劉文霞，王 舒，張雯程，王凌飛，樸哲勇，胡 平，韓璟琳，韓旭杉

(1.新能源電力系統(tǒng)國家重點實驗室(華北電力大學(xué))，北京 102206；2.中國農(nóng)業(yè)大學(xué)，北京 100083；3.國家電網(wǎng)吉林省電力有限公司，吉林長春 130000；4. 國網(wǎng)河北省電力公司，河北石家莊 050000；5.國家電網(wǎng)甘肅省電力有限公司，甘肅蘭州 730000)

0 引 言

用戶側(cè)分布式光伏電源并網(wǎng)需求的擴大以及電力體制改革的深層次推進使得配電網(wǎng)公司面臨更大的提質(zhì)增效壓力。儲能和需求側(cè)響應(yīng)等廣義需求側(cè)資源作為配電網(wǎng)可利用的重要資源，可使得電網(wǎng)側(cè)與需求側(cè)的互動關(guān)系更為靈活[1]，從而實現(xiàn)配電網(wǎng)性能優(yōu)化。鑒于此，在規(guī)劃階段，如何充分利用廣義需求側(cè)資源提高配電網(wǎng)投資與運行效益，提高設(shè)備資產(chǎn)利用率，對新電改形勢下電網(wǎng)公司的良性發(fā)展具有重要意義。

目前，在配電網(wǎng)公司主動配置儲能的情景下，國內(nèi)外學(xué)者針對于儲能容量的規(guī)劃方法已取得大量研究成果。文獻[2]以單電源輻射型線路為對象，分析了電網(wǎng)正常狀態(tài)下儲能運行策略對于配電網(wǎng)的支撐作用，并研究了以提高削峰填谷能力、改善電壓質(zhì)量等為目標的儲能容量多目標優(yōu)化配置方法；文獻[3]將上述對配電網(wǎng)的支撐作用轉(zhuǎn)化為配電網(wǎng)公司的經(jīng)濟效益，采用經(jīng)濟特性優(yōu)化法，提出了以配電網(wǎng)公司儲能配置綜合效益最優(yōu)為目標的儲能容量配置方法；在此基礎(chǔ)上，文獻[4]分析了儲能在故障狀態(tài)下對配電網(wǎng)可靠性的貢獻，考慮正常與故障兩狀態(tài)下儲能運行策略對其容量配置結(jié)果的影響，提出了儲能運行參數(shù)與配置容量的聯(lián)合優(yōu)化方法。

需求側(cè)響應(yīng)作為改變用戶固有電力消費模式的供需互動形式，能夠有效緩解供需不平衡，提高電力系統(tǒng)綜合運營效率，優(yōu)化資源配置[5-6]，是提高配電網(wǎng)運行與投資效益的重要資源。需求側(cè)響應(yīng)可處理為一種主動參與配電網(wǎng)規(guī)劃與運行的電源(即負荷減少的等效作用)。文獻[6]指出在規(guī)劃中合理考慮需求側(cè)響應(yīng)的影響有助于提高最終方案的總體效益；文獻[7]指出空調(diào)負荷是進行負荷需求側(cè)響應(yīng)的重要資源，尤其是針對商業(yè)用戶等生產(chǎn)成本中電力成本所占比例較大的用戶；文獻[8]采用直接控制的方法，構(gòu)建了空調(diào)負荷需求側(cè)響應(yīng)與光儲協(xié)調(diào)運行下的儲能容量的配置模型，說明了利用空調(diào)進行激勵型需求側(cè)響應(yīng)可提高電網(wǎng)的經(jīng)濟效益。然而，現(xiàn)階段空調(diào)負荷需求側(cè)建模基本采用激勵型響應(yīng)[5]，而正常狀態(tài)下不需要配電網(wǎng)公司支付經(jīng)濟補償?shù)膬r格型響應(yīng)在配電網(wǎng)儲能配置中的應(yīng)用潛力尚有待挖掘。

