一种配电系统的多时空尺度协调调度方法、装置及介质与流程

本发明涉及配电系统的协调优化调度领域，特别是涉及一种配电系统的多时空尺度协调调度方法、装置及介质。

背景技术：

1、在建设新型电力系统的战略部署背景下，高比例可再生能源的并网不仅给配电系统安全稳定运行带来严峻挑战，也大大增加了调度的难度。针对风光火等与储能等调节设施相协调的多能互补问题，目前部分研究主要针对单一时间尺度，而长-短时储能、柔性负荷等灵活性资源具备不同调节周期，且新能源的出力特性存在日间及日内波动性差异，单一时间尺度无法充分发挥灵活性资源的调节响应能力；另一部分考虑多时间尺度的研究是在集中式的架构下开展的，缺乏空间维度上调度策略的相互协调。

2、随着新型电力系统的建设，传统集中式调控方式的弊端日益凸显，配电网层面灵活性资源不断增多，呈现点多量少、布局分散特征，实施集中式调控方式将形成极高的通信设备敷设成本，且对于小而分散的灵活性资源难以进行直接调控；此外，随着控制变量的增加，集中式优化的求解难度呈指数增长，容易出现“维数灾难”问题，导致难以发挥不同灵活性资源在不同时间尺度上的调节能力，获取兼具有效性和合理性的配电系统协调调度策略。

技术实现思路

1、本发明提供一种配电系统的多时空尺度协调调度方法、装置及介质，以解决难以发挥不同灵活性资源在不同时间尺度上的调节能力，对配电系统进行有效且合理的协调调度的问题。

2、为了解决上述问题，本发明提供了一种配电系统的多时空尺度协调调度方法，包括：

3、从配电系统获取运行数据；

4、在配电系统分层分区架构的基础上，根据周的时间尺度和日的时间尺度，结合所述运行数据构建多时空尺度协调调度架；

5、在所述周的时间尺度和日的时间尺度上，分别建立周内电量滚动优化模型和日前电力优化协调调度模型；

6、通过所述配电系统分层分区架构中不同层级的相互协调，将所述周内电量滚动优化模型的求解结果作为边界条件，对所述日前电力优化协调调度模型进行求解，得到优化结果，并根据所述优化结果对所述配电系统进行调度。

7、本发明通过构建多时空尺度协调调度架构，可以实现电力系统在不同时间和空间尺度上的协同调度，有助于解决电力系统中存在的时间和空间上的不平衡问题，提高电力系统的整体运行效率。并且，通过分别建立不同时间尺度的优化模型，电力系统可以根据实际需求和运行状况进行灵活调整；其中，周内电量滚动优化模型可以提供一个相对长期的电量规划，而日前电力优化协调调度模型则可以根据实时数据和预测信息进行精细化的调度，这种分层级的优化方式有助于提高电力调度的精确性和灵活性。此外，通过将周内电量滚动优化模型的求解结果作为边界条件，可以为日前电力优化协调调度模型提供更为准确和可靠的约束条件，使得日前电力优化协调调度模型能够更加准确地反映电力系统的实际情况，保证优化结果的有效性和合理性。

8、相比于现有技术，本发明在空间维度上构建新型配电系统分布式调度架构，在时间维度上建立周内电量滚动优化与日前电力优化协调调度模型，有效发挥了不同灵活性资源在不同时间尺度上的调节能力，通过一系列求解步骤最终得到兼具有效性和合理性的优化结果来进行调度，因此能够解决难以发挥不同灵活性资源在不同时间尺度上的调节能力，对配电系统进行有效且合理的协调调度的问题。

9、作为优选方案，在配电系统分层分区架构的基础上，根据周的时间尺度和日的时间尺度，结合所述运行数据构建多时空尺度协调调度架，具体为：

10、在空间维度上构建所述配电系统分层分区架构，其中，所述配电系统分层分区架构包括集中层的配电网集中管理系统和分布层的分布式单元，所述分布式单元是根据年度电量平衡方程的求解结果进行划分而得到；

