朱仔新，張靜忠，楊 龍

國網(wǎng)寧夏電力有限公司調(diào)度控制中心，寧夏 銀川 750001

0 引言

通常情況下，電網(wǎng)中的發(fā)電量和用電量會(huì)處于一個(gè)較為平衡的狀態(tài)。用電方即購電方，在電力市場(chǎng)中需要重點(diǎn)關(guān)注，需要對(duì)于其用電需求進(jìn)行準(zhǔn)確預(yù)測(cè)，并以此為側(cè)響應(yīng)調(diào)整供電量。隨著電網(wǎng)中各類能源的比重增加，產(chǎn)生的不確定性越來越多，如何在復(fù)雜的電力市場(chǎng)中調(diào)控電網(wǎng)的未知因素，逐漸成為供電企業(yè)進(jìn)行優(yōu)化的研究熱點(diǎn)。

目前常用電網(wǎng)調(diào)度算法包括迭代類算法和直接類算法，在稀疏矩陣方程運(yùn)算時(shí)具備較穩(wěn)定的調(diào)控性能，但在不對(duì)稱或者未知負(fù)荷接入時(shí)，其稀疏矩陣會(huì)受到高維方程影響，導(dǎo)致終端算法無法完成收斂，使后續(xù)計(jì)算結(jié)果的精準(zhǔn)性有所下降。文章基于此利用需求側(cè)響應(yīng)的優(yōu)勢(shì)，研究輸電負(fù)荷的協(xié)調(diào)規(guī)劃算法，為電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行提供理論依據(jù)。

1 考慮需求側(cè)響應(yīng)的輸電負(fù)荷協(xié)調(diào)規(guī)劃算法

1.1 考慮需求側(cè)響應(yīng)構(gòu)建調(diào)度模型

輸電網(wǎng)調(diào)度的模式基本以預(yù)測(cè)負(fù)荷為主，在預(yù)測(cè)負(fù)荷與實(shí)際負(fù)荷之間會(huì)存在些許波動(dòng)，根據(jù)單一的預(yù)測(cè)制訂計(jì)劃調(diào)度模型，將能夠統(tǒng)計(jì)的日變量負(fù)荷納入考慮范圍，對(duì)不同情形下的輸電負(fù)荷場(chǎng)景進(jìn)行規(guī)模解決，以此完成需求側(cè)響應(yīng)的規(guī)劃算法設(shè)計(jì)。在考慮分散性和結(jié)構(gòu)性的聚類效果中，利用不同相似樣本的聚類簇設(shè)置中心負(fù)荷數(shù)據(jù)的場(chǎng)景，設(shè)定所有能夠在電網(wǎng)中輸入的負(fù)荷數(shù)據(jù)為一個(gè)聚類簇，對(duì)各個(gè)時(shí)刻的負(fù)荷值進(jìn)行近似日負(fù)荷的中心值選定。從某個(gè)單一起點(diǎn)作為聚類初始中心，根據(jù)最大最小原則保證兩個(gè)中心的距離，有足夠的遠(yuǎn)的高效迭代距離，劃定在每個(gè)樣本和當(dāng)前已經(jīng)存在的中心最短距離，以此選擇最短距離的中心樣本作為新加入的起點(diǎn)中心[1]。在多次場(chǎng)景數(shù)量重復(fù)疊加過程中，對(duì)輸入的負(fù)荷數(shù)據(jù)集合進(jìn)行層次分解，直到最遠(yuǎn)離中心起始點(diǎn)的數(shù)據(jù)樣本出現(xiàn)，可以完成相似日期內(nèi)負(fù)荷數(shù)據(jù)聚類的向量場(chǎng)景集。在此基礎(chǔ)上通過數(shù)據(jù)集合，對(duì)不同運(yùn)行狀態(tài)下的電網(wǎng)吸收和注入負(fù)荷，進(jìn)行需求側(cè)響應(yīng)調(diào)度的模型建立，并確定能夠中斷和轉(zhuǎn)移負(fù)荷的目標(biāo)函數(shù)。

