電網(wǎng)可再生能源電力系統(tǒng)輸配協(xié)調(diào)調(diào)度目標(biāo)級(jí)聯(lián)分析法

［全］電網(wǎng)可再生能源電力系統(tǒng)輸配協(xié)調(diào)調(diào)度目標(biāo)級(jí)聯(lián)分析法

隨著分布式電源大量接入配電系統(tǒng)酒己電網(wǎng)運(yùn)行呈現(xiàn)更加靈活多

變的趨勢(shì)，傳統(tǒng)配電網(wǎng)逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)?主動(dòng)配電網(wǎng)〃(Active

DistributionNetwork,ADN)，輸電網(wǎng)與配電網(wǎng)間的互動(dòng)日益

密切。同時(shí)，風(fēng)電等的可再生能源在電網(wǎng)中接入的比例不斷增加,

無(wú)論是集中式還是分布式的可再生能源均面臨著消納難題。新

形勢(shì)下，高比例可再生能源電網(wǎng)的調(diào)度將從以輸電網(wǎng)為重點(diǎn)的

調(diào)控向多層級(jí)廣泛智能化基礎(chǔ)下各級(jí)電網(wǎng)的協(xié)調(diào)運(yùn)行轉(zhuǎn)變，實(shí)施

分層輸配協(xié)同優(yōu)化調(diào)度將是未來(lái)調(diào)度形態(tài)的必然趨勢(shì)。

現(xiàn)階段，輸、配電網(wǎng)的調(diào)度運(yùn)行是相互獨(dú)立的。輸電網(wǎng)層面的優(yōu)

化由輸電系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)商(TransmissionSystemOperator,TSO)

決策，將配電網(wǎng)視為負(fù)荷;配電網(wǎng)層面的優(yōu)化由配電系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)商

(DistributionSystemOperator,DS0)決策,將輸電網(wǎng)等效為

電源。在主動(dòng)配電網(wǎng)中，含可再生能源發(fā)電的等效負(fù)荷具有很

強(qiáng)的不確定性和波動(dòng)性，且難以精確預(yù)測(cè)，采用原有的輸配割

裂的運(yùn)行方式，容易產(chǎn)生輸配公共節(jié)點(diǎn)功率失衡問(wèn)題，且無(wú)法充

分利用各層系統(tǒng)可調(diào)度資源的潛力，難以解決集中式可再生能

源與分布式可再生能源的雙重消納難題。隨著電力市場(chǎng)建設(shè)的

推進(jìn)，輸配電網(wǎng)間的定價(jià)與交易機(jī)制會(huì)逐步完善，也涌現(xiàn)出多智

能體系統(tǒng)、虛擬電廠等概念,為T(mén)SO和DSO相協(xié)同的優(yōu)化調(diào)度

提供了可依賴的機(jī)制和手段。

理論上，實(shí)現(xiàn)輸、配電網(wǎng)調(diào)度的全局協(xié),同優(yōu)化，集中式的優(yōu)化方

法更為直接，但是在實(shí)際電力系統(tǒng)中，輸、配電網(wǎng)隸屬于不同

的調(diào)度管轄范圍，市場(chǎng)環(huán)境下各利益主體間信息的私密性使得

集中優(yōu)化難以實(shí)現(xiàn);其次，集中優(yōu)化需要調(diào)度中心得到全局的數(shù)

據(jù)進(jìn)行優(yōu)化，而配網(wǎng)數(shù)據(jù)又具有〃分布廣，數(shù)量多，量級(jí)低〃

的特點(diǎn)，這使得優(yōu)化模型的規(guī)模大幅增加，計(jì)算成本較高。因

此輸配協(xié)同的優(yōu)化調(diào)度宜采用分布式優(yōu)化的方法，已有學(xué)者利用

分布式優(yōu)化方法對(duì)輸配電網(wǎng)協(xié)同的問(wèn)題進(jìn)行了研究。

文獻(xiàn)“SunH,GuoQ,ZhangB,etal?Master,Slave-SpI

ittingBasedDistributedGlobalPowerFlowMethodfor

IntegratedTransmissionandDistributionAnalysis[J].IEEE

TransactionsonSmartGrid,2015,6(3):1484-1492〃公開(kāi)