綜上，儲能與負荷需求側(cè)響應(yīng)作為廣義需求側(cè)資源，為間歇性能源并網(wǎng)后配電網(wǎng)的規(guī)劃和運行技術(shù)的發(fā)展提供了新思路。本文以存在互聯(lián)的饋線組為研究對象，考慮保障用戶舒適度與提升用戶用電經(jīng)濟性的雙重需求，提出了空調(diào)負荷價格型響應(yīng)模型；在故障狀態(tài)下，建立了存在互聯(lián)的饋線組內(nèi)廣義需求側(cè)資源協(xié)同調(diào)度的共享機制；基于以上運行策略，改進了配電網(wǎng)主動運行收益模型，并以配電網(wǎng)經(jīng)濟收益最大化為目標，開展了配電網(wǎng)需求側(cè)電價、儲能運行策略與儲能配置的聯(lián)合優(yōu)化，達到以主動運行提高資產(chǎn)利用率的最終目標。

1 電網(wǎng)正常與故障狀態(tài)下廣義需求側(cè)資源出力模型

本文以存在互聯(lián)的饋線組中部分用戶配置分散式、小容量光伏并利用分體式變頻空調(diào)參與負荷需求側(cè)響應(yīng)，以提高用電經(jīng)濟性；配電網(wǎng)公司在饋線末端投資建設(shè)儲能，并結(jié)合電網(wǎng)中友好負荷作為廣義需求側(cè)資源[9]開展主動運行，以提升電網(wǎng)運行效益和設(shè)備利用水平為研究場景。提高設(shè)備的利用水平，減少配電網(wǎng)的冗余配置，必須充分發(fā)掘故障狀態(tài)下廣義需求側(cè)資源的應(yīng)用價值，由此，本文中廣義需求側(cè)資源的模型分類如圖1所示。

圖1 廣義需求側(cè)資源分類Fig.1 Generalized demand side resource classification

1.1 基于Auto-DR的空調(diào)負荷需求側(cè)響應(yīng)模型

1.1.1 空調(diào)負荷需求側(cè)響應(yīng)實現(xiàn)模式

為充分挖掘用戶側(cè)負荷響應(yīng)潛力與響應(yīng)能力，克服頻繁響應(yīng)而產(chǎn)生的“響應(yīng)疲勞”問題，國際上提出了Auto-DR的概念[10-11]。本文基于Auto-DR，提出了用戶需求側(cè)響應(yīng)終端(users side response terminal，USRT)的功能模型，即實時接收配電網(wǎng)需求側(cè)電價、用戶溫度需求以及溫度變化信息，并根據(jù)配電網(wǎng)正常與故障狀態(tài)下不同的決策方式對空調(diào)進行實時調(diào)控，其工作流程如圖2所示。

圖2 USRT工作流程Fig.2 USRT workflow

1.1.2 正常狀態(tài)下價格型空調(diào)響應(yīng)模型

配電網(wǎng)正常狀態(tài)下，USRT在保障用戶舒適度的基礎(chǔ)上，以提升用電經(jīng)濟性為目標，根據(jù)電價以及溫度波動情況調(diào)節(jié)空調(diào)出力。本文考慮USRT計算資源的限制，基于啟發(fā)式滑動數(shù)據(jù)窗滾動技術(shù)[1]，提出空調(diào)負荷價格型響應(yīng)模型，其主要思想為：在多個響應(yīng)時段組成的數(shù)據(jù)窗內(nèi)，首先以能夠滿足整個數(shù)據(jù)窗內(nèi)時段溫度需求為標準確定數(shù)據(jù)窗內(nèi)第一個響應(yīng)時段的空調(diào)備選出力，然后選擇備選出力中經(jīng)濟性最優(yōu)的出力作為第一個時段空調(diào)出力的響應(yīng)結(jié)果。而后數(shù)據(jù)窗依次滑動，完成全部時段的空調(diào)響應(yīng)。

