应对功率波动的多时间尺度虚拟柔性负荷调度方法和系统与流程

本发明涉及电力系统优化调度，尤其是指一种应对功率波动的多时间尺度虚拟柔性负荷调度方法和系统。

背景技术：

1、风电能源由于其可再生的特点在促进可持续发展战略发挥着重要的作用，但是风电的波动性往往较大，火电机组的爬坡能力跟不上风电波动产生的功率变化，导致在风电功率变大时，火电机组的功率下降速度较慢容易产生弃风的就会产生弃风的情况；在风电功率变小时，火电机组的功率上升速度较慢容易产生失负荷现象，给电力系统带来巨大的挑战。现有的对于风电消纳的负荷调度方法中，往往只考虑单一可控能源或可控负荷针对风电进行消纳，调节能力不足、灵活性也较差，风电的消纳能力较低，不仅造成能源的浪费，也影响了电力系统的稳定性；同时为了跟上风电的变化速度，一味地追求响应速度，既需要更先进的设备支持，也依赖更复杂的计算，实施难度较大；而如果采用多种可控能源或可控负荷针对风电进行消纳时，电力系统的复杂性将显著增加，不同的可控能源或可控负荷由于无法实现高效的数据交换和信息共享，反而增加了电力系统对于风电消纳的难度。

技术实现思路

1、本发明的目的是克服现有技术中的对于风电消纳的负荷调度方法调节能力不足、灵活性较长，风电消纳难度较高的缺陷，提供一种应对功率波动的多时间尺度虚拟柔性负荷调度方法和系统，通过构建充放电短时控制策略以及冷热负荷长时平移控制策略来对风电进行多时间尺度的消纳，利用峰谷电价转移冷热负荷工作时间，起到平移负荷、削峰填谷的作用，缓解了火电机组爬坡能力的局限性，提高了对风电能源的利用效率。

2、本发明的目的是通过下述技术方案予以实现：

3、应对功率波动的多时间尺度虚拟柔性负荷调度方法，包括：

4、构建充放电短时控制策略以及冷热负荷长时平移控制策略；

5、建立多尺度优化调度目标模型，基于火电机组的爬坡能力、充放电短时控制策略以及冷热负荷长时平移控制策略，通过虚拟柔性负荷调节的方式以发电成本最小为目标对火电机组、充放电设施和冷热负荷的功率进行调节，完成负荷调度。

6、火电机组作为基础性调节工具，在应对风电功率波动中发挥着重要的作用。由于风电波动与火电机组爬坡在一定时间内不能协调匹配，会造成弃风或失负荷的现象，因此常规方案中对于火电机组的爬坡能力依赖较强，且需要通过快速、精准的虚拟柔性负荷进行辅助调节以弥补爬坡能力的不足。虚拟负荷指的是可吸收或者释放电能的负荷，柔性负荷指的是可调可控的负荷，本方案中，将具有电源和负荷双重功能和角色且可以改变自身功率大小从而相当于改变系统功率的能量单元定义为虚拟柔性负荷。

7、由于冷热负荷具有45分钟的保温惯性特点，可向电网提前或延迟要电，利用峰谷电价转移冷热负荷工作时间，起到平移负荷、削峰填谷的作用，缓解系统的调峰压力，由于冷热负荷增加了自主可控能力，可以与火电机组提前配合运作，使得调节过程降低对火电机组爬坡能力的依赖性，且不依赖于快速、精准的复杂计算控制策略，同时可以减少用户冷热负荷的用电费用；冷热负荷虽然不是电负荷，但是利用电-冷热能量转化特性，可作为虚拟负荷；由于冷热负荷的工作时间段转移到其他时间段，相当于增加或者减小了系统负荷，可作柔性负荷，因此将冷热负荷作为参与火电冷备用应对小时级负荷消峰填谷响应的虚拟柔性负荷。

8、本方案中，设计了多种可控能源和可控负荷作为虚拟柔性负荷，克服了现有技术中只针对单一可控能源或可控负荷进行风电消纳的局限性。同时，由于不同的可控能源或可控负荷只参与自身的虚拟柔性负荷调节策略，彼此之间的调节策略并不影响与冲突，不同的的可控能源或可控负荷无需进行数据交换和信息共享，因此电力系统的复杂性较低，电力系统对于风电消纳的效率提高。

9、多尺度优化调度目标模型的调度目标是风电弃风成本、失负荷成本、火电机组成本和调用虚拟柔性负荷成本最小。本方案中，由于风电弃风和失负荷现象显著减少，因此风电弃风成本和失负荷成本显著下降，由于调用虚拟柔性负荷，成本会略微增加，因此通过多尺度优化调度目标模型，最大化的降低了发电成本，提升了经济效益。

10、作为优选，所述的充放电短时控制策略包括秒级响应的虚拟柔性负荷调节策略、分钟级响应的虚拟柔性负荷调节策略，基于储能充放电控制策略建立秒级响应的虚拟柔性负荷调节策略；基于自备电厂充电或放电策略建立分钟级响应的虚拟柔性负荷调节策略。

11、由于储能具有秒级快速向电网充放电功能，储能根据风电的上下波动充放电相当于增加或者减小了系统负荷，可作为虚拟负荷；储能充放电功率可以调节，可作为柔性负荷；因此将储能作为参与火电agc调度应对抑制风电秒级波动响应的虚拟柔性负荷。

12、由于自备电厂具有分钟级向电网购售电特征，自备电厂向系统购电或者售电时相当于增加或者减小了系统负荷，可作为虚拟负荷；自备电厂向系统购售电的功率可以调节，可作为柔性负荷；因此将自备电作为参与火电热备用调度应对分钟级消纳弃风响应的虚拟柔性负荷。

