于鳳嬌，王 典，李潤(rùn)宇

(東北電力大學(xué)現(xiàn)代電力系統(tǒng)仿真控制與綠色電能新技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，吉林 吉林 132012)

風(fēng)光等分布式電源接入配電網(wǎng)時(shí)能夠有效提高電網(wǎng)的調(diào)節(jié)能力及運(yùn)行靈活性[1]，隨著DG滲透率不斷增大，現(xiàn)代配電網(wǎng)中風(fēng)光承載率、峰谷波動(dòng)等問題[2]隨之出現(xiàn).同時(shí)，引入需求側(cè)響應(yīng)也給配電網(wǎng)規(guī)劃帶來挑戰(zhàn)[3-5].綜上，如何合理的運(yùn)用DR制定含DG的配電網(wǎng)規(guī)劃與運(yùn)行方案，對(duì)于提高配電網(wǎng)的穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性具有重大的意義.

關(guān)于DR參與配電網(wǎng)規(guī)劃的研究是目前國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn)，綜合考慮DG、DR及儲(chǔ)能等因素，配電網(wǎng)規(guī)劃方法從單層配置[6]、單目標(biāo)規(guī)劃[7]逐步發(fā)展為多層配置[8]、多目標(biāo)協(xié)調(diào)優(yōu)化[9].文獻(xiàn)[10]綜合考慮負(fù)荷及分布式電源的時(shí)序性，建立了一種以分布式電源類型、安裝位置與容量為優(yōu)化變量的數(shù)學(xué)規(guī)劃模型，但僅考慮了分布式電源所有者利益，分布式電源經(jīng)濟(jì)性不能很好的體現(xiàn).文獻(xiàn)[11]考慮分布式電源接入電網(wǎng)的位置、DR容量以及環(huán)境效益建立了數(shù)學(xué)規(guī)劃模型.文獻(xiàn)[12]考慮分布式電源出力的明顯波動(dòng)性，將不同節(jié)氣下光伏、風(fēng)電不同出力進(jìn)行日?qǐng)鼍跋鳒p，建立了多場(chǎng)景的雙層規(guī)劃模型.文獻(xiàn)[13]綜合考慮風(fēng)電機(jī)組與微型燃?xì)廨啓C(jī)強(qiáng)烈的功率特性，把投資層與運(yùn)行層的變量相耦合對(duì)所提規(guī)劃問題進(jìn)行求解.然而在DG并網(wǎng)時(shí)，僅考慮在配電網(wǎng)電源端進(jìn)行調(diào)節(jié)，被動(dòng)的進(jìn)行風(fēng)光消納.文獻(xiàn)[14]在考慮配電網(wǎng)中需求側(cè)響應(yīng)的情況下，僅將DR作為被動(dòng)受控響應(yīng)參與電網(wǎng)運(yùn)行調(diào)控.綜上所述，現(xiàn)階段有關(guān)配電網(wǎng)規(guī)劃中的經(jīng)濟(jì)性、風(fēng)光承載率等問題研究不足，有關(guān)配電網(wǎng)中DR參與規(guī)劃的能力考慮較少，沒有充分發(fā)揮DR參與電網(wǎng)運(yùn)行調(diào)控的能力.