本文以0.5h作為一個響應(yīng)時段。由于室內(nèi)溫度具有一定的熱儲特性，所以當(dāng)前時段空調(diào)出力對本時段與下一時段室內(nèi)溫度均有影響。因此，本文中兩個相鄰的響應(yīng)時段組成一個數(shù)據(jù)窗。具體響應(yīng)流程如下：

① 數(shù)據(jù)初始化: 讀入數(shù)據(jù)窗內(nèi)負荷陣列L、配電網(wǎng)需求側(cè)電價陣列C、光伏電源出力Pv、該用戶對于室內(nèi)溫度的需求Tmin.in，Tmax.in、室外溫度變化陣列Tout。

② 確定滿足溫度需求的空調(diào)備選檔位：設(shè)當(dāng)前響應(yīng)時段為第k個時段，采用表征空調(diào)熱交換過程的等效熱參數(shù)模型(equivalent thermal parameters model, ETP model)[12]計算k時段滿足用戶溫度需求的備選空調(diào)功率檔位，組成陣列Qk，并針對Qk中每一個元素Qk(j)，計算當(dāng)k時段空調(diào)功率檔位設(shè)定為Qk(j)時，k+1時段滿足用戶溫度需求的可選功率檔位，組成陣列Qj,k+1。ETP 模型的計算公式為

(1)

式中:Tin，t+1表示室內(nèi)溫度，℃；Tout，t+1表示室外溫度，℃；t表示仿真的時刻，Δt表示仿真的時間間隔；R表示熱阻參量，℃/W；Ceq表示等效熱容參數(shù)，J/℃；P表示空調(diào)額定的制冷/熱功率，kW；η表示空調(diào)優(yōu)劣性能參數(shù)；q表示變頻空調(diào)的功率狀態(tài)，本文中功率狀態(tài)有停止運行、25%啟動、50%啟動、75%啟動以及100%啟動5種狀態(tài)，分別對應(yīng)q的取值為0、0.25、0.5、0.75、1，即為備選空調(diào)的功率檔位。

③ 計算k時段備選功率檔位Qk(j)下的平均電價：根據(jù)k時段和k+1時段的電價與用戶光伏電源出力水平，計算得到備選檔位Qk(j)下平均電價，記為Ca,k(j)：

Ca,k(j)=

(2)

式中:C(k)、C(k+1)表示k時段與k+1時段的需求側(cè)電價水平；PV(k)、PV(k+1)表示k時段與k+1時段的用戶自配光伏出力；n表示陣列Qj,k+1中的元素個數(shù)。

④備選檔位中尋優(yōu)確定最佳檔位：選擇備選檔位中平均電價最低的檔位作為k時段檔位優(yōu)化結(jié)果。

以上決策方式保證了每一時段響應(yīng)結(jié)果均滿足用戶對溫度舒適度的需求，并最大限度地提升了用戶參與負荷響應(yīng)的經(jīng)濟效益，符合USRT設(shè)計定位。

1.1.3 故障狀態(tài)下激勵型空調(diào)響應(yīng)模型

為充分挖掘故障狀態(tài)下負荷需求側(cè)資源的貢獻，實現(xiàn)故障狀態(tài)下饋線組負荷需求側(cè)資源共享，本文中激勵型負荷調(diào)控策略為：當(dāng)饋線組中存在負荷轉(zhuǎn)供時，中斷饋線組內(nèi)事前參與項目的用戶空調(diào)負荷。該策略下，中斷空調(diào)負荷的責(zé)任在于配電網(wǎng)公司，因此公司需根據(jù)空調(diào)負荷的斷開時間對用戶進行經(jīng)濟補償，經(jīng)濟補償?shù)木唧w計算方法為

(3)

