陳美福，夏明超，陳奇芳，宋玉光，楊帥

(北京交通大學(xué)電氣工程學(xué)院, 北京市 100044)

0 引 言

隨著全球經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，環(huán)境污染和能源危機(jī)問(wèn)題日益嚴(yán)峻，迫使各國(guó)加大在新能源應(yīng)用領(lǐng)域的投入，推動(dòng)了新能源發(fā)電、電動(dòng)汽車(chē)、微電網(wǎng)等技術(shù)取得了突飛猛進(jìn)的發(fā)展。與此同時(shí)，大量新能源發(fā)電、儲(chǔ)能、電動(dòng)汽車(chē)充電設(shè)施、微電網(wǎng)等技術(shù)在配電網(wǎng)中得到推廣應(yīng)用。因此，配電網(wǎng)中出現(xiàn)了大量有源負(fù)荷節(jié)點(diǎn)，改變了傳統(tǒng)的單向潮流結(jié)構(gòu)和配電網(wǎng)的電壓水平，提高了配電網(wǎng)的短路容量，增加了配電網(wǎng)的繼保策略復(fù)雜度。部分負(fù)荷也能夠根據(jù)激勵(lì)或者電價(jià)調(diào)節(jié)自身的用電需求，配電網(wǎng)傳統(tǒng)的被動(dòng)式單向供電模式受到了巨大挑戰(zhàn)[1]。

配電網(wǎng)存在的可再生能源消納能力不足、一次網(wǎng)架薄弱、自動(dòng)化水平不高、調(diào)度方式落后以及用電互動(dòng)化水平較低等問(wèn)題，嚴(yán)重制約了可再生能源的大規(guī)模應(yīng)用，不利于能源結(jié)構(gòu)的優(yōu)化調(diào)整和促進(jìn)電力市場(chǎng)的開(kāi)放。隨著電網(wǎng)朝著高效、靈活、智能和可持續(xù)方向發(fā)展，在2008年的國(guó)際大電網(wǎng)會(huì)議(CIGRE)上，配電與分布式發(fā)電專(zhuān)委會(huì)的C 6.11工作組在其提交的《主動(dòng)配電網(wǎng)的運(yùn)行與發(fā)展》報(bào)告中首次明確提出主動(dòng)配電網(wǎng)的概念[2]：通過(guò)具有高可靠性的保護(hù)設(shè)備、高效的潮流控制設(shè)備、雙向高速的通信網(wǎng)絡(luò)、靈活的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、完善的智能量測(cè)系統(tǒng)等基礎(chǔ)設(shè)施來(lái)管理潮流，以便對(duì)分布式能源、柔性負(fù)荷進(jìn)行主動(dòng)控制和主動(dòng)管理的配電系統(tǒng)[3]，即主動(dòng)配電網(wǎng)是可以主動(dòng)控制和管理分布式能源的配電系統(tǒng)。因而，相比于傳統(tǒng)的配電網(wǎng)，主動(dòng)配電網(wǎng)具有更靈活的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)、更復(fù)雜的電源出力特性、更豐富的控制手段、規(guī)?；姆植际絻?chǔ)能系統(tǒng)和具備互動(dòng)用電特性的負(fù)荷，對(duì)促進(jìn)我國(guó)能源結(jié)構(gòu)的優(yōu)化與調(diào)整具有重要的戰(zhàn)略意義[4]。

主動(dòng)配電網(wǎng)主要目標(biāo)是提高配電網(wǎng)消納新能源的能力。傳統(tǒng)的以發(fā)電跟蹤負(fù)荷實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)平衡、以發(fā)電控制調(diào)整系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的調(diào)度手段難以滿(mǎn)足配電網(wǎng)安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的需求。因此，須在縱深層面實(shí)現(xiàn)“源-網(wǎng)-荷-儲(chǔ)”的合理優(yōu)化調(diào)度及協(xié)調(diào)控制，充分發(fā)揮電源的互補(bǔ)性、電網(wǎng)的靈活性、負(fù)荷和儲(chǔ)能的靈活可控性，主動(dòng)調(diào)度配電網(wǎng)中的可控資源，實(shí)現(xiàn)主動(dòng)決策、管理和控制，提高配電網(wǎng)對(duì)新能源的消納能力，保證配電網(wǎng)運(yùn)行的可靠性和經(jīng)濟(jì)性。

近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者針對(duì)主動(dòng)配電網(wǎng)“源-網(wǎng)-荷-儲(chǔ)”協(xié)調(diào)調(diào)度技術(shù)開(kāi)展了深入廣泛的研究，取得了豐富的研究成果。本文結(jié)合最新的研究成果，從主動(dòng)配電網(wǎng)主要特征出發(fā)，對(duì)主動(dòng)配電網(wǎng)需求響應(yīng)技術(shù)、柔性負(fù)荷建模、協(xié)調(diào)調(diào)度機(jī)理、協(xié)調(diào)調(diào)度架構(gòu)4個(gè)層面對(duì)主動(dòng)配電網(wǎng)“源-網(wǎng)-荷-儲(chǔ)”協(xié)調(diào)調(diào)度技術(shù)進(jìn)行分析、歸納和總結(jié)，最后對(duì)主動(dòng)配電網(wǎng)協(xié)調(diào)調(diào)度技術(shù)發(fā)展中存在的問(wèn)題和面臨的前景進(jìn)行探究思考。

