含蓄热式电采暖接入的配网承载能力的机会约束评估方法

1.本发明涉及配电网规划领域，是一种含蓄热式电采暖接入的配网承载能力的机会约束评估方法。


背景技术：

2.蓄热式电采暖具有调节功率的大小与时间转移的能力，能主动参与电网调节；目前关于蓄热式电采暖的研究主要集中在提升可再生能源消纳量与设备参数优化配置的研究，所提出的蓄热式电采暖规划方案均没有考虑配网的承载潜力，都是在满足规划方案与改扩建方便前提下的建模，其结果可能会偏离实际，影响规划方案的可行性。因此，对当前配电网网架结构下承载的最大供热面积的评估是必要的。同时关于配电网最大承载能力计算，目前广泛采用的方法是基于典型日的确定性评估方法。这种确定性的评估方法，虽能以最大程度保证原始负荷正常用电，但已不适应于“双碳”目标下，电网调控模式必然会由“源随荷动”转向“源荷互动”的发展模式。有研究表明，利用需求响应技术对用户侧灵活性资源合理调控，可有效降低短时尖峰负荷，提升电网承载能力，减少电网的运行与规划成本。若忽略需求响应下用户主动参与电网调峰的积极作用，将会使得配网承载能力评估结果相对保守，在一定程度上制约了配网资源的充分利用。


技术实现要素：

3.本发明的目的是为了提供一种考虑了需求响应对配网承载能力的影响，能有效增大配网可承载的供热面积、提高配网利用率，并且能实现在当前配网结构以及需求响应下蓄热式电采暖接入规模的合理评估的方法。
4.含蓄热式电采暖接入的配网承载能力的机会约束评估方法，它包括以下步骤：
5.步骤一：获取气象数据与配网基础数据；
6.步骤二：建立热负荷需求模型，并采用聚类方法提取典型热负荷需求曲线；
7.步骤三：建立蓄热式电采暖系统与运行控制模型；
8.步骤四：建立含蓄热式电采暖接入的配网承载能力机会约束评估模型，依据负荷调节能力确定机会约束置信度；
9.步骤五：获取基于非参数核密度估计的配网基础用电负荷概率分布，依据机会约束置信度提取蓄热式电采暖接入配网的基础负荷曲线，对含机会约束条件的评估模型进行确定性转化；
10.步骤六：对转化后的评估模型进行求解，得到配网可承载的最大供热面积；
11.进一步的，所述气象数据与配网基础数据包括：
12.1)供暖季每日室外环境温度、每日相对湿度；
13.2)配网设备参数信息：配网网络拓扑结构；线路传输功率极限、配网变电站主变额定容量与最大负载率；
14.3)供暖季每日配网基础用电负荷数据；
15.步骤二中，建立热负荷需求模型并采用聚类方法提取典型热负荷需求曲线，首先利用室内体感温度计算热负荷需求，室内体感温度为式(1-2)：
16.a
t
＝-1.3+0.92
×
t
a,t
+2.2
×
p
a,t
ꢀꢀꢀ
(1)
[0017][0018]
式中：a
t
为t时刻室内体感温度；t
a,t
为t时刻空气温度；p
a,t
为实际水汽；r
t
为t时刻相对湿度；
[0019]
不同建筑类型的耗能特性不同，通常采用设计日热指标来描述。由于实际建筑耗热量受室内外温差影响较大，基于室内体感温度对热指标进行修正，修正公式如式(3)与式(4)：
[0020]
q'
k,t
＝qk·
φ
t
ꢀꢀꢀ
(3)
[0021]
φ
t
＝(c
n-a
t
)/[c
n-cw]
ꢀꢀꢀ
(4)
[0022]
式中：qk为第k类建筑设计日热指标，k＝1
…
k；q'
k,t
为t时刻第k类建筑实际热指标；φ
t
为t时刻实际供暖面积热指标修正值；cn为设计日室内温度；cw为设计日室外温度；
[0023]
热负荷需求模型：
[0024][0025]
式中：表示t时段节点i处热负荷需求量；ak表示第k类建筑占总供热面积比例；u
k,t
为0-1变量，即u
k,t
＝0表示第k类建筑在t时段没有热需求，u
k,t
＝1表示第k类建筑在t时段有热需求；xi为节点i覆盖的蓄热式电采暖供热面积；
[0026]
进一步的，依据步骤三所述的建立蓄热式电采暖系统与运行控制模型，其特征在于：
[0027]
1)蓄热式电采暖系统模型
[0028]
系统由电锅炉、蓄热水箱组成，电锅炉将从电网中获取的电能转换为热能，转换后的热能一部分供给热用户，一部分通过蓄热水箱存储。
