曾 鳴，彭麗霖 ，王麗華，李源非 ，程 敏，孫辰軍

（1.華北電力大學(xué) 新能源電力系統(tǒng)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 102206；2.華北電力大學(xué) 經(jīng)濟(jì)與管理學(xué)院，北京 102206；3.國網(wǎng)安徽省電力公司安慶供電公司，安徽 安慶 246000；4.國網(wǎng)河北省電力公司，河北 石家莊 050000）

0 引言

有效推進(jìn)能源革命是面對(duì)能源供需格局新變化、國際能源發(fā)展新趨勢(shì)，保障國家能源安全的重要基礎(chǔ)和根本方向。能源互聯(lián)網(wǎng)作為具有開放、互聯(lián)、共享、對(duì)等特征的新型能源利用體系將顛覆傳統(tǒng)能源供需模式，形成能源新常態(tài)，對(duì)于推動(dòng)能源革命進(jìn)程具有重要意義［1-2］。作為能源互聯(lián)網(wǎng)的重要能量自治單元之一，分布式能源系統(tǒng)DES（Distributed Energy System）可利用多種能源，如清潔能源（天然氣）、新能源（氫）和可再生能源（風(fēng)能和太陽能等），并同時(shí)為用戶提供冷、熱、電等多種能源應(yīng)用方式，因此是解決能源危機(jī)、能源安全問題，提高能源利用效率的有效途徑。從全世界來看，能源利用率越高、環(huán)境保護(hù)越好的國家，對(duì)于發(fā)展分布式能源技術(shù)的推廣應(yīng)用就越熱衷，支持政策越明確。目前，我國分布式能源系統(tǒng)的發(fā)展仍處于起步階段，在全球能源快速轉(zhuǎn)型和電力體制改革不斷推進(jìn)的背景下，我國有必要加快分布式能源的推廣應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)能源體系的高效清潔發(fā)展。分布式能源的逐漸接入，對(duì)傳統(tǒng)配電網(wǎng)規(guī)劃和運(yùn)行提出了新的挑戰(zhàn)和要求。為了適應(yīng)這種轉(zhuǎn)變，傳統(tǒng)的無源配電網(wǎng)必須向具備潮流主動(dòng)控制能力和與負(fù)荷互動(dòng)能力的主動(dòng)配電網(wǎng)ADN（Active Distribution Network）轉(zhuǎn)變［3-4］。 主動(dòng)配電網(wǎng)是一種可以優(yōu)化利用分布式能源資源的技術(shù)解決方案［5-6］，能夠消除分布式能源對(duì)配電網(wǎng)的影響，實(shí)現(xiàn)分布式能源的高效率利用。因此研究主動(dòng)配電網(wǎng)下的分布式能源系統(tǒng)的調(diào)度優(yōu)化成為當(dāng)前熱點(diǎn)問題之一。

