源网荷储优化运行方法及装置与流程

本发明涉及配电，尤其涉及源网荷储优化运行方法及装置。

背景技术：

1、电力系统是现代社会最重要的公共基础设施，构建新型电力系统是贯彻落实能源安全新战略，实现碳中和，以及应对气候变化目标的重大需要。在构建新型电力系统的过程中需要面对新型平衡体系，复杂的安全机理，以及成本疏导机制的多重挑战与变革。随着全球气候变化，极端天气带来的自然灾害现象频繁发生，由此导致的电网系统大规模停电事故造成了巨大经济损失。电网的稳定性为保障用电用户生产生活，促进能源发展有着重大意义，为解决这一问题，研究人员提出了电力系统韧性概念，以衡量其在极端事件下的性能。

2、目前，关于极端天气下的电力系统韧性建模、评估及恢复已开展了初步研究，取得了较好成效。在韧性建模方面，有学者将电网拓扑映射成三维空间展开布置的纵向受力网络，将韧性定义为电网保持静态稳定的能力；还有学者将研究工作侧重于系统脆弱性建模，根据功能函数随时间变化的韧性曲线，解析了抵御、吸收、适应和恢复等不同阶段的过程特征。在韧性评估阶段，除建立了多种韧性指标之外，还有学者通过引入韧性评估矩阵，从技术、社会、经济等不同维度对输电网、配电网进行韧性评估。在韧性提升方面，现有工作主要围绕故障恢复及相关指标改善，探究了不同场景下的电力系统应急维修策略与分布式电源、储能及其他受控设备的优化配置方法。现有研究表明，针对电力系统韧性评估框架流程包括：系统故障场景生成、系统响应与恢复模型构建、韧性指标体系构建、评估结果应用等几部分的研究进展，从而分析考虑严重自然灾害场景的电力系统韧性评估以及提升。

3、现有技术中，对电力系统韧性的研究主要侧重于故障场景建模以及评价体系，而源储协调多侧重于解决新能源消纳和电网经济调度问题，并没有通过源储协调提升电网韧性的研究。

技术实现思路

1、本发明提供源网荷储优化运行方法及装置，通过研究源储协调对电力系统韧性的提升，以提升用户的防灾减灾救灾能力。

2、为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、第一方面，本发明提供源网荷储优化运行方法，该方法包括：

4、获取电力系统在目标时间段内的正常运行负荷、所述电力系统的重要负荷最小保有量以及所述电力系统的重要负荷总量；

5、建立所述正常运行负荷、所述重要负荷最小保有量、所述重要负荷总量以及所述电力系统中多直流馈入和新能源馈入的负荷总量与韧性指标之间的表征关系；所述表征关系为以所述目标时间段内第一数据的积分值与第二数据的总和整体的数学期望表示所述韧性指标，所述第一数据为所述多直流馈入和新能源馈入的负荷总量与所述正常运行负荷的比值，所述第二数据为所述重要负荷最小保有量与所述重要负荷总量的比值；

6、根据所述电力系统的多直流馈入和新能源馈入，联合与所述电力系统连接的储能系统，建立用于表示所述电力系统中多直流馈入和新能源馈入的综合储能模型；

7、以所述韧性指标最大化为目标，结合约束条件求解所述综合储能模型，得到预设灾害情况下所述电力系统的运行方案；所述约束条件包括电力系统电力平衡约束、储能系统的运行约束、电力系统旋转备用约束以及电力系统断面潮流约束。

8、在一种可能的实现方式中，所述多直流馈入和新能源馈入的综合储能模型，具体为：

9、

10、其中，ptotal，t表示t时刻多直流馈入和新能源馈入的负荷总量，pm-dc，t表示t时刻多直流馈入的预测值，pne，r表示t时刻新能源馈入的预测值，pch，storage，t表示储能系统在t时刻的充电功率，pdis，storage，t表示储能系统在t时刻的放电功率，xin，t表示储能系统在t时刻的充电状态，xout，t表示储能系统在t时刻的放电状态，xin，t与xout，t的取值为0或1。

11、在一种可能的实现方式中，所述电力系统电力平衡约束具体为：

12、

13、其中，pg，t表示电力系统中包括的常规机组g在t时刻的输入的负荷量，所述常规机组包括火电机组；表示t时刻在电力系统的第i个节点的负荷，ωg表示电力系统中包括的所有常规机组的集合，ωb表示电力系统中包括的所有节点的集合。

