一种考虑需求响应的配电网两阶段风险控制方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种考虑需求响应的配电网两阶段风险控制方法及系统，建立了配电线路停运模型和运行风险量化模型，提出了预防

【技术实现步骤摘要】
一种考虑需求响应的配电网两阶段风险控制方法及系统


[0001]本专利技术涉及能源领域，特别是涉及一种考虑需求响应的配电网两 阶段风险控制方法及系统。

技术介绍

[0002]面对能源和环境问题，开发利用太阳能等新能源已成为普遍共识。 然而，新能源的间歇性和波动性对电网安全运行提出了更高的要求。 此外，高比例新能源接入使得电力系统更容易受到极端天气、网络攻 击等不确定因素和运行风险的影响。为了增强高比例新能源电网抵御 不确定扰动的能力，现有研究主要有以下三个方面的尝试：一是极端 事件发生前的预防措施，如应急资源优化配置、加强输电线路。二是 极端事件发生时的应急措施，如应急资源的优化调度。三是极端事件 后的恢复措施，如黑启动和负载恢复。现有研究仍有两个问题需要解 决：1)现有关于电网韧性的相关研究主要集中在输电网络上，而对 配电网的研究相对较少；2)需求响应可以作为一种很有前景的增强 弹性的措施，特别是在预防控制阶段，但在现有研究中很少涉及。因 此，需要开展考虑需求响应的配电网两阶段风险控制方法的相关研究， 为促进可再生能源消纳利用、保障高比例新能源电网安全运行提供支 撑。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的是提供一种能够考虑需求响应的配电网两阶段风 险控制方法及系统。
[0004]为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：
[0005]一种考虑需求响应的配电网两阶段风险控制方法及系统，所述风 险控制方法包括：
[0006]建立配电线路停运模型；
[0007]建立考虑配电线路故障的运行风险量化模型；
[0008]提出预防
‑
校正协同的配电网风险控制框架；
[0009]建立负荷需求响应模型；
[0010]提出考虑需求响应的配电网预防控制模型；
[0011]提出事故发生后配电网的校正控制方法。
[0012]可选的，所述的配电线路停运模型具体包括：
[0013]由于配电网络与用户直接相连，同时配电线路长期暴露在复杂的 外部环境中，受极端天气、人为破坏等因素的影响，构建正常、恶劣 和极端条件下配电线路的故障率模型如下：
[0014][0015][0016][0017]其中，λ
nom
、λ
bad
、λ
ext
分别表示正常、恶劣和极端条件下配电 线路的故障率；λ
ave
为配电线路的年平均故障概率；F
nom
、F
bad
、F
ext
分 别表示发生在正常、恶劣、极端条件下的线路故障百分比，其由历史 运行数据统计得到；P
nom
、P
bad
、P
ext
分别表示出现正常、恶劣、极 端天气条件的概率。
[0018]基于上述配电线路故障率模型，假定配电线路k在时段Δt内发生 停运的概率服从泊松分布，则配电线路k在Δt内的累计故障概率为
[0019][0020]其中，λ
k
为配电线路k的故障率。
[0021]因此，在t时段考虑配电线路k停运的配电网状态概率为
[0022][0023]其中，U为配电网系统中正常工作元件的集合，p
i
为配电网系统 中元件i在Δt内的累计故障概率。
[0024]可选的，所述考虑配电线路故障的运行风险量化模型具体包括：
[0025]由于配电系统运行过程中存在诸多不确定因素，其安全运行存在 风险，所考虑的运行风险来源于配电网潜在故障，采用配电网元件故 障概率与所造成的切负荷损失来量化配电网运行风险，具体如下
[0026][0027]其中，R
isk
为配电网运行风险，所考虑配电网故障造成的损失为 切负荷惩罚成本；S
E
、S
D
分别表示配电网预想配电线路故障数目和负 荷节点数目；π