1 主動(dòng)配電網(wǎng)的主要特征

主動(dòng)配電網(wǎng)是具備組合控制各種分布式能源能力的配電網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)靈活的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)來(lái)管理潮流，能夠?qū)Σ煌瑓^(qū)域中的分布式能源進(jìn)行主動(dòng)控制和主動(dòng)管理。通過(guò)靈活有效的協(xié)調(diào)控制技術(shù)和管理手段，主動(dòng)配電網(wǎng)可實(shí)現(xiàn)對(duì)分布式能源的大規(guī)模消納，從而提升配電網(wǎng)資產(chǎn)利用率并提高用戶(hù)的用電質(zhì)量和供電可靠性。其“主動(dòng)”特點(diǎn)主要體現(xiàn)在以下方面：

(1) “源-網(wǎng)-荷-儲(chǔ)”全面協(xié)調(diào)規(guī)劃。相較于傳統(tǒng)配電網(wǎng)，主動(dòng)配電網(wǎng)可對(duì)源、網(wǎng)、荷、儲(chǔ)采用主動(dòng)的協(xié)調(diào)控制方式，具有更加靈活多變的結(jié)構(gòu)[5]。因此，除須考慮傳統(tǒng)配電網(wǎng)規(guī)劃的要求，還要考慮主動(dòng)協(xié)調(diào)調(diào)度的需求，充分考慮網(wǎng)內(nèi)各個(gè)模塊合理配合的問(wèn)題以及需求側(cè)響應(yīng)等管理手段帶來(lái)的不確定性等，盡可能提高協(xié)調(diào)規(guī)劃的擴(kuò)展性、全面性和靈活性。

(2) 主動(dòng)協(xié)調(diào)控制。主動(dòng)配電網(wǎng)的核心功能之一是對(duì)配電網(wǎng)資源的主動(dòng)決策、管理和控制。通過(guò)“源-網(wǎng)-荷-儲(chǔ)”協(xié)調(diào)控制可以主動(dòng)實(shí)現(xiàn)源端互補(bǔ)和網(wǎng)端靈活重構(gòu)。同時(shí)，讓負(fù)荷和儲(chǔ)能作為有效的調(diào)度資源主動(dòng)追蹤電源出力變化，實(shí)現(xiàn)削峰填谷，平抑可再生能源的出力波動(dòng)，緩解可再生能源出力不確定性帶來(lái)的影響，最終實(shí)現(xiàn)可再生能源的高效消納，確保配電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。

(3) 市場(chǎng)的主動(dòng)性。隨著電改政策的逐步推進(jìn)，開(kāi)放的電力市場(chǎng)將成為主動(dòng)配電網(wǎng)的重要組成部分。售電側(cè)將主動(dòng)制定合適的價(jià)格和服務(wù)，通過(guò)合理的定價(jià)方式為用戶(hù)提供優(yōu)質(zhì)電能服務(wù)，以提高用戶(hù)黏性。

(4) 用戶(hù)側(cè)的主動(dòng)性。用戶(hù)側(cè)需求響應(yīng)是主動(dòng)配電網(wǎng)的重要功能之一，用戶(hù)根據(jù)電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)商制定的價(jià)格或者服務(wù)政策，可以主動(dòng)地為電網(wǎng)提供輔助服務(wù)，從而獲得經(jīng)濟(jì)收益，減少電網(wǎng)投資，提高電網(wǎng)資產(chǎn)利用率。

2 主動(dòng)配電網(wǎng)需求響應(yīng)機(jī)制

用戶(hù)側(cè)需求響應(yīng)是主動(dòng)配電網(wǎng)協(xié)調(diào)調(diào)度用戶(hù)側(cè)靈活資源的重要方法，也是用戶(hù)與配電網(wǎng)互動(dòng)的關(guān)鍵技術(shù)。用戶(hù)可以自愿地調(diào)節(jié)柔性負(fù)荷來(lái)改變?cè)械挠秒娔Ｊ剑瑢?shí)現(xiàn)與電網(wǎng)互動(dòng)，由此獲得資金獎(jiǎng)勵(lì)或電費(fèi)優(yōu)惠等經(jīng)濟(jì)回報(bào)。從機(jī)制上可劃分為基于價(jià)格的機(jī)制和基于激勵(lì)的機(jī)制2種模式。

2.1 價(jià)格機(jī)制需求響應(yīng)

價(jià)格機(jī)制下的需求響應(yīng)中電價(jià)信號(hào)是關(guān)鍵，通過(guò)電價(jià)信號(hào)引導(dǎo)用戶(hù)的響應(yīng)行為，進(jìn)而對(duì)負(fù)荷曲線(xiàn)及電網(wǎng)可靠性等產(chǎn)生影響。常見(jiàn)基于價(jià)格的需求響應(yīng)包括基于分時(shí)電價(jià)(time of use price，TOU)的需求響應(yīng)和基于實(shí)時(shí)電價(jià)(real time price，RTP)的需求響應(yīng)。

TOU提前一天或更早制定好電價(jià)并下發(fā)給用戶(hù)，是一種靜態(tài)電價(jià)機(jī)制，能夠較好地反映電力系統(tǒng)的長(zhǎng)期供電成本，適用于與柔性負(fù)荷結(jié)合優(yōu)化負(fù)荷用電，降低用電成本和增強(qiáng)電網(wǎng)的穩(wěn)定性。目前，關(guān)于TOU的研究主要集中在柔性負(fù)荷如何根據(jù)分時(shí)電價(jià)制定自身的用電策略，以實(shí)現(xiàn)用電成本和網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性最優(yōu)的目標(biāo)。文獻(xiàn)[6-7]將電動(dòng)汽車(chē)充電與TOU建立聯(lián)系，考慮電網(wǎng)的負(fù)荷水平和用戶(hù)需求制定TOU下的電動(dòng)汽車(chē)最優(yōu)充電策略，實(shí)現(xiàn)了用戶(hù)充電成本的降低和負(fù)荷的削峰填谷。文獻(xiàn)[8]制定分時(shí)電價(jià)下電熱水器的運(yùn)行策略，實(shí)現(xiàn)大規(guī)模電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)，還提升了用戶(hù)在負(fù)荷高峰時(shí)的用電體驗(yàn)。