式中:Ck,comp表示第k個用戶獲得的經(jīng)濟賠償金額；Ntransfer表示故障時第k個用戶所在饋線發(fā)生負荷轉(zhuǎn)供或接納對端線路的轉(zhuǎn)供負荷的元件數(shù)目；Pk表示第k個用戶空調(diào)的額定功率；rj表示第j個元件的故障持續(xù)時間；Rdsm表示用戶所在饋線為故障線路或者接納轉(zhuǎn)供負荷線路的缺供電量評價率；λj表示第j個元件的故障率。

1.2 正常與故障狀態(tài)下的儲能運行模型

互聯(lián)的饋線在故障情況下，聯(lián)合調(diào)度各條饋線上的儲能設(shè)備和需求側(cè)資源，可有效縮減每條饋線備用需求，從而提高配電線路利用率。計及此效用，本文提出儲能在電網(wǎng)故障與正常狀態(tài)下運行策略如下：

電網(wǎng)故障狀態(tài)下，當(dāng)故障元件位于計劃孤島范圍內(nèi)時，儲能可通過釋放電能對計劃孤島范圍內(nèi)負荷進行供電，減少停電負荷；當(dāng)故障元件位于計劃孤島范圍外，位于故障饋線的儲能與饋線組內(nèi)其他儲能可通過釋放電能承擔(dān)轉(zhuǎn)供負荷，提高線路的安全負載率，降低電網(wǎng)冗余程度。

電網(wǎng)正常狀態(tài)下，合理的儲能充放電策略是降低負荷曲線峰谷差、提高配電網(wǎng)運行效益的關(guān)鍵。本文考慮其優(yōu)化負荷曲線峰谷特性與低儲高發(fā)獲利的綜合效果，提出一種以追蹤用戶負荷波動與負荷上下限關(guān)系為主，以追蹤輸電網(wǎng)電價波動與電價上下限關(guān)系為輔的充放電策略，擴大儲能的利用深度。

具體來說，該充放電策略為給定負荷追蹤上限Pmax、下限Pmin，電價追蹤上限Cmax、下限Cmin。當(dāng)監(jiān)測到負荷波動小于Pmin時，儲能存儲電能；當(dāng)監(jiān)測到負荷波動大于Pmax時，儲能釋放電能；當(dāng)負荷波動大于Pmin且小于Pmax時，儲能追蹤輸電網(wǎng)電價：即輸電網(wǎng)電價低于Cmin時，儲能存儲電能；輸電網(wǎng)電價高于Cmax時，儲能釋放電能；其余情況儲能處于浮充狀態(tài)。負荷追蹤與電價追蹤限值的具體計算公式為

(4)

式中:X分別表示用戶負荷或輸電網(wǎng)電價，當(dāng)X表示用戶負荷量時，Xmax以及Xmin分別表示負荷追蹤上下限，當(dāng)X表示輸電網(wǎng)電價時，Xmax以及Xmin分別表示電價追蹤上下限；n表示選取的統(tǒng)計點位總數(shù)；Xmax與Xmin分別表示負荷需求量以及輸電網(wǎng)電價的上限與下限；xn,max與xn,min表示統(tǒng)計期間X的最大值與最小值；hmax與hmin表示閾值上下限設(shè)置的比例參數(shù), 包括輸電網(wǎng)電價上限參數(shù)hc,max、輸電網(wǎng)電價下限參數(shù)hc,min、用戶負荷上限參數(shù)hl,max、用戶負荷下限參數(shù)hl,min。

值得注意的是，為保證系統(tǒng)故障時，儲能存儲有足夠的電能為孤島內(nèi)負荷以及轉(zhuǎn)供負荷供電，需設(shè)定儲能的荷電狀態(tài)(state of charge，SOC)的下限SOCmin；同時受儲能電池物理特性影響，SOC需設(shè)定上限SOCmax。儲能必須在SOC滿足以上限制的基礎(chǔ)上進行充放電。綜上，儲能在電網(wǎng)正常狀態(tài)下充放電策略的具體流程如圖3所示。

圖3 電網(wǎng)正常狀態(tài)下儲能充放電策略Fig.3 The charge and discharge strategy under normal conditions