[0029]
电锅炉的制热功率如式(6-7)所示：
[0030][0031][0032]
式中：为接入节点i的电锅炉t时刻制热功率；为接入节点i的电锅炉t时刻消耗的电功率；η
hp
为电锅炉制热效率；为接入节点i的蓄热水箱t时刻的蓄热功率；为接入节点i的电锅炉t时刻直供热功率；
[0033]
蓄热水箱用于在低谷时段蓄热，在用电高峰时段放热。其蓄热特性可表示为蓄热量与蓄/放热功率之间的关系：
[0034][0035]
[0036]
式中：η
loss
表示蓄热水箱的自放热损失系数；为节点i蓄热水箱t时刻的蓄热量；表示接入节点i蓄热水箱t时刻的放热功率；t1与t2分别表示低谷时段开始时刻与结束时刻，即低谷时段为22：00至次日8：00；t1'表示第二天低谷时段开始时刻；α为蓄热式电采暖渗透率，α∈[0,1]，其中当α＝1时表示蓄热水箱覆盖所有供热面积；δt为时间步长；
[0037]
蓄热式电采暖系统从电网侧获取电能，经过电锅炉电热转换，通过协调蓄热水箱的工作状态为用户提供热能。运行过程需满足热功率平衡：
[0038][0039]
2)蓄热式电采暖运行控制模型
[0040]
为保障配网安全可靠运行，接入配网的电锅炉最大总运行功率应满足：
[0041][0042]
式中：为接入配网的电锅炉在t时刻最大运行功率；为配网变电站t时刻可增最大传输功率；
[0043]
配网变电站可增传输功率是指配电网主变在考虑一定裕度以及基础负荷后允许增加的负荷量。配网变电站t时刻可增最大传输功率如式(12)：
[0044][0045]
式中：为配电变压器额定容量；δ为配电变压器最大负载率；为用电负荷额定功率因数；为供暖季配网变电站的t时刻基础负荷；
[0046]
由于蓄热水箱在低谷时段蓄热的特点，使其需要电网能够提供足够的电量，以满足高峰时段用户的热需求；为保证蓄热设备的稳定可靠运行，蓄热水箱运行功率通常限制在蓄热时段最小可增功率之内，相应蓄热容量也被限值在最小可增电量；但实际上，低谷时段可利用的电量相比最小可增电量要大得多；若将蓄热水箱的运行功率限制在配网最小承载能力内，低谷时段剩余电量将得不到充分利用；因此，将低谷时段可利用的电量视为影响蓄热水箱运行的关键因素之一，具体表达式如式(13-14)：
[0047][0048][0049]
式中：w
i.max
为节点i邻接的送电侧线路最大可利用低谷电量；α1为裕度系数；p
i,max
为节点i邻接供电侧支路传输功率极限；p
base,i,t
为t时刻节点i邻接供电侧支路基础负荷；为节点i接入的蓄热水箱最大蓄热量；
[0050]
进一步的，在步骤四中，含蓄热式电采暖接入的配网承载能力机会约束评估模型的目标函数为：
[0051][0052]
式中：m为评估区域内的节点数，i＝1
…
m；s为评估区域供热面积。
[0053]
进一步的，依据步骤四所述的含蓄热式电采暖接入的配网承载能力机会约束评估模型，其特征在于，所述含蓄热式电采暖接入的配网承载能力机会约束评估模型的约束条
件为：
[0054]
1)潮流约束
[0055]
p
base,t
+p
te
＝bθ
t
ꢀꢀꢀ
(16)
[0056]
式中：p
base,t
为t时刻配网注入的基础功率向量；p
te
为t时刻接入配网的电锅炉运行功率向量；b为节点电纳矩阵；θ
t
为t时刻节点相角向量。
[0057]
2)支路传输功率约束
[0058]
支路传输功率不应超过传输功率极限。
[0059]
0≤p
i,j,t
≤α2p
i,j,max
ꢀꢀꢀ
(17)
[0060]
式中：p
i,j,t
与p
i,j,max
为支路ij在t时刻传输功率及其极限，α2为裕度系数。
[0061]
3)节点相角约束
[0062]
θ
i,j,min
≤θ
i,j,t
≤θ
i,j,max
ꢀꢀꢀ
(18)
[0063]
式中：θ
i,j,max
与θ
i,j,min
分别为节点ij相角差上下限。
[0064]
4)热功率平衡约束
[0065]
热功率平衡约束如式(6)-式(10)。
[0066]
5)配网变电站可增传输功率约束
