摘 要：傳統(tǒng)的電力系統(tǒng)網(wǎng)源荷儲協(xié)同控制方法只能獲取網(wǎng)源特征信息，導致電力系統(tǒng)運行成本較高，因此本文設計了一種基于特征融合的新型電力系統(tǒng)網(wǎng)源荷儲協(xié)同控制方法。通過提取和整合網(wǎng)源、負荷和儲能等各組成部分的特征信息，準確計算出電力系統(tǒng)的缺電率。將不同特征信息進行融合，設置相應的約束條件，為優(yōu)化控制策略提供保障。通過分析網(wǎng)源、負荷和儲能等各組成部分的特征信息，確定協(xié)同控制策略的特性。劃分出L1-L5共5種新型電力系統(tǒng)網(wǎng)源荷儲協(xié)同控制等級。試驗結(jié)果表明，本文設計的基于特征融合的新型電力系統(tǒng)網(wǎng)源荷儲協(xié)同控制方法中，各設備運行成本均最小，證明該方法能夠節(jié)省成本控制，提高新型電力系統(tǒng)網(wǎng)源荷儲協(xié)同控制的有效性。

關(guān)鍵詞：特征融合；電力系統(tǒng)；網(wǎng)源荷儲；協(xié)同控制

中圖分類號：TM 73" " " 文獻標志碼：A

隨著能源結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變和電力系統(tǒng)的升級，新型電力系統(tǒng)逐漸成為主流。在新型電力系統(tǒng)中，網(wǎng)源荷儲協(xié)同控制是關(guān)鍵技術(shù)之一，旨在實現(xiàn)能源的清潔、高效和可再生利用，同時提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。

特征融合是新型電力系統(tǒng)網(wǎng)源荷儲協(xié)同控制中應用的一種技術(shù)。該方法將不同來源和不同類型的數(shù)據(jù)特性進行結(jié)合，為控制系統(tǒng)提供更全面、準確的運行狀態(tài)描述[1]。本文針對基于特征融合的新型電力系統(tǒng)網(wǎng)源荷儲協(xié)同控制方法進行了深入研究。

1 方法設計

1.1 計算網(wǎng)源荷儲負荷缺電率

負荷缺電率是衡量電力系統(tǒng)穩(wěn)定性和可靠性的重要指標，表示電力系統(tǒng)中可用的發(fā)電容量與實際負荷容量間的比例。在新型電力系統(tǒng)網(wǎng)源荷儲協(xié)同控制中，計算負荷缺電率對優(yōu)化資源配置、預防電網(wǎng)崩潰和保證電力供應具有重要意義。為了計算負荷缺電率，首先需要獲取電力系統(tǒng)的實時數(shù)據(jù)，包括網(wǎng)源、負荷和儲能的功率、電壓以及電流等參數(shù)。其次，通過數(shù)據(jù)處理和分析技術(shù)提取出有用的特征信息，如發(fā)電容量、實際負荷容量等。

負荷缺電率與系統(tǒng)綜合費用呈反比關(guān)系。為了更好地度量電力供應效率，本文提出了負荷缺電率的評估指標[2]，分別如公式（1）、公式（2）所示。

（1）

LPSP≤LPSPmax （2）

式中：LPSP為負荷缺電率；LPS（t）為t時刻的功率動力差異；E（t）約為t時刻的負荷用電需求量；LPSPmax為負荷缺電率上限。

計算負荷缺電率時的注意事項如下。1）準確估計發(fā)電容量。發(fā)電容量是電力系統(tǒng)中的可用資源，包括網(wǎng)源、負荷和儲能的發(fā)電能力。準確估計發(fā)電容量可規(guī)避資源浪費和電網(wǎng)崩潰的風險。2）實時監(jiān)測實際負荷容量。實際負荷容量是電力系統(tǒng)中的實時負荷需求，監(jiān)測實際負荷容量可以及時了解電力系統(tǒng)的運行狀態(tài)，為優(yōu)化控制提供依據(jù)。電力系統(tǒng)是一個復雜且動態(tài)變化的系統(tǒng)，需要考慮各種不確定性和動態(tài)變化因素的影響，如天氣、季節(jié)以及政策等。

1.2 基于特征融合設置約束條件

由于電網(wǎng)與熱網(wǎng)相結(jié)合形成了新型電力系統(tǒng)，因此單純依靠電網(wǎng)中的儲能裝置來處理聯(lián)絡線的電力波動是不可能實現(xiàn)的。為此，本文針對新型電力系統(tǒng)中的電熱藕合設備，基于特征融合技術(shù)，以24h為全循環(huán)，結(jié)合儲能裝置、終端24h內(nèi)可再生能源以及負荷預測等數(shù)據(jù)，分析熱泵機組與蓄電池組的優(yōu)化工作狀態(tài)[3]。需要建立一個最小化的目標函數(shù)，即從電網(wǎng)采購的電力價格，如公式（3）所示。

