本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)度，尤其是指一種應(yīng)對功率波動的多時間尺度虛擬柔性負荷調(diào)度方法和系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、風電能源由于其可再生的特點在促進可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略發(fā)揮著重要的作用，但是風電的波動性往往較大，火電機組的爬坡能力跟不上風電波動產(chǎn)生的功率變化，導致在風電功率變大時，火電機組的功率下降速度較慢容易產(chǎn)生棄風的就會產(chǎn)生棄風的情況；在風電功率變小時，火電機組的功率上升速度較慢容易產(chǎn)生失負荷現(xiàn)象，給電力系統(tǒng)帶來巨大的挑戰(zhàn)?，F(xiàn)有的對于風電消納的負荷調(diào)度方法中，往往只考慮單一可控能源或可控負荷針對風電進行消納，調(diào)節(jié)能力不足、靈活性也較差，風電的消納能力較低，不僅造成能源的浪費，也影響了電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性；同時為了跟上風電的變化速度，一味地追求響應(yīng)速度，既需要更先進的設(shè)備支持，也依賴更復雜的計算，實施難度較大；而如果采用多種可控能源或可控負荷針對風電進行消納時，電力系統(tǒng)的復雜性將顯著增加，不同的可控能源或可控負荷由于無法實現(xiàn)高效的數(shù)據(jù)交換和信息共享，反而增加了電力系統(tǒng)對于風電消納的難度。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)中的對于風電消納的負荷調(diào)度方法調(diào)節(jié)能力不足、靈活性較長，風電消納難度較高的缺陷，提供一種應(yīng)對功率波動的多時間尺度虛擬柔性負荷調(diào)度方法和系統(tǒng)，通過構(gòu)建充放電短時控制策略以及冷熱負荷長時平移控制策略來對風電進行多時間尺度的消納，利用峰谷電價轉(zhuǎn)移冷熱負荷工作時間，起到平移負荷、削峰填谷的作用，緩解了火電機組爬坡能力的局限性，提高了對風電能源的利用效率。

2、本發(fā)明的目的是通過下述技術(shù)方案予以實現(xiàn)：

3、應(yīng)對功率波動的多時間尺度虛擬柔性負荷調(diào)度方法，包括：

4、構(gòu)建充放電短時控制策略以及冷熱負荷長時平移控制策略；

5、建立多尺度優(yōu)化調(diào)度目標模型，基于火電機組的爬坡能力、充放電短時控制策略以及冷熱負荷長時平移控制策略，通過虛擬柔性負荷調(diào)節(jié)的方式以發(fā)電成本最小為目標對火電機組、充放電設(shè)施和冷熱負荷的功率進行調(diào)節(jié)，完成負荷調(diào)度。

6、火電機組作為基礎(chǔ)性調(diào)節(jié)工具，在應(yīng)對風電功率波動中發(fā)揮著重要的作用。由于風電波動與火電機組爬坡在一定時間內(nèi)不能協(xié)調(diào)匹配，會造成棄風或失負荷的現(xiàn)象，因此常規(guī)方案中對于火電機組的爬坡能力依賴較強，且需要通過快速、精準的虛擬柔性負荷進行輔助調(diào)節(jié)以彌補爬坡能力的不足。虛擬負荷指的是可吸收或者釋放電能的負荷，柔性負荷指的是可調(diào)可控的負荷，本方案中，將具有電源和負荷雙重功能和角色且可以改變自身功率大小從而相當于改變系統(tǒng)功率的能量單元定義為虛擬柔性負荷。

7、由于冷熱負荷具有45分鐘的保溫慣性特點，可向電網(wǎng)提前或延遲要電，利用峰谷電價轉(zhuǎn)移冷熱負荷工作時間，起到平移負荷、削峰填谷的作用，緩解系統(tǒng)的調(diào)峰壓力，由于冷熱負荷增加了自主可控能力，可以與火電機組提前配合運作，使得調(diào)節(jié)過程降低對火電機組爬坡能力的依賴性，且不依賴于快速、精準的復雜計算控制策略，同時可以減少用戶冷熱負荷的用電費用；冷熱負荷雖然不是電負荷，但是利用電-冷熱能量轉(zhuǎn)化特性，可作為虛擬負荷；由于冷熱負荷的工作時間段轉(zhuǎn)移到其他時間段，相當于增加或者減小了系統(tǒng)負荷，可作柔性負荷，因此將冷熱負荷作為參與火電冷備用應(yīng)對小時級負荷消峰填谷響應(yīng)的虛擬柔性負荷。