1.2 確定中斷與轉(zhuǎn)移負(fù)荷目標(biāo)函數(shù)

由于電力負(fù)荷的彈性系數(shù)難以獲取，需要在不減少負(fù)荷效率下，對(duì)負(fù)荷需求響應(yīng)模型中激勵(lì)性目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行確定，包括可中斷負(fù)荷和轉(zhuǎn)移負(fù)荷兩種目標(biāo)。用戶獲取負(fù)荷被看作電網(wǎng)的中斷負(fù)荷，在直接獲得補(bǔ)償后促使供電電網(wǎng)和用戶之間的協(xié)議，根據(jù)簽訂好的需要切斷負(fù)荷，以中斷時(shí)間和中斷量作為用戶補(bǔ)償。對(duì)用戶不敏感的負(fù)荷設(shè)置為轉(zhuǎn)移負(fù)荷，可以根據(jù)不同時(shí)間段內(nèi)的用電價(jià)格選擇該類型負(fù)荷的使用時(shí)間，計(jì)算兩個(gè)負(fù)荷的目標(biāo)函數(shù)，表達(dá)式為

其中，中斷負(fù)荷的最小和最大中斷功率能夠形成線性約束，由此可以確定該負(fù)荷的目標(biāo)函數(shù)。在上述調(diào)度模型中對(duì)能夠轉(zhuǎn)移的電網(wǎng)負(fù)荷進(jìn)行補(bǔ)償，利用同類型同電價(jià)原則，在轉(zhuǎn)移時(shí)間段內(nèi)增加或減少用戶用電功率，計(jì)算最優(yōu)解向量。

1.3 以最優(yōu)解向量協(xié)調(diào)規(guī)劃輸電負(fù)荷

在調(diào)度模型的構(gòu)建基礎(chǔ)上對(duì)目標(biāo)函數(shù)中的解向量，進(jìn)行最小最優(yōu)分解，選擇遺傳優(yōu)化參數(shù)辨識(shí)輸電負(fù)荷中的初始群解體[2-3]。設(shè)定能夠初解的變量大小為500度量，在選定適應(yīng)度函數(shù)f中，根據(jù)每個(gè)個(gè)體對(duì)適應(yīng)度的選擇趨向，選取最適合辨識(shí)函數(shù)的最佳生存負(fù)荷環(huán)境，解向量的素質(zhì)越好，能夠產(chǎn)生的個(gè)體源變量越小，則個(gè)體適應(yīng)度fa的表達(dá)式為

式中：α為每個(gè)適應(yīng)度個(gè)體；g為能夠重復(fù)和縮減變量的個(gè)體匹配集合。

每個(gè)被選中個(gè)體的概率和其自身適應(yīng)度的遺傳比例呈正比例關(guān)系。最優(yōu)解的選擇需要對(duì)集合中的子個(gè)體進(jìn)行重組調(diào)度，在模型中的親源中設(shè)定父本和母本兩個(gè)類型，能夠被選擇組合的個(gè)體為選定負(fù)荷的交叉位置。根據(jù)負(fù)荷子體隨機(jī)選擇的進(jìn)制標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)小于0.5的概率進(jìn)行反轉(zhuǎn)逆變，直至最優(yōu)解出現(xiàn)完成輸電負(fù)荷協(xié)調(diào)。在模型的主動(dòng)牽引和目標(biāo)函數(shù)的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)最優(yōu)解向量的選定完成輸電負(fù)荷協(xié)調(diào)規(guī)劃算法設(shè)定。

2 試驗(yàn)