RTP在極短時(shí)間段內(nèi)定價(jià)并下發(fā)給用戶(hù)，是一種理想的動(dòng)態(tài)電價(jià)機(jī)制，靈活性強(qiáng)，不僅適用于引導(dǎo)柔性負(fù)荷合理用電，還能夠有效促進(jìn)可再生能源消納，降低可再生能源出力波動(dòng)造成的影響。文獻(xiàn)[9]提出了基于RTP的風(fēng)電消納機(jī)組組合和經(jīng)濟(jì)調(diào)度模型，RTP下需求側(cè)資源可靈活的響應(yīng)風(fēng)電出力變化，降低風(fēng)電不確定性影響。文獻(xiàn)[10]在RTP背景下設(shè)計(jì)電動(dòng)汽車(chē)的充放電優(yōu)化策略以降低電動(dòng)汽車(chē)充電對(duì)電網(wǎng)的影響并實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)最優(yōu)。文獻(xiàn)[11]為更好地實(shí)現(xiàn)RTP功能提出了一種在線(xiàn)凸優(yōu)化方法來(lái)確定電價(jià)，引導(dǎo)期望的用戶(hù)用電行為，并根據(jù)反饋信息研究用戶(hù)的電價(jià)彈性。

基于價(jià)格機(jī)制下的需求響應(yīng)管理，其響應(yīng)效果依賴(lài)于用戶(hù)的響應(yīng)，存在一定的不確定性[12-14]，可以在宏觀上實(shí)現(xiàn)柔性負(fù)荷的調(diào)度管理，進(jìn)行削峰填谷。但是，難以實(shí)現(xiàn)柔性負(fù)荷的確定性調(diào)度，而且電價(jià)與用戶(hù)響應(yīng)之間存在著復(fù)雜的相關(guān)關(guān)系，能否合理定價(jià)關(guān)系到峰谷變化、電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)性和系統(tǒng)穩(wěn)定性的優(yōu)劣，需進(jìn)一步深化研究。

2.2 基于激勵(lì)機(jī)制的需求響應(yīng)

激勵(lì)機(jī)制下的需求響應(yīng)通過(guò)事先與用戶(hù)簽訂協(xié)議，在系統(tǒng)需要時(shí)直接調(diào)整用戶(hù)負(fù)荷功率，實(shí)現(xiàn)需求響應(yīng)下確定性的柔性負(fù)荷調(diào)度，常見(jiàn)的控制方法有直接負(fù)荷控制(direct load control，DLC)、可中斷負(fù)荷(interruptible load， IL)、緊急需求響應(yīng)(emergency demand response，EDR)和可轉(zhuǎn)移負(fù)荷(transferable load，TL)等。

DLC[15]通常針對(duì)居民和小型的商業(yè)用戶(hù)。參與的可控負(fù)荷通常為短時(shí)間停電對(duì)其供電服務(wù)質(zhì)量影響不大的負(fù)荷(如空調(diào)、電熱水器和電動(dòng)汽車(chē)充電樁等)。通過(guò)DLC控制可以促進(jìn)可再生能源消納、增強(qiáng)系統(tǒng)穩(wěn)定性等。文獻(xiàn)[16]提出了基于模型預(yù)測(cè)控制的溫控負(fù)荷控制方法，能夠?qū)崿F(xiàn)負(fù)荷跟蹤等多種輔助服務(wù)。文獻(xiàn)[17]利用電熱水器參與日內(nèi)電力市場(chǎng)，促進(jìn)了可再生能源消納，提升了經(jīng)濟(jì)性。文獻(xiàn)[18-19]提出了利用電動(dòng)汽車(chē)參與系統(tǒng)輔助調(diào)頻的控制策略，增強(qiáng)了系統(tǒng)穩(wěn)定性。與DLC型柔性負(fù)荷的屬性不同，IL主要針對(duì)大型商業(yè)用戶(hù)。通過(guò)簽訂合同，在負(fù)荷高峰或者系統(tǒng)故障時(shí)中斷部分或全部負(fù)荷，從而保障系統(tǒng)安全性與經(jīng)濟(jì)性[20]。文獻(xiàn)[21]考慮IL響應(yīng)不確定的情況下，將IL納入系統(tǒng)備用，在一定程度上實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)可靠性和經(jīng)濟(jì)性的均衡。文獻(xiàn)[22]建立了考慮IL參與的配電網(wǎng)故障恢復(fù)優(yōu)化模型，實(shí)現(xiàn)了在系統(tǒng)供電容量不足時(shí)最大限度地保證重要負(fù)荷供電和重要負(fù)荷供電的快速恢復(fù)。文獻(xiàn)[23-24]將可中斷負(fù)荷用于阻塞管理中，有效消除了系統(tǒng)中的市場(chǎng)力，緩解了阻塞。TL是指不改變負(fù)荷的用電量，而通過(guò)改變負(fù)荷用電時(shí)間來(lái)實(shí)現(xiàn)改善負(fù)荷曲線(xiàn)目標(biāo)的控制方式。針對(duì)TL進(jìn)行控制使其與系統(tǒng)的發(fā)電時(shí)間特性進(jìn)行匹配，不僅能充分利用可再生能源發(fā)電[25-26]，還能提升系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性[27]。EDR是基于DLC和IL應(yīng)對(duì)緊急狀況(如頻率控制、電壓偏移控制和阻塞管理)時(shí)采取的需求相應(yīng)措施[28-30]。