本文針對(duì)以上問題，考慮需求側(cè)不同類別負(fù)荷的調(diào)控特性以及主動(dòng)參與特性，用DR參與度表示需求側(cè)負(fù)荷在電網(wǎng)運(yùn)行中的響應(yīng)能力，并建立了參與配電網(wǎng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)模型.在此模型的基礎(chǔ)上，構(gòu)建規(guī)劃-運(yùn)行雙層模型，規(guī)劃層的建立以網(wǎng)損、經(jīng)濟(jì)性及風(fēng)光承載率為指標(biāo)，得到分布式電源并網(wǎng)與需求側(cè)負(fù)荷參與電網(wǎng)調(diào)控的規(guī)劃方案.運(yùn)行層的建立以風(fēng)光利用率、經(jīng)濟(jì)性、電壓穩(wěn)定性及削峰填谷為指標(biāo)，得到需求側(cè)負(fù)荷在電網(wǎng)調(diào)控、電價(jià)激勵(lì)兩種模式下參與運(yùn)行的方案.最后進(jìn)行算例分析，利用改進(jìn)引力搜索算法(Improved Gravitational Search Algorithm，IGSA)進(jìn)行求解，得出源-荷優(yōu)化配置方案，并對(duì)各個(gè)方案的綜合效益指標(biāo)做進(jìn)一步分析，為DR參與DG并網(wǎng)提供輔助策略.

1 需求側(cè)負(fù)荷參與度模型

需求側(cè)負(fù)荷根據(jù)響應(yīng)特性可分為可削減、可平移、可轉(zhuǎn)移負(fù)荷三類.本文從各類需求側(cè)負(fù)荷在電網(wǎng)調(diào)控及電價(jià)激勵(lì)下參與電網(wǎng)運(yùn)行的場(chǎng)景分析，提出了需求側(cè)電價(jià)響應(yīng)參與度，并建立其經(jīng)濟(jì)性模型和參與度函數(shù).

1.1 可削減負(fù)荷

可削減負(fù)荷包括工業(yè)負(fù)荷里的甩負(fù)荷、民用負(fù)荷里的一些照明、加熱等負(fù)荷，能夠在維持用戶滿意度的狀態(tài)下進(jìn)行部分削減.削減部分的負(fù)荷能夠緩解高峰用電壓力，其響應(yīng)特性模型為

(1)

公式中：Bfre為第f種可削減負(fù)荷調(diào)度總費(fèi)用；Bprice， fDre為第f種可削減負(fù)荷參與調(diào)度補(bǔ)償價(jià)格；pf，tDre為電網(wǎng)調(diào)控下削減負(fù)荷功率；pf，tZre為用戶自主參與響應(yīng)削減負(fù)荷功率；Bprice，tZ為用戶自主參與t時(shí)段分時(shí)電價(jià)；γfZ為用戶電價(jià)響應(yīng)參與度；nW為參與電網(wǎng)調(diào)控負(fù)荷數(shù)量；nJ為參與電價(jià)激勵(lì)負(fù)荷數(shù)量.

1.2 可平移負(fù)荷

可平移負(fù)荷包括部分可以受控運(yùn)行的設(shè)備和部分可以靈活調(diào)節(jié)開啟時(shí)間的家用電器等.這類負(fù)荷具有連續(xù)的用電時(shí)間，工作時(shí)長(zhǎng)上較為固定，工作時(shí)段也較為靈活.能夠?qū)崿F(xiàn)一定時(shí)間范圍內(nèi)整段用電負(fù)荷的平移，但不可分段平移，其響應(yīng)特性模型為

(2)

公式中：Bfshift為第f種可平移負(fù)荷調(diào)度總費(fèi)用；Bprice， fDshift為第f種可平移負(fù)荷參與調(diào)度的補(bǔ)償價(jià)格；Bprice，tZ為用戶自主參與t時(shí)段分時(shí)電價(jià)；PfDshift為第f種可平移負(fù)荷在t時(shí)段參與調(diào)度的功率；PfZshift為用戶自主參與響應(yīng)負(fù)荷t時(shí)段平移負(fù)荷功率；γfZ為用戶電價(jià)響應(yīng)參與度.

