[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

说明书

本发明提出一种综合能源系统虚拟元胞协同无功辅助服务优化方法。所提方法中的虚拟元胞通过通信技术手段协调控制分布式能源，并采集其状态信息；然后，考虑无功辅助服务，以综合能源系统虚拟元胞的购电成本、网损和电压偏移最小为目标函数建立无功优化模型。最后，提出多级协同的矢量人工压差方法，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，从而合理调控无功功率，储备足够的无功功率，可保证系统安全稳定运行，并可解决大规模分布式能源接入电力系统造成的不协调问题，减少碳排放，从而达到碳中和的目标。

技术领域

本发明属于综合能源系统和电力系统领域，涉及一种考虑无功辅助服务的虚拟元胞优化方法，适用综合能源系统和电力系统中的虚拟元胞优化。

背景技术

综合能源系统由电力网络、天然气网络和热力网络等多种类型的能源网络组成，通过电转气技术以及电热联产技术灵活地服务于用户。但随着分布式能源接入系统，带来强随机性和间歇性，易造成不协调现象发生。现有技术一般以能源消耗成本为目标建立模型，无法充分发挥综合能源的经济效益和环境效益，且安全性和可靠性无法保证，现有技术存在以下不足：

1.分布式能源具有随机性和间歇性，其出力情况难以精确预测，因优化手段尚不完善，分布式能源接入系统易导致不协调现象发生；

2.现有技术仅单独考虑综合能源系统所有设备的有功优化，然而无功功率是影响着电网安全运行的重要辅助服务，充足的无功功率可缓解电力系统的调节成本，进而实现整体利益最大化；

3.传统优化无功出力手段，一般通过改变下垂控制的机理，对综合能源系统内部功能设备的多种运行状态尚未考虑。

为减少碳排放，实现未来低碳转型和碳中和的目标，满足综合能源系统经济性和环保性等问题，本发明提出一种综合能源系统虚拟元胞协同无功辅助服务优化方法，建立统一协调控制的虚拟元胞，整合分布式能源和负荷，利用协调控制技术，实现综合能源的协调优化运行，实现经济性和环保性多个目标最优；由于无功功率关系到电力系统安全稳定运行的重要辅助服务，本发明考虑虚拟元胞中无功辅助服务，确保足够的无功储备，保证系统安全稳定运行；本发明通过无功出力分配关系以及电压偏差程度构建势函数，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，满足系统的状态变化需求。

势函数或者称为人工势能场法，都是利用智能体和目标进行人工模拟出斥力和引力的存在，从而计算智能体下一时刻的位置。但传统的人工势能场法具有一定的局限性，仅能计算标量，而无法计算矢量，且无法获取动态的步长。为此，对人工势能场法加以改进，将力的作用的矢量人工势能场改为电压压差作用的矢量人工压差方法，可满足电力系统的状态变化，且具有良好的动态响应特性和稳态性能。

发明内容

本发明提出一种综合能源系统虚拟元胞协同无功辅助服务优化方法。该方法通过虚拟元胞采集各分布式能源的信息，并整合分类，保证系统协调优化运行；考虑无功辅助服务，确保足够的无功储备，从而保证系统安全稳定运行；通过无功出力分配关系以及电压偏差程度构建势函数，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，满足系统的状态变化。

本发明为实现未来低碳转型和碳中和的目标，为综合能源系统中的虚拟元胞提出一种协同无功辅助服务优化方法。本发明基于对综合能源系统优化的理论分析，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，其目标函数如下所示：

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。