11、在所述配电系统分层分区架构的基础上，对周内电量滚动优化调度和日前电力优化调度进行求解，根据求解结果构建所述多时空尺度协调调度架；并在所述配电系统分层分区架构下，使所述分布式单元通过所述配电网集中管理系统进行交互。

12、本优选方案通过在空间维度上构建配电系统分层分区架构，可以更好地管理和控制电力系统的各个环节，实现资源的优化配置和高效利用。根据优化调度的求解结果构建多时空尺度协调调度架构，可以实现电力系统在不同时间和空间尺度上的协同调度，有助于解决电力系统中存在的时间和空间上的不平衡问题，提高电力系统的整体运行效率。在配电系统分层分区架构下，分布式单元通过配电网集中管理系统进行交互，实现信息的共享和协同工作，有助于整合和利用分布式能源资源。

13、作为优选方案，所述分布式单元是根据年度电量平衡方程的求解结果进行划分而得到，具体为：

14、根据所述运行数据中的电量数据建立年度电量平衡方程并进行求解，得到联络线年度净交换视在电量；

15、按照所述联络线年度净交换视在电量的数值大小选择若干条满足预设要求的联络线，得到联络线集；

16、将所述联络线集作为初始分布式单元之间的联络线以进行划分，得到所述分布式单元；其中，所述初始分布式单元是所述配电系统分层分区架构刚建立时的分布层层级。

17、本优选方案中，联络线集作为分布式单元之间的连接纽带，能够实现单元之间的互操作和信息交流，通过联络线集的划分，可以更合理地将资源分配给不同的分布式单元，确保资源的高效利用以及减少浪费，并提高整个系统的运行效率。

18、作为优选方案，在所述周的时间尺度上，建立周内电量滚动优化模型，具体为：

19、在所述周的时间尺度上，以发电成本最小和新能源消纳最大为目标，建立第一目标函数；

20、根据所述运行数据中的抽水蓄能的功率、水电装机容量和风电的功率值建立第一约束条件集；其中，所述第一约束条件集包括抽水蓄能约束、第一水电约束、风电光伏约束、上级电网功率约束、电量平衡约束和备用约束；

21、由所述第一目标函数和所述第一约束条件集构成所述周内电量滚动优化模型。

22、本优选方案将降低发电成本作为目标，能够优化电力生产的经济性，通过合理调配和安排发电资源，实现资源的有效利用，减少不必要的开支和浪费；并且通过将新能源消纳纳入优化目标，能够引导调度决策更加注重可再生能源的利用，减少弃风和弃光等现象的发生，提高新能源的利用效率和经济效益。

23、作为优选方案，根据所述运行数据中的抽水蓄能的功率、水电装机容量和风电的功率值建立第一约束条件集，具体为：

24、根据抽水蓄能电站水轮发电机的最大发电功率和水电站在不同时刻的蓄水量，分别建立抽水蓄能约束和第一水电约束；

25、根据光伏的功率预测值和电网联络线可传输功率的最大值，分别建立风电光伏约束和上级电网功率约束；

26、根据负荷电量和电量平衡备用系数分别建立电量平衡约束和备用约束；

27、由所述抽水蓄能约束、所述第一水电约束、所述风电光伏约束、所述上级电网功率约束、所述电量平衡约束和所述备用约束构成所述第一约束条件集。

28、本优选方案根据抽水蓄能电站水轮发电机的最大发电功率建立抽水蓄能约束，可以确保电站不会超负荷运行，从而避免设备损坏和系统不稳定的风险；通过考虑水电站在不同时刻的蓄水量建立第一水电约束，可以确保水电站的水资源得到合理利用，避免在水量不足时过度发电或在水量充沛时发电不足的情况。基于光伏的功率预测值建立风电光伏约束，有助于最大化新能源的利用，减少对传统能源的依赖，通过考虑电网联络线可传输功率的最大值建立上级电网功率约束，可以确保整个电力系统的稳定和安全。

