基于用戶側(cè)管理的網(wǎng)—荷多目標(biāo)調(diào)度模型

封士元 田書

摘 要：針對(duì)現(xiàn)階段配電網(wǎng)智能化程度低、與微網(wǎng)聯(lián)合調(diào)度經(jīng)濟(jì)性差等問題，在考慮實(shí)時(shí)電價(jià)計(jì)費(fèi)和完全利用微網(wǎng)電能的情況下，利用主動(dòng)配電網(wǎng)技術(shù)構(gòu)建以配電網(wǎng)-微網(wǎng)運(yùn)維支出最低、聯(lián)合調(diào)度環(huán)境損耗最小和用戶負(fù)荷波動(dòng)最平緩為優(yōu)化目標(biāo)的調(diào)度模型?；诟咚辜訖?quán)粒子群算法，求解調(diào)度模型最優(yōu)方案。以添加風(fēng)機(jī)、光伏、微燃機(jī)及儲(chǔ)能裝置的配電網(wǎng)為算例模型，通過比較3種運(yùn)行方式，分析配網(wǎng)添加微電源、儲(chǔ)能裝置和改變拓?fù)鋵?duì)優(yōu)化目標(biāo)的影響，時(shí)延結(jié)果驗(yàn)證了該方法有效性。

關(guān)鍵詞：主動(dòng)配電網(wǎng);微網(wǎng);用戶側(cè)管理;改進(jìn)粒子群算法;控制策略

DOI：10. 11907/rjdk. 182126

中圖分類號(hào)：TP301文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1672-7800（2019）004-0064-05

0 引言

由于各類型微電源在配電網(wǎng)大規(guī)模接入，對(duì)配電網(wǎng)產(chǎn)生重大改變，使原有配網(wǎng)到用戶的單向能量流變?yōu)榕渚W(wǎng)到用戶、微網(wǎng)到用戶及微網(wǎng)到配網(wǎng)的復(fù)雜多變的能量流和信息流體系[1-2]?，F(xiàn)階段配電網(wǎng)智能化程度不高，與微網(wǎng)結(jié)合后整體聯(lián)合調(diào)度經(jīng)濟(jì)性不理想，而主動(dòng)配電網(wǎng)技術(shù)能綜合考慮信息交互、數(shù)據(jù)分析、綜合聯(lián)動(dòng)等多個(gè)層面，并快速給出效益最優(yōu)的解決方案，因此利用主動(dòng)配電網(wǎng)技術(shù)是解決新形勢下配網(wǎng)復(fù)雜問題的有效方法[3]。

目前，在配電網(wǎng)與微網(wǎng)（雙網(wǎng)）聯(lián)合調(diào)度方面，國內(nèi)外專家學(xué)者已開展大量相關(guān)研究。文獻(xiàn)[4]提出一種三階段魯棒優(yōu)化調(diào)度方法，該方法解決了因分布式電源出力不確定對(duì)配電網(wǎng)的不利影響，并且調(diào)度模型考慮了電力設(shè)備投切次數(shù)和配電網(wǎng)電壓波動(dòng)的限制，仿真結(jié)果證明了模型有效性;文獻(xiàn)[5]建立了以年綜合成本和微網(wǎng)自供電能力為優(yōu)化目標(biāo)的微網(wǎng)與配電網(wǎng)聯(lián)合調(diào)度模型，重點(diǎn)解決了配網(wǎng)中儲(chǔ)能裝置的容量分配問題，以及在微網(wǎng)不同分布情況下各優(yōu)化結(jié)果，最終驗(yàn)證了模型能夠取得良好的經(jīng)濟(jì)和減排效益;文獻(xiàn)[6]在主動(dòng)配電網(wǎng)的優(yōu)化調(diào)度中考慮配網(wǎng)拓?fù)潇`活改變的情況，拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的靈活改變能最大限度利用微網(wǎng)電能，實(shí)現(xiàn)配網(wǎng)與微網(wǎng)聯(lián)合調(diào)度的經(jīng)濟(jì)效益最優(yōu)，同時(shí)比較了改進(jìn)和聲算法、標(biāo)準(zhǔn)和聲算法以及遺傳算法在作為模型求解器時(shí)的優(yōu)劣情況;文獻(xiàn)[7]、[8]的數(shù)學(xué)模型實(shí)質(zhì)都是在滿足潮流分布情況下單一地通過實(shí)時(shí)電價(jià)調(diào)節(jié)中斷負(fù)荷的使用區(qū)間，提高負(fù)荷使用的經(jīng)濟(jì)性。綜上所述，現(xiàn)有文獻(xiàn)考慮影響雙網(wǎng)聯(lián)合調(diào)度效益的因素較為單一，不能全面反映聯(lián)合調(diào)度對(duì)經(jīng)濟(jì)、社會(huì)帶來的效益。

