一種柔性負荷參與有功超前調(diào)度的一致性控制方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種柔性負荷參與有功超前調(diào)度的一致性控制方法，包括以下步驟：將考慮柔性負荷的有功實時調(diào)度過程分為5min超前調(diào)度時間段和AGC實時控制時間段；在5min超前調(diào)度時間段內(nèi)，調(diào)度中心對慢速發(fā)電機組和負荷代理進行統(tǒng)一優(yōu)化調(diào)度，并下發(fā)功率調(diào)節(jié)量給負荷代理，代理內(nèi)部柔性負荷之間進行一致性協(xié)調(diào)控制;在AGC實時控制時間段內(nèi)，電力系統(tǒng)在實時運行階段的功率不平衡量由AGC發(fā)電機組繼續(xù)調(diào)節(jié)。本發(fā)明為廣域分布的、可快速調(diào)整用電功率的柔性負荷資源參與系統(tǒng)有功實時平衡提供了有效途徑，對于有效減少AGC機組的調(diào)節(jié)壓力，提高CPS指標(biāo)的合格率、應(yīng)對系統(tǒng)中的小概率高風(fēng)險事故等均具有重要意義。
【專利說明】一種柔性負荷參與有功超前調(diào)度的一致性控制方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于智能電網(wǎng)電力系統(tǒng)調(diào)度運行控制【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種柔性負荷參 與有功超前調(diào)度的一致性控制方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 電網(wǎng)運行的核心問題是功率平衡。傳統(tǒng)電網(wǎng)的運行控制主要采用"發(fā)電跟蹤負荷" 的模式，通過調(diào)度發(fā)電機組的開停和出力來滿足預(yù)測的負荷需求，負荷被認為是被動的、近 乎剛性的。未來電網(wǎng)中，隨著通信和信息交互支撐設(shè)施的完善，能夠快速響應(yīng)電網(wǎng)特性變 化的需求響應(yīng)資源、電動汽車、儲能等柔性負荷滲透率不斷提升，負荷側(cè)可調(diào)節(jié)能力顯著提 高，為電力系統(tǒng)有功實時平衡提供了一類重要資源。
[0003] 未來電網(wǎng)中，由于風(fēng)電等新能源出力的波動性和常規(guī)能源控制能力下降兩方面的 原因，常規(guī)能源需要跟蹤的負荷波動變大，僅依靠 AGC機組的調(diào)節(jié)能力已經(jīng)不能滿足"發(fā)電 跟蹤負荷"的需求。而另一方面，未來電網(wǎng)中由于柔性負荷比例的不斷增加，相當(dāng)于電網(wǎng)增 加了一類可控資源，通過對柔性負荷的控制，能夠減少發(fā)電與負荷之間的功率差額。
[0004] 由于柔性負荷數(shù)量眾多，在分布上具有很強的分散性，發(fā)用電水平也具有很強的 不確定性，調(diào)度中心無法對它們進行準(zhǔn)確感知和精確控制，導(dǎo)致調(diào)度中心現(xiàn)有的集中、準(zhǔn)確 的控制模式不再適用。作為柔性負荷的其中一類一"電網(wǎng)友好型"電器可以通過分散控 制方式自主參與系統(tǒng)頻率調(diào)節(jié)，目前在國內(nèi)外已有了大量研究和初步實踐，但分散控制不 易確定負荷的整體響應(yīng)量，容易出現(xiàn)過控或欠控現(xiàn)象，反而不利于電網(wǎng)頻率穩(wěn)定。因此，從 整個區(qū)域電網(wǎng)的角度，如何調(diào)用海量柔性負荷資源參與系統(tǒng)有功實時平衡以彌補常規(guī)電源 調(diào)節(jié)能力的不足，特別是在柔性負荷參與有功實時平衡的模式及控制策略等方面亟待開展 研究。