高比例绿电跨区跨电压等级消纳方法、装置、设备及介质

技术领域

本发明涉及园区配电网领域，特别涉及一种高比例绿电跨区跨电压等级消纳方法。

背景技术

园区是区域活动和经济发展的空间集聚形式。我国现有各类产业园区达15000多家，对全国的经济贡献率达30%以上，然而，国内打造的生态示范工业园区中可再生能源在总能耗中的比例为20%左右，尚与“高比例可再生能源情景”规定的可再生能源比例达到45%还有一定差距。

目前，现有技术仅考虑园区内部可再生能源出力高于负荷功率的场景，未考虑园区内部负荷密度高、可再生能源出力低于负荷功率的场景，因此，园区整体的绿电供能比例较低。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种高比例绿电跨区跨电压等级消纳方法、装置、设备及介质。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

第一方面，本发明提供一种高比例绿电跨区跨电压等级消纳方法，包括：

获取数据，数据包括园区内总负荷，园区内可再生能源出力、园区内净负荷、园区外可再生能源出力，园区内净负荷为园区内总负荷与园区内可再生能源出力的差值；

将园区内净负荷和园区外可再生能源出力进行匹配，得到园区内净负荷的目标序列；

基于园区内净负荷的目标序列，调度园区内净负荷的用电时段；

确定园区的绿电消纳比例。

优选地，数据通过潮流计算以及潮流追踪获得。

优先地，将园区内净负荷和园区外可再生能源出力进行匹配，得到园区内净负荷的目标序列，包括：

将园区内净负荷和园区外可再生能源出力进行离散化处理，得到园区内净负荷的序列和园区外可再生能源出力的序列；

建立园区内净负荷和园区外可再生能源出力的匹配模型；

基于园区内净负荷的序列和园区外可再生能源出力的序列，采用遗传算法对匹配模型进行求解；

得到与园区外可再生能源出力匹配度最高的园区内净负荷的目标序列。

进一步地，将园区内净负荷和园区外可再生能源出力进行离散化处理，得到园区内净负荷的序列和园区外可再生能源出力的序列，包括：

选定一个调度周期；

调度周期内每一个时段的园区内净负荷按时间顺序组成园区内净负荷的序列；

调度周期内每一个时段的园区外可再生能源出力按时间顺序组成园区外可再生能源出力的序列。

进一步地，匹配模型满足：

(2)

式中，

优选地，基于园区内净负荷的目标序列，调度园区内净负荷的用电时段，包括：

基于园区内净负荷的目标序列，将园区内净负荷的用电时段平移到园区外可再生能源出力大的时段。

优选地，确定园区的绿电消纳比例，包括：

基于园区内净负荷的目标序列，对园区内的电网进行潮流计算，得到园区总的负荷用电量；

根据潮流方向计算园区消纳绿电量，得到园区总的绿电消纳量；

以园区总的绿电消纳量除以园区总的负荷用电量得到绿电消纳比例。

进一步地，根据潮流方向计算园区消纳绿电量，得到园区的总的绿电消纳量，包括：

当潮流由区内流向区外，则时段内园区绿电消纳量等于该时段园区负荷量，满足：

(4)

式中，

当潮流由区外流向区内，则时段内园区绿电消纳量等于该时段园区内可再生能源出力、园区外可再生能源出力流入园区内部分以及市电中绿电量，满足：

(5)

式中，

进一步地，以园区的总的绿电消纳量除以园区总的负荷用电量得到绿电消纳比例，满足：

(7)

