计及电网脆弱性的柔性负荷互动能力量化评估方法研究

The positive interaction between the ‘grid’ and ‘load’ is conducive to the safe, economical and reliable operation of power grid. However, with increasing penetration of the demand response, electric vehicles, energy storage and other flexible load in the future grid, the randomness, autonomy and disorder of the flexible load response will deteriorate the power grid operating conditions and bring new risk sources to the power system vulnerability in response to this forward-looking issue, we research on the modeling techniques of multi-pattern flexible load multi-response, considering the characteristic variation inner and outer of the flexible load; as well as propose the estimate indices of interactive ability according to the characteristics of load response, the effects of interaction and the vulnerability of the power grid. On the base of these, we propose the method of estimating the interactive ability of flexible loads quantitively. This project is very important for the flexible load to participate in the operation and control of power grid. And the research achievement will be expected to establish the theoretical basis of the ‘early’ security and defense system for the future power grid in a complex interactive environment.

随着需求响应、电动汽车、储能等柔性负荷在未来电网中的渗透率不断增加，虽然，“网”与“荷”之间的良性互动有利于电网安全经济可靠地运行，但柔性负荷响应的随机性、自主性、无序性将会劣化系统运行工况，给电力系统脆弱性带来新的风险源。针对这一前瞻性问题，本课题结合柔性负荷内外部特性的变化，研究柔性负荷多形态多响应的建模技术；从负荷响应特性、互动效果和电网脆弱性三个方面提出互动能力的评估指标，并在此基础上提出柔性负荷互动能力的量化评估方法。本课题研究对于柔性负荷参与电网调控运行有着重要意义。研究成果预期将为未来电网在复杂互动环境下的“早期”安全防御建立理论支撑。

随着需求响应负荷、电动汽车、储能等柔性负荷在电网中的渗透率不断增加，一方面，大量柔性负荷为电网提供了额外的平衡能力，另一方面，柔性负荷响应的随机性给电网安全运行带来新的风险源。为掌握柔性负荷参与电网调控运行的能力，引导互动向有利于电网安全运行方向进行，本项目在柔性负荷综合响应建模技术、互动能力量化评估方法、柔性负荷控制策略等方面展开了深入研究。.在柔性负荷聚合建模方面，根据模型之间的渐进关系，逐步建立“单形态单响应模型”、“单形态多响应模型”和“多形态多响应模型”。并以温控负荷为例，建立了温控负荷的近似聚合模型，利用该模型能够方便、快速地确定温控负荷聚合功率的估计值及上下限范围，聚合精度能够满足电网调度中心的决策需求。.在柔性负荷互动能力量化评估方面，从柔性负荷的互动参与度、互动效果和电网安全性三个方面构建了评估指标体系，并设计了计及互动演变过程的双层迭代评估流程，通过内外双层的循环计算，计算出各评估指标在互动过程中随时间的变化值，从而对柔性负荷的互动效果及互动影响进行综合评估。IEEE 标准算例和某实际电网算例的分析结果验证了模型、指标和分析方法的有效性，研究成果能够为调度中心制定合理的互动策略提供参考依据。.在柔性负荷控制策略方面，基于多智能体系统和一致性控制理论，提出了柔性负荷参与有功实时平衡的“分布自治、集中协调”的控制模式，设计了调度中心优化调度策略和负荷代理内部一致性控制策略，通过IEEE标准算例和某实际电网算例对控制策略的有效性以及不同通信条件下的鲁棒性进行了验证。仿真结果表明，通过设计合适的一致性协议，利用多智能体之间的分布式协调控制能够有效实现对海量柔性负荷的间接控制，为调度中心引导柔性负荷参与系统有功控制提供了一种新的思路。