一种配电网光水耦合余电制氢调度方法及能量管理装置

本发明属于电力系统，涉及存在水电、光伏情况下，配电网使用光水耦合余电制氢，提升地区消纳能力和配电网的经济效益的调度策略，尤其涉及水电、光伏随机波动情况下，一种配电网光水耦合余电制氢调度方法及能量管理装置。

背景技术：

1、随着清洁能源发展步伐的加快，部分地区的分布式光伏、径流式小水电装机容量持续增加。尽管中国部分地区光、水资源总量较丰富，但是由于单机容量较小及地理环境限制，这些清洁能源机组往往以分布式形式接入35kv及以下配电网。然而，受限于配电网关口变压器容量及配网内部安全稳定约束，配网内清洁能源电力外送能力有限。当径流式水电站或光伏大发时，由于本地用电及外送能力不足，“弃水弃光”现象时有发生，从而限制了清洁能源的发展。氢能作为一种清洁能源，具有能量密度高、容量大、寿命长、便于储存及传输等特点。因此在水光大发时，利用电制氢设备存储盈余的电能是消纳“弃光”、“弃水”的有效途径。然而，由于水电、光伏随机性波动性强，且新型能源系统中多能交互耦合机理复杂，传统配电网调度方式灵活性不足，难以有效消纳间歇式清洁能源。因此开发一种配电网光水耦合余电制氢调度方法及能量管理装置对提升清洁能源消纳能力，水电、光伏和氢能产业的发展至关重要。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是克服上述现有技术存在的不足，提供一种配电网光水耦合余电制氢调度方法及能量管理装置。该方法包含基于日前态势感知技术的配电网日前优化调度和基于短时态势感知技术及实时量测数据的配电网日内调度修正。通过日内实时调度修正日前调度计划，实现配电网光水电耦合余电制氢的优化调度。

2、为此，本发明采用如下的技术方案：

3、一种配电网光水耦合余电制氢调度方法，包括：

4、基于日前态势感知技术获取日前配电网区域内清洁能源出力、负荷需求的预测曲线；所述清洁能源包括光、水；

5、基于获取的日前配电网区域内清洁能源、负荷的预测曲线，利用优化调度模型，求解获得配电网区域内各制氢设备的日前用电功率计划曲线；

6、所述优化调度模型包括目标函数和约束条件，其中目标函数为最大化配电网区域内电能经济效益；约束条件包括配电网潮流等式约束、制氢设备功率约束、线路承载能力约束、输电断面承载容量机会约束和节点电压约束；所述输电断面承载容量机会约束要求在态势感知技术预测存在偏差时，外送断面不越限的概率高于规定值；

7、基于配电网区域内各制氢设备的日前用电功率计划曲线进行调度配电网光水耦合余电制氢。

8、进一步地，所述求解获得配电网区域内各制氢设备的日前用电功率计划曲线，具体如下：

9、基于灵敏度分析，将输电断面承载容量机会约束和线路承载能力约束线性化，再由求解器求解获得日前用电功率计划曲线。

10、进一步地，输电断面承载容量机会约束线性化表示如下：

11、；

12、；

13、；

14、式中，为标准正态分布的逆函数；为优化调度前的外送断面初始送出功率，为外送断面容量，为规定值，为dl/t 2041-2019《分布式电源接入电网承载能力评估导则》规定的断面处最大负载率，为制氢设备用电功率调整量，sh为区域内配置制氢设备的节点集合，sg为区域内配置清洁能源的节点集合，pe为外送断面送出功率，ph,i为节点i处制氢设备的用电功率，是外送断面送出功率对电制氢设备用电功率的灵敏度系数，是外送断面送出功率对清洁能源出力波动的灵敏度系数，为节点i处包含新能源机组的有功出力之和。

15、进一步地，还包括对日前用电功率计划曲线进行修正的步骤：

16、基于短时态势感知技术获取短时间尺度配电网区域内清洁能源出力、负荷需求的预测曲线；

17、基于日前用电功率计划曲线和短时态势感知技术获取的短时间尺度配电网区域内清洁能源出力、负荷需求的预测曲线对调度周期内当前时段的配电网进行仿真模拟，获得当前时段的潮流结果；

18、根据当前时段内配电网的运行状态参数及仿真获得的潮流结果，重新计算各潮流灵敏度系数，利用潮流灵敏度系数表达约束，约束包括：制氢设备功率约束、线路承载能力约束、输电断面承载容量机会约束、节点电压约束和t时刻外送断面送出功率变化值的等式约束；并结合以调度周期内配电网电能经济效益为优化目标，建立优化模型；求解优化模型对下一时段各制氢设备的用电功率修正量进行优化，获得下一时段的用电功率计划；

