一种考虑风险防控需求的调节资源规划方法及系统与流程

本发明涉及电力系统规划领域，特别是一种考虑风险防控需求的调节资源规划方法及系统。

背景技术：

1、随着分布式电源、储能装置和电动汽车等新要素在配电网中的大规模接入，因此，优化配电网调节资源的配置变得愈加重要。然而，目前针对光伏、储能和充电桩等调节设备规划的研究往往未充分考虑到电压、有功和无功的控制特性，导致节点电压超出上下限等运行风险的发生。

2、因此，为了保障电网的安全稳定运行并提升配电网分布式资源规划的经济效益和社会效益，需要在传统的调节资源规划过程中嵌入逆变器的无功电压控制特性，并以最小化系统的调节资源规划总成本为目标。同时，还要兼顾系统的经济性和安全性，并考虑风险防控的需求。基于以上要求，提出了一种考虑风险防控需求的调节资源规划方法。

技术实现思路

1、鉴于现有的电压、有功和无功控制特性对节点电压所造成的越限运行风险的问题，提出了本发明。

2、因此，本发明所要解决的问题在于如何有效应对配电网运行中的节点电压越限风险，并在满足配电网风险防控需求的前提下，实现光伏、储能和充电桩的规划选址。

3、为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：

4、第一方面，本发明实施例提供了一种考虑风险防控需求的调节资源规划方法，其包括基于规划区域新能源出力和负荷历史数据，通过输入已建成和待规划的分布式资源的投资和运行成本参数，建立储能运行约束、发电机约束、配电网潮流约束以及光伏并网逆变器的无功控制特性相关约束的约束模型；建以发电机发电成本最小、储能投资和替换成本最小和光伏、充电桩的投资和运维成本最小的优化目标函数；基于约束模型和优化目标函数构建调节资源规划模型，并调用优化求解器进行求解，得出调节资源规划结果。

5、作为本发明所述考虑风险防控需求的调节资源规划方法的一种优选方案，其中：所述储能运行约束包括储能充放次数约束、储能充放电功率约束和储能容量约束，其中，储能充放次数约束的具体公式如下：

6、

7、其中，和分别表示储能的充电放电状态，udis和ucharge分别表示储能的开通和关闭状态，udis＝1表示储能充电状态，ucharge＝1表示储能放电状态。

8、储能充放电功率约束的具体公式如下：

9、socminnbattsrated,batt≤soci,j(t)≤socmaxnbattsrated,batt

10、

11、

12、其中，socmin表示剩余电量百分比的最小值，socmax表示剩余电量百分比的最大值，pch,i,j(t)和pdis,i,j(t)分别表示j节点第i台电池当t时刻充电和放电的电功率，sbatt,unit为单台储能的额定容量，nbatt为待规划储能的个数，是整数变量。

13、储能容量约束的具体公式如下：

14、

15、其中，soci,j(t)表示j节点第i台电池当前时刻剩余电量，pch,i,j(t)和pdis,i,j(t)分别表示j节点第i台电池当前时刻充电和放电的电功率，ηch和ηdis分别表示充电放电效率，δt表示时间间隔。

16、作为本发明所述考虑风险防控需求的调节资源规划方法的一种优选方案，其中：所述发电机约束包括出力限值约束和最小出力系数约束，其中，出力限值约束的具体公式如下：

17、pgmin×pgon,off(t)≤pg(t)≤pgmax×pgon,off(t)

18、其中，pg(t)表示发电机实时出力，pgmax和pgmin分别表示发电机出力的上限和下限，pgon,off(t)表示发电机当前时刻开关状态的二进制变量。

19、最小出力系数约束的具体公式如下：

20、pg(t)≥max(pg(t))×pgon,off×wmin

21、其中，pg(t)表示发电机实时出力，pgmax和pgmin分别表示发电机出力的上限和下限，pgon,off(t)表示发电机当前时刻开关状态的二进制变量，max(pg(t))表示发电机所有时刻出力中的最大值，wmin表示最小出力系数。

22、当pgon,off(t)＝1时，表示发电机处于运行状态，当pgon,off(t)＝0时，表示关闭状态。

23、利用大m法将发电机出力约束进行线性化的具体公式如下：

24、

25、其中，zpg(t)变量表示对式进行线性化，pg(t)表示发电机实时出力，pgon,off(t)表示发电机当前时刻开关状态的二进制变量，m表示极大值。

26、作为本发明所述考虑风险防控需求的调节资源规划方法的一种优选方案，其中：所述配电网潮流约束包括节点间线性潮流约束和节点功率平衡约束，其中，节点间线性潮流约束的具体公式如下：

27、pij(t)＝gij(ui(t)-uj(t))-bijθij(t)

28、qij(t)＝-bij(ui(t)-uj(t))-gijθij(t)