目前，針對(duì)不同類(lèi)型激勵(lì)機(jī)制的需求響應(yīng)參與系統(tǒng)優(yōu)化以實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)性、穩(wěn)定性和可靠性等目標(biāo)的研究已有很多，但受控后負(fù)荷的反彈效應(yīng)模型和考慮負(fù)荷自身因素、外部環(huán)境因素和不確定條件的負(fù)荷模型尚未完全建立，因此，激勵(lì)機(jī)制下的需求響應(yīng)仍須進(jìn)一步研究。

3 源-網(wǎng)-荷-儲(chǔ)協(xié)調(diào)調(diào)度機(jī)理

“源-網(wǎng)-荷-儲(chǔ)”的全面互動(dòng)和協(xié)調(diào)平衡是主動(dòng)配電網(wǎng)柔性負(fù)荷調(diào)度的發(fā)展趨勢(shì)。目前，已有源源互補(bǔ)、源網(wǎng)協(xié)調(diào)、網(wǎng)荷互動(dòng)、源荷互動(dòng)等部分互動(dòng)調(diào)度形式[31]。

3.1 源源互補(bǔ)

源源互補(bǔ)是通過(guò)不同電源間的出力時(shí)序特性和頻率特性進(jìn)行互補(bǔ)來(lái)促進(jìn)可再生能源的消納。傳統(tǒng)常規(guī)電廠協(xié)調(diào)可再生能源出力雖能較好實(shí)現(xiàn)可再生能源入網(wǎng)，但常規(guī)電廠備用容量高，成本較大，而基于出力時(shí)序特性進(jìn)行的多種分布式發(fā)電(distributed generation, DG)出力互補(bǔ)，如風(fēng)光互補(bǔ)、風(fēng)光水火互補(bǔ)等[32-33]，能有效促進(jìn)可再生能源的消納，在一定程度上緩解可再生能源出力的波動(dòng)性和間歇性。文獻(xiàn)[34]在分析負(fù)荷時(shí)序特性、DG發(fā)電時(shí)序特性的基礎(chǔ)上，根據(jù)時(shí)序特性以電能損耗和可靠性為目標(biāo)，為DG選址定容。文獻(xiàn)[35]考慮了多種類(lèi)型DG的互補(bǔ)特性，以及需求響應(yīng)與DG的時(shí)序特性，建立了不同類(lèi)型DG和負(fù)荷模型的主動(dòng)配電網(wǎng)協(xié)同規(guī)劃。儲(chǔ)能裝置作為促進(jìn)可再生能源消納的理想裝置能夠?qū)崟r(shí)跟蹤可再生能源出力，如風(fēng)儲(chǔ)混合、光儲(chǔ)混合、風(fēng)光儲(chǔ)混合等[36-37]。從促進(jìn)可在生能源消納的頻率特性出發(fā)，文獻(xiàn)[38]提出了一種包含抽水蓄能和電池儲(chǔ)能的復(fù)合儲(chǔ)能協(xié)調(diào)優(yōu)化運(yùn)行模型，在有效提高風(fēng)電入網(wǎng)率的同時(shí)又避免引入容量過(guò)高的電池儲(chǔ)能，保證了經(jīng)濟(jì)性。文獻(xiàn)[39]通過(guò)經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解，提出了一種超級(jí)電容-蓄電池混合儲(chǔ)能系統(tǒng)，可有效促進(jìn)風(fēng)電消納。

3.2 源網(wǎng)協(xié)調(diào)

源網(wǎng)協(xié)調(diào)通過(guò)對(duì)分布式電源接入位置、容量進(jìn)行優(yōu)化和靈活調(diào)整網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)配置來(lái)實(shí)現(xiàn)不同分布式電源高效消納。文獻(xiàn)[34]考慮分布式電源的時(shí)序特性以電能損耗和可靠性為目標(biāo)對(duì)DG進(jìn)行選址定容。文獻(xiàn)[40]針對(duì)未來(lái)配電網(wǎng)將會(huì)出現(xiàn)的智能軟開(kāi)關(guān)和傳統(tǒng)聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)并存的情況，提出了一種聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)和智能軟開(kāi)關(guān)并存的配電網(wǎng)運(yùn)行時(shí)序優(yōu)化方法。文獻(xiàn)[41]提出了基于模型預(yù)測(cè)控制的多時(shí)間尺度動(dòng)態(tài)優(yōu)化調(diào)度，長(zhǎng)時(shí)間尺度下計(jì)算出優(yōu)化參考值，短時(shí)間尺度下進(jìn)行滾動(dòng)優(yōu)化，從而降低可再生能源波動(dòng)的影響。

3.3 網(wǎng)荷互動(dòng)

網(wǎng)荷互動(dòng)是在需求響應(yīng)機(jī)制下利用柔性負(fù)荷參與電網(wǎng)的輔助服務(wù)以促進(jìn)電網(wǎng)優(yōu)化運(yùn)行，如參與電網(wǎng)無(wú)功優(yōu)化進(jìn)行電壓調(diào)節(jié)、參與有功優(yōu)化進(jìn)行頻率調(diào)節(jié)、參與有功優(yōu)化緩解與主網(wǎng)交換功率的波動(dòng)、減小網(wǎng)絡(luò)損耗等。文獻(xiàn)[39,42]在ADN中協(xié)調(diào)儲(chǔ)能和柔性負(fù)荷，降低了配網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)損耗。文獻(xiàn)[43]提出了一種基于市場(chǎng)控制的空調(diào)負(fù)荷參與平抑微網(wǎng)聯(lián)絡(luò)線(xiàn)功率波動(dòng)的方法。文獻(xiàn)[44]提出了一種在需求響應(yīng)機(jī)制下利用溫控負(fù)荷維持孤立微網(wǎng)電壓平衡的控制策略。文獻(xiàn)[45]提出了一種需求響應(yīng)與儲(chǔ)能可控分布式電源分級(jí)協(xié)調(diào)的頻率控制策略，實(shí)現(xiàn)了孤島微網(wǎng)的頻率穩(wěn)定。