1.3 可轉(zhuǎn)移負(fù)荷

可轉(zhuǎn)移負(fù)荷包括一些工業(yè)冷庫(kù)制冷、民用空調(diào)充電等可以靈活調(diào)節(jié)的負(fù)荷.具有靈活的工作時(shí)長(zhǎng)和工作時(shí)段，在其允許的時(shí)間范圍內(nèi)，可將部分負(fù)荷分配到其他時(shí)間段上.其響應(yīng)特性模型為

(3)

公式中：Bftrans為第f種可轉(zhuǎn)移負(fù)荷調(diào)度總費(fèi)用，Bprice， fDtrans為第f種可轉(zhuǎn)移負(fù)荷參與調(diào)度的補(bǔ)償價(jià)格；pf，tDtrans為轉(zhuǎn)移前參與電網(wǎng)調(diào)控負(fù)荷功率，pf，tDtrans*為轉(zhuǎn)移后參與電網(wǎng)調(diào)控負(fù)荷功率，pf，tZtrans為轉(zhuǎn)移前自主參與響應(yīng)負(fù)荷功率，pf，tZtrans*為轉(zhuǎn)移后自主參與響應(yīng)負(fù)荷功率；Bprice，tZ、γfZ定義同上.

通過上述經(jīng)濟(jì)模型可以描述三種可控負(fù)荷的用戶在調(diào)控和引導(dǎo)政策下參與電網(wǎng)調(diào)度的成本費(fèi)用，響應(yīng)參與度函數(shù)可以體現(xiàn)用戶在電價(jià)引導(dǎo)政策下的主動(dòng)參與積極性因子，直接影響需求側(cè)用戶參與電網(wǎng)調(diào)度的成本費(fèi)用.

2 雙層優(yōu)化模型

考慮需求側(cè)可控負(fù)荷在電網(wǎng)調(diào)度中的作用，建立規(guī)劃-運(yùn)行雙層模型.其中，上層模型的優(yōu)化結(jié)構(gòu)包括DG的安裝位置、容量以及參與電網(wǎng)調(diào)控的DR容量三種；下層運(yùn)行優(yōu)化內(nèi)容分為電網(wǎng)調(diào)控DR受控參與、電價(jià)激勵(lì)DR主動(dòng)參與兩種協(xié)作模式.

2.1 規(guī)劃層目標(biāo)函數(shù)

綜合考慮分布式電源出力特性與可控負(fù)荷需求響應(yīng)，采用源-荷協(xié)調(diào)控制策略，在電源側(cè)通過投資成本、網(wǎng)損靈敏度及承載能力對(duì)DG并網(wǎng)位置與容量的配置效果進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，在需求側(cè)通過響應(yīng)負(fù)荷改造成本及網(wǎng)損影響綜合評(píng)價(jià)DR容量配置效果進(jìn)行綜合評(píng)價(jià).

(1)經(jīng)濟(jì)性

為方便計(jì)算，根據(jù)參考文獻(xiàn)[15]，折算為等年值的投資成本，主要包含DG投資成本和DR容量改造成本

(4)

公式中：v為利率；pf為第f種設(shè)備的壽命；mf為第f種DG單位容量建設(shè)成本；bf第f種DR單位容量改造為受電網(wǎng)調(diào)控負(fù)荷成本；sfDG為第f種DG安裝的容量；sfDR為第f種DR改造的容量.該目標(biāo)函數(shù)與投資成本呈反比關(guān)系.

(2)網(wǎng)損靈敏度

負(fù)荷節(jié)點(diǎn)的有功網(wǎng)損靈敏度代表該節(jié)點(diǎn)引起有功損耗的大小，若該節(jié)點(diǎn)接有功負(fù)荷，則該節(jié)點(diǎn)對(duì)網(wǎng)絡(luò)損耗影響較大；反之，若該節(jié)點(diǎn)屬于聯(lián)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，沒有負(fù)荷功率流出，則該節(jié)點(diǎn)有功網(wǎng)損靈敏度為零.通過對(duì)各個(gè)節(jié)點(diǎn)有功網(wǎng)損靈敏度的計(jì)算，可以比較有效地反映出節(jié)點(diǎn)功率波動(dòng)對(duì)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)潮流及損耗的影響情況.靈敏度指標(biāo)如下式所示.