本文以含風(fēng)能、太陽能、微燃機(jī)及儲(chǔ)能裝置的IEEE33拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為例，通過短期風(fēng)、光和微燃機(jī)出力預(yù)測值，在潮流最優(yōu)情況下，以配電網(wǎng)運(yùn)維支出、環(huán)境損耗以及負(fù)荷波動(dòng)最小為優(yōu)化目標(biāo)，建立用戶依據(jù)實(shí)時(shí)電價(jià)響應(yīng)動(dòng)作的配電網(wǎng)與微網(wǎng)聯(lián)合調(diào)度模型。為解決多目標(biāo)尋優(yōu)問題，本文采用高斯加權(quán)粒子群算法，并對(duì)3種運(yùn)行模式分別仿真分析得出最優(yōu)方案，算例結(jié)果驗(yàn)證了調(diào)度模型的經(jīng)濟(jì)性和有效性。

4 算例模型與結(jié)果分析

仿真采用IEEE33節(jié)點(diǎn)配電系統(tǒng)[17]，如圖2所示。主饋線節(jié)點(diǎn)1-17為工業(yè)負(fù)荷，分支節(jié)點(diǎn)18-21、22-24、25-32為居民負(fù)荷?？紤]到用戶用電習(xí)慣，認(rèn)為可削減居民負(fù)荷不超過總居民負(fù)荷的10%，可轉(zhuǎn)移居民負(fù)荷不超過總居民負(fù)荷30%。節(jié)點(diǎn)3-4和節(jié)點(diǎn)9-10的光伏及風(fēng)機(jī)裝機(jī)容量取0.1MW，節(jié)點(diǎn)17的光伏和儲(chǔ)能裝機(jī)容量分別取1MW和0.7MW，節(jié)點(diǎn)20的微燃機(jī)裝機(jī)容量取0.7MW，節(jié)點(diǎn)32的風(fēng)機(jī)和儲(chǔ)能裝機(jī)容量分別取1MW和0.7MW。風(fēng)電、光伏以及微燃機(jī)的并網(wǎng)電價(jià)分別為0.6元/kWh、1元/kWh和0.8元/kWh;用戶固定電價(jià)為0.56元/kWh[18]。儲(chǔ)能裝置充放電效率取90%。以微網(wǎng)所發(fā)電能全額利用為前提，選擇3種運(yùn)行方式進(jìn)行實(shí)驗(yàn)對(duì)比：①方式1為含微網(wǎng)和儲(chǔ)能的新型配電網(wǎng)，但不考慮拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)改變;②方式2為含微網(wǎng)和儲(chǔ)能的新型配電網(wǎng)，并考慮拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)改變;③方式3為無微網(wǎng)和儲(chǔ)能接入的傳統(tǒng)配電網(wǎng)。

模型計(jì)算所需的必要數(shù)據(jù)包括工業(yè)負(fù)荷和居民負(fù)荷的日前負(fù)荷預(yù)測，光伏、風(fēng)電和微燃機(jī)的日前預(yù)測出力，儲(chǔ)能1和儲(chǔ)能2的出力計(jì)劃及基準(zhǔn)實(shí)時(shí)電價(jià)分別從文獻(xiàn)[19]、文獻(xiàn)[5]和文獻(xiàn)[20]獲取;表1為微燃機(jī)和配電網(wǎng)的污染物排放成本和系數(shù)，表2分別光伏、風(fēng)機(jī)、微燃機(jī)和儲(chǔ)能電池的運(yùn)行維護(hù)成本。

4.1 3種調(diào)度方式經(jīng)濟(jì)性分析

表3為3種調(diào)度方式在目標(biāo)函數(shù)取最優(yōu)時(shí)負(fù)荷和拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的調(diào)整方法，由于方式3不考慮需求響應(yīng)策略和拓?fù)涓淖儯虼嗽诒?中不出現(xiàn)方式3的調(diào)控?cái)?shù)據(jù)。