[0067]
接入配网的电锅炉总用电功率应小于允许接入配网的电锅炉最大用电功率。
[0068][0069]
6)蓄热水箱运行功率约束
[0070]
为充分利用低谷电量，考虑蓄热水箱跟踪线路低谷可利用功率运行。具体表达式如下：
[0071][0072][0073]
式中：为t时刻节点i上蓄热水箱运行最大功率。
[0074]
7)蓄热水箱蓄热量约束
[0075]
接入节点i的蓄热水箱在低谷时段的总蓄热量应小于允许的最大蓄热量。
[0076][0077]
考虑配网基础负荷是随机变量，上述不等式约束可以由机会约束表示：
[0078][0079]
式中：pr{
·
}为满足配网承载力评估约束条件的概率；β是预先设定的机会约束置信度，如0.95，1-β表示负荷可调节能力。
[0080]
进一步的，依据步骤五所述的含蓄热式电采暖接入的配网承载能力机会约束评估模型的确定性转化，其特征在于，为提高计算效率，借助配网基础负荷概率分布来确定配电网接入蓄热式电采暖的负荷基准值，将含机会约束条件的评估模型转化成确定性的评估模型：
[0081][0082]
式中：g(
·
)为式(23)中所有不等式约束；h(
·
)为等式约束；为保障电网运行安全可靠并给予需求响应合理的调节区间。
[0083]
采用非参数核密度估计配网基础用电负荷概率密度函数。设配网基础负荷历史数据为x1,
…
,xn,
…
,xn，则其概率密度函数的估计公式为：
[0084][0085]
式中：n为样本容量；h为带宽；k(
·
)为核函数。
[0086]
所述的含蓄热式电采暖接入的配网承载能力机会约束评估模型，采用gurobi优化软件进行。
[0087]
与现有技术相比，本发明具有如下技术效果：
[0088]
1)本发明在配网承载能力评估模型中对需求响应的影响进行了考虑，引入配网可利用低谷电量约束与描述配网基础用电负荷随机性的机会约束条件，在配网承载能力评估中将持续时间较短的尖峰负荷，利用需求响应下用户的灵活性资源匹配，通过“削峰”，减少配网规划中为满足小概率负荷高峰带来的巨额投资与资源浪费，同时还能够加大配网承载蓄热式电采暖规模，加快电能替代进程。
附图说明
[0089]
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：
[0090]
图1含蓄热式电采暖接入的配网承载能力的机会约束评估方法流程图；
[0091]
图2蓄热式电采暖系统结构图；
[0092]
图3河北省某农村地区配电网网络拓扑图；
[0093]
图4供热季单位建筑面积热负荷曲线及5个类簇示意图；
[0094]
图5供热季配网基础用电负荷概率分布函数曲线图；
[0095]
图6供热季配网变电站基础用电功率曲线图；
[0096]
图7不同评估方式配网承载能力评估结果示意图；
[0097]
图8不同评估方式下对应节点4的供电侧线路功率曲线图；
[0098]
图9为a＝0.2时方案三不同置信度下蓄热式电采暖接入规模示意图；
[0099]
图10为a＝0.2时方案三不同置信度下配网承载供热面积增长率曲线图。
具体实施方式
[0100]
含蓄热式电采暖接入的配网承载能力的机会约束评估方法流程图参照图1，包括以下步骤：
[0101]
步骤一：获取气象数据与配网基础数据：
[0102]
1)供暖季每日室外环境温度、每日相对湿度；
[0103]
2)配网设备参数信息：配网网络拓扑结构；线路传输功率极限、配网变电站主变额定容量与最大负载率；
[0104]
3)供暖季每日配网基础用电负荷数据；
[0105]
步骤二：建立热负荷需求模型，并采用聚类方法提取典型热负荷需求曲线；
[0106]
首先利用室内体感温度计算热负荷需求，室内体感温度为式(1-2)：
[0107]at
＝-1.3+0.92
×
t
a,t
+2.2
×
p
a,t
ꢀꢀꢀ
(1)
[0108][0109]
式中：a
t
为t时刻室内体感温度；t
a,t
为t时刻空气温度；p
a,t
为实际水汽；r
t
为t时刻相对湿度；
[0110]