了基于主從分裂理論提出了輸配全局潮流計(jì)算方法，將發(fā)輸電系

統(tǒng)視為〃主〃，將配電系統(tǒng)視為〃從〃，進(jìn)而將全局潮流方程

分解成發(fā)輸電潮流子問(wèn)題和配電潮流子問(wèn)題，在TSO和DSO

中分布式求解。

[0006]文南犬"KargarianA,YongF.SystemofSystems

BasedSecurity-ConstrainedUnitCommitment

IncorporatingActiveDistributionGrids[J].IEEE

TransactionsonPowerSystems,2014,29(5):2489-2498?〃

研究了輸配協(xié)同機(jī)組組合問(wèn)題,通過(guò)SoS(systemofsystems)

理論將原問(wèn)題分解為一個(gè)輸電網(wǎng)機(jī)組組合子問(wèn)題和若干個(gè)配電

網(wǎng)分布式發(fā)電調(diào)度子問(wèn)題。

[0007]文南犬"ZhengshuoLi,QinglaiGuo,HongbinSun,

etal.CoordinatedEconomicDispatchofCoupled

TransmissionandDistributionSystemsUsing

HeterogeneousDecomposition[J].IEEETransactionson

,z及〃

PowerSystems,2016,31(6):4817-483LiZzGuoQ,Sun

H,etal.CoordinatedTransmissionandDistributionAC

OptimalPowerFlow[J].IEEETransactionsonSmartGrid,

tobepublished."提出了一種〃異質(zhì)分解〃方法,分別用于

解決輸配協(xié)同經(jīng)濟(jì)調(diào)度和最優(yōu)潮流問(wèn)題，并在數(shù)學(xué)上證明了算法

的收斂性和最優(yōu)性。

文南犬

[0008]”LinC,ffuffzChenXzetal.Decentralized

DynamicEconomicDispatchforIntegratedTransmission

andActiveDistributionNetworksUsingMulti-Parametric

Programming[J].IEEETransactionsonSmartGrid.tobe

published〃提出利用改進(jìn)的多參數(shù)規(guī)劃方法解決輸配協(xié)同動(dòng)

態(tài)經(jīng)濟(jì)調(diào)度問(wèn)題，適用于配電網(wǎng)之間有互聯(lián)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

問(wèn)題拆分

局部調(diào)度層是指某一配電網(wǎng)的內(nèi)部，對(duì)分布式可再生能源進(jìn)行聯(lián)

合出力優(yōu)化的調(diào)度單元；輸電網(wǎng)和配電網(wǎng)分別作為自治的主體,

通過(guò)邊界功率進(jìn)行解耦，獨(dú)立優(yōu)化區(qū)域內(nèi)資源并相互協(xié)作安排功

率傳輸計(jì)劃，其中，輸電網(wǎng)調(diào)度層，基于改進(jìn)區(qū)間法對(duì)可再生能

源不確定性建模構(gòu)造能量和備用協(xié)調(diào)優(yōu)化模型，配電網(wǎng)調(diào)度層,

針對(duì)分布式可再生能源設(shè)置局部調(diào)度層,結(jié)合儲(chǔ)能系統(tǒng)利用場(chǎng)景

法進(jìn)行聯(lián)合出力優(yōu)化，從而將配網(wǎng)層子問(wèn)題構(gòu)建為以經(jīng)濟(jì)性最優(yōu)

和消納局部調(diào)度層中分布式可再生能源聯(lián)合出力為目標(biāo)的動(dòng)態(tài)

經(jīng)濟(jì)調(diào)度模型。

問(wèn)題解決

1.高比例可再生能源電力系統(tǒng)輸配協(xié)調(diào)調(diào)度目標(biāo)級(jí)聯(lián)分析法，

其特征是，包括：將多個(gè)主動(dòng)配電網(wǎng)與輸電網(wǎng)相連的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

整體上分為：輸電網(wǎng)調(diào)度層、配電網(wǎng)調(diào)度層、局部調(diào)度層，其

中，局部調(diào)度層是指某一配電網(wǎng)的內(nèi)部，對(duì)分布式可再生能源進(jìn)

行聯(lián)合出力優(yōu)化的調(diào)度單元；輸電網(wǎng)和配電網(wǎng)分別作為自治的

主體，通過(guò)邊界功率進(jìn)行解耦，獨(dú)立優(yōu)化區(qū)域內(nèi)資源并相互協(xié)

作安排功率傳輸計(jì)劃，其中，輸電網(wǎng)調(diào)度層，基于改進(jìn)區(qū)間法對(duì)