3.4 源荷互動(dòng)

源荷互動(dòng)是通過(guò)利用柔性負(fù)荷、需求響應(yīng)來(lái)調(diào)節(jié)電網(wǎng)峰谷差和促進(jìn)可再生能源消納。目前，在源荷互動(dòng)方面開(kāi)展了可行性及效益分析、商業(yè)運(yùn)作模式和政策機(jī)制、協(xié)同規(guī)劃模型、調(diào)度算法研究、試點(diǎn)實(shí)施等工作[46-49]。文獻(xiàn)[50]提出了考慮柔性負(fù)荷調(diào)峰的大規(guī)模風(fēng)電隨機(jī)優(yōu)化調(diào)度方法。文獻(xiàn)[51]提出了一種“多級(jí)協(xié)調(diào)、逐級(jí)細(xì)化”的多時(shí)間尺度柔性負(fù)荷協(xié)調(diào)調(diào)度模型，能有效緩解風(fēng)電預(yù)測(cè)功率誤差所引起的功率不平衡，并減少系統(tǒng)備用容量。文獻(xiàn)[52]針對(duì)可再生能源出力的間歇性提出了一種電動(dòng)汽車(chē)準(zhǔn)入與調(diào)度機(jī)制，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)汽車(chē)充電滿(mǎn)意度和可接受電動(dòng)汽車(chē)數(shù)量之間的均衡，促進(jìn)了可再生能源的消納。

上述研究成果從主動(dòng)配電網(wǎng)中不同對(duì)象之間的聯(lián)系分析了其調(diào)度機(jī)理，并主要從“源-網(wǎng)-荷-儲(chǔ)”互動(dòng)調(diào)度出發(fā)建立優(yōu)化模型和策略。未來(lái)的研究中須分析參與對(duì)象時(shí)序特性、頻域特性、結(jié)構(gòu)特性和供需特性，建立全面考慮“源-網(wǎng)-荷-儲(chǔ)”調(diào)度機(jī)理下的主動(dòng)配電網(wǎng)優(yōu)化互動(dòng)模型。

4 互動(dòng)協(xié)調(diào)控制模型

主動(dòng)配電網(wǎng)中協(xié)調(diào)控制的重點(diǎn)對(duì)象是對(duì)柔性負(fù)荷的控制。針對(duì)柔性負(fù)荷的建模，主要可從用戶(hù)用電特性、電網(wǎng)優(yōu)化調(diào)度、負(fù)荷聚集特性和源荷不確定性四個(gè)角度出發(fā)，建立對(duì)應(yīng)的負(fù)荷模型。

4.1 用戶(hù)用電特性模型

從用戶(hù)用電特性角度建模能夠計(jì)及多種因素對(duì)用戶(hù)響應(yīng)行為的影響，比如消費(fèi)者心理和用戶(hù)滿(mǎn)意度等，方便地獲取響應(yīng)行為的時(shí)序特征。文獻(xiàn)[53]針對(duì)當(dāng)前負(fù)荷資源調(diào)度建模中未考慮用戶(hù)側(cè)意愿的問(wèn)題，構(gòu)建用戶(hù)滿(mǎn)意度的兩階段調(diào)度模型，結(jié)果表明該模型可以調(diào)整用戶(hù)用電行為和優(yōu)化系統(tǒng)的負(fù)荷曲線(xiàn)。文獻(xiàn)[54]針對(duì)大規(guī)模風(fēng)電和空調(diào)負(fù)荷等對(duì)電力系統(tǒng)帶來(lái)峰谷差的問(wèn)題，設(shè)計(jì)了計(jì)及用戶(hù)自愿申報(bào)用電意愿的新型用戶(hù)側(cè)用電模型，使得用戶(hù)的申報(bào)能夠充分反映自身生產(chǎn)實(shí)際需求，為用戶(hù)側(cè)參與電網(wǎng)互動(dòng)提供新思路。文獻(xiàn)[55]針對(duì)電動(dòng)汽車(chē)傳統(tǒng)模型為固定模型，無(wú)法反映電動(dòng)汽車(chē)模型受用戶(hù)使用行為影響的問(wèn)題，建立了電動(dòng)汽車(chē)充放電階段模型，使得電動(dòng)汽車(chē)調(diào)度模型更加精確。文獻(xiàn)[56]針對(duì)通過(guò)統(tǒng)計(jì)用戶(hù)對(duì)電價(jià)的反應(yīng)來(lái)建立分時(shí)電價(jià)模型過(guò)于簡(jiǎn)略的問(wèn)題，建立多種分時(shí)電價(jià)模型，并且考慮不同用電特性的負(fù)荷，使最終建立的模型能夠有效減小峰谷差。

目前，常用的用戶(hù)響應(yīng)建模方法依賴(lài)于用戶(hù)的歷史統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，反映用戶(hù)對(duì)電價(jià)/激勵(lì)等響應(yīng)的宏觀表現(xiàn)，缺乏對(duì)物理特性的建模，在一定程度上影響了模型在動(dòng)態(tài)應(yīng)用時(shí)的準(zhǔn)確性。