對(duì)表3、表4數(shù)據(jù)經(jīng)濟(jì)性分析可得出以下3點(diǎn)結(jié)論：①由于實(shí)時(shí)電價(jià)的影響，用戶晚間響應(yīng)負(fù)荷削減和轉(zhuǎn)移的力度最大，且在負(fù)荷轉(zhuǎn)移時(shí)隙選擇上也基本選擇為用電低谷時(shí)期，負(fù)荷轉(zhuǎn)移的時(shí)間跨度也在約束范圍內(nèi);②網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涓淖儾粌H能直接降低線路損耗，而且能提高清潔能源的帶負(fù)載效率，方式2環(huán)境損耗比方式1低37.5%，方式3沒有清潔能源接入，其環(huán)境損耗最高;③方式1和方式2總費(fèi)用支出分別比方式3低3%和5%。

4.2 3種調(diào)度方式負(fù)荷波動(dòng)分析

通過對(duì)看圖3、圖4、圖5直觀觀察，可以看出圖3、圖4的負(fù)荷波動(dòng)情況優(yōu)于圖5，從具體數(shù)值分析比較可得出以下結(jié)論：①從峰谷差值上看，方式1、方式2和方式3的峰谷差值分別為530kWh、587kWh、690kWh，方式1和方式2的峰谷差值相較于方式3分別減少了約23%和15%;②從均方差比較來看，方式1、方式2和方式3的均方差分別為145kWh、146.27kWh、237.96kWh，方式1和方式2的負(fù)荷波動(dòng)率相較于方式3分別減少了約39%和38%。

4.3 3種調(diào)度方式節(jié)點(diǎn)電壓波動(dòng)分析

由圖6可以看出方式1、方式2和方式3的最高節(jié)點(diǎn)電壓數(shù)值均未超過電壓上限，屬正常區(qū)間，但方式3的最低節(jié)點(diǎn)電壓數(shù)值在第22時(shí)出現(xiàn)輕微越限，此時(shí)存在配電網(wǎng)安全運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)上升的可能，但在方式1和方式2條件下最低節(jié)點(diǎn)電壓數(shù)值均被控制在正常區(qū)間內(nèi)，表明微網(wǎng)及儲(chǔ)能裝置的接入能有效提高配電網(wǎng)安全運(yùn)行可靠性。

5 結(jié)語

本文以IEEE33為配電網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，建立了含微網(wǎng)和儲(chǔ)能裝置的配電網(wǎng)-微網(wǎng)聯(lián)合調(diào)度模型，并采用基于高斯加權(quán)改進(jìn)粒子群算法求解得到3種不同調(diào)度方式下的最優(yōu)方案，結(jié)果顯示在以經(jīng)濟(jì)性最優(yōu)為前提時(shí)具有拓?fù)湔{(diào)節(jié)能力的方式2減少配電網(wǎng)運(yùn)維支出和環(huán)境損耗的力度最大，同時(shí)也能降低負(fù)荷波動(dòng)，避免電壓越限，增強(qiáng)了配電網(wǎng)可靠性、安全性和經(jīng)濟(jì)性，為配網(wǎng)調(diào)度提供可靠參考，對(duì)電網(wǎng)企業(yè)和用戶均能產(chǎn)生較好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。在電網(wǎng)智能化趨勢下，配網(wǎng)拓?fù)涓淖儗⒊蔀閷?shí)現(xiàn)潮流優(yōu)化、降低網(wǎng)絡(luò)損耗、建設(shè)堅(jiān)強(qiáng)電網(wǎng)的重要手段，在今后的電網(wǎng)管理研究中應(yīng)給予更多關(guān)注。

另外本文受篇幅限制，僅對(duì)電能質(zhì)量電壓越限問題進(jìn)行了分析比較，后續(xù)研究還可從靜態(tài)或動(dòng)態(tài)分析等多個(gè)角度，分析在該網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湎碌木W(wǎng)絡(luò)安全問題，進(jìn)一步提高智能配電網(wǎng)運(yùn)營的安全可靠性。

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（責(zé)任編輯：江 艷）