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 針對未來電網(wǎng)中柔性負荷在分布上的分散性以及用電水平的強不確定性導(dǎo)致的 電網(wǎng)調(diào)度中心無法對它們進行集中、精確控制這一問題，為了引導(dǎo)柔性負荷參與電網(wǎng)實時 功率平衡，本發(fā)明提供一種柔性負荷參與有功超前調(diào)度的一致性控制方法，為廣域分布的、 可快速調(diào)整用電功率的柔性負荷資源參與系統(tǒng)有功實時平衡提供了有效途徑，對于有效減 少AGC機組的調(diào)節(jié)壓力，提1? CPS指標(biāo)的合格率、應(yīng)對系統(tǒng)中的小概率1?風(fēng)險事故等均具有 重要意義。
[0006] 為了實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采取如下技術(shù)方案：
[0007] 本發(fā)明提供一種柔性負荷參與有功超前調(diào)度的一致性控制方法，所述方法包括以 下步驟：
[0008] 步驟1 :將考慮柔性負荷的有功實時調(diào)度過程分為5min超前調(diào)度時間段和AGC實 時控制時間段；
[0009] 步驟2 :在5min超前調(diào)度時間段內(nèi)，調(diào)度中心對慢速發(fā)電機組和負荷代理進行 統(tǒng)一優(yōu)化調(diào)度，并下發(fā)功率調(diào)節(jié)量給負荷代理，代理內(nèi)部柔性負荷之間進行一致性協(xié)調(diào)控 制；
[0010] 步驟3 :在AGC實時控制時間段內(nèi)，電力系統(tǒng)在實時運行階段的功率不平衡量由 AGC發(fā)電機組繼續(xù)調(diào)節(jié)。
[0011] 所述步驟2具體包括以下步驟：
[0012] 步驟2-1 :調(diào)度中心根據(jù)短期風(fēng)電預(yù)測結(jié)果和超短期負荷預(yù)測結(jié)果，提前預(yù)測電 力系統(tǒng)的功率不平衡量；
[0013] 步驟2-2 :調(diào)度中心根據(jù)負荷代理以及慢速發(fā)電機組參與功率平衡的報價信息， 以調(diào)度成本最低為目標(biāo)，對慢速發(fā)電機組和負荷代理進行統(tǒng)一優(yōu)化調(diào)度，并將功率調(diào)節(jié)量 及最終補償價格發(fā)送至各負荷代理和慢速發(fā)電機組；
[0014] 步驟2-3 :各負荷代理獲取功率調(diào)節(jié)量，將功率調(diào)整率作為一致性控制變量下發(fā) 給直接控制的柔性負荷，各柔性負荷進行一致性協(xié)調(diào)控制；
[0015] 步驟2-4 :調(diào)度中心通過智能電表直接采集到各負荷代理的響應(yīng)結(jié)果。
[0016] 所述步驟2-2中，慢速發(fā)電機組和負荷代理的補償價格與功率調(diào)節(jié)量之間呈線性 關(guān)系，慢速發(fā)電機組的功率調(diào)節(jié)補償價格和負荷代理的功率調(diào)節(jié)補償價格分別表示為：
[0017] LGg ( Δ PGg) = ag Δ PGg+bg
[0018] La1(APa1) = α1ΔΡΑ1+β1
[0019] 其中，Leg ( Λ Peg)為慢速發(fā)電機組g的功率調(diào)節(jié)補償價格，Λ Peg為慢速機組g的功 率調(diào)節(jié)量，ag和bg為慢速發(fā)電機組g的成本系數(shù)；L A1 ( Λ PA1)為負荷代理1的功率調(diào)節(jié)補償 價格，Λ PA1為負荷代理1的功率調(diào)節(jié)量，a i和β i為負荷代理1的成本系數(shù)；
[0020] 則慢速發(fā)電機組g和負荷代理1參與電力系統(tǒng)功率調(diào)節(jié)的成本分別表示為：

【權(quán)利要求】