式中，

第二方面，本发明还提供一种高比例绿电跨区跨电压等级消纳装置，包括：

获取模块，用于获取数据，数据包括园区内总负荷，园区内可再生能源出力、园区内净负荷、园区外可再生能源出力，园区内净负荷为园区内总负荷与园区内可再生能源出力的差值；

匹配模块，用于将园区内净负荷和园区外可再生能源出力进行匹配，得到园区内净负荷的目标序列；

调度模块，用于基于园区内净负荷的目标序列，调度园区内净负荷的用电时段；

确定模块，确定园区的绿电消纳比例。

优选地，数据通过潮流计算以及潮流追踪获得。

优选地，将园区内净负荷和园区外可再生能源出力进行匹配，得到园区内净负荷的目标序列，包括：

将园区内净负荷和园区外可再生能源出力进行离散化处理，得到园区内净负荷的序列和园区外可再生能源出力的序列；

建立园区内净负荷和园区外可再生能源出力的匹配模型；

基于园区内净负荷的序列和园区外可再生能源出力的序列，采用遗传算法对匹配模型进行求解；

得到与园区外可再生能源出力匹配度最高的园区内净负荷的目标序列。

进一步地，将园区内净负荷和园区外可再生能源出力进行离散化处理，得到园区内净负荷的序列和园区外可再生能源出力的序列，包括：

选定一个调度周期；

调度周期内每一个时段的园区内净负荷按时间顺序组成园区内净负荷的序列；

调度周期内每一个时段的园区外可再生能源出力按时间顺序组成园区外可再生能源出力的序列。

进一步地，匹配模型满足：

(2)

式中，

优选地，基于园区内净负荷的目标序列，调度园区内净负荷的用电时段，包括：

基于园区内净负荷的目标序列，将园区内净负荷的用电时段平移到园区外可再生能源出力大的时段。

优选地，确定园区的绿电消纳比例，包括：

基于园区内净负荷的目标序列，对园区内的电网进行潮流计算，得到园区总的负荷用电量；

根据潮流方向计算园区消纳绿电量，得到园区总的绿电消纳量；

以园区总的绿电消纳量除以园区总的负荷用电量得到绿电消纳比例。

进一步地，根据潮流方向计算园区消纳绿电量，得到园区的总的绿电消纳量，包括：

当潮流由区内流向区外，则时段内园区绿电消纳量等于该时段园区负荷量，满足：

(4)

式中，

当潮流由区外流向区内，则时段内园区绿电消纳量等于该时段园区内可再生能源出力、园区外可再生能源出力流入园区内部分以及市电中绿电量，满足：

(5)

式中，

进一步地，以园区的总的绿电消纳量除以园区总的负荷用电量得到绿电消纳比例，满足：

(7)

式中，

第三方面，还提供一种电子设备，包括：处理器和存储器；

处理器与存储器耦合；

其中，处理器，用于读取并执行存储器存储的程序或指令，使得设备执行第一方面提供的方法。

第四方面，还提供一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，程序被处理器执行时实现第一方面提供的方法。

与现有技术相比，本发明具有如下优势：

本发明通过高压配电网，获取园区内总负荷，园区内可再生能源出力、园区内净负荷等数据，与园区外的可再生能源出力进行匹配，根据匹配结果，进行园区内净负荷的调度，使园区外可再生能源出力流入园区内进行跨区消纳，从而实现园区内高比例的绿电供能。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所指出的结构来实现和获得。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例中高比例绿电跨区跨电压等级消纳方法的流程图；

图2为本发明实施例中绿电园区配电网的现状年的园区周边110kV电网接线图示意图；

图3为本发明实施例中绿电园区配电网的现状年的园区10kV配电网拓扑结构示意图；

图4为本发明实施例中绿电园区配电网的规划年的园区周边110kV电网接线示意图；

图5为本发明实施例中绿电园区配电网的规划年的园区10kV配电网拓扑结构示意图；

图6为本发明实施例中绿电园区配电网的规划年的园区外典型日风电出力曲线图；

图7为本发明实施例中绿电园区配电网的规划年的园区内匹配可再生能源前后净负荷曲线图；

图8为本发明实施例中绿电园区配电网的规划年园区及周边110kV电网典型日14:00绿电潮流图；

图9为本发明实施例中提供的一种高比例绿电跨区跨电压等级消纳装置的结构示意图

图10为本发明实施例中提供的一种电子设备的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地说明，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明所述的高比例绿电跨区跨电压等级消纳方法的流程图如图1所示。

S101获取数据。

对于已知园区，选定一个调度周期，通过潮流计算以及潮流追踪，获取园区内总负荷，园区内可再生能源出力，以及园区外可再生能源出力，园区内净负荷为园区内总负荷与园区内可再生能源出力的差值。

S102将园区内净负荷和园区外可再生能源出力进行匹配，得到园区内净负荷的目标序列。

将园区净负荷基于调度周期进行离散化处理，将调度期内每一个时段的园区内净负荷，按时间顺序组成园区内净负荷的序列，以24小时为一个调度周期计算，园区内总负荷为

(1)

其中，

园区外可再生能源出力进行离散化处理，将调度周期内每一个时段的园区外可再生能源出力按时间顺序组成园区外可再生能源出力的序列，同样以24小时为一个调度周期计算，园区外可再生能源出力的序列为：