2 電價、儲能運行策略與儲能配置的聯(lián)合優(yōu)化

本文將廣義需求側(cè)在故障狀態(tài)下對供電可靠性和線路安全負載率的貢獻折算為經(jīng)濟效益，通過儲能的優(yōu)化配置以及廣義需求側(cè)資源的協(xié)調(diào)運行實現(xiàn)配電網(wǎng)公司經(jīng)濟效益最大化。配電網(wǎng)電價影響空調(diào)負荷的響應(yīng)結(jié)果即負荷曲線的形狀，儲能在正常狀態(tài)下的運行參數(shù)決定儲能的效用，儲能效用與負荷曲線的形狀綜合影響儲能的配置結(jié)果。因此，本文以配電網(wǎng)需求側(cè)電價、儲能在電網(wǎng)正常狀態(tài)下運行參數(shù)hc，max、hc，min、hl，max、hl,min、SOCmin以及儲能配置參數(shù)為優(yōu)化變量，進行聯(lián)合優(yōu)化。

2.1 目標函數(shù)

電網(wǎng)公司經(jīng)濟效益最大化可表示為由配電網(wǎng)公司配置廣義需求側(cè)資源引起的增量收益與增量成本差值最大化。增量成本來源于包含儲能配置投資和后期運維的全壽命周期成本以及配電網(wǎng)中斷空調(diào)供電時補償用戶的成本。增量收益來源于正常與故障兩狀態(tài)，其具體分類如圖4所示。

圖4 配電網(wǎng)公司增量收益分類Fig.4 Distribution network company incremental revenue classification

因此，目標函數(shù)可表示為

maxF=Bdir+Bdel+Benv+Brel-Ctol-Cdsm

(5)

式中:F表示配電網(wǎng)所獲凈收益；Bdir表示配電網(wǎng)的直接收益；Bdel表示延緩電網(wǎng)升級改造盈利；Benv表示環(huán)境效益；Brel表示減小停電損失獲利；Ctol表示儲能全壽命周期成本;Cdsm表示配電網(wǎng)中斷空調(diào)負荷供電時補償用戶的經(jīng)濟成本，見式(3)。

文獻[4]以單饋線為研究對象，給出了配電網(wǎng)公司增量收益模型的計算方法。以饋線組為研究對象，考慮負荷需求側(cè)響應(yīng)、廣義需求側(cè)共享機制以及孤島范圍內(nèi)線路的連接方式后，文獻中配電網(wǎng)的直接收益、環(huán)境效益以及儲能全壽命周期成本的計算方法不發(fā)生變化，但延緩電網(wǎng)升級改造收益以及減少停電損失的計算方法則不再適用。由此，本文沿用文獻中直接收益、環(huán)境效益以及儲能全壽命周期成本的計算方法，并提出延緩電網(wǎng)升級改造收益以及減少停電損失的計算方法如下。

2.1.1 延緩電網(wǎng)升級改造

正常狀態(tài)下，饋線組中廣義需求側(cè)資源的協(xié)調(diào)調(diào)度降低了負荷曲線峰谷差。故障狀態(tài)下，以手拉手饋線組為例，為保證電網(wǎng)的N-1安全準則，即故障時兩側(cè)線路上負荷都能夠完全轉(zhuǎn)供，線路的安全負載率需設(shè)為50%。而如圖5所示，饋線組配置廣義需求側(cè)資源后，A1發(fā)生如圖5所示故障時，儲能可通過釋放電能承擔(dān)轉(zhuǎn)供負荷，負荷需求側(cè)響應(yīng)可通過削減負荷減少負荷轉(zhuǎn)供量，此時A2所需承擔(dān)的轉(zhuǎn)供負荷量減少，這使得正常狀態(tài)下A2的線路負載率可超過50%，線路的安全負載率提高。