不同建筑类型的耗能特性不同，通常采用设计日热指标来描述。由于实际建筑耗热量受室内外温差影响较大，基于室内体感温度对热指标进行修正，修正公式如式(3)与式(4)：
[0111]
q'
k,t
＝qk·
φ
t
ꢀꢀꢀ
(3)
[0112]
φ
t
＝(c
n-a
t
)/[c
n-cw]
ꢀꢀꢀ
(4)
[0113]
式中：qk为第k类建筑设计日热指标，k＝1
…
k；q'
k,t
为t时刻第k类建筑实际热指标；φ
t
为t时刻实际供暖面积热指标修正值；cn为设计日室内温度；cw为设计日室外温度；
[0114]
热负荷需求模型：
[0115][0116]
式中：表示t时段节点i处热负荷需求量；ak表示第k类建筑占总供热面积比例；u
k,t
为0-1变量，即u
k,t
＝0表示第k类建筑在t时段没有热需求，u
k,t
＝1表示第k类建筑在t时段有热需求；xi为节点i覆盖的蓄热式电采暖供热面积；
[0117]
步骤三：建立蓄热式电采暖系统与运行控制模型；
[0118]
1)蓄热式电采暖系统模型
[0119]
系统由电锅炉、蓄热水箱组成，如图2所示。电锅炉将从电网中获取的电能转换为热能，转换后的热能一部分供给热用户，一部分通过蓄热水箱存储。
[0120]
电锅炉的制热功率如式(6-7)所示：
[0121][0122][0123]
式中：为接入节点i的电锅炉t时刻制热功率；为接入节点i的电锅炉t时刻消耗的电功率；η
hp
为电锅炉制热效率；为接入节点i的蓄热水箱t时刻的蓄热功率；为接入节点i的电锅炉t时刻直供热功率；
[0124]
蓄热水箱用于在低谷时段蓄热，在用电高峰时段放热。其蓄热特性可表示为蓄热量与蓄/放热功率之间的关系：
[0125][0126][0127]
式中：η
loss
表示蓄热水箱的自放热损失系数；为节点i蓄热水箱t时刻的蓄热量；表示接入节点i蓄热水箱t时刻的放热功率；t1与t2分别表示低谷时段开始时刻与结束时刻，即低谷时段为22：00至次日8：00；t1'表示第二天低谷时段开始时刻；α为蓄热式电采暖渗透率，α∈[0,1]，其中当α＝1时表示蓄热水箱覆盖所有供热面积；δt为时间步长；
[0128]
蓄热式电采暖系统从电网侧获取电能，经过电锅炉电热转换，通过协调蓄热水箱的工作状态为用户提供热能。运行过程需满足热功率平衡：
[0129][0130]
2)蓄热式电采暖运行控制模型
[0131]
为保障配网安全可靠运行，接入配网的电锅炉最大总运行功率应满足：
[0132][0133]
式中：为接入配网的电锅炉在t时刻最大运行功率；为配网变电站t时刻可增最大传输功率；
[0134]
配网变电站可增传输功率是指配电网主变在考虑一定裕度以及基础负荷后允许增加的负荷量。配网变电站t时刻可增最大传输功率如式(12)：
[0135][0136]
式中：为配电变压器额定容量；δ为配电变压器最大负载率；为用电负荷额定功率因数；为供暖季配网变电站的t时刻基础负荷；
[0137]
由于蓄热水箱在低谷时段蓄热的特点，使其需要电网能够提供足够的电量，以满足高峰时段用户的热需求；为保证蓄热设备的稳定可靠运行，蓄热水箱运行功率通常限制
在蓄热时段最小可增功率之内，相应蓄热容量也被限值在最小可增电量；但实际上，低谷时段可利用的电量相比最小可增电量要大得多；若将蓄热水箱的运行功率限制在配网最小承载能力内，低谷时段剩余电量将得不到充分利用；因此，将低谷时段可利用的电量视为影响蓄热水箱运行的关键因素之一，具体表达式如式(13-14)：
[0138][0139][0140]
式中：w
i.max
为节点i邻接的送电侧线路最大可利用低谷电量；α1为裕度系数；p
i,max
为节点i邻接供电侧支路传输功率极限；p
base,i,t
为t时刻节点i邻接供电侧支路基础负荷；为节点i接入的蓄热水箱最大蓄热量；
[0141]
步骤四：建立含蓄热式电采暖接入的配网承载能力机会约束评估模型，依据负荷调节能力确定机会约束置信度；
[0142]
当含蓄热式电采暖的配网承载能力评估中考虑配网基础负荷的随机性影响时，若保障任何气候条件下都不影响配网基础负荷正常用电，配网可承载的供热规模将很小，电网投资费用大但资源实际利用率低。一个合理的选择是使系统运行在约束条件之内的概率达到一个可接受的值，并结合需求响应下负荷可调节能力确定置信度大小。