园区内净负荷中的柔性负荷如电动汽车、空调等具备一定需求响应能力，在不影响用能需求下，将柔性负荷的用电时段平移到可再生能源出力大的时段，可增加区外可再生能源消纳，因此，为最大限度匹配区外可再生能源，以一个调度周期内

(2)

式中，

基于园区内净负荷的序列和园区外可再生能源出力的序列，对该模型采用遗传算法进行求解，随机生成

S103基于园区内净负荷的目标序列，调度园区内净负荷的用电时段。

基于园区内净负荷的目标序列，将园区内净负荷的用电时段平移到园区外可再生能源出力大的时段，即基于上述园区内净负荷的目标序列，将上述园区内净负荷

S104确定园区的绿电消纳比例。

进一步，以全年365天即8760为一个调度周期，执行上述方案，得到8760个小时的园区内净负荷的目标序列：

(3)

其中，

基于上述8760个小时的园区内净负荷的目标序列，对园区以及周边110kV电网进行潮流计算，得到园区总负荷用电功率

a)当潮流由区内流向区外，则时段内园区消纳绿电量等于该时段园区负荷量，满足：

(4)

式中，

b)当潮流由区外流向区内，则时段内园区绿电消纳量等于该时段园区内可再生能源出力、园区外可再生能源出力流入园区内部分以及市电中绿电量，满足：

(5)

式中，

对8760小时绿电量进行累加，得到园区内总的绿电消纳量

(6)

其中，t为时段数，

以园区内总的绿电消纳量除以园区内总的负荷用电量得到全年绿电消纳比例，满足：

(7)

其中，

综上所述，本发明提供的高比例绿电跨区跨电压等级消纳方法，通过高压配电网，获取园区内总负荷，园区内可再生能源出力、园区内净负荷等数据，与园区外的可再生能源出力进行匹配，根据匹配结果，进行园区内净负荷的调度，使园区外可再生能源出力流入园区内进行跨区消纳，从而实现园区内高比例的绿电供能。

为了进一步说明本发明的技术方案，现通过具体算例现状年、算例规划年来说明，算例现状年示意图如图2，图3所示，算例规划年示意图如图4，图5所示。算例园区面积18.8km

现状年园区参数：园区内总负荷为64.41MW，负荷密度为3.42MW/km

规划年园区参数：规划年新增负荷115.89MW，园区内总负荷达到180.3MW，负荷密度为9.59MW/km2，年用电量98563万kWh，新增园区内可再生能源装机容量为74.1MWp，园区内园区可再生能源总装机容量为75.97MWp，园区外新增40MW风电站1座，并网电压为110kV，如表2所示，园区内可再生能源典型日出力的数据如表3所示，风电典型日出力曲线如图6所示。

基于上述算例规划年园区参数，选定一个典型日的24小时作为调度周期，通过潮流计算以及潮流追踪，获取数据，包括：

典型日园区内总负荷的序列：[124.25 101.16 100.72 98.14 101.46 98.54100.56 101.28 95.11 148.98 177.11 175.53 171.13 146.15 156.41 160.16 153.99161.16 150.16 134.15 140.68 143.03 138.65 128.37]；

典型日园区内可再生能源出力序列：[0 0 0 0 0 0.03 6.85 25.76 48.96 47.5560.48 62.37 56.1 60.03 74.11 75.94 53.22 30.43 15.1 3.62 0 0 0 0]；

二者相减得到典型日园区内净负荷序列：[124.25 101.16 100.72 98.14 101.4698.51 93.71 75.52 46.15 101.43 116.63 113.16 115.03 86.12 82.3 84.22 100.77130.73 135.06 130.53 140.68 143.03 138.65 128.37]。

园区外可再生能源出力序列：[75.5 74.24 59.41 57.84 59.47 58.31 50.9437.2 37.81 12.23 14.74 19.48 25.4 38.22 46.71 28.34 20.91 22.05 17.88 13.615.8 29.16 54.92 78.28]

基于上述数据，以园区外可再生能源出力与园区内净负荷差值的二阶范数最小做为目标函数，将园区内净负荷用电时间可以提前或延后2小时做为条件，生产种群，经过选择、交叉以及变异，得到与园区外可再生能源出力匹配度最高的负荷序列：[124.25 101.16100.72 98.14 101.46 98.51 93.71 75.52 116.63 46.15 113.16 101.43 86.12 115.03100.77 130.73 82.3 84.22 140.68 135.06 130.53 128.37 140.68 143.03]，该序列的匹配性如图7所示。