1. 一種柔性負荷參與有功超前調(diào)度的一致性控制方法，其特征在于：所述方法包括以 下步驟： 步驟1 :將考慮柔性負荷的有功實時調(diào)度過程分為5min超前調(diào)度時間段和AGC實時控 制時間段； 步驟2 :在5min超前調(diào)度時間段內(nèi)，調(diào)度中心對慢速發(fā)電機組和負荷代理進行統(tǒng)一優(yōu) 化調(diào)度，并下發(fā)功率調(diào)節(jié)量給負荷代理，代理內(nèi)部柔性負荷之間進行一致性協(xié)調(diào)控制； 步驟3 :在AGC實時控制時間段內(nèi)，電力系統(tǒng)在實時運行階段的功率不平衡量由AGC發(fā) 電機組繼續(xù)調(diào)節(jié)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的柔性負荷參與有功超前調(diào)度的一致性控制方法，其特征在 于：所述步驟2具體包括以下步驟： 步驟2-1 :調(diào)度中心根據(jù)短期風(fēng)電預(yù)測結(jié)果和超短期負荷預(yù)測結(jié)果，提前預(yù)測電力系 統(tǒng)的功率不平衡量； 步驟2-2 :調(diào)度中心根據(jù)負荷代理以及慢速發(fā)電機組參與功率平衡的報價信息，以調(diào) 度成本最低為目標(biāo)，對慢速發(fā)電機組和負荷代理進行統(tǒng)一優(yōu)化調(diào)度，并將功率調(diào)節(jié)量及最 終補償價格發(fā)送至各負荷代理和慢速發(fā)電機組； 步驟2-3 :各負荷代理獲取功率調(diào)節(jié)量，將功率調(diào)整率作為一致性控制變量下發(fā)給直 接控制的柔性負荷，各柔性負荷進行一致性協(xié)調(diào)控制； 步驟2-4 :調(diào)度中心通過智能電表直接采集到各負荷代理的響應(yīng)結(jié)果。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的柔性負荷參與有功超前調(diào)度的一致性控制方法，其特征在 于：所述步驟2-2中，慢速發(fā)電機組和負荷代理的補償價格與功率調(diào)節(jié)量之間呈線性關(guān)系， 慢速發(fā)電機組的功率調(diào)節(jié)補償價格和負荷代理的功率調(diào)節(jié)補償價格分別表示為：
其中，LGg(APGg)為慢速發(fā)電機組g的功率調(diào)節(jié)補償價格，APGg為慢速機組g的功率調(diào) 節(jié)量，ag和bg為慢速發(fā)電機組g的成本系數(shù)；LA1 ( Λ PA1)為負荷代理1的功率調(diào)節(jié)補償價格， ΛΡΑ1為負荷代理1的功率調(diào)節(jié)量，a i和β i為負荷代理1的成本系數(shù)； 則慢速發(fā)電機組g和負荷代理1參與電力系統(tǒng)功率調(diào)節(jié)的成本分別表示為：
其中，為慢速發(fā)電機組g參與電力系統(tǒng)功率調(diào)節(jié)的成本，CA1(APA1)為負荷代 理1參與電力系統(tǒng)功率調(diào)節(jié)的成本； 在5min超前調(diào)度時間段內(nèi)，調(diào)度中心以調(diào)度成本最低為目標(biāo)，通過調(diào)度慢速發(fā)電機組 和負荷代理實現(xiàn)電力系統(tǒng)的有功功率平衡，目標(biāo)函數(shù)表示為：
其中，Ct(rtal為考慮柔性負荷的發(fā)用電總成本，Gm為電力系統(tǒng)中參與5min超前調(diào)度的慢 速發(fā)電機組總數(shù)，LAn為電力系統(tǒng)中參與5min超前調(diào)度的負荷代理總數(shù)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的柔性負荷參與有功超前調(diào)度的一致性控制方法，其特征在 于：目標(biāo)函數(shù)對應(yīng)的約束條件包括功率平衡約束、慢速發(fā)電機組功率調(diào)節(jié)約束和負荷代理 功率調(diào)節(jié)約束。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的柔性負荷參與有功超前調(diào)度的一致性控制方法，其特征在 于：功率平衡約束表示為：