d
为切负荷惩罚系数，为由于预想配电线路k发生 故障，负荷节点d的切负荷量。
[0028]可选的，所述预防
‑
校正协同的配电网风险控制框架具体包括：
[0029]根据控制措施实施的先后顺序，构建了预防控制与校正控制协同 的配电网两阶段控制框架。假定系统在t＝t0时刻发生故障，当t<t0时 认为系统处于正常运行状态，此时考虑系统可能发生的预想故障，进 行计及运行风险的配电网两层优化控制，得到配电网预防控制方案； 当t>t0时，此时故障已发生，基于预防控制结果和光伏的实际出力， 进行配电网紧急校正控制。通过预防控制与校正控制的协调，保证配 电网的安全运行。
[0030]可选的，所述负荷需求响应模型具体包括：
[0031]考虑配电网在恶劣或极端天气情况下存在的潜在运行故障，为了 降低系统的切负荷风险，考虑配电网负荷可通过签订直接负荷控制合 约来参与需求响应。直接负荷控制(DLC)是激励型需求响应的一种， 可以通过补偿的方式增加需求侧的弹性。需要说明的是，所考虑的 DLC负荷是指：对居民或小型商业用户短时间停电，对其供电质量 影响不大且具有一定储能效果负荷，如电采暖、电热水器等。此外， 基于如下假定：1)DLC响应时间短，可
在短时间完成配电网控制中 心的调整指令，因此在优化过程中不计该时间延迟；2)DLC控制指 令仅考虑减少负荷情形；3)当完成减小负荷的指令后，负荷水平会 恢复至调度前的状态。因此，构建DLC的模型如下
[0032][0033]其中，为负荷节点d的负荷控制量，为负荷节点 d的最大负荷控制量，S
D
表示配电网负荷节点数目。
[0034]为了激励负荷参与DLC需求响应，对负荷控制进行一定的经济 补偿，具体如下：
[0035][0036]其中，π
DLC
为DLC的补偿价格，Δt为时段t的长度，为负 荷节点d的负荷控制量，S
D
表示配电网负荷节点数目。
[0037]可选的，所述考虑需求响应的配电网预防控制模型，具体包括：
[0038]目标函数：
[0039]预防控制阶段的优化目标包含两部分：一是考虑事后校正控制的 运行费用；二是考虑潜在运行故障的风险成本，具体计算如下：
[0040][0041]其中，第一项表示配电网分布式电源的发电成本，S
G
为配电网分 布式电源节点数目，a
g
、b
g
、c
g
分别为可控分布式电源g的发电成本 系数，P
g
为分布式电源g的有功出力；第二项配电网向上级电网的购 电成本，π
grid
为购电电价，P
grid
为购电功率；第三项为负荷参与需 求响应的补偿成本，π
DLC
为DLC的补偿价格，为负荷节点d的 负荷控制量，S
D
表示配电网负荷节点数目；第四、本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种考虑需求响应的配电网两阶段风险控制方法，其特征在于，所述风险控制方法包括：建立配电线路停运模型；建立考虑配电线路故障的运行风险量化模型；提出预防
‑
校正协同的配电网风险控制框架；建立负荷需求响应模型；提出考虑需求响应的配电网预防控制模型；提出事故发生后配电网的校正控制方法。2.根据权利要求1所述的一种考虑需求响应的配电网两阶段风险控制方法，其特征在于，所述的配电线路停运模型具体包括：由于配电网络与用户直接相连，同时配电线路长期暴露在复杂的外部环境中，受极端天气、人为破坏因素的影响，构建正常、恶劣和极端条件下配电线路的故障率模型如下：天气、人为破坏因素的影响，构建正常、恶劣和极端条件下配电线路的故障率模型如下：天气、人为破坏因素的影响，构建正常、恶劣和极端条件下配电线路的故障率模型如下：其中，λ
nom
、λ
bad
、λ
ext
分别表示正常、恶劣和极端条件下配电线路的故障率；λ
ave
为配电线路的年平均故障概率；F
nom
、F
bad
、F
ext
分别表示发生在正常、恶劣、极端条件下的线路故障百分比，其由历史运行数据统计得到；P
nom
、P