（3）

式中：C為按時期劃分的電力網(wǎng)電價；P（h）為聯(lián)絡線路在不同時間段內(nèi)的有效功率。

根據(jù)公式（3）可得聯(lián)絡線有功功率約束條件。t時刻聯(lián)絡線上的有功功率如公式（4）所示。

P（t）=Pl（t）+Ph（t）-Pw（t）+Pn（t）-Pb（t） （4）

式中：P（t）為聯(lián)絡線路有效功率；Pl（t）為負荷運輸過程有效功率；Ph（t）為供熱泵使用的有功功率；Pw（t）為光伏發(fā)電的有效功率；Pn（t）為給蓄電池充電的有功電源功率；Pb（t）為蓄電池被釋放時的有效功率。

聯(lián)絡線上的有功功率不能超過聯(lián)絡線的設計允許值，如公式（5）所示。

0≤P（t）≤maxP（t） （5）

公式（5）對熱泵系統(tǒng)的功耗進行了限制。在t時刻，該熱泵組所消耗的全部電能是各熱泵所消耗的電能的總和，如公式（6）所示。

Ph（t）=∑Ph（t） （6）

熱泵機組所消耗的有功功率值應控制在熱泵機組的允許范圍內(nèi)，如公式（7）所示。

0≤Ph（t）≤maxPh（t） （7）

基于特征融合設置約束條件是新型電力系統(tǒng)網(wǎng)源荷儲協(xié)同控制中的重要環(huán)節(jié)之一。通過特征融合技術(shù)，可以更好地了解電力系統(tǒng)的實際情況和需求，提高電力系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性、經(jīng)濟性和環(huán)保性等。同時，還需要不斷研究和探索新的優(yōu)化算法和控制策略，以適應電力系統(tǒng)的不斷變化和發(fā)展。

1.3 確定網(wǎng)源荷儲協(xié)同控制特性

“網(wǎng)源荷儲”的全面互動和協(xié)同調(diào)節(jié)是新型電力系統(tǒng)協(xié)調(diào)控制發(fā)展的必然趨勢，應利用各種技術(shù)和管理方法提高電網(wǎng)的均衡能力，使經(jīng)濟性達到最優(yōu)。

1.3.1 源層特性

電源層是新型電網(wǎng)的動力源，包括可調(diào)式同步機、新型雙饋感應風機、傳統(tǒng)異步感應風機以及交直流互變的光伏系統(tǒng)等?？烧{(diào)式同步機（如小型水力發(fā)電、燃氣輪機等）具有同步勵磁電壓支持、主動調(diào)節(jié)能力強等特點[4]，其主動控制模式隨頻率變化而改變，其一次調(diào)控模式如公式（8）所示。

P=P*+α?f （8）

式中：P、P*分別為同步發(fā)電機的真實出力與恒定出力的有效功率；α為用于同步燃氣渦輪的頻響系數(shù)；?f為系統(tǒng)的實際頻率和額定頻率間的偏離。

1.3.2 網(wǎng)層特性

大規(guī)模的分布式電源、不穩(wěn)定的風光能接入電網(wǎng)，改變了新能源系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)潮流分布和電能輸送的單一性，會對新能源系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定并可靠運行產(chǎn)生不利影響。交互成本CJ與交互功率PJ（t）的關(guān)系如公式（9）所示。

（9）

式中：Cb（t）、Cs（t）分別為在一定時期t內(nèi)微網(wǎng)與大電網(wǎng)間的互濟電力采購狀況和售電狀況；m（t）、n（t）分別為在一定時期t內(nèi)微網(wǎng)與大電網(wǎng)間的互濟電力購買電價、售電電價；N為計劃調(diào)度期間的總數(shù)。

1.3.3 荷層特性

新型電力系統(tǒng)中的負載層對電網(wǎng)的電壓和頻率會進行負反饋，也即當電網(wǎng)的頻率增減時，負載消耗的電能就會相應地增加或減少，這樣就可以調(diào)整系統(tǒng)的頻率，防止頻率再次增加或減少。如果系統(tǒng)電壓增加或減少，就會使負載的功耗增加或減少，進而導致電壓下降或上升[5]。因此，進行系統(tǒng)操作優(yōu)化時應更關(guān)注現(xiàn)實。以上功率負載有功特征的靜態(tài)模型如公式（10）所示。

（10）

式中：P1、P2和P3分別為新型電力系統(tǒng)負荷的常阻抗、定電流和恒定電源中的有功分量；PN為新型電力系統(tǒng)負荷的額定功率；V、V0分別為新型電力系統(tǒng)的實際電壓和起始電壓；Lf為新型電力系統(tǒng)中頻率發(fā)生改變時產(chǎn)生的有功功率。

1.3.4 儲層特性

電力系統(tǒng)中的能量存儲能夠緩解新能源不確定因素對電網(wǎng)的沖擊，促進新能源消納，降低運營成本。在負荷端，既能實現(xiàn)峰谷負荷，又能減少后備機組的容量，提高供電的柔性。模型的表達如公式（11）所示。

（11）

式中：Es（t）、Es（t-1）分別為t時段和（t-1）時段的電儲能容量；δs為儲能自放電率；ηsc為儲能充電效率；ηsd為儲能放電效率；Psc（t）、Psd（t）分別為充電、放電功率。