13、作为优选，所述的基于储能充放电控制策略建立秒级响应的虚拟柔性负荷调节策略，具体为：

14、风电功率波动包括风电功率秒级向上波动和风电功率秒级向下波动，当风电功率秒级向上波动时，储能充电平抑波动，当风电功率秒级向下波动时，储能放电平抑波动。

15、作为优选，所述的储能的容量与风电波动量匹配，所述的风电波动量采用相对差程进行评估：

16、，

17、式中：为绝对差程，绝对差程指风电功率序列在整个时域范围内输出功率峰值与谷值差值，为风电装机容量。

18、作为优选，所述的基于自备电厂充电或放电策略建立分钟级响应的虚拟柔性负荷调节策略，具体为：构建等效负荷，等效负荷为电网总负荷与风电功率之间的差值，当等效负荷大于火电机组最大出力时，自备电厂放电，超出自备电厂放电能力部分将失负荷；当等效负荷小于火电机组最大出力时，自备电厂充电，超出自备电厂充电能力部分将弃风。

19、作为优选，所述的自备电厂的自备购电量或自备售电量的变化量为：

20、，

21、，

22、式中：为原弃风功率或原失负荷功率，为现弃风功率或现失负荷功率，为自备购售电功率，、为自备售、购电起止时间，表示原弃风功率或原失负荷功率的情况次数，表示现弃风功率或现失负荷功率的情况次数。

23、作为优选，所述的基于调节冷热负荷的启动时间建立小时级的虚拟柔性负荷调节策略，具体为：利用冷热负荷的升温和降温惯性，在峰电价时间段内延迟启动冷热负荷，在谷电价时间段内提前启动冷热负荷，即对冷热负荷的时间段进行平移。

24、作为优选，所述的多尺度优化调度目标模型，具体为：

25、，

26、式中， 为风电弃风成本，为失负荷成本，为火电机组成本，为调用虚拟柔性负荷成本，分别对应秒级响应的虚拟柔性负荷调节策略、分钟级响应的虚拟柔性负荷调节策略和小时级响应的虚拟柔性负荷调节策略；n=1，2，3；

27、，

28、，

29、，

30、，

31、式中：为风电功率，为风电弃电后功率，为风电弃电时间，为风电弃电惩罚成本； 为负荷功率，为失负荷后负荷功率，为失负荷时间，为失负荷惩罚成本；为火电运行的时间总数；为火电机组的数量，代表第的火电机组的功率大小；,,分别为火电发电的成本的二次、一次和常数系数；为调用虚拟柔性负荷成本，为调用虚拟柔性负荷功率，分别对应对应秒级响应的虚拟柔性负荷调节策略、分钟级响应的虚拟柔性负荷调节策略和小时级响应的虚拟柔性负荷调节策略；n=1，2，3；为调用虚拟柔性负荷时间。

32、作为优选，所述的多尺度优化调度目标模型的约束条件包括系统功率平衡约束、火电机组出力上下限约束、火电机组爬坡约束、储能功率约束、储能电量约束、自备电出力上下限约束、自备电爬坡约束、冷热负荷功率约束和冷热负荷时间约束；

33、系统功率平衡约束为；

34、火电机组出力上下限约束为；

35、火电机组爬坡约束为，其中，为火电机组允许的最小下行爬坡率，为火电机组允许的最大上行爬坡率；

36、储能功率约束为；

37、储能电量约束为；

38、冷热负荷功率约束为；

39、冷热负荷时间约束为；

40、自备电出力上下限约束与火电机组出力上下限约束相同，自备电爬坡约束与火电机组爬坡约束相同。

41、作为优选，所述的秒级响应的虚拟柔性负荷调节策略中，还包括利用超级电容充放电控制策略，将风电功率波动进行小波分解，高频波动分配至超级电容，低频波动分配至储能。将风电波动分解为不同频率分量，并分配给最适合处理的设备（超级电容和储能），可以提高整个系统的可靠性和灵活性。

42、应对功率波动的多时间尺度虚拟柔性负荷调度系统，包括：

43、风电功率波动检测模块，用于检测风电功率波动；

44、策略生成模块，用于根据风电功率波动生成虚拟柔性负荷调节策略，虚拟柔性负荷调节策略包括秒级响应的虚拟柔性负荷调节策略、分钟级响应的虚拟柔性负荷调节策略和小时级的虚拟柔性负荷调节策略；

45、基础调度模块，用于对火电机组的功率进行调度；

46、辅助调度模块，用于对储能、自备电厂和冷热负荷的功率进行调度；

47、系统在运行时执行应对功率波动的多时间尺度虚拟柔性负荷调度方法。

48、本发明的有益效果是：本发明设计了多种可控能源和可控负荷作为虚拟柔性负荷，克服了现有技术中只针对单一可控能源或可控负荷进行风电消纳的局限性。同时，由于不同的可控能源或可控负荷只参与自身的虚拟柔性负荷调节策略，彼此之间的调节策略并不影响与冲突，不同的的可控能源或可控负荷无需进行数据交换和信息共享，因此电力系统的复杂性较低，电力系统对于风电消纳的效率提高。

49、本发明通过多尺度优化调度目标模型，最大化的降低了发电成本，提升了经济效益；通过虚拟柔性负荷调度方法，可以更好地平衡电力系统的供需关系，减少因功率波动而引起的系统不稳定现象，有助于提高电力系统的可靠性和稳定性，避免了火电机组爬坡能力的局限性导致用电成本增加、风电能源利用率降低的问题，确保电力供应的连续性和安全性。

50、本发明通过构建不同时间尺度的控制策略，可以对复杂的电力系统调度问题进行分层和简化，从而降低整体计算的复杂性。