[0143]
由于蓄热式电采暖多采用以建筑为单位的集中供暖，因此直接建立以配网承载供热面积最大为目标的评估模型更具有现实意义。
[0144]
含蓄热式电采暖接入的配网承载能力机会约束评估模型的目标函数为：
[0145][0146]
式中：m为评估区域内的节点数，i＝1
…
m；s为评估区域供热面积。
[0147]
含蓄热式电采暖接入的配网承载能力机会约束评估模型的约束条件为：
[0148]
1)潮流约束
[0149]
p
base,t
+p
te
＝bθ
t
ꢀꢀꢀ
(16)
[0150]
式中：p
base,t
为t时刻配网注入的基础功率向量；p
te
为t时刻接入配网的电锅炉运行功率向量；b为节点电纳矩阵；θ
t
为t时刻节点相角向量。
[0151]
2)支路传输功率约束
[0152]
支路传输功率不应超过传输功率极限。
[0153]
0≤p
i,j,t
≤α2p
i,j,max
ꢀꢀꢀ
(17)
[0154]
式中：p
i,j,t
与p
i,j,max
为支路ij在t时刻传输功率及其极限，α2为裕度系数。
[0155]
3)节点相角约束
[0156]
θ
i,j,min
≤θ
i,j,t
≤θ
i,j,max
ꢀꢀꢀ
(18)
[0157]
式中：θ
i,j,max
与θ
i,j,min
分别为节点ij相角差上下限。
[0158]
4)热功率平衡约束
[0159]
热功率平衡约束如式(6)-式(10)。
[0160]
5)配网变电站可增传输功率约束
[0161]
接入配网的电锅炉总用电功率应小于允许接入配网的电锅炉最大用电功率。
[0162][0163]
6)蓄热水箱运行功率约束
[0164]
为充分利用低谷电量，考虑蓄热水箱跟踪线路低谷可利用功率运行。具体表达式如下：
[0165][0166][0167]
式中：为t时刻节点i上蓄热水箱运行最大功率。
[0168]
7)蓄热水箱蓄热量约束
[0169]
接入节点i的蓄热水箱在低谷时段的总蓄热量应小于允许的最大蓄热量。
[0170][0171]
考虑配网基础负荷是随机变量，上述不等式约束可以由机会约束表示：
[0172][0173]
式中：pr{
·
}为满足配网承载力评估约束条件的概率；β是预先设定的机会约束置信度，如0.95，1-β表示负荷可调节能力。
[0174]
步骤五：获取基于非参数核密度估计的配网基础用电负荷概率分布，依据机会约束置信度提取蓄热式电采暖接入配网的基础负荷曲线，对含机会约束条件的评估模型进行确定性转化；
[0175]
为提高计算效率，借助配网基础负荷概率分布来确定配电网接入蓄热式电采暖的负荷基准值，并代入模型中求解；将含机会约束条件的评估模型转化成确定性的评估模型：
[0176][0177]
式中：g(
·
)为式(23)中所有不等式约束；h(
·
)为等式约束；为保障电网运行安全
可靠并给予需求响应合理的调节区间。
[0178]
采用非参数核密度估计配网基础用电负荷概率密度函数。设配网基础负荷历史数据为x1,
…
,xn,
…
,xn，则其概率密度函数的估计公式为：
[0179][0180]
式中：n为样本容量；h为带宽；k(
·
)为核函数。
[0181]
步骤六：对转化后的评估模型进行求解，得到配网可承载的最大供热面积；
[0182]
上述的含蓄热式电采暖接入的配网承载能力机会约束评估模型，采用gurobi优化软件进行。
[0183]
下面利用附图和实施例对本发明的含蓄热式电采暖接入的配网承载能力的机会约束评估方法作进一步说明。
[0184]
结合河北省某农村配网进行算例分析，该配网有18个节点，17条支路，其网络拓扑结构参照图3，网络参数参照表1。
[0185]
表1评估区域配电网网络参数
[0186][0187]
考虑到农村地区居民生活习惯相对固定，因此以学校、居民楼、医院与办公楼四种典型建筑为例，来进行配电网最大承载能力评估。各类建筑供热时间与设计日热指标参照表2。
[0188]
表2建筑热负荷需求时间与设计日热指标