从图7看出，匹配前，上午9:00净负荷值最小，10:00区外可再生能源出力最小；匹配后，净负荷最小值移到10:00。匹配前，下午15:00时，可再生能源出力达到近10小时内的峰值，而负荷为近8小时内的谷值，匹配后同一时刻负荷为近2小时内最大值，可更多消纳可再生能源。

重复365次可以得到全年8760小时匹配度最高的负荷序列，求解出匹配前后二阶范数对比，匹配前二者差值二阶范数为5479，匹配后降为5123，进一步说明区外可再生能源出力大的时候，负荷用电需求也变大了。

根据得到的匹配后负荷序列，结合规划年电网数据，采用PSS Cloud软件进行规划年全年8760小时的潮流仿真。其中，典型日24小时的潮流仿真数据见表4所示。

为了更清晰的表示绿电消纳情况，给出典型日14:00的绿电潮流图如图8所示，由图8可知，此时区内总负荷156.41MW；区内可再生能源出力74.11MW；通过潮流追踪法计算，区外风电站D经变电站A向区内供电19.24MW，区外风电站C经变电站B向区内供电22.63MW，区外风电供园内共41.87MW；220kV变电站向区内供电40.43MW。

全年仿真结果汇总得到：消纳区内光伏发电量9116万kWh，消纳区外风电18576万kWh。区外220kV变电站提供电能70870万kWh，其中绿电比例为33%，即23387万kWh。

采用本发明方案的园区绿电消纳比例为：

=（9116+18576+23387）/98563×100% =51.82%(8)

传统消纳方法不考虑园区内净负荷与园区外可再生能源的匹配，消纳园区内可再生能源发力电量9116万kWh，区外220kV变电站提供电能89447万kWh，绿电比例为33%，即29517万kWh。

传统方法园区绿电消纳比例为：

=（9116+29517）/98563×100% =39.20%(9)

可见，本发明相比较传统方法，园区绿电消纳比例提高了12.62%，并且使园区绿电比例超过50%，高于目前国内示范生态工业园区的绿电比例。

综上所述，对于高负荷密度园区，需要大量来自电网的电量，本地可再生能源发电所能达到的绿电比例是有限的，通过跨区跨电压等级实现园区外部的可再生能源消纳具有重要意义。本发明通过高压配电网，获取园区内总负荷，园区内可再生能源出力、园区内净负荷等数据，与园区外的可再生能源出力进行匹配，根据匹配结果，进行园区内净负荷的调度，使园区外可再生能源出力流入园区内进行跨区消纳，从而实现园区内高比例的绿电供能。

示例性的地，图9为本发明实施例中提供的一种高比例绿电跨区跨电压等级消纳装置的结构示意图。

如图9所示，该装置900包括：获取模块901、匹配模块902、调度模块903、确定模块904；

获取模块901，用于获取数据，数据包括园区内总负荷，园区内可再生能源出力、园区内净负荷、园区外可再生能源出力，园区内净负荷为园区内总负荷与园区内可再生能源出力的差值；

匹配模块902，用于将园区内净负荷和园区外可再生能源出力进行匹配，得到园区内净负荷的目标序列；

调度模块903，用于基于园区内净负荷的目标序列，调度园区内净负荷的用电时段；

确定模块904，确定园区的绿电消纳比例。

示例性地，图10为本发明实施例中提供的一种电子设备的结构示意图。

如图10所示，该装置1000包括：处理器1001和存储器1002；

其中，处理器1001，用于读取并执行存储器1002存储的程序和指令，使得装置1000执行上述方法实施例的高比例绿电跨区跨电压等级消纳方法。

需要说明的是，为了便于说明，图9仅示出了高比例绿电跨区跨电压等级消纳装置的主要部件。实际应用中，该装置还可能包括图中未示出的部件或组件。图10仅示出了电子设备的主要部件。实际应用中，该电子设备还可能包括图中未示出的部件或组件。

本发明还提供一种计算机可读存储介质，存储有程序或指令，当计算机读取并执行程序或指令时，使得计算机执行上述方法实施例的高比例绿电跨区跨电压等级消纳方法。

尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。