29、作为优选方案，在日的时间尺度上，建立日前电力优化协调调度模型，具体为：

30、在日的时间尺度上，以发电成本最优和新能源消纳率最大为目标，建立第二目标函数；

31、根据节点电压、净注入功率和抽蓄的运行状态建立第二约束条件集；其中，所述第二约束条件集包括二阶锥潮流约束、风光约束、抽蓄约束、第二水电约束、储能约束和可中断负荷约束；

32、由所述第二目标函数和所述第二约束条件集构成所述日前电力优化协调调度模型。

33、本优选方案以发电成本最优为目标，确保了电力生产的经济性，可以有效降低日内的发电成本，提高电力企业的经济效益。并且，以新能源消纳率最大为目标，可以引导调度决策更加注重可再生能源的优先调度和消纳，提高可再生能源的利用效率和经济效益。

34、作为优选方案，根据节点电压、净注入功率和抽蓄的运行状态建立第二约束条件集，具体为：

35、根据节点的注入功率和光伏的功率预测值，分别建立二阶锥潮流约束和风光约束；

36、根据抽蓄的运行状态和水电站的最大发电功率，分别建立抽蓄约束和第二水电约束；

37、根据储能的运行状态和可中断负荷的最大最小中断量，分别建立储能约束和可中断负荷约束；

38、由所述二阶锥潮流约束、所述风光约束、所述抽蓄约束、所述第二水电约束、所述储能约束和所述可中断负荷约束构成所述第二约束条件集。

39、本优选方案基于节点的注入功率建立二阶锥潮流约束，通过确保潮流在二阶锥的范围内以限制系统中的电力损耗，可以提高电能的传输效率；根据光伏的功率预测值建立风光约束，能够确保光伏电站的输出功率在预测范围内，并与电网的调度和运行计划相匹配。根据抽蓄电站的运行状态建立抽蓄约束，有助于平衡电网的供需差异，提高电网的稳定性和可靠性；考虑水电站的最大发电功率建立第二水电约束，能够确保水电站不会超负荷运行，为电网提供稳定的电力供应。

40、作为优选方案，通过所述配电系统分层分区架构中不同层级的相互协调，将所述周内电量滚动优化模型的求解结果作为边界条件，对所述日前电力优化协调调度模型进行求解，得到优化结果，具体为：

41、根据所述分布式单元的划分结果对所述配电系统进行解耦，使所述配电系统的各分区能够独立运行；

42、通过所述配电网集中管理系统和所述分布式单元的相互协调，并将所述周内电量滚动优化模型的求解结果作为边界条件，使用交替乘子法对所述日前电力优化协调调度模型进行求解，得到优化结果。

43、本优选方案通过配电系统的分层分区架构，能够实现对庞大复杂的电力系统的有效管理，这种分层分区的管理方式不仅提高了电力系统的管理效率，还使得电力系统的运行更加灵活和高效；

44、并且，周内电量滚动优化模型能够考虑未来以周为单位的电力需求和供应情况，通过将周内电量滚动优化模型的求解结果作为边界条件，可以为日前电力优化协调调度模型提供更为准确和可靠的约束条件，使得日前电力优化协调调度模型能够更加准确地反映电力系统的实际情况。

45、作为优选方案，根据所述分布式单元的划分结果对所述配电系统进行解耦，使所述配电系统的各分区能够独立运行，具体为：

46、根据所述分布式单元的划分结果，在相邻的分布式单元之间，通过引入复制节点将所述分布式单元解耦；并在相邻的分布式单元中，将第一分布式单元相对于第二分布式单元的一致性变量设置为预设参数，使所述配电系统的各分区能够独立运行；

