封士元 田書

摘 要：針對現(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)濟性差等問題，在考慮實時電價計費和完全利用微網(wǎng)電能的情況下，利用主動配電網(wǎng)技術(shù)構(gòu)建以配電網(wǎng)-微網(wǎng)運維支出最低、聯(lián)合調(diào)度環(huán)境損耗最小和用戶負荷波動最平緩為優(yōu)化目標的調(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、光伏、微燃機及儲能裝置的配電網(wǎng)為算例模型，通過比較3種運行方式，分析配網(wǎng)添加微電源、儲能裝置和改變拓撲對優(yōu)化目標的影響，時延結(jié)果驗證了該方法有效性。

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

DOI：10. 11907/rjdk. 182126

中圖分類號：TP301文獻標識碼：A文章編號：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)濟性不理想，而主動配電網(wǎng)技術(shù)能綜合考慮信息交互、數(shù)據(jù)分析、綜合聯(lián)動等多個層面，并快速給出效益最優(yōu)的解決方案，因此利用主動配電網(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[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)電壓波動的限制，仿真結(jié)果證明了模型有效性;文獻[5]建立了以年綜合成本和微網(wǎng)自供電能力為優(yōu)化目標的微網(wǎng)與配電網(wǎng)聯(lián)合調(diào)度模型，重點解決了配網(wǎng)中儲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，最終驗證了模型能夠取得良好的經(jīng)濟和減排效益;文獻[6]在主動配電網(wǎng)的優(yōu)化調(diào)度中考慮配網(wǎng)拓撲靈活改變的情況，拓撲結(jié)構(gòu)的靈活改變能最大限度利用微網(wǎng)電能，實現(xiàn)配網(wǎng)與微網(wǎng)聯(lián)合調(diào)度的經(jīng)濟效益最優(yōu)，同時比較了改進和聲算法、標準和聲算法以及遺傳算法在作為模型求解器時的優(yōu)劣情況;文獻[7]、[8]的數(shù)學(xué)模型實質(zhì)都是在滿足潮流分布情況下單一地通過實時電價調(diào)節(jié)中斷負荷的使用區(qū)間，提高負荷使用的經(jīng)濟性。綜上所述，現(xiàn)有文獻考慮影響雙網(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)度對經(jīng)濟、社會帶來的效益。

本文以含風(fēng)能、太陽能、微燃機及儲能裝置的IEEE33拓撲結(jié)構(gòu)為例，通過短期風(fēng)、光和微燃機出力預(yù)測值，在潮流最優(yōu)情況下，以配電網(wǎng)運維支出、環(huán)境損耗以及負荷波動最小為優(yōu)化目標，建立用戶依據(jù)實時電價響應(yīng)動作的配電網(wǎng)與微網(wǎng)聯(lián)合調(diào)度模型。為解決多目標尋優(yōu)問題，本文采用高斯加權(quán)粒子群算法，并對3種運行模式分別仿真分析得出最優(yōu)方案，算例結(jié)果驗證了調(diào)度模型的經(jīng)濟性和有效性。

4 算例模型與結(jié)果分析

仿真采用IEEE33節(jié)點配電系統(tǒng)[17]，如圖2所示。主饋線節(jié)點1-17為工業(yè)負荷，分支節(jié)點18-21、22-24、25-32為居民負荷?？紤]到用戶用電習(xí)慣，認為可削減居民負荷不超過總居民負荷的10%，可轉(zhuǎn)移居民負荷不超過總居民負荷30%。節(jié)點3-4和節(jié)點9-10的光伏及風(fēng)機裝機容量取0.1MW，節(jié)點17的光伏和儲能裝機容量分別取1MW和0.7MW，節(jié)點20的微燃機裝機容量取0.7MW，節(jié)點32的風(fēng)機和儲能裝機容量分別取1MW和0.7MW。風(fēng)電、光伏以及微燃機的并網(wǎng)電價分別為0.6元/kWh、1元/kWh和0.8元/kWh;用戶固定電價為0.56元/kWh[18]。儲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種運行方式進行實驗對比：①方式1為含微網(wǎng)和儲能的新型配電網(wǎng)，但不考慮拓撲結(jié)構(gòu)改變;②方式2為含微網(wǎng)和儲能的新型配電網(wǎng)，并考慮拓撲結(jié)構(gòu)改變;③方式3為無微網(wǎng)和儲能接入的傳統(tǒng)配電網(wǎng)。