圖5 饋線組故障示意圖Fig.5 Feeder group fault diagram

饋線組中廣義需求側(cè)資源在降低了負荷曲線峰谷差的同時，提高了線路安全負載率，有效延緩了電網(wǎng)的升級改造。因此，配電網(wǎng)升級改造延緩的收益由資源配置后的負荷峰值降低情況以及線路安全負載率提升情況決定，其具體計算方法如下：

本文設(shè)ε為年負荷增長率，ηp,max與ηn,max分別為廣義需求側(cè)資源配置前后線路安全負載率，Pp,max與Pn,max分別為配置前后配電網(wǎng)峰值負荷，Tp與Tn為廣義需求側(cè)資源配置前后當(dāng)前配電網(wǎng)距升級改造的年限，則可得等式關(guān)系如下：

Pn,max(1+ε)Tn=ηn,maxPT

(6)

Pp,max(1+ε)Tp=ηp,maxPT

(7)

式中:PT表示配電網(wǎng)線路額定輸送功率。

根據(jù)上式可推導(dǎo)得到，電網(wǎng)延緩升級的年數(shù)Tdel的計算公式如下式

(8)

式中ηn,max的具體計算方法為：將儲能等效處理為負值出力負荷后，以50%負載率為起始點，逐步增加線路負載率，并校驗當(dāng)接受對側(cè)線路峰值負荷轉(zhuǎn)供時，線路是否滿足潮流以及電壓約束。當(dāng)負載率增長至不再滿足約束時，臨界的負載率即為ηn,max。

因此，通過饋線組中廣義需求側(cè)資源的協(xié)調(diào)調(diào)度與共享，延緩電網(wǎng)升級改造的收益如下式：

(9)

式中:Idis表示電網(wǎng)升級所需投資;ir代表通貨膨脹率；dr代表貼現(xiàn)率。

2.1.2 減小停電損失獲利

儲能在故障狀態(tài)下，可對計劃孤島內(nèi)負荷進行供電，減少配電網(wǎng)公司需支付的用戶停電賠償金額，這部分效益即為減小停電損失獲利。本文采用故障后果分析法計算該效益，具體公式為

(10)

式中:Nfault表示儲能安裝位置計劃孤島范圍內(nèi)元件數(shù)；Ej表示第j個元件故障時儲能形成孤島所減少的停電損失期望；Nfault,load表示儲能安裝位置計劃孤島內(nèi)負荷數(shù)；Pk表示保障用戶電力供應(yīng)所需功率；rj表示第j個元件的故障平均持續(xù)時間；ωj,k表示第j個元件故障時孤島內(nèi)儲能能否對第k個用戶進行供電：當(dāng)供電路徑存在時，ωj,k為1，否則ωj,k為0；Sres表示儲能在電網(wǎng)故障時的期望剩余電量；λj、μj表示第j個元件的故障率與修復(fù)率；Rrea表示用戶缺供電量的評價率。

2.2 約束條件

① 系統(tǒng)有功功率平衡約束：

(11)

式中:pBES,k表示k時刻儲能的出力；pDG,k、ptran,k及ploadi,k分別表示k時刻分布式電源的出力，該級電網(wǎng)向上級電網(wǎng)購電電量及負荷點i處的負荷功率；ploss,k表示系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)損耗；N表示配電網(wǎng)中總的負荷節(jié)點數(shù)；NDG表示用戶自建光伏的節(jié)點數(shù)目。

② 節(jié)點電壓約束：

Umin≤Ui≤Umax

(12)

式中:Ui表示節(jié)點i處的電壓值;Umin及Umax分別表示電壓下限與電壓上限。

③ 上級電網(wǎng)輸入功率約束：

0≤ptran,i≤ptran,max

(13)

式中:ptran，max表示上級電網(wǎng)向配電網(wǎng)傳輸功率的上限。

④ 電價上下限約束：

Cmin≤C(i)≤Cmax

(14)