47、其中，所述预设参数是根据相邻的分布式单元所传输的有功功率、无功功率和电流计算得到。

48、本优选方案通过解耦操作，使得各分布式单元之间的耦合关系减弱，当一个单元出现故障或异常时，不会对整个系统造成过大的影响；并且，将一致性变量设置为预设参数，可以确保各分布式单元在独立运行时保持一定的协调性和一致性，从而保证系统的稳定运行。

49、作为优选方案，使用交替乘子法对所述日前电力优化协调调度模型进行求解，得到优化结果，具体为：

50、初始化迭代算子和所述日前电力优化协调调度模型的一致性变量；

51、通过迭代更新所述一致性变量和拉格朗日乘子，得到最终一致性变量和最终拉格朗日乘子；

52、根据所述最终一致性变量和最终拉格朗日乘子计算得到原始残差和对偶残差，若所述原始残差和对偶残差小于预设值，则将所述最终一致性变量作为所述优化结果。

53、本优选方案在迭代过程中，不断更新一致性变量和拉格朗日乘子，有助于逐步缩小问题的解空间，提高求解的准确性和效率；计算原始残差和对偶残差，如果结果满足预设条件，则说明所得解是有效的，能够保证最终一致性变量的有效性。

54、本发明还提供了一种配电系统的多时空尺度协调调度装置，包括数据模块、协调模块、模型模块和调度模块；

55、其中，所述数据模块，用于从配电系统获取运行数据；

56、所述协调模块，用于在配电系统分层分区架构的基础上，根据周的时间尺度和日的时间尺度，结合所述运行数据构建多时空尺度协调调度架；

57、所述模型模块，用于在所述周的时间尺度和日的时间尺度上，分别建立周内电量滚动优化模型和日前电力优化协调调度模型；

58、所述调度模块，用于通过所述配电系统分层分区架构中不同层级的相互协调，将所述周内电量滚动优化模型的求解结果作为边界条件，对所述日前电力优化协调调度模型进行求解，得到优化结果，并根据所述优化结果对所述配电系统进行调度。

59、作为优选方案，所述协调模块包括架构单元和交互单元；

60、其中，所述架构单元，用于在空间维度上构建所述配电系统分层分区架构，其中，所述配电系统分层分区架构包括集中层的配电网集中管理系统和分布层的分布式单元，所述分布式单元是根据年度电量平衡方程的求解结果进行划分而得到；

61、所述交互单元，用于在所述配电系统分层分区架构的基础上，对周内电量滚动优化调度和日前电力优化调度进行求解，根据求解结果构建所述多时空尺度协调调度架；并在所述配电系统分层分区架构下，使所述分布式单元通过所述配电网集中管理系统进行交互。

62、作为优选方案，所述架构单元包括电量子单元、线集子单元和划分子单元；

63、其中，所述电量子单元，用于根据所述运行数据中的电量数据建立年度电量平衡方程并进行求解，得到联络线年度净交换视在电量；

64、所述线集子单元，用于按照所述联络线年度净交换视在电量的数值大小选择若干条满足预设要求的联络线，得到联络线集；

65、所述划分子单元，用于将所述联络线集作为初始分布式单元之间的联络线以进行划分，得到所述分布式单元；其中，所述初始分布式单元是所述配电系统分层分区架构刚建立时的分布层层级。

66、作为优选方案，所述模型模块包括函数单元、功率单元和周内单元；

67、其中，所述函数单元，用于在所述周的时间尺度上，以发电成本最小和新能源消纳最大为目标，建立第一目标函数；

68、所述功率单元，用于根据所述运行数据中的抽水蓄能的功率、水电装机容量和风电的功率值建立第一约束条件集；其中，所述第一约束条件集包括抽水蓄能约束、第一水电约束、风电光伏约束、上级电网功率约束、电量平衡约束和备用约束；