8、本方案中，設(shè)計了多種可控能源和可控負荷作為虛擬柔性負荷，克服了現(xiàn)有技術(shù)中只針對單一可控能源或可控負荷進行風電消納的局限性。同時，由于不同的可控能源或可控負荷只參與自身的虛擬柔性負荷調(diào)節(jié)策略，彼此之間的調(diào)節(jié)策略并不影響與沖突，不同的的可控能源或可控負荷無需進行數(shù)據(jù)交換和信息共享，因此電力系統(tǒng)的復雜性較低，電力系統(tǒng)對于風電消納的效率提高。

9、多尺度優(yōu)化調(diào)度目標模型的調(diào)度目標是風電棄風成本、失負荷成本、火電機組成本和調(diào)用虛擬柔性負荷成本最小。本方案中，由于風電棄風和失負荷現(xiàn)象顯著減少，因此風電棄風成本和失負荷成本顯著下降，由于調(diào)用虛擬柔性負荷，成本會略微增加，因此通過多尺度優(yōu)化調(diào)度目標模型，最大化的降低了發(fā)電成本，提升了經(jīng)濟效益。

10、作為優(yōu)選，所述的充放電短時控制策略包括秒級響應(yīng)的虛擬柔性負荷調(diào)節(jié)策略、分鐘級響應(yīng)的虛擬柔性負荷調(diào)節(jié)策略，基于儲能充放電控制策略建立秒級響應(yīng)的虛擬柔性負荷調(diào)節(jié)策略；基于自備電廠充電或放電策略建立分鐘級響應(yīng)的虛擬柔性負荷調(diào)節(jié)策略。

11、由于儲能具有秒級快速向電網(wǎng)充放電功能，儲能根據(jù)風電的上下波動充放電相當于增加或者減小了系統(tǒng)負荷，可作為虛擬負荷；儲能充放電功率可以調(diào)節(jié)，可作為柔性負荷；因此將儲能作為參與火電agc調(diào)度應(yīng)對抑制風電秒級波動響應(yīng)的虛擬柔性負荷。

12、由于自備電廠具有分鐘級向電網(wǎng)購售電特征，自備電廠向系統(tǒng)購電或者售電時相當于增加或者減小了系統(tǒng)負荷，可作為虛擬負荷；自備電廠向系統(tǒng)購售電的功率可以調(diào)節(jié)，可作為柔性負荷；因此將自備電作為參與火電熱備用調(diào)度應(yīng)對分鐘級消納棄風響應(yīng)的虛擬柔性負荷。

13、作為優(yōu)選，所述的基于儲能充放電控制策略建立秒級響應(yīng)的虛擬柔性負荷調(diào)節(jié)策略，具體為：

14、風電功率波動包括風電功率秒級向上波動和風電功率秒級向下波動，當風電功率秒級向上波動時，儲能充電平抑波動，當風電功率秒級向下波動時，儲能放電平抑波動。

15、作為優(yōu)選，所述的儲能的容量與風電波動量匹配，所述的風電波動量采用相對差程進行評估：

16、，

17、式中：為絕對差程，絕對差程指風電功率序列在整個時域范圍內(nèi)輸出功率峰值與谷值差值，為風電裝機容量。

18、作為優(yōu)選，所述的基于自備電廠充電或放電策略建立分鐘級響應(yīng)的虛擬柔性負荷調(diào)節(jié)策略，具體為：構(gòu)建等效負荷，等效負荷為電網(wǎng)總負荷與風電功率之間的差值，當?shù)刃ж摵纱笥诨痣姍C組最大出力時，自備電廠放電，超出自備電廠放電能力部分將失負荷；當?shù)刃ж摵尚∮诨痣姍C組最大出力時，自備電廠充電，超出自備電廠充電能力部分將棄風。

19、作為優(yōu)選，所述的自備電廠的自備購電量或自備售電量的變化量為：

20、，

21、，

22、式中：為原棄風功率或原失負荷功率，為現(xiàn)棄風功率或現(xiàn)失負荷功率，為自備購售電功率，、為自備售、購電起止時間，表示原棄風功率或原失負荷功率的情況次數(shù)，表示現(xiàn)棄風功率或現(xiàn)失負荷功率的情況次數(shù)。

23、作為優(yōu)選，所述的基于調(diào)節(jié)冷熱負荷的啟動時間建立小時級的虛擬柔性負荷調(diào)節(jié)策略，具體為：利用冷熱負荷的升溫和降溫慣性，在峰電價時間段內(nèi)延遲啟動冷熱負荷，在谷電價時間段內(nèi)提前啟動冷熱負荷，即對冷熱負荷的時間段進行平移。

24、作為優(yōu)選，所述的多尺度優(yōu)化調(diào)度目標模型，具體為：

25、，

26、式中，?為風電棄風成本，為失負荷成本，為火電機組成本，為調(diào)用虛擬柔性負荷成本，分別對應(yīng)秒級響應(yīng)的虛擬柔性負荷調(diào)節(jié)策略、分鐘級響應(yīng)的虛擬柔性負荷調(diào)節(jié)策略和小時級響應(yīng)的虛擬柔性負荷調(diào)節(jié)策略；n=1，2，3；