[0189][0190]
运用热负荷需求模型计算出供暖季每日单位建筑面积热负荷需求，如图4所示。针对整个供热季进行配网承载能力评估，会导致变量过多，为提高计算效率，考虑采用k-means聚类方法将150d聚为5类以代表整个供热季。并将聚类中心作为配网承载能力评估典型热负荷曲线，如图4中粗实线。通过搜集到的供热季配网基础负荷历史用电数据，利用非参数核密度法估计其概率分布如图5所示。置信度为0.95与最大负荷日配网变电站基础用电负荷曲线，如图6所示。
[0191]
在上述计算条件下，应用本发明的含蓄热式电采暖接入的配网承载能力的机会约束评估方法对实施例的配网承载能力评估结果如下：
[0192]
为验证所提出的考虑配网可利用低谷电量的含蓄热式电采暖接入的配网承载能力机会约束评估模型的有效性，本发明将比较三种评估方式对配网承载能力的影响。具体如下所述：
[0193]
方案一：基于最大负荷日，蓄热水箱运行功率最大不超过线路可利用功率下限的评估模型。
[0194]
方案二：基于最大负荷日，蓄热水箱运行功率跟踪低谷时段可利用功率的评估模型。
[0195]
方案三：本发明提出的含蓄热式电采暖接入的配网承载能力机会约束评估模型。
[0196]
选取电锅炉接入节点4，来考察不同评估方案对配网承载能力的影响，评估结果参照图7。
[0197]
由图7可知，对比方案二与方案三，由于需求响应的激励能够实现用户侧主动参与电网调节，配网功率裕度增大，可承载的供热规模也随之增大。不同渗透率下，考虑负荷可调节能力的评估方式能够使配网承载的供热面积提升5％以上。对比方案一与方案二，以渗透率0.2为例，三种评估方式下节点4供电侧线路的逐时功率曲线如图8所示。方案二与方案三的线路低谷电量利用率均达到100％。相比方案一，方案二低谷电量利用率增加了12.2％，蓄热量增加了20.5％，相应供热规模能提升8000m2。验证了考虑配网可利用低谷电量的承载能力评估方式，能更加充分的利用配网供电裕量，更有效的提高配网承载的最大供热规模。综合比较三种评估方式，本发明提出的含蓄热式电采暖接入的配网承载能力机会约束评估模型能够更好的挖掘当前网架结构下配网接纳蓄热式电采暖负荷的潜力。比较方案三与方案一，不同渗透率下，配网承载的供热规模平均提升24％，相应的配网线路低谷电量利用率能够提升12％，夜间蓄热量也能够提升27％。
[0198]
为研究负荷可调节能力对所提评估模型的影响，作了如下算例分析：以渗透率为0.2为例，在置信度取值为0.85～1下，按照所提方法分别做优化求解，得到不同置信度下的配网承载能力，如图9所示；计算不同置信度下的配网可承载供热规模增长率，如图10所示。
[0199]
由图9可知随着置信度的不断下降，负荷可调节能力的不断增强，配网承载的最大
供热面积也不断上升。这表明，通过制定合理的需求响应激励政策，提高负荷侧主动参与电网调节的积极性，在现有配网网络拓扑结构下，配网将承载更大的供热面积。由图10可知，虽然负荷可调节能力与配网承载供热规模变化呈现正相关，但供热规模增长率波动明显。配网可承载的供热规模变化的增长率分别在置信度为0.94与0.88时达到极值，这对于配电网规划具有参考意义：在配电网规划中可综合考虑需求响应技术与配网供热面积增长率来选取合适的机会约束置信度，以制定经济合理的蓄热式电采暖规划方案。

技术特征：
1.含蓄热式电采暖接入的配网承载能力的机会约束评估方法，其特征在于，它包括以下步骤：步骤一：获取气象数据与配网基础数据；步骤二：建立热负荷需求模型，并提取典型热负荷需求曲线；步骤三：建立蓄热式电采暖系统与运行控制模型；步骤四：建立含蓄热式电采暖接入的配网承载能力机会约束评估模型，并依据负荷调节能力确定机会约束置信度；步骤五：获取基于非参数核密度估计的配网基础用电负荷概率分布，依据机会约束置信度提取蓄热式电采暖接入配网的基础负荷曲线，对机会约束的评估模型进行确定性转化；步骤六：对转化后的评估模型进行求解，得到配网可承载的最大供热面积。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤一中，气象数据与配网基础数据包括以下几类：1)供暖季每日室外环境温度、每日相对湿度；2)配网设备参数信息：配网网络拓扑结构；线路传输功率极限、配网变电站主变额定容量与最大负载率；3)供暖季每日配网基础用电负荷数据。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤二中，在建立热负荷需求模型时，采用以下步骤：利用室内体感温度计算热负荷需求，室内体感温度为式(1)与式(2)：a