目前，國內(nèi)外學(xué)者已從多個(gè)角度對(duì)該主題進(jìn)行了相關(guān)探討，并獲得一些初步成果。文獻(xiàn)［7］針對(duì)分布式電源DG（Distributed Generation）帶來的不確定性問題，提出對(duì)風(fēng)電、光伏、熱電聯(lián)產(chǎn)發(fā)電機(jī)、燃料電池等多種小容量小規(guī)模分布式電源的主動(dòng)管理方法；文獻(xiàn)［8］提出一種主動(dòng)配電網(wǎng)規(guī)劃-運(yùn)行聯(lián)合優(yōu)化模型，綜合分析了線路建設(shè)、可調(diào)度分布式電源和儲(chǔ)能系統(tǒng)ESS（Energy Storage System）的選址定容規(guī)劃方案及相應(yīng)的配合運(yùn)行策略；文獻(xiàn)［9］在評(píng)估主動(dòng)配電網(wǎng)的分布式電源接入方案時(shí)，計(jì)及分布式電源的發(fā)電效益成本以及其對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行影響的基礎(chǔ)上，考慮了分布式電源的減排指標(biāo)，構(gòu)建了主動(dòng)配電網(wǎng)低碳優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)模型；文獻(xiàn)［10］提出了主動(dòng)配電網(wǎng)的分層能量管理與協(xié)調(diào)控制體系；文獻(xiàn)［11］研究分析了主動(dòng)配電網(wǎng)的網(wǎng)架規(guī)劃模型，包括主動(dòng)配電網(wǎng)對(duì)分布式能源的消納模式、主動(dòng)配電網(wǎng)潮流流向、主動(dòng)配電網(wǎng)儲(chǔ)能配置及主動(dòng)配電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)優(yōu)化函數(shù)；文獻(xiàn)［12］圍繞分布式電源及微電網(wǎng)在不同滲透率下對(duì)輸配電網(wǎng)網(wǎng)損影響、正常運(yùn)行時(shí)主動(dòng)配電網(wǎng)對(duì)分布式電源和微電網(wǎng)的日前優(yōu)化調(diào)度方法、配電網(wǎng)故障隔離后利用分布式電源和微電網(wǎng)進(jìn)行恢復(fù)供電的計(jì)劃孤島劃分調(diào)度模型等問題進(jìn)行了深入研究；文獻(xiàn)［13］提出了一種考慮主動(dòng)配電網(wǎng)特性以及分布式能源特性的優(yōu)化調(diào)度模型；文獻(xiàn)［14］以電力公司效益最大為調(diào)度目標(biāo)，針對(duì)主動(dòng)型配電網(wǎng)調(diào)度問題，計(jì)及輸電和高壓配電網(wǎng)網(wǎng)損的影響，提出了一種配電網(wǎng)日前優(yōu)化調(diào)度模型；文獻(xiàn)［15］對(duì)影響主動(dòng)配電網(wǎng)日前調(diào)度計(jì)劃的關(guān)鍵因素進(jìn)行了研究，構(gòu)建了主動(dòng)配電網(wǎng)分區(qū)管理模型；文獻(xiàn)［16］提出了基于情景分析的主動(dòng)配電網(wǎng)規(guī)劃方法；文獻(xiàn)［17］提出主動(dòng)配電網(wǎng)優(yōu)化調(diào)度的控制變量不僅包括可控分布式發(fā)電單元，例如燃料電池以及柴油發(fā)電機(jī)等，還包括兼具充放電特性的儲(chǔ)能系統(tǒng)。

上述研究成果為后續(xù)工作奠定了基礎(chǔ)，但目前鮮有文獻(xiàn)針對(duì)主動(dòng)配電網(wǎng)分層能量管理下的雙階段優(yōu)化調(diào)度進(jìn)行有效研究。因此，本文構(gòu)建主動(dòng)配電網(wǎng)雙層能量管理下的雙階段調(diào)度優(yōu)化模型及其求解算法。首先，本文以負(fù)荷預(yù)測(cè)以及間歇式能源出力預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，建立主動(dòng)配電網(wǎng)下的分布式能源系統(tǒng)日前和實(shí)時(shí)兩階段調(diào)度優(yōu)化模型；然后，為能夠求解所提出的多目標(biāo)、非線性優(yōu)化問題，本文通過引入微分進(jìn)化策略對(duì)普通帝國競(jìng)爭(zhēng)算法ICA（Imperialist Competitive Algorithm）進(jìn)行改進(jìn)，構(gòu)建基于微分改進(jìn)的帝國競(jìng)爭(zhēng)算法DE-ICA（Differential Evolution&Imperialist Competitive Algorithm）優(yōu)化調(diào)度求解模型；最后，本文將所提出的模型及求解算法應(yīng)用于改造后的IEEE 33節(jié)點(diǎn)仿真系統(tǒng)，通過仿真結(jié)果對(duì)所提模型進(jìn)行有效驗(yàn)證。