14、在一种可能的实现方式中，储能系统包括多个储能单元；所述储能系统的运行约束包括储能单元电荷量约束、功率上下限约束以及储能单元电荷量守恒约束；

15、所述储能单元电荷量约束具体为：

16、

17、其中，μ表示储能单元j的预设最小放电量系数，表示储能单元j电荷量的最小阈值，表示储能单元j电荷量的最大阈值，ees，j，t表示储能单元j在t时刻的电荷量；

18、所述功率上下限约束具体为：

19、-pch，storage，jmin≤pch，storage，t，j≤pch，storage，jmax，

20、-pdis，storage，jmim≤pdis，storage，t，j≤pdis，storage，jmax，

21、其中，pch，storage，jmin表示储能单元j充电功率的最小阈值，pch，storage，t，j表示储能单元j在t时刻的充电功率，pch，storage，jmax表示储能单元j充电功率的最大阈值；

22、其中，pdts，storage，jmin表示储能单元j放电功率的最小阈值，pdis，storage，t，j表示储能单元j在t时刻的放电功率，pdis，storage，jmax表示储能单元j放电功率的最大阈值；

23、所述储能单元电荷量守恒约束具体为：

24、δt·(ηcn·pch，storage，t，j-pdis，storage，t，j/ηdis)＝ees，j，t+1-ees，j，，

25、其中，δt表示步长，ηch表示储能单元的充电效率，ηdis表示储能单元的放电效率，ees，j，t+1表示储能单元j在t+1时刻的电荷量。

26、在一种可能的实现方式中，所述电力系统旋转备用约束具体为：

27、

28、

29、其中，xg，t表示常规机组g在t时刻的运行状态，取值为0或1，表示常规机组g的有功功率上限值；表示在t时刻新能源出力的机组v输入功率的预测值，ωv表示电力系统中包括的所有新能源出力的机组的集合，表示在t时刻多馈入直流参与的机组w输入功率预测值，ωw表示电力系统中包括的所有多馈入直流参与的机组的集合，表示t时刻在电力系统的第n个节点的负荷，ph表示电力系统的正旋转备用容量，表示常规机组g的有功功率下限值，pr表示电力系统的负旋转备用容量。

30、在一种可能的实现方式中，所述约束条件还包括常规机组的上下限约束以及上、下爬坡约束；

31、所述常规机组的上下限约束具体为：

32、

33、所述上、下爬坡约束具体为：

34、

35、其中，pg，t+1表示常规机组g在t+1时刻的输入的负荷量，表示常规机组g允许的最大上爬坡速率，表示常规机组g允许的最大下爬坡速率。

36、在一种可能的实现方式中，所述约束条件还包括新能源机组发电上限约束；所述新能源机组包括风电机组和光伏机组，

37、所述新能源机组发电上限约束具体为：

38、

39、其中，pne，t表示新能源机组在t时刻接入电力系统的功率值，表示在t时刻风电机组w接入电力系统的功率值，ωw表示电力系统中包括的所有风电机组的集合，pv，tpv表示在t时刻光伏机组v接入电力系统的功率值，ωv表示电力系统中包括的所有光伏机组的集合，表示t时刻风电机组w接入电力系统的最大功率，表示t时刻光伏机组v接入电力系统的最大功率。

40、在一种可能的实现方式中，所述电力系统断面潮流约束包括电力系统线路潮流运行上限及下限约束，所述电力系统线路潮流运行上限及下限约束具体为：

41、

42、其中，表示电力系统在t时刻在传输线路l上的传输功率，pll，min表示线路l上传输功率的下限值；pil，max表示线路l上传输功率的上限值；ωl表示电力系统包括的所有传输线路的集合，ωt为目标时间段包括的所有时刻的集合。

43、在一种可能的实现方式中，所述电力系统断面潮流约束包括电力系统运行潮流平衡约束，所述电力系统运行潮流平衡约束具体为：

44、pt＝mptgen-ptload＝bθt t∈ωt，

45、ptl＝ybθt t∈ωt，

46、其中，pt表示t时刻的节点注入功率矩阵，ptgen表示t时刻机组出力矩阵，所述机组包括常规机组与新能源机组；m表示节点与机组的关联矩阵，在节点与机组关联时，关联矩阵对应位置的矩阵元素为1，否则为0；ptload表示t时刻机组出力矩阵，b表示节点导纳矩阵，θt表示t时刻的节点电压相角矩阵；ptl表示t时刻电力系统包括的多个支路有功功率构成的向量，yb表示多个支路组成的对角矩阵，ωt为目标时间段包括的所有时刻的集合；