bad
、P
ext
分别表示出现正常、恶劣、极端天气条件的概率；基于上述配电线路故障率模型，假定配电线路k在时段Δt内发生停运的概率服从泊松分布，则配电线路k在Δt内的累计故障概率为其中，λ
k
为配电线路k的故障率；因此，在t时段考虑配电线路k停运的配电网状态概率为其中，U为配电网系统中正常工作元件的集合，p
i
为配电网系统中元件i在Δt内的累计故障概率。3.根据权利要求1所述的一种考虑需求响应的配电网两阶段风险控制方法，其特征在于，所述考虑配电线路故障的运行风险量化模型具体包括：由于配电系统运行过程中存在诸多不确定因素，其安全运行存在风险，所考虑的运行风险来源于配电网潜在故障，采用配电网元件故障概率与所造成的切负荷损失来量化配电网运行风险，具体如下其中，R
isk
为配电网运行风险，所考虑配电网故障造成的损失为切负荷惩罚成本；S
E
、S
D
分别表示配电网预想配电线路故障数目和负荷节点数目；π
d
为切负荷惩罚系数，为由于预想配电线路k发生故障，负荷节点d的切负荷量。4.根据权利要求1所述的一种考虑需求响应的配电网两阶段风险控制方法，其特征在于，所述预防
‑
校正协同的配电网风险控制框架具体包括：根据控制措施实施的先后顺序，构建了预防控制与校正控制协同的配电网两阶段控制框架；假定系统在t＝t0时刻发生故障，当t＜t0时认为系统处于正常运行状态，此时考虑系统可能发生的预想故障，进行计及运行风险的配电网两层优化控制，得到配电网预防控制方案；当t＞t0时，此时故障已发生，基于预防控制结果和光伏的实际出力，进行配电网紧急校正控制；通过预防控制与校正控制的协调，保证配电网的安全运行。5.根据权利要求1所述的一种考虑需求响应的配电网两阶段风险控制方法，其特征在于，所述负荷需求响应模型具体包括：考虑配电网在恶劣或极端天气情况下存在的潜在运行故障，为了降低系统的切负荷风险，考虑配电网负荷可通过签订直接负荷控制合约来参与需求响应；直接负荷控制是激励型需求响应的一种，通过补偿的方式增加需求侧的弹性；所考虑的直接负荷控制负荷是指：对居民或小型商业用户短时间停电，对其供电质量影响不大且具有一定储能效果负荷；基于如下假定：1)直接负荷控制响应时间短，在短时间完成配电网控制中心的调整指令，因此在优化过程中不计该时间延迟；2)直接负荷控制控制指令仅考虑减少负荷情形；3)当完成减小负荷的指令后，负荷水平会恢复至调度前的状态；因此，构建直接负荷控制的模型如下其中，为负荷节点d的负荷控制量，为负荷节点d的最大负荷控制量，S
D
表示配电网负荷节点数目；为了激励负荷参与DLC需求响应，对负荷控制进行一定的经济补偿，具体如下：其中，π
DLC
为DLC的补偿价格，Δt为时段t的长度，为负荷节点d的负荷控制量，S
D
表示配电网负荷节点数目。6.根据权利要求1所述的一种考虑需求响应的配电网两阶段风险控制方法，其特征在于，所述考虑需求响应的配电网预防控制模型，具体包括：目标函数：预防控制阶段的优化目标包含两部分：一是考虑事后校正控制的运行费用；二是考虑潜在运行故障的风险成本，具体计算如下：
其中，第一项表示配电网分布式电源的发电成本，S
G
为配电网分布式电源节点数目，a
g
、b
g
、c
g
分别为可控分布式电源g的发电成本系数，P
g
为分布式电源g的有功出力；第二项配电网向上级电网的购电成本，π
grid
为购电电价，P
grid
为购电功率；第三项为负荷参与需求响应的补偿成本，π
DLC
为DLC的补偿价格，为负荷节点d的负荷控制量，S
D
表示配电网负荷节点数目；第四、五项分别为考虑潜在故障发生后可控分布式电源与上级电网的紧急调节成本，σ
k
为配电线路k停运的概率，π
g
为可控分布式电源g的紧急调度成本系数，为由于配电线路k发生故障，分布式电源g调整...

【专利技术属性】
技术研发人员：鲁鹏，吕昊，刘念，王铁强，韩建沛，张文武，
申请(专利权)人：华北电力大学泰豪软件股份有限公司，
类型：发明
国别省市：