1 分布式能源系統(tǒng)兩階段調(diào)度優(yōu)化模型

主動(dòng)配電網(wǎng)下分布式能源系統(tǒng)雙層雙階段優(yōu)化調(diào)度就是在主動(dòng)配電網(wǎng)分層能量管理的基礎(chǔ)上，通過電網(wǎng)信息交互和有效傳遞，分別從日前和實(shí)時(shí)2個(gè)階段出發(fā)，針對(duì)全局調(diào)度和局部區(qū)域調(diào)度進(jìn)行全面協(xié)調(diào)控制，進(jìn)而達(dá)到分布式能源高效利用的目的，其框架如圖1所示。一方面，在日前調(diào)度優(yōu)化中，主動(dòng)配電網(wǎng)以負(fù)荷預(yù)測(cè)以及區(qū)域傳遞信息數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，通過全局優(yōu)化算法求解出全局區(qū)域優(yōu)化調(diào)度控制策略，實(shí)現(xiàn)對(duì)日前全局信息和實(shí)時(shí)有效信息的匯集、分配與控制；另一方面，在實(shí)時(shí)調(diào)度中，主要針對(duì)當(dāng)前分布式能源機(jī)組的運(yùn)行狀態(tài)，對(duì)全局調(diào)度控制和區(qū)域調(diào)度情況進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，使得分布式能源能夠被最大化地消納和利用。

圖1 主動(dòng)配電網(wǎng)分層調(diào)度系統(tǒng)Fig．1 Hierarchical dispatch system for active distribution network

1.1 日前調(diào)度優(yōu)化模型

主動(dòng)配電網(wǎng)下分布式能源系統(tǒng)調(diào)度優(yōu)化的目的是在確保電網(wǎng)可靠運(yùn)行和可再生能源最大化利用的前提下，以負(fù)荷預(yù)測(cè)以及間歇式發(fā)電出力預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，采用最優(yōu)化算法對(duì)主動(dòng)配電網(wǎng)下的分布式能源（包括分布式電源、儲(chǔ)能等）進(jìn)行統(tǒng)籌協(xié)調(diào)，確保系統(tǒng)總體運(yùn)行成本最低，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)分布式能源在周期內(nèi)的出力情況進(jìn)行優(yōu)化調(diào)度。在目前電力市場(chǎng)環(huán)境條件下，主動(dòng)配電網(wǎng)下的分布式能源系統(tǒng)日前調(diào)度優(yōu)化的成本主要包括分布式能源發(fā)電成本、向主網(wǎng)購電成本、網(wǎng)損成本以及儲(chǔ)能成本等。因此，主動(dòng)配電網(wǎng)下的分布式能源系統(tǒng)的日前調(diào)度目標(biāo)函數(shù)可以表示為：

其中，ci（t）為第 i條線路在 t時(shí)刻的電價(jià)；cj（t）為第 j臺(tái)分布式發(fā)電單元在t時(shí)刻的單位運(yùn)行成本；cc（t）和cd（t）分別為儲(chǔ)能設(shè)備在t時(shí)刻的充、放電成本，當(dāng)設(shè)備處于充電狀態(tài)時(shí)，cd（t）的值為0，當(dāng)設(shè)備處于放電狀態(tài)時(shí)，cc（t）的值為 0；f為全部區(qū)域內(nèi)饋線數(shù)量；n 為可控分布式發(fā)電單元數(shù)量；m為全部?jī)?chǔ)能設(shè)備數(shù)量；為第 i條線路在 t時(shí)刻的出口功率值；為第j臺(tái)分布式發(fā)電單元在t時(shí)刻的功率值；為第k臺(tái)儲(chǔ)能設(shè)備在t時(shí)刻的充電或放電功率值；為 t時(shí)刻的網(wǎng)損值，一般可由式（2）求得。

其中，λz（t）為 t時(shí)刻節(jié)點(diǎn) z的綜合網(wǎng)損值，kW。

如式（1）所示，該目標(biāo)函數(shù)充分考慮了分布式能源以及儲(chǔ)能設(shè)備合理調(diào)度帶來的全部成本最小化。當(dāng)分布式能源的發(fā)電利用率較高時(shí)，電網(wǎng)輸送電能較小，此時(shí)說明分布式發(fā)電的成本應(yīng)當(dāng)小于電網(wǎng)的輸電成本；當(dāng)分布式能源成本高于電網(wǎng)成本時(shí)，此時(shí)可以購買大量的主網(wǎng)電量來滿足當(dāng)前負(fù)荷，另外還可以為儲(chǔ)能單元進(jìn)行充電，從而降低購電成本。