模型計算所需的必要數(shù)據(jù)包括工業(yè)負荷和居民負荷的日前負荷預(yù)測，光伏、風(fēng)電和微燃機的日前預(yù)測出力，儲能1和儲能2的出力計劃及基準實時電價分別從文獻[19]、文獻[5]和文獻[20]獲取;表1為微燃機和配電網(wǎng)的污染物排放成本和系數(shù)，表2分別光伏、風(fēng)機、微燃機和儲能電池的運行維護成本。

4.1 3種調(diào)度方式經(jīng)濟性分析

表3為3種調(diào)度方式在目標函數(shù)取最優(yōu)時負荷和拓撲結(jié)構(gòu)的調(diào)整方法，由于方式3不考慮需求響應(yīng)策略和拓撲改變，因此在表3中不出現(xiàn)方式3的調(diào)控數(shù)據(jù)。

對表3、表4數(shù)據(jù)經(jīng)濟性分析可得出以下3點結(jié)論：①由于實時電價的影響，用戶晚間響應(yīng)負荷削減和轉(zhuǎn)移的力度最大，且在負荷轉(zhuǎn)移時隙選擇上也基本選擇為用電低谷時期，負荷轉(zhuǎn)移的時間跨度也在約束范圍內(nèi);②網(wǎng)絡(luò)拓撲改變不僅能直接降低線路損耗，而且能提高清潔能源的帶負載效率，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總費用支出分別比方式3低3%和5%。

4.2 3種調(diào)度方式負荷波動分析

通過對看圖3、圖4、圖5直觀觀察，可以看出圖3、圖4的負荷波動情況優(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的負荷波動率相較于方式3分別減少了約39%和38%。

4.3 3種調(diào)度方式節(jié)點電壓波動分析

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)點電壓數(shù)值在第22時出現(xiàn)輕微越限，此時存在配電網(wǎng)安全運行風(fēng)險上升的可能，但在方式1和方式2條件下最低節(jié)點電壓數(shù)值均被控制在正常區(qū)間內(nèi)，表明微網(wǎng)及儲能裝置的接入能有效提高配電網(wǎng)安全運行可靠性。

5 結(jié)語

本文以IEEE33為配電網(wǎng)拓撲結(jié)構(gòu)，建立了含微網(wǎng)和儲能裝置的配電網(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)濟性最優(yōu)為前提時具有拓撲調(diào)節(jié)能力的方式2減少配電網(wǎng)運維支出和環(huán)境損耗的力度最大，同時也能降低負荷波動，避免電壓越限，增強了配電網(wǎng)可靠性、安全性和經(jīng)濟性，為配網(wǎng)調(diào)度提供可靠參考，對電網(wǎng)企業(yè)和用戶均能產(chǎn)生較好的社會效益和經(jīng)濟效益。在電網(wǎng)智能化趨勢下，配網(wǎng)拓撲改變將成為實現(xiàn)潮流優(yōu)化、降低網(wǎng)絡(luò)損耗、建設(shè)堅強電網(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，僅對電能質(zhì)量電壓越限問題進行了分析比較，后續(xù)研究還可從靜態(tài)或動態(tài)分析等多個角度，分析在該網(wǎng)絡(luò)拓撲下的網(wǎng)絡(luò)安全問題，進一步提高智能配電網(wǎng)運營的安全可靠性。

參考文獻：

[1] 趙波，王財勝，周金輝，等. 主動配電網(wǎng)現(xiàn)狀與未來發(fā)展[J]. 電力系統(tǒng)自動化，2014，38（18）：125-135.