69、所述周内单元，用于由所述第一目标函数和所述第一约束条件集构成所述周内电量滚动优化模型。

70、作为优选方案，所述功率单元包括蓄能子单元、光伏子单元、电量子单元和条件子单元；

71、其中，所述蓄能子单元，用于根据抽水蓄能电站水轮发电机的最大发电功率和水电站在不同时刻的蓄水量，分别建立抽水蓄能约束和第一水电约束；

72、所述光伏子单元，用于根据光伏的功率预测值和电网联络线可传输功率的最大值，分别建立风电光伏约束和上级电网功率约束；

73、所述电量子单元，用于根据负荷电量和电量平衡备用系数分别建立电量平衡约束和备用约束；

74、所述条件子单元，用于由所述抽水蓄能约束、所述第一水电约束、所述风电光伏约束、所述上级电网功率约束、所述电量平衡约束和所述备用约束构成所述第一约束条件集。

75、作为优选方案，所述模型模块包括发电单元、潮流单元和组合单元；

76、其中，所述发电单元，用于在日的时间尺度上，以发电成本最优和新能源消纳率最大为目标，建立第二目标函数；

77、所述潮流单元，用于根据节点电压、净注入功率和抽蓄的运行状态建立第二约束条件集；其中，所述第二约束条件集包括二阶锥潮流约束、风光约束、抽蓄约束、第二水电约束、储能约束和可中断负荷约束；

78、所述组合单元，用于由所述第二目标函数和所述第二约束条件集构成所述日前电力优化协调调度模型。

79、作为优选方案，所述潮流单元包括风光子单元、抽蓄子单元、负荷子单元和组合子单元；

80、其中，所述风光子单元，用于根据节点的注入功率和光伏的功率预测值，分别建立二阶锥潮流约束和风光约束；

81、所述抽蓄子单元，用于根据抽蓄的运行状态和水电站的最大发电功率，分别建立抽蓄约束和第二水电约束；

82、所述负荷子单元，用于根据储能的运行状态和可中断负荷的最大最小中断量，分别建立储能约束和可中断负荷约束；

83、所述组合子单元，用于由所述二阶锥潮流约束、所述风光约束、所述抽蓄约束、所述第二水电约束、所述储能约束和所述可中断负荷约束构成所述第二约束条件集。

84、作为优选方案，所述调度模块包括解耦单元和边界单元；

85、其中，所述解耦单元，用于根据所述分布式单元的划分结果对所述配电系统进行解耦，使所述配电系统的各分区能够独立运行；

86、所述边界单元，用于通过所述配电网集中管理系统和所述分布式单元的相互协调，并将所述周内电量滚动优化模型的求解结果作为边界条件，使用交替乘子法对所述日前电力优化协调调度模型进行求解，得到优化结果。

87、作为优选方案，所述解耦单元，具体为：

88、根据所述分布式单元的划分结果，在相邻的分布式单元之间，通过引入复制节点将所述分布式单元解耦；并在相邻的分布式单元中，将第一分布式单元相对于第二分布式单元的一致性变量设置为预设参数，使所述配电系统的各分区能够独立运行；

89、其中，所述预设参数是根据相邻的分布式单元所传输的有功功率、无功功率和电流计算得到。

90、作为优选方案，所述边界单元包括一致子单元、迭代子单元和残差子单元；

91、其中，所述一致子单元，用于初始化迭代算子和所述日前电力优化协调调度模型的一致性变量；

92、所述迭代子单元，用于通过迭代更新所述一致性变量和拉格朗日乘子，得到最终一致性变量和最终拉格朗日乘子；

93、所述残差子单元，用于根据所述最终一致性变量和最终拉格朗日乘子计算得到原始残差和对偶残差，若所述原始残差和对偶残差小于预设值，则将所述最终一致性变量作为所述优化结果。

94、本发明还提供了一种存储介质，所述存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被计算机调用并执行，实现如上所述一种配电系统的多时空尺度协调调度方法。