在求解上述目標(biāo)函數(shù)的過程中，全部變量和狀態(tài)變量必須滿足一定的約束條件，本文求解模型的約束條件表示如下：

其中，NB為節(jié)點(diǎn)集合；ez（t）和 fz（t）分別為節(jié)點(diǎn) z 在 t時(shí)刻電壓的實(shí)部和虛部；Gzτ和Bzτ分別為節(jié)點(diǎn)z和τ之間的互電導(dǎo)和電納；為系統(tǒng)在t時(shí)刻總輸出有功功率；Q 為無功功率；Pgrid，max（t）為主網(wǎng)在 t時(shí)刻最大輸出功率；和分別為節(jié)點(diǎn)z最大電壓和最小電壓；和分別為分布式電源在 t時(shí)刻最小和最大輸出功率；分別為儲(chǔ)能設(shè)備在 t時(shí)刻最大充電、放電功率；為t時(shí)刻儲(chǔ)能功率的最小值和最大值；EESS（0）為調(diào)度初始時(shí)刻的電池儲(chǔ)能值；Nt為實(shí)時(shí)調(diào)度時(shí)刻；EESS（Nt）為調(diào)度結(jié)束時(shí)刻的電池儲(chǔ)能值；分別為電池k在t時(shí)刻的充電、放電狀態(tài)；η1、η2分別為電池在調(diào)度周期內(nèi)的最大充電、放電次數(shù)。

式（3）、式（4）為系統(tǒng)功率平衡約束，式（5）為主網(wǎng)輸出功率約束，式（6）為分布式電源輸出功率約束，式（7）為儲(chǔ)能設(shè)備約束條件。

1.2 實(shí)時(shí)調(diào)度優(yōu)化模型

實(shí)時(shí)調(diào)度就是在日前調(diào)度的基礎(chǔ)上，根據(jù)當(dāng)前時(shí)段分布式能源機(jī)組的運(yùn)行狀態(tài)以及儲(chǔ)能的充放電情況，結(jié)合超短期負(fù)荷預(yù)測(cè)，對(duì)當(dāng)前各個(gè)分布式能源機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)做出及時(shí)調(diào)整，使得整個(gè)配電網(wǎng)區(qū)域提高分布式能源有效利用率，降低系統(tǒng)負(fù)荷，減少運(yùn)行費(fèi)用，從而保證系統(tǒng)安全、穩(wěn)定地運(yùn)行。實(shí)時(shí)調(diào)度優(yōu)化目標(biāo)主要有2個(gè)方面：一是根據(jù)分布式能源機(jī)組運(yùn)行情況，對(duì)當(dāng)前機(jī)組出力情況進(jìn)行修正；二是根據(jù)當(dāng)前儲(chǔ)能蓄能狀態(tài)，對(duì)當(dāng)前時(shí)段內(nèi)儲(chǔ)能的出力情況進(jìn)行調(diào)整。

（1）分布式能源機(jī)組運(yùn)行修正模型。

以分布式能源運(yùn)行成本最小為目標(biāo)，調(diào)整或修正當(dāng)前階段已運(yùn)行的分布式電源的出力（包括可控式和間歇性分布式發(fā)電），其目標(biāo)函數(shù)為：

其中，為修正后的可控式分布式能源的出力；為修正后的光伏發(fā)電出力；為修正后的風(fēng)機(jī)機(jī)組出力；n、、q為各機(jī)組總個(gè)數(shù)。

（2）儲(chǔ)能系統(tǒng)出力修正。

根據(jù)當(dāng)前階段儲(chǔ)能設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)來決定儲(chǔ)能出力情況，從而對(duì)其進(jìn)行修正；以儲(chǔ)能出力波動(dòng)成本最小為目標(biāo)函數(shù)：

