拟机组形式构建虚拟电厂参与调度时，虚拟电厂以调用虚拟电厂资源成本最小为目标

33、

34、式中，c为调用虚拟电厂资源的成本；cvpp(t)为时段t市场出清价格；pvpp(t)为时段t虚拟电厂的参与功率；δt为时间间隔；t虚拟电厂参与电网调度的时段数。

35、约束条件

36、中标功率约束

37、

38、式中，ui(t)为0-1状态变量，表示时段t等效节点i虚拟机组是否中标；pi(t)为时段t等效节点i虚拟机组的中标功率。

39、出清价格约束

40、

41、式中，ci(t)为时段t等效节点i虚拟机组的报价。

42、各节点虚拟机组中标容量约束

43、pi(t)≤pibid(t)≤pimax(t)    (4)

44、式中，pibid(t)为时段t等效节点i虚拟机组的投标功率；pimax(t)为时段t等效节点i虚拟机组的最大出力功率。

45、35kv变电站供电功率平衡约束

46、

47、式中，为t时段35kv变电站j的供电功率；为t时段35kv变电站j的原始用电负荷；i∈j表示第j个35kv变电站下的虚拟机组。

48、110kv变电站供电功率平衡约束

49、

50、式中，为t时段110kv变电站k的供电功率；为t时段110kv变电站k的原始用电负荷；i∈k表示第k个110kv变电站下的虚拟机组。

51、变电站负载率约束

52、η(t)≤ηmax    (7)

53、式中，η(t)为变压器的负载率；ηmax为变电站最大负载率，负载率超过80％为重载，此处取80％为允许最大负载率。

54、输电线路功率约束

55、pl(t)≤plmax      (8)

56、式中，pl(t)为时段t线路l的传输功率；plmax为线路l的传输功率。

57、缓解线路过载场景下的分层分区优化模型

58、为使方法适用于输电网与配电网、适用场景包括辐射形网络、环网等多种网架结构，综合考虑输电网、配电网的系统运行特性，做出如下假设：

59、(1)系统各母线电压近似于额定值，即ui≈1；

60、(2)系统各支路两端电压相角差较小，即cosθij≈1，sinθij≈θij＝θi-θj。

61、线性化的交流潮流模型为：

62、

63、

64、式、即为适用于输配电网灵活资源有效度分析的线性化交流潮流模型，可线性化地描述描述有功功率、无功功率、电压幅值、电压相角间的关系。

65、同时，由上述推导过程易得线路ij流过功率的线性化表达式：

66、pij＝gij(vi-vj)-bij(θi-θj)      (11)

67、为便于后续推导及程序编写，将式、改写为矩阵形式：

68、

69、其中，δp、δq、δv、δθ均为n×1的向量，分别表示节点有功功率注入变化量、节点无功功率注入变化量、节点电压幅值变化量、节点电压相角变化量。g、b、b'分别为矩阵y的实部和虚部、矩阵y'的虚部。

70、为使计算满足不同节点类型的要求，进行如下处理：

71、δp*＝i1δp,δθ*＝i1δθ

72、δq*＝i2δq,δu*＝i2δu

73、b'*＝i1b'i1t,g1*＝i1gi2t

74、g2*＝i2gi1t,b*＝i2bi2t      (13)

75、其中，i1为去除平衡节点所在行后的单位矩阵，i2为去除平衡节点和pv节点所在行后的单位矩阵。式经处理后，得到：

76、

77、由于经处理后矩阵b、b’、g中不再包含平衡节点对应的行、列，矩阵c一定为非奇异阵，对c求逆得：

78、

79、其中，h、j、k、f矩阵为c-1的分块子矩阵。

80、定义转移因子(shift factor，sf)为：当节点i有功功率注入增加单位量时，线路mn

81、上流过有功潮流的变化量。

82、由式、式，假设节点i有功注入变化单位量时无功注入保持不变，有：

83、sfmn,i＝gmnφmnδu-bmnφmnδθ

84、＝gmnφmni2tji1δpi-bmnφmni1thi1δpi      (16)

85、其中，φmn为第m个元素为1、第n个元素为-1、其余元素为0的行向量；δpi为第i个元素为1、其余元素为0的列向量。

86、定义灵活资源有效度表示：在特定场景下，某灵活资源单位功率的调用满足需求的能力。在线路mn过载的场景下，灵活资源有效度em,n,i为节点i处的灵活资源满足缓解线路mn过载的需求的能力，即：

87、em,n,i＝sfmn,i＝gmnφmni2tki1δpi-bmnφmni1thi1δpi    (17)

88、模型目标函数为：

89、min f(pcha,pdis)     (18)

90、

91、其中，pcha、pdis为n×t的矩阵，n为系统节点数，t为划分时段数，其元素pcha,i,t、pdis,i,t分别表示第i个节点处资源在t时段的充电(可调负荷增大)功率、放电(可调负荷减小、分布式发电机组发电)功率；ccha,i、cdis,i分别表示调用第i个节点资源进行充电/放电的成本曲线。

92、约束条件包括：

93、(1)事件响应效果约束

94、

95、其中，τ为线路过载事件编号，pad(τ)、m(τ)、n(τ)、t(τ)分别表示第τ个线路过载事件的过载功率、线路始端节点、线路末端节点、事件发生时段。

96、(2)资源调用上限约束

97、

98、

99、其中，分别表示节点i处资源最大放电(可调负荷减小、分布式发电机组发电)功率、最大充电(可调负荷增大)功率。

100、式所述ccha,i和cdis,i为分段线性函数，可对式进行线性化。

101、设cdis,i为n段线性函数，其分点为bdis,i,1≤bdis,i,2≤...≤bdis,i,n≤bdis,i,n+1，则引入辅助变量wdis,i,t：

102、

103、

104、wdis,i,t,k和0-1变量zdis,i,t,k满足：

105、0≤wdis,i,t,1≤zdis,i,t,1,0≤wdis,i,t,2≤zdis,i,t,1+zdis,i,t,2,…,

106、0≤wdis,i,t,n≤zdis,i,t,n-1+zdis,i,t,n,0≤wdis,i,t,n+1≤zdis,i,t,n     (25)

107、

108、

109、同理，对ccha,i，有：

110、

111、

112、wcha,i,t,k和0-1变量zcha,i,t,k满足：

113、0≤wcha,i,t,1≤zcha,i,t,1,0≤wcha,i,t,2≤zcha,i,t,1+zcha,i,t,2,…,

114、0≤wcha,i,t,n≤zcha,i,t,n-1+zcha,i,t,n,0≤wcha,i,t,n+1≤zcha,i,t,n    (30)

115、

116、

117、线性化后模型目标函数为式，约束条件由式—构成，为混合整数线性规划问题。

118、本发明有益效果：本发明所提出的方法针对虚拟电厂内部灵活资源呈现出规模海量、类型多元、位置分散、调节特性迥异的特点，分析虚拟电厂灵活资源的运行特性，对不同类型分布式资源的分层分区调用，实现虚拟电厂规模化灵活资源的优化组合，提高了电网可靠性、稳定性、降低了运营成本。