為了驗(yàn)證所設(shè)計(jì)算法的實(shí)際應(yīng)用效果，在標(biāo)準(zhǔn)IEEE 33節(jié)點(diǎn)電網(wǎng)配置下，對(duì)線路運(yùn)行的線損功率進(jìn)行調(diào)控，以確定電網(wǎng)線路中各支路的功率流動(dòng)方向。線損功率的調(diào)控，以通過電網(wǎng)的電壓幅值縮減為標(biāo)準(zhǔn)，在單位時(shí)間內(nèi)對(duì)主線節(jié)點(diǎn)的電壓幅值完成調(diào)控，即可表述為該線路的線損得到有效控制。設(shè)置該電網(wǎng)節(jié)點(diǎn)中包含7個(gè)聯(lián)絡(luò)開關(guān)，總計(jì)支路線路數(shù)量不低于33條，總體基準(zhǔn)電壓為1 566 V，具體節(jié)點(diǎn)的輸電結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 IEEE 33節(jié)點(diǎn)電網(wǎng)輸電結(jié)構(gòu)

根據(jù)圖1的節(jié)點(diǎn)排列結(jié)構(gòu)，對(duì)每條主路中與聯(lián)絡(luò)開關(guān)相鄰的支路首端與尾端的功率參數(shù)設(shè)定，并對(duì)支路的對(duì)抗電路系數(shù)進(jìn)行設(shè)定，具體如表1所示。

表1 IEEE 33節(jié)點(diǎn)電網(wǎng)參數(shù)

根據(jù)設(shè)定接入電網(wǎng)的功率容量和需求側(cè)資源容量，對(duì)相鄰節(jié)點(diǎn)進(jìn)行支路抗阻的電壓幅值分析，在所提協(xié)調(diào)算法下進(jìn)行兩組電壓幅值分配：方案1為原有線路電壓，即在不接入分布電源和中斷負(fù)荷基礎(chǔ)上，直接對(duì)年度電網(wǎng)的運(yùn)行功率線損進(jìn)行調(diào)度；方案2為調(diào)控后電壓幅值，即接入分布式電源和中斷負(fù)荷中完成功率調(diào)度，在單位容量單位內(nèi)，對(duì)可中斷的負(fù)荷功率設(shè)置不得低于200 kW。在每個(gè)節(jié)點(diǎn)輸電負(fù)荷初始變動(dòng)中心統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)下，對(duì)上述相鄰節(jié)點(diǎn)進(jìn)行首位兩端電壓幅值比較，結(jié)果如圖2所示。

圖2 調(diào)控前后各節(jié)點(diǎn)電壓幅值比較

由圖2可知，調(diào)控前電壓幅值變化較大，調(diào)控后的電壓幅值變化較小，選定節(jié)點(diǎn)的相鄰電壓變化均處于平等水平，不會(huì)對(duì)電網(wǎng)的輸電負(fù)荷造成過大影響，說明在分布式電源和中斷負(fù)荷的接入下，能夠?qū)Σ糠种返碾妷悍颠M(jìn)行有效控制，使得支路中的有功線損有所降低，具有實(shí)際應(yīng)用效果。

3 結(jié)束語

文章在構(gòu)建調(diào)度模型的基礎(chǔ)上，對(duì)中斷負(fù)荷和轉(zhuǎn)移負(fù)荷的目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行確定，以此完成時(shí)序分解的規(guī)劃算法設(shè)計(jì)，滿足需求側(cè)響應(yīng)條件下的輸電負(fù)荷安全調(diào)控。經(jīng)試驗(yàn)，在所提調(diào)度規(guī)劃算法下，能夠?qū)?biāo)準(zhǔn)節(jié)點(diǎn)的主線網(wǎng)絡(luò)中電壓幅值進(jìn)行調(diào)控，使得支路中的有功線損有所降低，具有實(shí)際應(yīng)用效果。但由于文章研究時(shí)間有限，在設(shè)計(jì)過程中有少許不足，如在電網(wǎng)運(yùn)行過程中，對(duì)過高負(fù)荷產(chǎn)生的峰值狀態(tài)未進(jìn)行設(shè)定，使得得出的電壓幅值存在一定偏差。后續(xù)研究過程會(huì)對(duì)實(shí)際電網(wǎng)的輸出線路，進(jìn)行特性能耗的分工控制，在不同的峰段對(duì)電壓進(jìn)行深層調(diào)控，進(jìn)一步縮減輸電過程中的線路損耗。