29、其中，pgij(t)表示节点i和j间传输的有功功率，qij(t)表示节点i和j间传输的无功功率，gij表示节点i和j间的电导，bij表示节点i和j间的电纳，θij表示节点i和j间的电压相角差，ui表示节点i的电压幅值，uj表示节点j的电压幅值。

30、节点功率平衡约束的具体公式如下：

31、

32、

33、其中，pij(t)表示i节点和j节点间传输的有功功率，qij(t)表示i节点和j节点间传输的无功功率，α表示所有和节点相连的节点，pi,load(t)表示i节点接入负载的有功大小，qi,load(t)表示i节点接入负载的无功大小。

34、作为本发明所述考虑风险防控需求的调节资源规划方法的一种优选方案，其中：所述光伏并网逆变器的无功控制特性相关约束包括光伏接入节点的电压约束、逆变器的下垂控制特性建模和光伏出力约束，逆变器的下垂控制特性建模包括以下步骤：在控制光伏出力时考虑逆变器的死区控制特性，并绘制光伏qf,dc-vf,dc控制特性曲线，如图1所示。当系统运行时在分段函数拐点处为实现切换运行状态，采用光滑化函数对控制特性曲线进行光滑化拟合，具体公式如下：

35、

36、其中，qf,max为直流侧无功功率qf,dc的上限，qf,min为直流侧无功功率qf,dc的下限，qf,db为直流侧电压uf,dc处的死区范围无功功率，uf,dbh为电压死区的上边界，uf,dbl为电压死区的下边界，uf,h为控制特性曲线的上边界，uf,l为控制特性曲线的下边界，uf,max为直流电压母线幅值的上限，uf,min表示直流电压母线幅值的下限，α1和α2为下垂控制系数。

37、作为本发明所述考虑风险防控需求的调节资源规划方法的一种优选方案，其中：所述光滑化函数的具体公式如下：

38、

39、其中，qf,dc为直流侧无功功率，qf,max为直流侧无功功率qf,dc的上限，α1和α2为下垂控制系数，uf,dbh和uf,dbl分别为电压死区的上边界和下边界，uf,h和uf,l分别为控制特性曲线的上边界和下边界，k为拟合函数系数。

40、光伏出力约束的具体公式如下：

41、

42、其中，pf,j(t)为j节点接入的单台光伏已知的实时出力数据，和分别表示pf,j(t)的最小值和最大值，nf,j为节点j容纳的光伏数量，和分别表示nf,j的最小值和最大值。

43、作为本发明所述考虑风险防控需求的调节资源规划方法的一种优选方案，其中：所述构建调节资源规划模型包括以下步骤，进行约束条件汇总，并在节点有功功率平衡约束中建立调节资源间的联系，构建节点功率平衡约束具体公式如下：

44、

45、其中，pi,k(t)为i节点和相连节点k之间传输的有功功率，pf,i,all(t)为i节点接入的光伏总出力。

46、计算储能投资和替换成本crep,batt,j、发电机发电成本cpg,cost和充电桩的投资成本cpile，构建以发电机发电成本最小、储能投资和替换成本最小和光伏、充电桩的投资和运维成本最小的优化目标函数，具体公式如下：

47、

48、其中，cpile为充电桩的投资成本，cpg,cost为发电机发电成本，crep,batt,j为j节点储能投资和替换成本，d为储能接入节点。

49、第二方面，本发明实施例提供了一种考虑风险防控需求的调节资源规划系统，其包括：约束模块，用于规划区域新能源出力和负荷历史数据，通过输入已建成和待规划的分布式资源的投资和运行成本参数，建立储能运行约束、发电机约束、配电网潮流约束以及光伏并网逆变器的无功控制特性相关约束的约束模块；调节资源规划模型构建模块，将储能、光伏和充电桩的规划建设考虑到调节资源规划模型中，包括投资成本、运维成本和替换成本的因素；优化目标函数构建模块，根据调节资源规划的目标，构建优化目标函数；优化求解器调用模块，调用优化求解器，线性规划求解器，对调节资源规划模型进行求解，得出最优的调节资源规划结果。

50、第三方面，本发明实施例提供了一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其中：所述计算机程序指令被处理器执行时实现如本发明第一方面所述的考虑风险防控需求的调节资源规划方法的步骤。

51、第四方面，本发明实施例提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其中：所述计算机程序指令被处理器执行时实现如本发明第一方面所述的考虑风险防控需求的调节资源规划方法的步骤。

52、本发明有益效果为：本发明为保障电网安全稳定运行，提升配电网分布式资源规划带来的经济效益和社会效益，在传统调节资源规划方法中，嵌入逆变器的无功电压控制特性，以最小化系统的调节资源规划总成本为目标，兼顾系统经济性和安全性，提出一种考虑风险防控需求的调节资源规划方法，可在满足配电网风险防控需求前提下，实现配电网调节资源的优化配置，提高配电网的可靠性和灵活性。