其中，匕為慢速發(fā)電機組g的實際功率，PD為電力系統(tǒng)的負荷預(yù)測值；.分 別為AGC發(fā)電機組可調(diào)容量的上下限。
6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的柔性負荷參與有功超前調(diào)度的一致性控制方法，其特征在 于：慢速發(fā)電機組功率調(diào)節(jié)約束表示為：
其中，
分別為慢速發(fā)電機組g的可調(diào)容量上下限，
分別為慢速 發(fā)電機組g的功率上下限，
為慢速發(fā)電機組g上升方向的調(diào)節(jié)速率，
為慢速發(fā)電機 組g下降方向的調(diào)節(jié)速率，At為5min。
7. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的柔性負荷參與有功超前調(diào)度的一致性控制方法，其特征在 于：負荷代理功率調(diào)節(jié)約束表示為：
其中，
分別為負荷代理1的功率調(diào)節(jié)量上下限。
8. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的柔性負荷參與有功超前調(diào)度的一致性控制方法，其特征在 于：所述步驟2-3包括以下步驟： 步驟2-3-1 :構(gòu)建柔性負荷的連接關(guān)系； 假設(shè)信息雙向傳遞，用rM表示柔性負荷p與其鄰居柔性負荷q之間存在通信連接，則 = 1，所有與柔性負荷P存在信息交換的柔性負荷構(gòu)成柔性負荷P的鄰居集N(p)，所有 與鄰居柔性負荷q存在信息交換的柔性負荷構(gòu)成柔性負荷q的鄰居集N(q);由于柔性負荷 P在任意時刻都能夠獲得自身的輸出信息rpp，因此始終滿足rpp = 1，此外如果q e N(p)， 貝1J必有p e N(q)，故= iv其中rqp表示柔性負荷q與其鄰居柔性負荷p之間的通信連 接； 步驟2-3-2 :選擇柔性負荷的功率調(diào)整率作為一致性控制變量，并計算柔性負荷的功 率調(diào)整率； 柔性負荷P的功率調(diào)整率η p和鄰居柔性負荷q的功率調(diào)整率％分別表示為：
其中，Λ dp為柔性負荷p的功率調(diào)節(jié)量，dp為柔性負荷p的用電功率實際值，dpmax為柔 性負荷P的用電功率最大值；Λ d,為鄰居柔性負荷q的功率調(diào)節(jié)量，d,為鄰居柔性負荷q的 用電功率實際值，為鄰居柔性負荷q的用電功率最大值； 步驟2-3-3 :計算柔性負荷p的控制律，完成柔性負荷一致性協(xié)調(diào)控制； 柔性負荷P的控制律用up表示，有：
其中，ωΜ為柔性負荷p與鄰居柔性負荷q之間的連接權(quán)重，假設(shè)柔性負荷p與它鄰居 集N(p)中的所有柔性負荷地位對等，于是ωΜ表示為：
設(shè)柔性負荷Ρ的鄰居集Ν(ρ)中有s個鄰居柔性負荷，于是（^^又表示為：
由于柔性負荷Ρ與所有鄰居柔性負荷q之間的連接權(quán)重之和為1，即
又表 示為： η %=-產(chǎn) U，j。 g=l
【文檔編號】H02J3/46GK104218617SQ201410487559
【公開日】2014年12月17日 申請日期:2014年9月22日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月22日
【發(fā)明者】李亞平, 雍太有, 毛文博, 馮樹海, 王珂, 米富麗, 劉建濤, 郭曉蕊, 曾丹, 周競 申請人:國家電網(wǎng)公司, 中國電力科學(xué)研究院, 國網(wǎng)山東省電力公司電力科學(xué)研究, 院