可再生能源不確定性建模，構(gòu)造能量和備用協(xié)調(diào)優(yōu)化模型，配

電網(wǎng)調(diào)度層，針對(duì)分布式可再生能源設(shè)置局部調(diào)度層，結(jié)合儲(chǔ)

能系統(tǒng)利用場(chǎng)景法進(jìn)行聯(lián)合出力優(yōu)化，從而將配網(wǎng)層子問(wèn)題構(gòu)建

為以經(jīng)濟(jì)性最優(yōu)和消納局部調(diào)度層中分布式可再生能源聯(lián)合出

力為目標(biāo)的動(dòng)態(tài)經(jīng)濟(jì)調(diào)度模型。

2.如權(quán)利要求1所述的高比例可再生能源電力系統(tǒng)輸配協(xié)碉調(diào)

度目標(biāo)級(jí)聯(lián)分析法，其特征是，所述輸電網(wǎng)調(diào)度層邊界功率等

效為虛擬負(fù)荷酒己電網(wǎng)調(diào)度層邊界功率等效為虛擬發(fā)電機(jī)，分解

后的輸配子系統(tǒng)獨(dú)立求解滿足本區(qū)域運(yùn)行約束的發(fā)電調(diào)度方案,

僅需向相鄰系統(tǒng)傳遞邊界功率信息，且需滿足如下的一致性約

束：

p博_產(chǎn)G。一0

???，???，：?"gr..???,.母,?,?一?

(1)式中

:RD：

為輸電網(wǎng)層面配電網(wǎng)k的虛擬有功負(fù)荷；

1為配電網(wǎng)k層面輸電網(wǎng)的等效有功注入，功率正方向?yàn)檩旊?/p>

網(wǎng)流向配電網(wǎng)，T表示輸電網(wǎng)層面、D表示配電網(wǎng)層面。

3.如權(quán)利要求2所述的高比例可再生能源電力系統(tǒng)輸配協(xié)調(diào)調(diào)

度目標(biāo)級(jí)聯(lián)分析法，其特征是，所述局部調(diào)度層的優(yōu)化目標(biāo)有

兩個(gè):一是最大化聯(lián)合發(fā)電的收益即最大化可再生能源利用；二

是減少調(diào)度周期內(nèi)可再生能源出力的波動(dòng)，所述局部調(diào)度層基于

上述優(yōu)化目標(biāo)對(duì)應(yīng)的目標(biāo)函數(shù)為：

fT軍fT。

maxE力叫)卜￡以市風(fēng))(2)

(3)

一4|/山一號(hào)山I

式中:Ps為風(fēng)電場(chǎng)景S的概率;Pseii,t為R-DG和ESSt時(shí)刻的

聯(lián)合售電價(jià)格；

ps

I為場(chǎng)景S下R-DG和ESSt時(shí)刻的聯(lián)合出力;Pjcii,t為系統(tǒng)t時(shí)

刻聯(lián)合出力計(jì)劃值，為使式(3)中第3項(xiàng)懲罰項(xiàng)最低，PM,t在

數(shù)學(xué)上趨向于不同場(chǎng)景下

’cam.

的期望值；＜八和小為出力波動(dòng)t時(shí)刻的懲罰系數(shù),式(3)的前兩

項(xiàng)保證了每個(gè)風(fēng)電場(chǎng)景下的R-DG的最大化利用和平抑出力波

動(dòng);第3項(xiàng)保證了總出力的波動(dòng)最小。

4.如權(quán)利要求3所述的高比例可再生能源電力系統(tǒng)輸配協(xié)調(diào)調(diào)

度目標(biāo)級(jí)聯(lián)分析法，其特征是，所述局部調(diào)度層目標(biāo)函數(shù)的約

束條件為：

(4)

04珞4鰭s'Vs"(5)

0?%,,4瓦+孔，(6)

0?琮二嗑臂(7)

04琮1限/T(8)

(9)

增二號(hào)+獲醬-％他:盛岫(10)

gw用W瓦(11)

ET,Ns(12)

其中：約束⑷-⑹限制了

?，夕

::gm

和Pw,t的出力范圍；約束⑺-（12）為每個(gè)風(fēng)電場(chǎng)景下ESS的充

放電約束，

9^?????、???.冬

為t時(shí)刻場(chǎng)景s下RDG的調(diào)度值和預(yù)測(cè)值；

ij...j*.

謾/、鼓諉#

分別為ESS在t時(shí)刻場(chǎng)景s下的充/放電功率及標(biāo)志位；ruh、

ndis分別為充/放電效率值；

jsrrnx-:力max

.r^?.<??