經(jīng)過修正后的分布式能源（間歇和可控）和儲(chǔ)能需滿足下列約束條件。

a.修正后儲(chǔ)能設(shè)備約束條件：

b.修正后分布式電源約束條件：

c.系統(tǒng)總負(fù)荷平衡約束：

實(shí)時(shí)階段的其他約束條件仍需要滿足日前階段的相關(guān)約束條件。

2 差分改進(jìn)帝國競(jìng)爭(zhēng)算法

2.1 DE-ICA

ICA是Atashpaz-Gargari和Lucas于2007年提出的一種基于帝國主義殖民競(jìng)爭(zhēng)機(jī)制的進(jìn)化算法，屬于社會(huì)啟發(fā)的隨機(jī)優(yōu)化搜索方法。ICA具有良好的全局收斂性能，能同時(shí)得到多個(gè)全局最優(yōu)解［18］。在傳統(tǒng)的ICA中，帝國競(jìng)爭(zhēng)操作體現(xiàn)了帝國之間的信息交互，然而，帝國競(jìng)爭(zhēng)在每一次迭代中只是將最弱的殖民地歸于最強(qiáng)的帝國，該過程對(duì)每個(gè)帝國的勢(shì)力大小影響很小，需要多次迭代才能體現(xiàn)出來，帝國之間缺乏更有效的信息交互，可能導(dǎo)致早熟［19］。因此，本文借鑒了微分進(jìn)化思想［20-21］，引入了一種微分進(jìn)化算子，對(duì)ICA進(jìn)行微分改進(jìn)，構(gòu)建DE-ICA模型。

在同化操作和競(jìng)爭(zhēng)操作之間，添加以下操作。

a.每一個(gè)殖民地以MR的概率根據(jù)式（15）進(jìn)行微分變異：

其中，Colr1、Colr2、Colr3為隨機(jī)選擇的 3 個(gè)殖民地；F ?［0，2］為變異因子。

b.對(duì)每一維度根據(jù)式（16）進(jìn)行微分交叉：

其中，CR?［0，1］為交叉因子；rand 為［0，1］間隨機(jī)數(shù)。

c.選擇采用貪婪策略，當(dāng)新產(chǎn)生的殖民地D的勢(shì)力大于原來殖民地的勢(shì)力時(shí)，即 f（D）＜f（Col），則更新殖民地的位置。

2.2 DE-ICA模型在雙階段調(diào)度中的應(yīng)用

將DE-ICA優(yōu)化模型應(yīng)用于分布式能源系統(tǒng)雙階段優(yōu)化調(diào)度問題中，其求解的一般過程如下。

a.初始化DE-ICA的參數(shù)。初始化國家數(shù)量Npop、帝國數(shù)量Nimp、同化系數(shù)β、偏移方向γ和殖民影響系數(shù)ξ。

b.控制變量編碼。假設(shè)主動(dòng)配電網(wǎng)中，分布式電源的數(shù)量為n，則分布式電源出力編碼可以表示為：

其中，表示在 t時(shí)刻區(qū)域 j內(nèi)的分布式電源 i的控制功率（i=1，2，…，n；j=1，2，…，M）。 同理，儲(chǔ)能設(shè)備出力編碼可以表示為（k 為儲(chǔ)能設(shè)備數(shù)量），主網(wǎng)出力編碼可以表示為（Nl為饋線數(shù)量）。因此，全部控制變量可以形成的N個(gè)國家個(gè)體為 Y=［PDG，PESS，Pgrid］N。

c.采用DE-ICA模型進(jìn)行目標(biāo)函數(shù)求解，并得出最終優(yōu)化結(jié)果。優(yōu)化過程如圖2所示。

圖2 DE-ICA模型流程圖Fig．2 Flowchart of DE-ICA model

3 算例仿真

3.1 算例描述

為驗(yàn)證上述主動(dòng)配電網(wǎng)下分布式能源系統(tǒng)調(diào)度模型在優(yōu)化電網(wǎng)運(yùn)行和調(diào)度中的有效性，本文對(duì)標(biāo)準(zhǔn)IEEE 33節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)進(jìn)行了相應(yīng)的調(diào)整和改造，調(diào)整后的算例系統(tǒng)如圖3所示。本文在改造的IEEE 33節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)中，對(duì)負(fù)荷較大的節(jié)點(diǎn)添加了分布式電源和儲(chǔ)能。從圖中可以看出，系統(tǒng)中包含的分布式發(fā)電單元和儲(chǔ)能單元總個(gè)數(shù)為19個(gè)，各發(fā)電單元類型及配置參數(shù)如表1所示。

