[发明专利]一种综合能源系统虚拟元胞协同无功辅助服务优化方法

权利要求书

1.一种综合能源系统虚拟元胞协同无功辅助服务优化方法，其特征在于，该方法考虑无功辅助服务，利用电压偏差程度与无功出力分配关系构造势函数，并通过虚拟元胞控制中心动态调节电压偏差，从而改善无功出力；所提方法在使用过程中的步骤为：

步骤(1)：建立统一协调控制的虚拟元胞，整合分布式能源，使得系统协调优化运行，进而保证系统低碳运行，实现碳中和目标；

步骤(2)：考虑虚拟元胞中的无功辅助服务，确保系统具有足够的无功储备，保证系统安全稳定运行；

考虑系统无功辅助服务，建立综合能源系统无功优化目标函数，考虑无功购电成本、网损和电压偏移最小，目标函数为：

式中，F^Loss为电网的网损值；ω为电压偏移系数；U_i为节点i处的电压值；Ω_N为系统内所有节点的集合；n为系统内的节点数；为系统节点电压的平均值，λ^Grid为主网接入点处无功功率价格，λ^DG为分布式能源无功功率的价格；/为第i个接入节点上第t个时段购电量；/为第j个接入节点第t个时段上分布式能源无功购电量；

综合能源系统约束条件包括设备出力约束、节点电压约束与气源功率约束，为：

式中，和/和/和/分别为机组有功出力、机组无功出力和节点电压上下限；/和/b_imin和b_imax、k_comimin和k_comimax分别为气源功率、节点气压、加压站气压比上下限；

综合能源系统的潮流约束无功出力部分为：

式中，Q_Gi,t表示节点发出的无功功率；Q_Di,t表示节点吸收的无功功率；V_i,t表示节点电压；G和B分别表示网络电导矩阵和电纳矩阵；

虚拟元胞中的第i个分布式能源的无功出力为：

式中，X_i和R_i分别为线路的电感和电阻；Q_i和P_i分别为无功和有功；δ_i为输出电压U_i与负载电压U_L之间的夹角；

步骤(3)：将电压偏差程度与无功出力分配关系构建势函数，通过虚拟元胞控制中心动态调节电压偏差，从而合理调控无功出力。

2.如权利要求1所述的一种综合能源系统虚拟元胞协同无功辅助服务优化方法，其特征在于，所述步骤(1)中虚拟元胞是实现能源互联的重要手段，虚拟元胞控制中心根据各供能单元的特性对其进行整合分类，实现系统的协调优化运行，并获取所有供能设备的状态参数、负荷的需求及其购电价格，合理分配供能单元的出力。

3.如权利要求1所述的一种综合能源系统虚拟元胞协同无功辅助服务优化方法，其特征在于，所述步骤(2)中虚拟元胞的无功功率是关系到系统安全稳定的重要辅助服务，建立无功优化模型，满足成本、网损和电压偏移目标最小；该无功优化模型确保具备足够的无功储备，从而保证系统安全稳定运行。

4.如权利要求1所述的一种综合能源系统虚拟元胞协同无功辅助服务优化方法，其特征在于，所述步骤(3)中利用电压偏差程度与无功出力分配关系构造势函数，提出多级协同的矢量人工压差方法；首先，虚拟元胞控制中心获取系统无功资源信息，评估系统无功成本；然后，通过各分布能源的电压偏差程度与无功出力分配关系构建势函数；势函数调节为：

式中，表示任意一个分布式能源的势函数；/为第k次调节的设定值；K为调节幅值的固定参数；ΔT为两次相邻修改设定值的时间间隔；E_0i分布式能源输出电压的设定值；当时，势函数达到最小值，δ为输出电压与负载电压之间的夹角；

针对空载输出电压的偏离程度构造的势函数表示为：

式中，额定基准值U_N0设置为326.55V；

第i个分布式能源的无功出力Q_i是关于E_0i的函数，势函数另一部分针对无功出力分配关系，其关系表示为：

式中，n_qi为第i个机组的电压下垂增益，Q_i和Q_j为第i个和j个分布式能源无功出力；

对电压偏差程度以及无功出力分配关系进行合并，其势函数表示为：

式中，L_s和L_g分别为电压偏离程度与无功出力分配两者的权重系数，和/分别为输出电压偏离程度和无功出力分配关系的目标函数；

从而，得

上式表示E_0i调节过程，用于保证系统稳定；

最后，虚拟元胞控制中心动态调节电压偏差，从而改善无功出力，分配无功功率，为系统稳定运行储备足够的无功功率，解决大规模分布式能源接入电力系统造成的不协调问题，确保系统安全稳定运行，进而减少碳排放，达到碳中和目标。