47、每个节点对应的电压相角的上下限约束具体为：

48、-θmax≤θn，t≤θmax n∈ωb，t∈ωt，

49、其中，θn，t表示在t时刻节点n对应的电压相角，θmax表示节点电压相角的最大值。

50、第二方面，本发明提供源网荷储优化运行装置，该装置包括：

51、数据获取模块，用于获取电力系统在目标时间段内的正常运行负荷、所述电力系统的重要负荷最小保有量以及所述电力系统的重要负荷总量；

52、韧性指标表征模块，用于建立所述正常运行负荷、所述重要负荷最小保有量、所述重要负荷总量以及所述电力系统中多直流馈入和新能源馈入的负荷总量与韧性指标之间的表征关系；所述表征关系为以所述目标时间段内第一数据的积分值与第二数据的总和整体的数学期望表示所述韧性指标，所述第一数据为所述多直流馈入和新能源馈入的负荷总量与所述正常运行负荷的比值，所述第二数据为所述重要负荷最小保有量与所述重要负荷总量的比值；

53、模型构建模块，用于根据所述电力系统的多直流馈入和新能源馈入，联合与所述电力系统连接的储能系统，建立用于表示所述电力系统中多直流馈入和新能源馈入的综合储能模型；

54、模型求解模块，用于以所述韧性指标最大化为目标，结合约束条件求解所述综合储能模型，得到预设灾害情况下所述电力系统的运行方案；所述约束条件包括电力系统电力平衡约束、储能系统的运行约束、电力系统旋转备用约束以及电力系统断面潮流约束。

55、在一种可能的实现方式中，在建立用于表示所述电力系统中多直流馈入与新能源馈入的综合储能模型时，所述模型构建模块被配置为执行，根据如下公式建立综合储能模型：

56、

57、其中，ptotal，t表示t时刻多直流馈入和新能源馈入的负荷总量，pm-dc，t表示t时刻多直流馈入的预测值，pne，t表示t时刻新能源馈入的预测值，pch，storage，t表示储能系统在t时刻的充电功率，pdis，storage，t表示储能系统在t时刻的放电功率，xin，y表示储能系统在t时刻的充电状态，xout，t表示储能系统在t时刻的放电状态，xin，t与xout，t的取值为0或1。

58、在一种可能的实现方式中，所述模型求解模块被配置为执行，根据如下公式确定所述电力系统电力平衡约束：

59、

60、其中，pg，t表示电力系统中包括的常规机组g在t时刻的输入的负荷量，所述常规机组包括火电机组；表示t时刻在电力系统的第i个节点的负荷，ωg表示电力系统中包括的所有常规机组的集合，ωb表示电力系统中包括的所有节点的集合。

61、在一种可能的实现方式中，储能系统包括多个储能单元；所述储能系统的运行约束包括储能单元电荷量约束、功率上下限约束以及储能单元电荷量守恒约束；

62、所述模型求解模块被配置为执行，根据如下公式确定所述储能单元电荷量约束：

63、

64、其中，μ表示储能单元j的预设最小放电量系数，表示储能单元j电荷量的最小阈值，表示储能单元j电荷量的最大阈值，ees，j，t表示储能单元j在t时刻的电荷量；

65、根据如下公式确定所述功率上下限约束：

66、-pch，storage，jmin≤pch，storage，t，j≤pch，storage，jmax，

67、-pdis，storage，jmin≤pdis，storage，t，j≤pdis，storage，jmax，

68、其中，pch，storage，jmin表示储能单元j充电功率的最小阈值，pch，storage，t，j表示储能单元j在t时刻的充电功率，pch，storage，jmax表示储能单元j充电功率的最大阈值；

69、其中，pdis，storage，jmin表示储能单元j放电功率的最小阈值，pdis，storage，t，j表示储能单元j在t时刻的放电功率，pdis，storage，jmax表示储能单元j放电功率的最大阈值；

70、根据如下公式确定所述储能单元电荷量守恒约束：

71、δt·(ηch·pch，storage，t，j-pdis，storage，t，j/ηdis)＝ees，j，t+1-ees，j，t，

72、其中，δt表示步长，ηch表示储能单元的充电效率，ηdis表示储能单元的放电效率，ees，j，t+1表示储能单元j在t+1时刻的电荷量。

73、在一种可能的实现方式中，所述模型求解模块被配置为执行，根据如下公式确定所述电力系统旋转备用约束：

74、

75、

76、其中，xg，t表示常规机组g在t时刻的运行状态，取值为0或1，表示常规机组g的有功功率上限值；表示在t时刻新能源出力的机组v输入功率的预测值，ωv表示电力系统中包括的所有新能源出力的机组的集合，表示在t时刻多馈入直流参与的机组w输入功率预测值，ωw表示电力系统中包括的所有多馈入直流参与的机组的集合，表示t时刻在电力系统的第n个节点的负荷，ph表示电力系统的正旋转备用容量，表示常规机组g的有功功率下限值，pr表示电力系统的负旋转备用容量。