4.2 電網(wǎng)優(yōu)化調(diào)度模型

從電網(wǎng)優(yōu)化調(diào)度的角度，通常在優(yōu)化模型中將柔性負(fù)荷響應(yīng)量作為決策變量參加電網(wǎng)統(tǒng)一優(yōu)化。文獻(xiàn)[57]針對(duì)電網(wǎng)調(diào)度大量不同類(lèi)型的負(fù)荷資源時(shí)存在控制變量數(shù)目過(guò)多的問(wèn)題，權(quán)衡負(fù)荷模型的準(zhǔn)確性和可控性，建立了適合電網(wǎng)調(diào)度的隨機(jī)混合模型，不僅可以進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，而且可以保護(hù)用戶(hù)的隱私。文獻(xiàn)[58]結(jié)合舒適度相關(guān)的方法對(duì)用戶(hù)舒適度進(jìn)行更為精確的建模，使負(fù)荷側(cè)資源的實(shí)際響應(yīng)能夠與電網(wǎng)的調(diào)度指令偏差最小化，取得了較好的控制效果。文獻(xiàn)[51]為了方便電網(wǎng)為消納風(fēng)電提供更靈活的控制手段，將負(fù)荷側(cè)資源建立成多時(shí)間尺度的調(diào)度模型，電網(wǎng)以風(fēng)電功率消納最大化為調(diào)度目標(biāo)，將系統(tǒng)進(jìn)行整體優(yōu)化，結(jié)果表明可以降低系統(tǒng)功率失衡風(fēng)險(xiǎn)和減少系統(tǒng)備用容量。文獻(xiàn)[42]在長(zhǎng)周期上制定以網(wǎng)損最小為目標(biāo)的最優(yōu)潮流模型，協(xié)調(diào)全網(wǎng)的有功功率和無(wú)功功率，在短時(shí)間尺度上對(duì)分布式發(fā)電、負(fù)荷側(cè)資源等進(jìn)行協(xié)調(diào)控制，對(duì)長(zhǎng)周期所給出的優(yōu)化結(jié)果進(jìn)行對(duì)應(yīng)的指令跟蹤，結(jié)果表明其可以使電網(wǎng)維持在最優(yōu)運(yùn)行狀態(tài)。

多數(shù)文獻(xiàn)考慮同類(lèi)負(fù)荷或局部地區(qū)負(fù)荷的整體外特性，而對(duì)單個(gè)負(fù)荷或一定數(shù)量負(fù)荷聚集的調(diào)度模型及柔性負(fù)荷響應(yīng)的不確定性均考慮較少。

4.3 負(fù)荷聚合特性模型

從負(fù)荷聚集角度建?？紤]的是一定數(shù)量的各類(lèi)用電設(shè)備及相關(guān)變配電設(shè)備的組合特性。一方面可計(jì)及不同柔性負(fù)荷元件響應(yīng)行為的多樣性、不確定性甚至移動(dòng)性，另一方面還可適當(dāng)簡(jiǎn)化模型的復(fù)雜性。文獻(xiàn)[59]針對(duì)當(dāng)前綜合負(fù)荷參數(shù)過(guò)多的問(wèn)題進(jìn)行了研究，在保證外特性相近的原則下，對(duì)綜合負(fù)荷的模型進(jìn)行了簡(jiǎn)化處理，獲得了綜合負(fù)荷的相近模型，適用于電力系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)場(chǎng)合。為了對(duì)大量柔性負(fù)荷進(jìn)行動(dòng)態(tài)建模，文獻(xiàn)[60]考慮空調(diào)響應(yīng)延遲時(shí)間，建立了負(fù)荷聚合模型，該聚合模型可以對(duì)調(diào)度指令進(jìn)行快速跟蹤響應(yīng)，結(jié)果表明該方法更能反映空調(diào)實(shí)際響應(yīng)特性。文獻(xiàn)[61]針對(duì)當(dāng)前空調(diào)聚合模型多限于分體式空調(diào)的問(wèn)題，將中央空調(diào)進(jìn)行聚合模型建模，綜合考慮空調(diào)自身特性、用戶(hù)舒適度、經(jīng)濟(jì)性因素，對(duì)分布式電源出力進(jìn)行有效消納。此外也有研究為了降低空調(diào)類(lèi)負(fù)荷對(duì)電力系統(tǒng)暫態(tài)分析準(zhǔn)確度的影響，針對(duì)當(dāng)前負(fù)荷聚合建模過(guò)程中直接聚合存在的問(wèn)題，提出對(duì)負(fù)荷先聚類(lèi)后聚合的策略，提高所得聚合模型的準(zhǔn)確度。

目前，針對(duì)負(fù)荷聚合建模已有較多的研究，但多偏向以經(jīng)濟(jì)性為目標(biāo)的柔性負(fù)荷自主響應(yīng)特性、負(fù)荷整體建模等方面的聚合效應(yīng)模型，缺乏針對(duì)互動(dòng)環(huán)境下柔性負(fù)荷互動(dòng)行為的建模研究。