19、按照上述方法依次对每个时段的日内用电功率计划进行修正。

20、进一步地，重新计算各潮流灵敏度系数，包括支路潮流对电制氢设备用电功率、支路潮流对清洁能源出力、节点电压对电制氢设备用电功率、节点电压对清洁能源出力、外送断面送出功率对电制氢设备用电功率、外送断面送出功率对清洁能源出力的灵敏度系数。

21、进一步地，利用潮流灵敏度系数表达约束，具体为：

22、制氢设备功率约束：；

23、线路承载能力约束：；

24、节点电压约束：；

25、输电断面承载容量机会约束：；

26、t时刻外送功率变化值的等式约束：；

27、式中，、分别为节点i处制氢设备的用电功率下、上限；为支路m–n的有功传输容量；、分别为节点j处电压规定的最小、最大值；为外送断面容量，为dl/t 2041-2019《分布式电源接入电网承载能力评估导则》规定的断面处最大负载率，为t时刻采得的节点i处制氢设备实时用电功率，、、分别为t时刻节点i处的制氢设备用电功率变化值、外送断面送出功率变化值和基于态势感知技术获取的清洁能源的有功功率波动值，为采得的t时刻外送断面实时送出功率绝对值，为t时刻支路m–n的有功功率，、，、、分别为t时刻m–n支路潮流对节点i处电制氢设备用电功率、m–n支路潮流对节点i处清洁能源出力、节点j处节点电压对节点i处电制氢设备用电功率、外送断面送出功率对节点i处电制氢设备用电功率、外送断面送出功率对节点i处清洁能源出力的灵敏度系数，为t时刻采集的节点j处电压幅值标幺值。

28、一种能量管理装置，用于实现所述一种配电网光水耦合余电制氢调度方法，所述装置至少包括：

29、日前优化调度指令生成模块，用于基于日前态势感知技术获取日前配电网区域内清洁能源出力、负荷需求的预测曲线；所述清洁能源包括光、水；

30、基于获取的日前配电网区域内清洁能源、负荷的预测曲线，利用优化调度模型，求解获得配电网区域内各制氢设备的日前用电功率计划曲线；

31、所述优化调度模型包括目标函数和约束条件，其中目标函数为最大化配电网区域内电能经济效益；约束条件包括配电网潮流等式约束、制氢设备功率约束、线路承载能力约束、输电断面承载容量机会约束和节点电压约束；所述输电断面承载容量机会约束要求在态势感知技术预测存在偏差时，外送断面不越限的概率高于规定值；

32、基于配电网区域内各制氢设备的日前用电功率计划曲线进行调度配电网光水耦合余电制氢。

33、进一步地，还包括：日内优化调度指令修正模块，用于基于日前用电功率计划曲线和短时态势感知技术获取的短时间尺度配电网区域内清洁能源出力、负荷需求的预测曲线对调度周期内当前时段的配电网进行仿真模拟，获得当前时段的潮流结果；

34、根据当前时段内配电网的运行状态参数及仿真获得的潮流结果，重新计算各潮流灵敏度系数，利用潮流灵敏度系数表达约束，约束包括：制氢设备功率约束、线路承载能力约束、输电断面承载容量机会约束、节点电压约束和t时刻外送断面送出功率变化值的等式约束；并结合以调度周期内配电网电能经济效益为优化目标，建立优化模型；求解优化模型对下一时段各制氢设备的用电功率修正量进行优化，获得下一时段的用电功率计划；

35、按照上述方法依次对每个时段的日内用电功率计划进行修正。

36、一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现所述一种配电网光水耦合余电制氢调度方法。

37、一种包含计算机可执行指令的存储介质，所述计算机可执行指令在由计算机处理器执行时实现所述一种配电网光水耦合余电制氢调度方法。

38、本发明的有益效果是：本发明方法构建了计及反向负载率越限风险约束的优化调度模型，并基于态势感知技术获取日前配电网区域内清洁能源出力、负荷需求的预测曲线，利用优化调度模型，求解获得配电网区域内各制氢设备的日前用电功率计划曲线。基于日前用电功率计划曲线即可进行调度配电网光水耦合余电制氢，提升清洁能源消纳能力，避免“弃光”、“弃水”。本发明还考虑了不同季节下日前优化调度策略差异和输电断面承载容量机会约束对调度指令的影响，对日前用电功率计划曲线进行修正，在保证安全稳定约束的前提下，对提升清洁能源消纳能力和配网的经济效益有着重要意义。