t
＝-1.3+0.92
×
t
a,t
+2.2
×
p
a,t
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)式中：a
t
为t时刻室内体感温度；t
a,t
为t时刻空气温度；p
a,t
为实际水汽；r
t
为t时刻相对湿度；不同建筑类型的耗能特性不同，通常采用设计日热指标来描述，由于实际建筑耗热量受室内外温差影响较大，基于室内体感温度对热指标进行修正，修正公式如式(3)与式(4)：q'
k,t
＝q
k
·
φ
t
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)φ
t
＝(c
n-a
t
)/[c
n-c
w
]
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(4)式中：q
k
为第k类建筑设计日热指标，k＝1
…
k；q'
k,t
为t时刻第k类建筑实际热指标；φ
t
为t时刻实际供暖面积热指标修正值；c
n
为设计日室内温度；c
w
为设计日室外温度；热负荷需求模型：式中：表示t时段节点i处热负荷需求量；a
k
表示第k类建筑占总供热面积比例；u
k,t
为0-1变量，即u
k,t
＝0表示第k类建筑在t时段没有热需求，u
k,t
＝1表示第k类建筑在t时段有热需求；x
i
为节点i覆盖的蓄热式电采暖供热面积。4.根据权利要求1所述的方法，在步骤三中所述的建立蓄热式电采暖系统与运行控制
模型，其特征在于：1)蓄热式电采暖系统模型系统由电锅炉、蓄热水箱组成，电锅炉将从电网中获取的电能转换为热能，转换后的热能一部分供给热用户，一部分通过蓄热水箱存储；电锅炉的制热功率如式(6-7)所示：7)所示：式中：为接入节点i的电锅炉t时刻制热功率；为接入节点i的电锅炉t时刻消耗的电功率；η
hp
为电锅炉制热效率；为接入节点i的蓄热水箱t时刻的蓄热功率；为接入节点i的电锅炉t时刻直供热功率；蓄热水箱用于在低谷时段蓄热，在用电高峰时段放热，其蓄热特性可表示为蓄热量与蓄/放热功率之间的关系：蓄/放热功率之间的关系：式中：η
loss
表示蓄热水箱的自放热损失系数；为节点i蓄热水箱t时刻的蓄热量；表示接入节点i蓄热水箱t时刻的放热功率；t1与t2分别表示低谷时段开始时刻与结束时刻，即低谷时段为22：00至次日8：00；t1'表示第二天低谷时段开始时刻；α为蓄热式电采暖渗透率，α∈[0,1]，其中当α＝1时表示蓄热水箱覆盖所有供热面积；δt为时间步长；蓄热式电采暖系统从电网侧获取电能，经过电锅炉电热转换，通过协调蓄热水箱的工作状态为用户提供热能，运行过程需满足热功率平衡：2)蓄热式电采暖运行控制模型为保障配网安全可靠运行，接入配网的电锅炉最大总运行功率应满足：式中：为接入配网的电锅炉在t时刻最大运行功率；为配网变电站t时刻可增最大传输功率；配网变电站可增传输功率是指配电网主变在考虑一定裕度以及基础负荷后允许增加的负荷量，配网变电站t时刻可增最大传输功率如式(12)：式中：为配电变压器额定容量；δ为配电变压器最大负载率；为用电负荷额定功率因数；为供暖季配网变电站的t时刻基础负荷；由于蓄热水箱在低谷时段蓄热的特点，使其需要电网能够提供足够的电量，以满足高峰时段用户的热需求；为保证蓄热设备的稳定可靠运行，蓄热水箱运行功率通常限制在蓄
热时段最小可增功率之内，相应蓄热容量也被限值在最小可增电量；但实际上，低谷时段可利用的电量相比最小可增电量要大得多；若将蓄热水箱的运行功率限制在配网最小承载能力内，低谷时段剩余电量将得不到充分利用；因此，将低谷时段可利用的电量视为影响蓄热水箱运行的关键因素之一，蓄具体表达式如式(13-14)：14)：式中：w