-：*?&：?

、巨、孟分別為ESS充/放電功率最大值及電量上/下限,

、.歐、.瑪

????：./.????

分別是t時(shí)刻，調(diào)度結(jié)束與起始時(shí)刻的ESS電量。

5.如權(quán)利要求1所述的高比例可再生能源電力系統(tǒng)輸配協(xié)調(diào)調(diào)

度目標(biāo)級(jí)聯(lián)分析法，其特征是，所述配電網(wǎng)調(diào)度層用于：向上

級(jí)輸電網(wǎng)購(gòu)電，本區(qū)域內(nèi)的可控分布式發(fā)電，消納R-DG和ESS

的聯(lián)合出力，配電網(wǎng)調(diào)度層對(duì)應(yīng)的目標(biāo)函數(shù)為：配電網(wǎng)k的優(yōu)

化目標(biāo)為：………(B)

???>>*..If'

■"Wt—.fK..rR不.?￡-'

AAJL1AJL'\L>>?.|??...

式中：

為配網(wǎng)k中C-DG的發(fā)電成本.

:?鈕加

1為配網(wǎng)向輸電網(wǎng)購(gòu)電的成本，各項(xiàng)表達(dá)式如下:

T產(chǎn)去....

C=￡X(吊+￥Pg71c+d(Pg")(14)

li

1名;PG魯(15)

其中：

y-j.disi

1?\.0.￡，.

為配網(wǎng)k中發(fā)電機(jī)i在t時(shí)刻的出力

?/(新、?苦

?《彳，」..tZi,v.??[????

為機(jī)組i的成本系數(shù);考為輸配邊界的節(jié)點(diǎn)電價(jià)

FG""液

為輸配邊界虛擬發(fā)電機(jī)的功率。

6.如權(quán)利要求5所述的高比例可再生能源電力系統(tǒng)輸配協(xié)調(diào)調(diào)

度目標(biāo)級(jí)聯(lián)分析法，其特征是，所述配電網(wǎng)調(diào)度層對(duì)應(yīng)的目標(biāo)

函數(shù)的約束條件為：機(jī)組出力范圍約束：

(16)有功功率平衡約束:

+ZT=Z4"％T(17)

m六1

邊界功率傳輸約束，用以反映輸配電網(wǎng)間由提前協(xié)議或市場(chǎng)交易

確定的計(jì)劃電量；

....I，,7*&小%丁.........jiiLi.?,二］，?必:....

P裁**<,P(r--^:《'宓方,：Wt'

*?#,.....■￡.，?....

..\T.\..................

Yz1,：二\C?左j*.,力門(mén),由.?js*?t、j;,在*j?*?A：//不*一.女工sr人*女*7，

?,二#J:%:/:丁里才?..一:l.上聲:p族

"…‘看,"':

線路安全約束；上述約束中，Gdisfk、Rdistk、NLdistk

分別為配電網(wǎng)k中C-DG、R-DG單元、負(fù)荷節(jié)點(diǎn)集合；

.不淞云:赤、，源ik

—‘、於;「…

??????????9?

為機(jī)組i有功出力上下限；

￡為負(fù)荷j在t時(shí)刻的預(yù)測(cè)值；

?；-Tcl.t*nudist.

""、Pb

k為邊界傳輸功率上下限;Qk為輸電網(wǎng)與配電網(wǎng)k之間的計(jì)劃

傳輸電量;P為允許的偏差比例，由于配電網(wǎng)中C-DG的裝機(jī)容

量小且爬坡速度快，因此忽略了其爬坡約束。

7.如權(quán)利要求1所述的高比例可再生能源電力系統(tǒng)輸配協(xié)調(diào)調(diào)

度目標(biāo)級(jí)聯(lián)分析法，其特征是，所述輸電網(wǎng)調(diào)度層優(yōu)化建立為

能量和備用協(xié)調(diào)優(yōu)化模型，模型分為兩階段:階段一，決策預(yù)測(cè)

場(chǎng)景下的發(fā)電機(jī)出力基準(zhǔn)值和輸配邊界功率;階段二，根據(jù)爬坡

場(chǎng)景確定備用需求及常規(guī)機(jī)組間備用經(jīng)濟(jì)分配，兩階段相互影

響協(xié)調(diào)優(yōu)化，找到一組最優(yōu)的發(fā)電基點(diǎn)及功率交換計(jì)劃，在預(yù)

測(cè)場(chǎng)景下最優(yōu)，并滿足爬坡場(chǎng)景下的調(diào)整需求，為簡(jiǎn)化表述，下

文中輸電網(wǎng)的相關(guān)變量省去了上標(biāo)〃trans";輸電網(wǎng)中JSO

的決策變量為常規(guī)機(jī)組出力與備用，風(fēng)電出力，輸配邊界功率，

目標(biāo)函數(shù)為：

:__■二一??|??r/??