1.4 劃分新型電力系統(tǒng)網(wǎng)源荷儲協(xié)同控制等級

新型電力系統(tǒng)網(wǎng)源荷儲協(xié)同控制等級的劃分基于特征融合技術(shù)，將網(wǎng)源、負荷、儲能等各組成部分的特征信息進行全面、準確地提取和整合，并采用先進的優(yōu)化算法和模型預測控制技術(shù)，實現(xiàn)精細化管理和優(yōu)化控制。新型電力系統(tǒng)網(wǎng)源荷儲協(xié)同控制等級的劃分如公式（12）所示。

L=f（x，y，z） （12）

式中：L表示協(xié)同控制等級；x表示網(wǎng)源特征信息；y表示負荷特征信息；z表示儲能特征信息；f表示將這些特征信息進行融合并計算出協(xié)同控制等級的算法或模型。

新型電力系統(tǒng)網(wǎng)源荷儲協(xié)同控制等級見表1。表1將網(wǎng)源、負荷、儲能的特征信息進行了分類，并根據(jù)這些特征信息劃分了不同的協(xié)同控制等級。其中，L1級表示最低的控制等級，L5級表示最高的控制等級。在實際應用中，可以根據(jù)不同的需求和場景選擇相應的協(xié)同控制等級進行優(yōu)化和控制。同時，也可以根據(jù)實際情況和需求，對表1中的特征信息進行補充和完善。例如，可以增加更多的網(wǎng)源、負荷和儲能特征信息[6]，或者將特征信息進行組合和分解，以更好地適應不同的協(xié)同控制等級和應用場景。

綜上所述，劃分新型電力系統(tǒng)網(wǎng)源荷儲協(xié)同控制等級是基于特征融合技術(shù)的重要環(huán)節(jié)之一。通過劃分協(xié)同控制等級，可以更好地了解電力系統(tǒng)的實際情況和需求，提高電力系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性、經(jīng)濟性和環(huán)保性等。同時，也為進一步探索和研究新型電力系統(tǒng)網(wǎng)源荷儲協(xié)同控制技術(shù)提供了參考和依據(jù)。

2 試驗與結(jié)果分析

2.1 試驗準備

本文將某供電局110kV電網(wǎng)數(shù)據(jù)作為仿真案例數(shù)據(jù)。該新型電力系統(tǒng)拓撲圖如圖1所示，該新型電力系統(tǒng)的具體參數(shù)數(shù)據(jù)分別見表2和表3，其中電網(wǎng)的節(jié)點分類包括平衡節(jié)點、PQ節(jié)點與PV節(jié)點。

試驗環(huán)境如下：硬件為高性能服務器，包括CPU、內(nèi)存和存儲等；軟件為Python編程語言，使用TensorFlow、Keras等深度學習框架和發(fā)電機、變壓器、輸電線路、負荷等組件的模擬。網(wǎng)源荷儲設備包括各種電源設備（如風力發(fā)電機、光伏電池板等）、負荷設備（如電動機、電熱設備等）和儲能設備（如電池儲能系統(tǒng)、超級電容器等）。數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)用于采集電力系統(tǒng)和源荷儲設備的運行數(shù)據(jù)，包括電壓、電流和功率等參數(shù)。特征融合與協(xié)同控制算法實現(xiàn)設備即用于實現(xiàn)特征融合和協(xié)同控制算法的設備，包括高性能計算機、服務器或嵌入式系統(tǒng)等。其他輔助設備和儀器包括示波器、頻譜分析儀以及功率分析儀等，用于實時監(jiān)測和分析電力系統(tǒng)的運行狀態(tài)。

2.2 試驗說明

為測試本文設計的基于特征融合的新型電力系統(tǒng)網(wǎng)源荷儲協(xié)同控制方法的有效性，將其與含虛擬儲能的配網(wǎng)源荷協(xié)同區(qū)域穩(wěn)定控方法（方法1）、基于微電網(wǎng)群全消納的網(wǎng)源荷協(xié)同互動控制方法（方法2）做比較，以新型電力系統(tǒng)線路編號1、3、9、12、16、20、24為研究對象（見表3），對3種方法、7個線路負荷容量進行檢驗。

2.3 試驗結(jié)果分析

從試驗結(jié)果可以看出，方法1和方法2負荷容量較低，最高僅為11.82kW、13.72kW，而本文方法對各線路的負荷容量均在15kW以上，最高為33.20kW。證明該方法能夠增加負荷容量，提高新型電力系統(tǒng)網(wǎng)源荷儲協(xié)同控制的有效性。

3 結(jié)語

在新型電力系統(tǒng)網(wǎng)源荷儲協(xié)同控制中，特征融合技術(shù)具有至關(guān)重要的作用。將不同類型的特征信息進行融合能夠有效提高控制策略的準確性。在未來發(fā)展中，隨著智能化、自動化技術(shù)不斷進步，特征融合技術(shù)將在新型電力系統(tǒng)中發(fā)揮更大作用，為推動能源結(jié)構(gòu)的優(yōu)化和可持續(xù)發(fā)展提供有力支持。

參考文獻

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