假設(shè)該算例中，全天調(diào)度期內(nèi)的電力公司售電價(jià)格分別為：峰時(shí)電價(jià)為0.55元／（kW·h），平時(shí)電價(jià)為 0.488 元／（kW·h），谷時(shí)電價(jià)為 0.33 元 ／（kW·h），全天24 h電價(jià)曲線見圖4，可以看出，在電價(jià)峰時(shí)段，通過高電價(jià)的設(shè)定可以盡可能多地利用分布式電源的出力來減少對(duì)主網(wǎng)出力的依賴；在谷時(shí)段，可以利用主網(wǎng)出力對(duì)儲(chǔ)能容量進(jìn)行補(bǔ)償。假設(shè)燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電成本為0.5元／（kW·h）。該系統(tǒng)全天負(fù)荷值以及間歇性能源全天的功率預(yù)測(cè)值見圖5。

圖3 IEEE 33節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)及分布式能源單元結(jié)構(gòu)圖Fig．3 Structure of IEEE 33-bus system with distributed energy units

表1 分布式能源單元配置參數(shù)Table1 Configuration parameters of distributed energy units

圖4 全天24 h電價(jià)曲線Fig．4 Daily electricity price curve（24 h）

圖5 負(fù)荷預(yù)測(cè)值Fig．5 Load forecasts

算法參數(shù)設(shè)定如下：最大迭代次數(shù)Nmaxgen=200，國家數(shù)量Npop=100，帝國數(shù)量Nimp=5，同化系數(shù)β=2，偏移方向γ=π／4，殖民影響系數(shù)ξ=0.1，變異因子F=0.6，交叉因子 CR=0.9。

采用MATLAB_r2014a進(jìn)行編程計(jì)算，測(cè)試平臺(tái)環(huán)境為 Intel（R） Core（TM） 2 Duo CPU，3GB RAM和Windows 7專業(yè)版系統(tǒng)；運(yùn)行自編程序，分別求解日前調(diào)度目標(biāo)函數(shù)和實(shí)時(shí)調(diào)度目標(biāo)函數(shù)，對(duì)所得結(jié)果進(jìn)行討論和分析。

3.2 日前調(diào)度結(jié)果

圖6為系統(tǒng)全局日前調(diào)度結(jié)果。從圖中可以看出，系統(tǒng)各時(shí)刻負(fù)荷的加總值為91.23 MW，間歇性分布式能源出力為14.95MW，燃?xì)廨啓C(jī)總出力為21.34MW，主網(wǎng)總出力為54.8MW，儲(chǔ)能總出力為2.2 MW。系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)度后的運(yùn)行費(fèi)用為47083.64元，較之未采用優(yōu)化調(diào)度時(shí)的運(yùn)行費(fèi)用48243.21元，經(jīng)濟(jì)效益直接提升了2.4%；通過優(yōu)化調(diào)度，分布式能源利用率提高了1.53%。從圖中可以看出，儲(chǔ)能電池的主要出力時(shí)間發(fā)生在00∶00—08∶00，儲(chǔ)能設(shè)備處于充電階段，此時(shí)電網(wǎng)負(fù)荷處于低谷階段，可以充分利用主網(wǎng)電力為儲(chǔ)能設(shè)備提供功率支持，從而降低了充電成本。燃?xì)廨啓C(jī)出力從06∶00開始至23∶00結(jié)束，全階段出力基本平穩(wěn)，說明在峰時(shí)階段能較好地起到削峰的作用，降低峰時(shí)階段的購電成本，而在谷時(shí)階段基本處于停機(jī)狀態(tài)。13∶00時(shí)，系統(tǒng)中分布式能源出力達(dá)到最大值2.4904MW，此時(shí)正好為峰時(shí)段，各發(fā)電單元的調(diào)度出力情況最大化地幫助了分布式能源的消納，有效地降低了系統(tǒng)運(yùn)行成本。

圖6 系統(tǒng)全局日前調(diào)度結(jié)果Fig．6 Results of system-wide day-ahead dispatch

圖7 系統(tǒng)實(shí)時(shí)優(yōu)化調(diào)度結(jié)果Fig．7 Results of system-wide real-time dispatch