4.4 計(jì)及源荷不確定性的模型

可再生能源出力與負(fù)荷具有隨機(jī)波動(dòng)性，這給主動(dòng)配電網(wǎng)的協(xié)調(diào)優(yōu)化調(diào)度帶來(lái)了巨大的挑戰(zhàn)[62]。針對(duì)源荷的不確定性問(wèn)題，常基于概率統(tǒng)計(jì)、預(yù)測(cè)等手段進(jìn)行建模處理，在一定誤差范圍內(nèi)滿(mǎn)足優(yōu)化調(diào)度的需求。文獻(xiàn)[63]考慮風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電的不確定性，結(jié)合隨機(jī)模擬技術(shù)和懲罰函數(shù)方法，基于機(jī)會(huì)約束規(guī)劃建立了含有風(fēng)力發(fā)電機(jī)、光伏發(fā)電單元以及儲(chǔ)能裝置的主動(dòng)配電網(wǎng)能量調(diào)度隨機(jī)數(shù)學(xué)模型。文獻(xiàn)[64]針對(duì)光伏、風(fēng)電、負(fù)荷等的不確定性，結(jié)合預(yù)測(cè)技術(shù)，對(duì)出力范圍內(nèi)的功率值建立概率模型，確保調(diào)度結(jié)果最優(yōu)。文獻(xiàn)[65]通過(guò)歷史數(shù)據(jù)，針對(duì)源荷不確定性建立魯棒調(diào)度模型。文獻(xiàn)[66]采用模型預(yù)測(cè)控制，通過(guò)結(jié)合當(dāng)前量測(cè)值與未來(lái)時(shí)段的預(yù)測(cè)值，獲得當(dāng)前最優(yōu)控制量，實(shí)現(xiàn)滾動(dòng)求解最優(yōu)，降低其出力不確定對(duì)調(diào)度的不利影響。與之類(lèi)似，文獻(xiàn)[67]也采用預(yù)測(cè)值與量測(cè)值相結(jié)合的方法，來(lái)應(yīng)對(duì)分布式電源等的不確定性。文獻(xiàn)[68-69]考慮實(shí)時(shí)調(diào)度中超短期預(yù)測(cè)結(jié)果的波動(dòng)性，針對(duì)分布式電源、負(fù)荷等超短期預(yù)測(cè)結(jié)果進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)度，以不確定單位作為隨機(jī)變量進(jìn)行概率潮流計(jì)算，保證主動(dòng)配電網(wǎng)的安全運(yùn)行。文獻(xiàn)[70]考慮需求響應(yīng)時(shí)，針對(duì)用戶(hù)響應(yīng)行為的不確定性，采用概率統(tǒng)計(jì)方式，將用戶(hù)分為領(lǐng)導(dǎo)型用戶(hù)、從眾型用戶(hù)、頑固型用戶(hù)，建立相應(yīng)調(diào)度模型。文獻(xiàn)[71]將用戶(hù)參與度與電網(wǎng)側(cè)激勵(lì)間的關(guān)系用不確定性模型來(lái)表征，對(duì)參與響應(yīng)的用戶(hù)采用有序用電調(diào)度，而無(wú)響應(yīng)的用戶(hù)采用無(wú)序用電，提高電網(wǎng)調(diào)度效果。

總之，源荷的不確定性對(duì)主動(dòng)配電網(wǎng)的優(yōu)化調(diào)度、穩(wěn)定運(yùn)行帶來(lái)較大的不利影響，優(yōu)化調(diào)度模型求取的最優(yōu)結(jié)果與實(shí)際最優(yōu)值存在一定偏差。目前，針對(duì)不確定性問(wèn)題所采用的概率統(tǒng)計(jì)和預(yù)測(cè)方法雖然能取得較好的效果，但模型的精度和使用場(chǎng)景仍有較大的局限性。

5 源-網(wǎng)-荷-儲(chǔ)調(diào)度架構(gòu)

“源-網(wǎng)-荷-儲(chǔ)”調(diào)度架構(gòu)是實(shí)現(xiàn)主動(dòng)配電網(wǎng)優(yōu)化調(diào)度的載體，可以分為集中式架構(gòu)、分層式架構(gòu)和分散式架構(gòu)3類(lèi)。

5.1 集中式架構(gòu)

對(duì)于集中優(yōu)化調(diào)度而言，通常的做法是先建立目標(biāo)函數(shù)，比如網(wǎng)損最小、成本最低、電壓合格率高等；然后，建立各個(gè)受控環(huán)節(jié)的經(jīng)濟(jì)調(diào)度模型，再依據(jù)所建立調(diào)度模型的復(fù)雜度，選取合適的求解算法。優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)可分為單目標(biāo)優(yōu)化和多目標(biāo)優(yōu)化兩類(lèi)，而求解算法中常見(jiàn)的有遺傳算法、粒子群算法、模擬退火算法及相應(yīng)的改進(jìn)算法等。

文獻(xiàn)[5]以系統(tǒng)成本及污染排放最小化為優(yōu)化目標(biāo)，充分考慮需求響應(yīng)、儲(chǔ)能、風(fēng)電、光伏相關(guān)環(huán)節(jié)，建立“源-網(wǎng)-荷-儲(chǔ)”的協(xié)調(diào)調(diào)度模型，采用多目標(biāo)粒子群優(yōu)化算法進(jìn)行求解。文獻(xiàn)[72]綜合考慮分布式能源、儲(chǔ)能、柔性負(fù)荷，建立了可再生能源利用率、網(wǎng)絡(luò)損耗和用戶(hù)滿(mǎn)意度相關(guān)的多目標(biāo)優(yōu)化調(diào)度模型，采用改進(jìn)粒子群算法進(jìn)行集中優(yōu)化。文獻(xiàn)[73]針對(duì)電動(dòng)汽車(chē)接入電網(wǎng)的可行性、經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行了分析，對(duì)電動(dòng)汽車(chē)最優(yōu)充放電進(jìn)行了優(yōu)化，使得電網(wǎng)可以接入更多的電動(dòng)汽車(chē)，并且電動(dòng)汽車(chē)可以以更低的成本進(jìn)行充電。文獻(xiàn)[74]針對(duì)風(fēng)光出力消納問(wèn)題，將負(fù)荷加入調(diào)度范圍，整合成一個(gè)混合控制系統(tǒng)，以經(jīng)濟(jì)優(yōu)化調(diào)度為目標(biāo)函數(shù)，結(jié)合智能優(yōu)化算法，求解目標(biāo)函數(shù)，解決光伏、風(fēng)電出力的隨機(jī)波動(dòng)問(wèn)題。

集中式調(diào)度架構(gòu)適合于規(guī)模適中的應(yīng)用場(chǎng)。當(dāng)協(xié)調(diào)對(duì)象規(guī)模較大時(shí)，其對(duì)通信需求、計(jì)算能力和存儲(chǔ)空間的需求都會(huì)急劇增加。

5.2 分層式架構(gòu)