i.max
为节点i邻接的送电侧线路最大可利用低谷电量；α1为裕度系数；p
i,max
为节点i邻接供电侧支路传输功率极限；p
base,i,t
为t时刻节点i邻接供电侧支路基础负荷；为节点i接入的蓄热水箱最大蓄热量。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤四中，含蓄热式电采暖接入的配网承载能力机会约束评估模型的目标函数为：式中：m为评估区域内的节点数，i＝1
…
m；s为评估区域供热面积。6.根据权利要求1或5所述的方法，其特征在于，在步骤四中，含蓄热式电采暖接入的配网承载能力机会约束评估模型的约束条件为：1)潮流约束p
base,t
+p
te
＝bθ
t
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(16)式中：p
base,t
为t时刻配网注入的基础功率向量；p
te
为t时刻接入配网的电锅炉运行功率向量；b为节点电纳矩阵；θ
t
为t时刻节点相角向量；2)支路传输功率约束支路传输功率不应超过传输功率极限：0≤p
i,j,t
≤α2p
i,j,max
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(17)式中：p
i,j,t
与p
i,j,max
为支路ij在t时刻传输功率及其极限，α2为裕度系数：3)节点相角约束θ
i,j,min
≤θ
i,j,t
≤θ
i,j,max
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(18)式中：θ
i,j,max
与θ
i,j,min
分别为节点ij相角差上下限；4)热功率平衡约束热功率平衡约束如式(6)-式(10)；5)配网变电站可增传输功率约束接入配网的电锅炉总用电功率应小于允许接入配网的电锅炉最大用电功率：6)蓄热水箱运行功率约束为充分利用低谷电量，考虑蓄热水箱跟踪线路低谷可利用功率运行，具体表达式如下：
式中：为t时刻节点i上蓄热水箱运行最大功率；7)蓄热水箱蓄热量约束接入节点i的蓄热水箱在低谷时段的总蓄热量应小于允许的最大蓄热量：考虑配网基础负荷是随机变量，上述不等式约束可以由机会约束表示：式中：p
r
{
·
}为满足配网承载力评估约束条件的概率；β是预先设定的机会约束置信度，如0.95，1-β表示负荷可调节能力。7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤五中，将含机会约束条件的评估模型转化成确定性的评估模型：式中：g(
·
)为式(23)中所有不等式约束；h(
·
)为等式约束；为保障电网运行安全可靠并给予需求响应合理的调节区间；采用非参数核密度估计配网基础用电负荷概率密度函数，设配网基础负荷历史数据为x1,
…
,x
n
,
…
,x
n
，则其概率密度函数的估计公式为：式中：n为样本容量；h为带宽；k(
·
)为核函数。

技术总结
含蓄热式电采暖接入的配网承载能力的机会约束评估方法，包括获取气象数据与配网数据；建立热负荷需求模型，并采用聚类方法提取典型热负荷需求曲线；建立蓄热式电采暖系统与运行控制模型；建立含蓄热式电采暖接入的配网承载能力评估模型，并依据负荷调节能力确定机会约束置信度；获取基于非参数核密度估计的配网基础用电负荷概率分布，依据机会约束置信度提取蓄热式电采暖接入配网的基础负荷曲线，对含机会约束的评估模型进行确定性转化；对转化后的评估模型进行求解，得到配网可承载的最大供热面积。本发明能有效增大配网可承载的供热面积，提高配网利用率，实现在当前配网结构以及需求响应下蓄热式电采暖接入规模的合理评估。估。估。


技术研发人员：周云海 宋德璟 贾倩 辛月杰 张韬 李伟 石亮波 张智颖 陈奥洁 李伟
受保护的技术使用者：三峡大学
技术研发日：2021.11.26
技术公布日：2022/3/8