式中:Cmin與Cmax表示由配電網(wǎng)公司運營成本以及國家相關(guān)部門規(guī)定所決定的電價上下限。

2.3 基于模擬運行仿真的規(guī)劃模型求解

本文采用禁忌搜索-粒子群算法(TS-PSO)和基于典型日運行調(diào)度仿真的方法進行規(guī)劃模型的求解[13]。TS-PSO算法將“禁忌”與“特赦”思想引入到粒子群算法的搜索更新中，解決了PSO算法所存在的局部搜索能力較弱和早熟收斂問題，既加快了收斂速度又提高了收斂精度，模型求解的具體流程如圖6。

圖6 模型求解的具體流程Fig.6 The specific process of solving the model

3 算例分析

本文以兩條相同的改進IEEE-33節(jié)點測試系統(tǒng)組成的“手拉手”線路組為例進行算例分析，并選擇10號、20號、24號以及28號節(jié)點作為商業(yè)大用戶配置USRT以及分布式光伏電源，18號節(jié)點作為儲能配置節(jié)點。饋線組中一條線路的結(jié)構(gòu)如圖7所示。

圖7 改進的IEEE-33節(jié)點配電網(wǎng)系統(tǒng)Fig.7 Improved IEEE-33 node power distribution system

3.1 初始參數(shù)值與計算結(jié)果

本文中年負荷增長率取值為1.2%，歸算后基線負荷(除空調(diào)負荷外其他負荷總和)曲線如圖8所示；配電網(wǎng)向上級電網(wǎng)購電電價采用單一電價，7:00～22:00實時售電價為優(yōu)化變量，其他時段電價為0.7元/kWh，通貨膨脹率為1.6%，貼現(xiàn)率為10%，缺供電量評價率統(tǒng)一取值為1 355元/kWh；商業(yè)用戶空調(diào)參數(shù)參照文獻[9]設(shè)置，用戶對溫度的需求統(tǒng)一設(shè)置為27℃～22℃，儲能參數(shù)參照文獻[4]進行設(shè)置。算例中元件的可靠性數(shù)據(jù)參考文獻[14]。

本文將一年分為6個等長時間段，從每個時間段中選取典型日溫度作為對象。典型日溫度如圖9所示。

圖8 用戶基線負荷曲線Fig.8 User baseline load curve

圖9 典型日溫度曲線Fig.9 Typical day temperature curve

仿真優(yōu)化相關(guān)算法參數(shù)設(shè)定如下：迭代的次數(shù)1 000次；種群大小個數(shù)50；粒子維數(shù)37；粒子跟蹤自己歷史最優(yōu)值的權(quán)重系數(shù)2；粒子跟蹤群體最優(yōu)值的權(quán)重系數(shù)2；約束因子0.729。

根據(jù)以上數(shù)據(jù)，仿真計算得到收斂的優(yōu)化結(jié)果：hc，max=0、hc，min=0、hl，max=0.682 6、hl，min=0.424 3、SOCmin=0.24、Sbess=7.021MWh、Pbess=559.077kW，實時電價優(yōu)化結(jié)果如圖10所示。

圖10 實時電價優(yōu)化結(jié)果Fig.10 Real-time electricity price optimization results

3.2 需求側(cè)響應(yīng)對用戶的影響分析

3.2.1 對用戶舒適度的影響

用戶USRT根據(jù)實時需求側(cè)電價進行響應(yīng)時，用戶室內(nèi)溫度變化如圖11所示。

圖11 用戶溫度變化Fig.11 User temperature changes

從上圖可知，USRT響應(yīng)結(jié)果滿足用戶溫度需求。外界溫度變化與電價波動的綜合影響使得不同用戶室內(nèi)溫度變化呈現(xiàn)相似的變化趨勢。

3.2.2 對用戶用電經(jīng)濟性的影響

為分析用戶參與響應(yīng)所獲經(jīng)濟效益，在相同電價水平下，將本文所提出的調(diào)控方式(方式一)以及根據(jù)該時段下溫度是否越限確定空調(diào)啟停的調(diào)控方式(方式二)下空調(diào)年電費支出(單位：萬元)進行比較，具體費用結(jié)果如圖12所示。