3.3 實(shí)時(shí)調(diào)度結(jié)果

圖7為DE-ICA計(jì)算得出的系統(tǒng)實(shí)時(shí)調(diào)度結(jié)果。根據(jù)當(dāng)前機(jī)組運(yùn)行情況，結(jié)合實(shí)時(shí)調(diào)度目標(biāo)函數(shù)，通過預(yù)測(cè)得出當(dāng)前系統(tǒng)各時(shí)刻負(fù)荷的加總值為90.646MW，與日前調(diào)度結(jié)果91.23MW相比，系統(tǒng)負(fù)荷降低了0.584MW，并且從整體來看，實(shí)時(shí)調(diào)度結(jié)果明顯降低了全天調(diào)度的峰谷差，系統(tǒng)負(fù)荷曲線更加平滑。另外，間歇性分布式能源出力為15.55MW，與日前調(diào)度結(jié)果的14.95MW相比，間歇式分布式能源利用率提高了3.98%；燃?xì)廨啓C(jī)出力21.51MW，與日前調(diào)度結(jié)果的21.34MW相比，燃?xì)廨啓C(jī)出力提高了0.8%；儲(chǔ)能電池出力2.491MW，與日前調(diào)度結(jié)果的2.205MW相比，儲(chǔ)能電池出力上升12.97%；主網(wǎng)全天出力53.50MW，與日前調(diào)度結(jié)果的54.85MW相比，主網(wǎng)出力降低了2.46%。從圖中可看出，在電價(jià)峰時(shí)段，分布式能源的利用率得到了很大提升，其中儲(chǔ)能設(shè)備的有效利用率提升最大，并能保證在谷時(shí)段進(jìn)行有效充電，峰時(shí)段參與系統(tǒng)削峰作用；在谷時(shí)段，風(fēng)電、光伏出力的增加很大程度上降低了主網(wǎng)出力，從而減少了電網(wǎng)購電成本。系統(tǒng)實(shí)時(shí)調(diào)度成本為45876.25元，與日前調(diào)度運(yùn)行成本47083.64元相比，直接經(jīng)濟(jì)效益提高了2.56%。從上述結(jié)果可得出，系統(tǒng)日前優(yōu)化調(diào)度能得到次日系統(tǒng)運(yùn)行策略，實(shí)時(shí)優(yōu)化調(diào)度能根據(jù)當(dāng)前機(jī)組運(yùn)行情況進(jìn)一步合理安排分布式能源出力，能有效提高分布式能源利用率，降低系統(tǒng)運(yùn)行成本，提高經(jīng)濟(jì)效益。

為能夠充分分析實(shí)時(shí)優(yōu)化調(diào)度結(jié)果，本文分別選取區(qū)域 1在谷時(shí)段、平時(shí)段和峰時(shí)段的 03∶00、09∶00和21∶00時(shí)刻的實(shí)時(shí)調(diào)度結(jié)果進(jìn)行分析討論，如表2所示。可以看出，3個(gè)時(shí)刻主網(wǎng)出力在實(shí)時(shí)調(diào)度中均有所下降，分布式能源的出力明顯增加。其中，03∶00兩階段調(diào)度結(jié)果中的光伏出力和燃?xì)廨啓C(jī)出力均為0，主網(wǎng)出力明顯降低，風(fēng)電出力有所增加。09∶00的實(shí)時(shí)調(diào)度光伏出力為0.036MW，而日前調(diào)度結(jié)果中光伏出力為0，說明通過實(shí)時(shí)調(diào)度優(yōu)化，使得光伏出力得到充分的利用；另外，09∶00實(shí)時(shí)調(diào)度儲(chǔ)能出力為0，說明儲(chǔ)能設(shè)備僅用于峰時(shí)段可有效地降低運(yùn)行成本。21∶00實(shí)時(shí)調(diào)度的儲(chǔ)能設(shè)備出力明顯高于日前調(diào)度，說明實(shí)時(shí)調(diào)度能夠根據(jù)日前調(diào)度結(jié)果，結(jié)合當(dāng)前儲(chǔ)能設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，對(duì)當(dāng)前時(shí)段儲(chǔ)能設(shè)備出力進(jìn)行修正，從而提高了儲(chǔ)能設(shè)備的有效利用率。