27、，

28、，

29、，

30、，

31、式中：為風電功率，為風電棄電后功率，為風電棄電時間，為風電棄電懲罰成本；?為負荷功率，為失負荷后負荷功率，為失負荷時間，為失負荷懲罰成本；為火電運行的時間總數(shù)；為火電機組的數(shù)量，代表第的火電機組的功率大?。?,分別為火電發(fā)電的成本的二次、一次和常數(shù)系數(shù)；為調(diào)用虛擬柔性負荷成本，為調(diào)用虛擬柔性負荷功率，分別對應(yīng)對應(yīng)秒級響應(yīng)的虛擬柔性負荷調(diào)節(jié)策略、分鐘級響應(yīng)的虛擬柔性負荷調(diào)節(jié)策略和小時級響應(yīng)的虛擬柔性負荷調(diào)節(jié)策略；n=1，2，3；為調(diào)用虛擬柔性負荷時間。

32、作為優(yōu)選，所述的多尺度優(yōu)化調(diào)度目標模型的約束條件包括系統(tǒng)功率平衡約束、火電機組出力上下限約束、火電機組爬坡約束、儲能功率約束、儲能電量約束、自備電出力上下限約束、自備電爬坡約束、冷熱負荷功率約束和冷熱負荷時間約束；

33、系統(tǒng)功率平衡約束為；

34、火電機組出力上下限約束為；

35、火電機組爬坡約束為，其中，為火電機組允許的最小下行爬坡率，為火電機組允許的最大上行爬坡率；

36、儲能功率約束為；

37、儲能電量約束為；

38、冷熱負荷功率約束為；

39、冷熱負荷時間約束為；

40、自備電出力上下限約束與火電機組出力上下限約束相同，自備電爬坡約束與火電機組爬坡約束相同。

41、作為優(yōu)選，所述的秒級響應(yīng)的虛擬柔性負荷調(diào)節(jié)策略中，還包括利用超級電容充放電控制策略，將風電功率波動進行小波分解，高頻波動分配至超級電容，低頻波動分配至儲能。將風電波動分解為不同頻率分量，并分配給最適合處理的設(shè)備（超級電容和儲能），可以提高整個系統(tǒng)的可靠性和靈活性。

42、應(yīng)對功率波動的多時間尺度虛擬柔性負荷調(diào)度系統(tǒng)，包括：

43、風電功率波動檢測模塊，用于檢測風電功率波動；

44、策略生成模塊，用于根據(jù)風電功率波動生成虛擬柔性負荷調(diào)節(jié)策略，虛擬柔性負荷調(diào)節(jié)策略包括秒級響應(yīng)的虛擬柔性負荷調(diào)節(jié)策略、分鐘級響應(yīng)的虛擬柔性負荷調(diào)節(jié)策略和小時級的虛擬柔性負荷調(diào)節(jié)策略；

45、基礎(chǔ)調(diào)度模塊，用于對火電機組的功率進行調(diào)度；

46、輔助調(diào)度模塊，用于對儲能、自備電廠和冷熱負荷的功率進行調(diào)度；

47、系統(tǒng)在運行時執(zhí)行應(yīng)對功率波動的多時間尺度虛擬柔性負荷調(diào)度方法。

48、本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明設(shè)計了多種可控能源和可控負荷作為虛擬柔性負荷，克服了現(xiàn)有技術(shù)中只針對單一可控能源或可控負荷進行風電消納的局限性。同時，由于不同的可控能源或可控負荷只參與自身的虛擬柔性負荷調(diào)節(jié)策略，彼此之間的調(diào)節(jié)策略并不影響與沖突，不同的的可控能源或可控負荷無需進行數(shù)據(jù)交換和信息共享，因此電力系統(tǒng)的復雜性較低，電力系統(tǒng)對于風電消納的效率提高。

49、本發(fā)明通過多尺度優(yōu)化調(diào)度目標模型，最大化的降低了發(fā)電成本，提升了經(jīng)濟效益；通過虛擬柔性負荷調(diào)度方法，可以更好地平衡電力系統(tǒng)的供需關(guān)系，減少因功率波動而引起的系統(tǒng)不穩(wěn)定現(xiàn)象，有助于提高電力系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性，避免了火電機組爬坡能力的局限性導致用電成本增加、風電能源利用率降低的問題，確保電力供應(yīng)的連續(xù)性和安全性。

50、本發(fā)明通過構(gòu)建不同時間尺度的控制策略，可以對復雜的電力系統(tǒng)調(diào)度問題進行分層和簡化，從而降低整體計算的復雜性。