圖12 用戶用電費用比較Fig.12 The comparison of user electricity costs

由上圖可以看出，本文所提出的調(diào)控方式下用戶空調(diào)費用較低，用戶用電經(jīng)濟性得到了提升。其中，10號用戶、20號用戶、24號用戶以及28號用戶電費縮減比例分別為9.4%、9.2%、9.1%、10.4%，空調(diào)負荷額定功率最大的28號用戶電費縮減比例最高。這說明用戶用電費用縮減比例與用戶空調(diào)負荷功率呈現(xiàn)正相關(guān)。

3.3 需求側(cè)資源配置對儲能配置的影響

在其他參數(shù)不變的基礎(chǔ)上，逐步改變進行需求側(cè)響應(yīng)的重要用戶比例，運行與配置優(yōu)化結(jié)果如圖13所示。

圖13 不同用戶響應(yīng)比例下儲能配置結(jié)果Fig.13 The results of different user demand side response energy storage configuration

由上圖可知，隨著用戶參與需求側(cè)響應(yīng)比例增加，儲能配置結(jié)果(包括額定容量與額定功率)減少，配置成本降低，同時配電網(wǎng)公司直接效益減少。這是由于直接效益與儲能配置容量相關(guān)性較強，當(dāng)用戶參與需求側(cè)響應(yīng)后，負荷曲線峰谷特性得到了調(diào)整，儲能配置減少，直接效益隨之減少。但是，由于延緩電網(wǎng)升級改造效益、環(huán)境效益以及減少停電損失獲利隨用戶參與比例的增加而增加，配電網(wǎng)公司凈收益增加。

3.4 共享機制下廣義需求側(cè)資源對線路利用率的影響

為分析廣義需求側(cè)資源運行策略對線路安全負載率的影響效果，計算得到廣義需求側(cè)資源不同配置情況下線路安全負載率水平如表1所示。

表1 廣義需求側(cè)資源對于線路利用率的影響

由表1可知，隨著儲能的配置以及用戶參與負荷需求側(cè)響應(yīng)比例的增加，線路安全負載率逐步增加。儲能配置后，可承擔(dān)的轉(zhuǎn)供負荷功率較大，因而對線路安全負載率的提升效果更為顯著。這說明線路安全負載率的提升效果與配電網(wǎng)可調(diào)度的廣義需求側(cè)資源規(guī)模呈現(xiàn)正相關(guān)關(guān)系。

4 結(jié)束語

本文以配電網(wǎng)公司配置廣義需求側(cè)資源所獲得的經(jīng)濟效益最大化為目標，研究了共享機制下配電網(wǎng)需求側(cè)電價、儲能運行策略及容量的協(xié)調(diào)優(yōu)化。本文的優(yōu)化過程兼顧配置與運行參數(shù)，考慮廣義需求側(cè)資源在系統(tǒng)正常運行以及故障狀態(tài)下不同的運行策略，實現(xiàn)了應(yīng)用場景、投資主體、建設(shè)目標及運行策略的統(tǒng)一，通過算例分析表明：①本文所建模型滿足了用戶的舒適度以及用電經(jīng)濟性的雙重需求；②儲能配置需求，隨用戶參與需求側(cè)響應(yīng)比例的增加而降低，用戶參與正常狀態(tài)下價格型、故障狀態(tài)下激勵型的需求側(cè)響應(yīng)可緩解配電網(wǎng)配置儲能壓力；③饋線組內(nèi)部廣義需求側(cè)資源的配置與共享提升了線路的安全負載率，其提升效果與配置規(guī)模呈現(xiàn)正相關(guān)。

本文的研究內(nèi)容可為配電網(wǎng)需求側(cè)響應(yīng)資源的規(guī)劃利用、儲能裝置運行策略優(yōu)化以及實時電價的制定提供參考，具有一定的實際參考價值。