表2 區(qū)域1三時(shí)段實(shí)時(shí)優(yōu)化調(diào)度結(jié)果Table 2 Results of optimal real-time dispatch for three periods of Area 1 MW

3.4 算法有效性驗(yàn)證

為驗(yàn)證DE-ICA在分布式能源系統(tǒng)調(diào)度優(yōu)化問題中的效率性，本文選用普通ICA、遺傳算法（GA）以及粒子群優(yōu)化（PSO）算法作為對(duì)比算法。算法迭代圖和計(jì)算結(jié)果分別如表3和圖8、圖9所示。

如圖8所示，在日前調(diào)度優(yōu)化計(jì)算中，DE-ICA在迭代次數(shù)為32時(shí)計(jì)算得到系統(tǒng)最優(yōu)值為47083.64元，與普通ICA相比，通過引入DE，DE-ICA的迭代次數(shù)小于GA和PSO算法，且算法的最優(yōu)值均小于GA和PSO算法得到的最優(yōu)值，說明DE-ICA在分布式能源調(diào)度的應(yīng)用中，其求解能力和算法適應(yīng)性能更優(yōu)，能夠在較短的時(shí)間內(nèi)快速收斂，通過改進(jìn)尋優(yōu)方式，提高了ICA的尋優(yōu)能力和算法收斂能力。另外，與常見的GA和PSO算法相比，DE-ICA能在較短時(shí)間內(nèi)快速收斂，從而能求得算法最優(yōu)值。在實(shí)時(shí)調(diào)度優(yōu)化計(jì)算中，算法的優(yōu)化性能和效率性能與日前相似，充分體現(xiàn)了DE-ICA在主動(dòng)配電網(wǎng)下分布式能源系統(tǒng)調(diào)度優(yōu)化問題的有效性和優(yōu)越性。

表3 計(jì)算結(jié)果Table3 Calculative results

圖8 算法日前調(diào)度優(yōu)化計(jì)算迭代圖Fig．8 Iteration diagram of day-ahead dispatch optimization algorithm

圖9 算法實(shí)時(shí)調(diào)度優(yōu)化計(jì)算迭代圖Fig．9 Iteration diagram of real-time dispatch optimization algorithm

4 結(jié)論

主動(dòng)配電網(wǎng)下分布式能源系統(tǒng)的調(diào)度優(yōu)化是實(shí)現(xiàn)分布式能源有效消納和高效利用的有效途徑。本文在主動(dòng)配電網(wǎng)雙層能量管理的基礎(chǔ)上，構(gòu)建了分布式能源系統(tǒng)日前和實(shí)時(shí)兩階段調(diào)度優(yōu)化模型，并提出了基于DE-ICA的優(yōu)化模型，通過算例得到如下結(jié)論。

（1）在日前調(diào)度中，通過調(diào)度優(yōu)化，最大化地幫助了分布式能源的消納，降低了系統(tǒng)運(yùn)行成本，與未調(diào)度優(yōu)化結(jié)果相比，上層全局和下層區(qū)域日前調(diào)度優(yōu)化使得經(jīng)濟(jì)效益分別提升了2.4%和8.69%。

（2）實(shí)時(shí)調(diào)度是對(duì)日前調(diào)度的有效修正，通過對(duì)分布式能源機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)的再安排，進(jìn)一步提升了分布式能源的有效利用率。與日前調(diào)度優(yōu)化結(jié)果相比，上層全局和下層區(qū)域?qū)崟r(shí)調(diào)度優(yōu)化分別使得經(jīng)濟(jì)效益提升了2.56%和3.4%。

（3）本文所提出的DE-ICA優(yōu)化算法，通過引入DE改進(jìn)方式，有效地提高了ICA的尋優(yōu)能力和收斂能力。與常見GA和PSO算法相比，DE-ICA主動(dòng)配電網(wǎng)下分布式能源系統(tǒng)雙層雙階段調(diào)度優(yōu)化的應(yīng)用中，其求解能力和算法使用性能更優(yōu)，充分體現(xiàn)了DE-ICA在解決優(yōu)化問題時(shí)的有效性和優(yōu)越性。

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