—.jr.i.：＜.r.-X-.?/,，士

用星MJ-M：G：k”於T.五:勺杏」.y卻

N

(20)式中：Cc和Cr分別為常規(guī)機(jī)組的發(fā)電成本和備用成本;

X^X-.

G磔

為場(chǎng)景S下的棄風(fēng)懲罰成本;Cse3Ii為輸電網(wǎng)向配電網(wǎng)售電的

收益，各項(xiàng)表達(dá)式如下：

與二2(4+々2+匕聞)(21)

t：i

Q=t<22)

rx??,/

箴、=￡九*窗,(23)

t$加

TN加

%=ZZ4P"M(24)

tk

其中：Pgi,t、

;為輸電網(wǎng)中機(jī)組i在t時(shí)刻的有功出力及正、負(fù)旋轉(zhuǎn)備用值;

洗「N

：：：，

i/j.ai

分別為機(jī)組i提供正負(fù)備用的價(jià)格

入1欣

：僅二

'為風(fēng)電場(chǎng)m的棄風(fēng)懲罰成本

；*嬴￡

為風(fēng)電場(chǎng)m在t時(shí)刻爬坡場(chǎng)景s下的棄風(fēng)量;

輸電網(wǎng)層面與配電網(wǎng)k邊界的虛擬負(fù)荷。

8.如權(quán)利要求7所述的高比例可再生能源電力系統(tǒng)輸配協(xié)調(diào)調(diào)

度目標(biāo)級(jí)聯(lián)分析法，其特征是，所述輸電網(wǎng)調(diào)度層目標(biāo)函數(shù)中

預(yù)測(cè)場(chǎng)景約束：

(25)

￡尸名,+￡(%”或°)=5么,+￡pan(26)

板1mk

RD￡P(guān)g…Pg"RU]yi^G,m>Kyt(27)

0<吟<min(而,-吻,.相m#),Wie60的,\//(28)

04此Kmin(/^“一”,.,城(29)

T,<"￡G-JPgH“-瑙3nMMe「(30)

T--1尢-PD宵]

Pl)^<Pgw成的，V/,VA(31)

(1”)00邙中"(1+城》(32)

式中：6人心、1八'#1'1八人分別為發(fā)電機(jī)、風(fēng)電場(chǎng)、負(fù)荷、輸配邊

界節(jié)點(diǎn)及輸電網(wǎng)線路集合;發(fā)電機(jī)部分變量物理意義與配電網(wǎng)

優(yōu)化模型中變量一致，

”分別為機(jī)組i在時(shí)段t能夠提供的最大正、負(fù)備用；

礙和理

.為t時(shí)刻備用需求RU1AD1為機(jī)組i的上爬坡、下爬坡能力；

八為預(yù)測(cè)場(chǎng)景下的風(fēng)電功率預(yù)測(cè)值和計(jì)劃棄風(fēng)量Am為節(jié)點(diǎn)b對(duì)

線路1的發(fā)電轉(zhuǎn)移分布因子，.朽l(xiāng)i分別為線路1傳輸有功的上

下限，式(25)為發(fā)電機(jī)出力范圍約束，式(26)為功率平衡約束,

式(27)為發(fā)電機(jī)爬坡約束，式(28)-(29)為備用約束,是(30)

為線路安全約束，式(31)-(32)為邊界功率約束。

9.如權(quán)利要求8所述的高比例可再生能源電力系統(tǒng)輸配協(xié)調(diào)調(diào)

度目標(biāo)級(jí)聯(lián)分析法，其特征是，所述輸電網(wǎng)調(diào)度層目標(biāo)函數(shù)中

爬坡場(chǎng)景約束：

P,<Pg：j<Pi；ViwGfXftNs(33)

Pg。=Pg“卜/%U：V/,V，eGS,Vs(34)

回篌Mi￡置，0?，d力工空,vz,v/,V5(35)

產(chǎn)&-Pg3i±W)i，WiR/=odd(36)