[2] 楊旭英，周明，李庚銀. 智能電網(wǎng)下需求響應(yīng)機理分析與建模綜述[J]. 電網(wǎng)技術(shù)，2016，40（1）：220-226.

[3] 劉東，張弘，王建春. 主動配電網(wǎng)技術(shù)研究現(xiàn)狀綜述[J]. 電力工程技術(shù)，2017，36（4）：2-7+20.

[4] 金煒，駱晨，徐斌，等. 基于需求響應(yīng)技術(shù)的主動配電網(wǎng)優(yōu)化調(diào)度[J]. 電力建設(shè)，2017，38（3）：93-100.

[5] 劉峪涵，汪沨，譚陽紅. 并網(wǎng)型微電網(wǎng)多目標容量優(yōu)化配置及減排效益分析[J]. 電力系統(tǒng)及其自動化學(xué)報，2017，29（9）：70-75.

[6] 廖劍波. 主動配電網(wǎng)的優(yōu)化調(diào)度與靜態(tài)安全分析[D]. 上海：上海電力學(xué)院，2017.

[7] 徐明. 主動配電網(wǎng)系統(tǒng)負荷控制策略研究[D]. 長春：吉林大學(xué)，2017.

[8] 張馨瑜. 需求響應(yīng)在主動配電網(wǎng)源網(wǎng)荷互動模式下的調(diào)度研究[D]. 阜新：遼寧工程技術(shù)大學(xué)，2017.

[9] KINHEKAR N，PADHY N P，OM GUPTA H. Multi-objective demand? side management? solutions? for? utilities? with? peak? demand deficit[J]. International Journal of Electrical Power & Energy Systems，2014，55（2014）：612-619.

[10] 肖曉偉，肖迪，林錦國，等. 目標優(yōu)化問題的研究概述[J]. 計算機應(yīng)用研究，2011，28（3）：805-808+827.

[11] 公茂果，焦李成，楊咚咚，等. 進化多目標優(yōu)化算法研究[J]. 軟件學(xué)報，2009，20（2）：271-289.

[12] 符楊，蔣一鎏，李振坤. 基于混合量子遺傳算法的微電網(wǎng)電源優(yōu)化配置[J]. 電力系統(tǒng)保護與控制，2013，41（24）：50-57.

[13] 楊維，李歧強. 粒子群優(yōu)化算法綜述[J]. 中國工程科學(xué)，2004（5）：87-94.

[14] 劉先正，溫家良，潘艷，等. 采用改進粒子群算法的直流電網(wǎng)最優(yōu)潮流控制[J]. 電網(wǎng)技術(shù)，2017，41（3）：715-720.

[15] 程聲烽，程小華，楊露. 基于改進粒子群算法的小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在變壓器故障診斷中的應(yīng)用[J]. 電力系統(tǒng)保護與控制，2014，42（19）：37-42.

[16] 劉衍民. 粒子群算法的研究及應(yīng)用[D]. 濟南：山東師范大學(xué)，2011.

[17] 梁俊文，林舜江，劉明波. 主動配電網(wǎng)分布式無功優(yōu)化控制方法[J]. 電網(wǎng)技術(shù)，2018，42（1）：230-237.

[18] 何正鑫.? 計及儲能和用戶側(cè)響應(yīng)的微網(wǎng)經(jīng)濟運行優(yōu)化[D]. 廣州：華南理工大學(xué)，2014.

[19] LOGENTHIRAN T，SRINIVASAN D，SHUN Z T. Demand side management in smart grid using heuristic optimization[J]. IEEE Transactions on Smart Grid，2012，3（3）：1244-1252.

[20] 郝文斌，李銀奇. 不同電價機制下含光伏發(fā)電的家庭負荷調(diào)度經(jīng)濟性研究[J]. 電力系統(tǒng)保護與控制，2017，45（17）：34-42.

（責(zé)任編輯：江 艷）