分布式發(fā)電的容量一般較小，數(shù)量眾多。此外，當(dāng)柔性負(fù)荷包含大量空調(diào)負(fù)荷和電動(dòng)汽車(chē)時(shí)，如果采用集中控制，將產(chǎn)生巨大的通信和運(yùn)算壓力。分層控制[75]與集中-分散控制、多代理控制的概念類(lèi)似，常用于控制組件過(guò)多的情況。這種控制模式中，底層控制具有一個(gè)統(tǒng)一控制器(類(lèi)似于代理中心)，該控制器可以接受上層控制器的調(diào)度指令，以達(dá)到經(jīng)濟(jì)運(yùn)行、安全運(yùn)行等目的[76]。文獻(xiàn)[77]針對(duì)大規(guī)?？照{(diào)負(fù)荷將直接負(fù)荷控制在微觀層，每個(gè)聚合商管理對(duì)應(yīng)區(qū)域的空調(diào)負(fù)荷，使實(shí)際負(fù)荷出力與調(diào)度計(jì)劃一致；在宏觀層，電網(wǎng)調(diào)度部門(mén)對(duì)各個(gè)聚合商進(jìn)行控制，優(yōu)化負(fù)荷調(diào)度計(jì)劃。文獻(xiàn)[78]除了采用負(fù)荷聚合商之外，還納入了傳統(tǒng)發(fā)電和風(fēng)力發(fā)電，進(jìn)行多時(shí)間尺度的協(xié)調(diào)控制，以實(shí)現(xiàn)供需平衡和調(diào)度成本最小。

分層協(xié)調(diào)控制中，負(fù)荷聚合建模尤為重要，目前電網(wǎng)對(duì)負(fù)荷聚合商的調(diào)度通常將其看作“虛擬電廠”，對(duì)負(fù)荷聚合商協(xié)調(diào)整合負(fù)荷資源的互動(dòng)優(yōu)化作用的研究較少。此外，在實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)充分考慮工程需求進(jìn)行合理的層次劃分。

5.3 分散式架構(gòu)

分散控制中，整個(gè)控制架構(gòu)不包含集中控制中心，各個(gè)參與單元都具有同等執(zhí)行權(quán)限。通過(guò)建設(shè)好的通信網(wǎng)絡(luò)，參與單元將獲得必要的信息，達(dá)到統(tǒng)一的目標(biāo)。比如在微網(wǎng)協(xié)調(diào)控制中，基于均一協(xié)議的分散式控制，可以保證在微網(wǎng)內(nèi)部供需平衡的情況下，達(dá)到經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的目標(biāo)[78]。文獻(xiàn)[79]從源-網(wǎng)-荷對(duì)應(yīng)的利益主體角度出發(fā)，“源”部分從分布式電源收益最高出發(fā)進(jìn)行選址定容，“網(wǎng)”部分以配網(wǎng)運(yùn)行成本最小為目標(biāo)進(jìn)行配網(wǎng)規(guī)劃，“荷”部分以用戶(hù)收益最高進(jìn)行用電調(diào)整，各部分之間通過(guò)用電需求、價(jià)格等因素進(jìn)行信息交互，不存在中央控制。文獻(xiàn)[80]也依據(jù)源網(wǎng)荷進(jìn)行利益主體劃分，電源方可以進(jìn)行售電和購(gòu)買(mǎi)需求側(cè)發(fā)電；電網(wǎng)公司通過(guò)過(guò)網(wǎng)費(fèi)盈利；負(fù)荷方則依據(jù)需求響應(yīng)進(jìn)行相應(yīng)動(dòng)作，并最終通過(guò)競(jìng)爭(zhēng)非合作博弈方法讓不同利益主體受益。

目前的分散式控制算法中，由于各控制器只監(jiān)測(cè)本地量，分散式架構(gòu)可能出現(xiàn)欠控制或過(guò)控制，同時(shí)各控制器之間可能出現(xiàn)沖突，難以達(dá)到電網(wǎng)調(diào)度的系統(tǒng)級(jí)控制目標(biāo)。

6 結(jié) 論

本文從主動(dòng)配電網(wǎng)主要特征出發(fā)，對(duì)主動(dòng)配電網(wǎng)需求響應(yīng)技術(shù)、柔性負(fù)荷建模、協(xié)調(diào)調(diào)度機(jī)理、協(xié)調(diào)調(diào)度架構(gòu)四個(gè)層面對(duì)主動(dòng)配電網(wǎng)“源-網(wǎng)-荷-儲(chǔ)”協(xié)調(diào)調(diào)度技術(shù)進(jìn)行綜述歸納，并分析了目前在技術(shù)層面上存在的不足之處，可概括如下：

(1) 對(duì)于主動(dòng)配電網(wǎng)中的需求響應(yīng)技術(shù)，可以在宏觀上實(shí)現(xiàn)柔性負(fù)荷的調(diào)度管理。在進(jìn)行大規(guī)模需求響應(yīng)管理時(shí)，需考慮電價(jià)與用戶(hù)負(fù)荷之間存在的復(fù)雜相關(guān)關(guān)系，制定合理的價(jià)格機(jī)制。

(2) 需深入分析參與對(duì)象的時(shí)序特性、頻域特性、結(jié)構(gòu)特性和供需特性，建立全面的“源-網(wǎng)-荷-儲(chǔ)”協(xié)調(diào)調(diào)度模型。

(3) 針對(duì)負(fù)荷聚合建模進(jìn)行研究時(shí)，需深入研究聚合商內(nèi)部的協(xié)調(diào)特性，建立具備雙層互動(dòng)聚合模型。

(4) 在選擇主動(dòng)配電網(wǎng)調(diào)度框架時(shí)，應(yīng)充分評(píng)估區(qū)域規(guī)模，選擇合理的協(xié)調(diào)調(diào)度架構(gòu)。