77、在一种可能的实现方式中，所述约束条件还包括常规机组的上下限约束以及上、下爬坡约束；

78、所述模型求解模块还被配置为执行，根据如下公式确定所述常规机组的上下限约束：

79、

80、根据如下公式确定所述上、下爬坡约束：

81、

82、其中，pg，t+1表示常规机组g在t+1时刻的输入的负荷量，表示常规机组g允许的最大上爬坡速率，表示常规机组g允许的最大下爬坡速率。

83、在一种可能的实现方式中，所述约束条件还包括新能源机组发电上限约束；所述新能源机组包括风电机组和光伏机组；

84、所述模型求解模块还被配置为执行，根据如下公式确定所述新能源机组发电上限约束：

85、

86、其中，pne，t表示新能源机组在t时刻接入电力系统的功率值，表示在t时刻风电机组w接入电力系统的功率值，ωw表示电力系统中包括的所有风电机组的集合，pv，tpv表示在t时刻光伏机组v接入电力系统的功率值，ωv表示电力系统中包括的所有光伏机组的集合，表示t时刻风电机组w接入电力系统的最大功率，表示t时刻光伏机组v接入电力系统的最大功率。

87、在一种可能的实现方式中，所述电力系统断面潮流约束包括电力系统线路潮流运行上限及下限约束；

88、所述模型求解模块还被配置为执行，根据如下公式确定所述电力系统线路潮流运行上限及下限约束：

89、

90、其中，表示电力系统在t时刻在传输线路l上的传输功率，pll，min表示线路l上传输功率的下限值；pil，max表示线路l上传输功率的上限值；ωl表示电力系统包括的所有传输线路的集合，ωt为目标时间段包括的所有时刻的集合。

91、在一种可能的实现方式中，所述电力系统断面潮流约束包括电力系统运行潮流平衡约束；所述模型求解模块还被配置为执行，根据如下公式确定所述电力系统运行潮流平衡约束：

92、pt＝mptgen-ptload＝bθt t∈ωt，

93、ptl＝ybθt t∈ωt，

94、其中，pt表示t时刻的节点注入功率矩阵，ptgen表示t时刻机组出力矩阵，所述机组包括常规机组与新能源机组；m表示节点与机组的关联矩阵，在节点与机组关联时，关联矩阵对应位置的矩阵元素为1，否则为0；ptload表示t时刻机组出力矩阵，b表示节点导纳矩阵，θt表示t时刻的节点电压相角矩阵；ptl表示t时刻电力系统包括的多个支路有功功率构成的向量，yb表示多个支路组成的对角矩阵，ωt为目标时间段包括的所有时刻的集合；

95、其中，每个节点对应的电压相角的上下限约束具体为：

96、-θmax≤θn，t≤θmax n∈ωb，t∈ωt，

97、其中，θn，t表示在t时刻节点n对应的电压相角，θmax表示节点电压相角的最大值，ωb表示电力系统中包括的所有节点的集合。

98、一种电子设备，所述电子设备包括处理器和存储器，所述存储器中存储有至少一条指令、至少一段程序、代码集或指令集，所述至少一条指令、所述至少一段程序、所述代码集或指令集由所述处理器加载并执行以实现上述任一项所述的源网荷储优化运行方法；

99、一种计算机可读存储介质，所述存储介质中存储有至少一条指令、至少一段程序、代码集或指令集，所述至少一条指令、所述至少一段程序、所述代码集或指令集由处理器加载并执行以实现上述任一项所述的源网荷储优化运行方法。

100、本发明实施例提供的源网荷储优化运行方法在实际应用时，首先获取目标时间段内电力系统的正常运行负荷、重要负荷最小保有量以及重要负荷总量；其次建立正常运行负荷、重要负荷最小保有量、重要负荷总量以及电力系统中多直流馈入和新能源馈入的负荷总量与韧性指标之间的表征关系；之后，根据电力系统的多直流馈入和新能源馈入，联合与电力系统连接的储能系统，建立用于表示所述电力系统中多直流馈入和新能源馈入的综合储能模型；最后，以韧性指标最大化为目标，结合约束条件求解该综合储能模型，得到预设灾害情况下电力系统的运行方案；本发明通过正常运行负荷、重要负荷最小保有量、重要负荷总量以及多直流馈入和新能源馈入的负荷总量建立韧性指标的表征关系，以韧性指标最大化为目标，结合电力系统电力平衡约束、储能系统的运行约束、电力系统旋转备用约束以及电力系统断面潮流约束等约束条件求解电力系统中多直流馈入和新能源馈入的综合储能模型，得到使电网韧性最大化的电力系统调配方案，进而提升用户的防灾减灾救灾能力。