交直流配电网灵活性资源的聚合方法及其优化运行

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在“双碳”目标下,在源侧及负荷侧同时接入高比例可再生能源的新型电力系统成为未来电力系统的发展方向。大量新能源的接入使得新型电力系统中的波动性和不确定性相较传统电力系统大幅增加,由此带来了海量的灵活性需求。如何应对系统中的灵活性需求对实现新能源的全额消纳和新型电力系统的安全稳定运行有着十分重要的意义。配电网作为连接输电网和用户的中间环节,在电力系统中有着十分重要的位置。配电网逐渐向主动配电网转化的同时,由于输电损耗小,负荷直流化趋势强等特点,直流配电技术受到了大量关注,交直流主动配电网将成为未来配电网的长期形态。此外,以电压源型换流器(Voltage Source Converter,VSC)接入的直流系统由于其功率的可控性还为配电网提供了网络型灵活性。因此,本文分别对新型电力系统下交直流主动配电网的灵活性运行、灵活性聚合以及参与输电网的灵活性调度进行研究。本文的主要工作包括:(1)阐述了新型电力系统中灵活性供需平衡机理,综合多种相关性系数对风电数据进行相关性分析。基于相关性分析的结果,采用非参数核密度估计对风电的预测误差和波动量的条件概率分布进行拟合,从而得到一定置信度下风电的不确定性和波动性区间,叠加负荷的波动性后,得到系统内的灵活性需求。随后对交直流配电网内的灵活性资源提供的灵活性进行了分析和量化。通过算例验证了本文所提灵活性需求量化方法的准确性。(2)考虑到灵活性的方向性,针对节点灵活性和网络灵活性提出了加权的节点灵活性裕度指标和线路灵活性裕度指标,建立了考虑完整VSC潮流模型的交直流配电网日前灵活性运行模型,采用大M法和二阶锥松弛对所提模型进行线性化和凸松弛后,通过商业求解器对模型进行有效求解,在含有三端直流网络的改进的IEEE33节点上验证了所提模型的有效性。(3)为应对输电网的海量灵活性需求,配电网可以为输电网提供灵活性支援,此时需要对配电网中的灵活性进行聚合。首先将配电网中的灵活性细分为爬坡灵活性和功率灵活性。接着,综合考虑网络约束和时间耦合,将交直流配电网聚合成一具有爬坡和功率参数的虚拟发电机,并采用边界收缩法求解得到配电网聚合后的爬坡和功率参数。最后,通过算例分析了考虑聚合后爬坡参数的影响以及交直流配电网内不同灵活性资源对聚合灵活性的影响。(4)为调度配电网中的灵活性,需构建聚合后配电网基于能量的灵活性成本函数。基于此灵活性成本函数,将配电网作为具有爬坡和功率限制的灵活性资源纳入输电网的灵活性调度中,通过算例验证分析了聚合后的配电网作为灵活性资源对主网调度结果的影响。
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