(5)

(6)

公式中:Pf、Qf為f節(jié)點(diǎn)的負(fù)荷有功、無功功率；∑Rrf、∑Xrf為根節(jié)點(diǎn)r至節(jié)點(diǎn)f的等值電阻與電抗；D分布式電源安裝數(shù)量.由公式(5)可知，Zf的值越大，表明該節(jié)點(diǎn)引起的有功損耗值越大.DG及DR在安裝改造過程中等效為負(fù)的負(fù)荷，可以降低節(jié)點(diǎn)負(fù)荷值，從而起到改善網(wǎng)損的作用.

(3)風(fēng)光承載率

考慮當(dāng)?shù)夭煌竟?jié)的風(fēng)光典型日出力特性，定義風(fēng)光承載率評(píng)價(jià)不同安裝容量所承載分布式電源的能力.

(7)

公式中：pk(t)為第k個(gè)分布式電源t時(shí)刻實(shí)際功率；pkDG為第k個(gè)分布式電源安裝容量.z3的值越小，表明該安裝容量導(dǎo)致的棄風(fēng)棄光量越大，反之，表明該安裝容量對(duì)不同季節(jié)下的風(fēng)光出力承載越好.

(4)多目標(biāo)優(yōu)化配置綜合效益模型

綜合考慮經(jīng)濟(jì)成本、網(wǎng)損靈敏度和可再生消納率建立多目標(biāo)優(yōu)化模型確定DG的接入位置、容量及DR的調(diào)控容量，多目標(biāo)適應(yīng)度函數(shù)如下式所示.

(8)

公式中：δ1、δ2、δ3分別為各目標(biāo)函數(shù)權(quán)重；z1min、z2min、z3min分別為各目標(biāo)函數(shù)歸一化處理最大值.

通過規(guī)劃層模型優(yōu)化能夠有效提升電網(wǎng)的風(fēng)光消納能力，同時(shí)降低新能源并網(wǎng)所造成的不良影響；另一方面，通過規(guī)劃層優(yōu)化需求側(cè)可控負(fù)荷，可以提升可控負(fù)荷響應(yīng)容量，同時(shí)確定合理的源-荷配比.

2.2 運(yùn)行層目標(biāo)函數(shù)

采用可控負(fù)荷響應(yīng)策略，通過電網(wǎng)調(diào)控及電價(jià)引導(dǎo)政策調(diào)節(jié)負(fù)荷的平移、轉(zhuǎn)移及削減，在需求側(cè)通過調(diào)度運(yùn)行成本、風(fēng)光使用率、電壓穩(wěn)定性指標(biāo)及峰谷差值綜合評(píng)價(jià)DR時(shí)序調(diào)控效果：

(1)經(jīng)濟(jì)成本

(9)

公式中：Btgrid為外網(wǎng)購(gòu)電總成本.

(2)風(fēng)光使用率

(10)

公式中：ptX為t時(shí)段消納的分布式電源出力；ptS為t時(shí)段分布式電源實(shí)際出力.

(3)電壓穩(wěn)定性指標(biāo)

(11)

公式中：Uf，t為節(jié)點(diǎn)f在t時(shí)刻的電壓值；Uf，N為節(jié)點(diǎn)f額定電壓；N為配電網(wǎng)總節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù).

(4)削峰填谷效果

(12)

2.3 約束條件

該規(guī)劃-運(yùn)行模型中主要考慮分布式電源位置容量及需求響應(yīng)容量約束，并在潮流計(jì)算時(shí)考慮系統(tǒng)功率、電壓平衡約束：

(1)系統(tǒng)功率平衡約束

(13)

公式中：pf，tDG為第f個(gè)分布式電源在t時(shí)刻的出力.

(2)節(jié)點(diǎn)電壓約束

Uf，min≤Uf，t≤Uf，max，

(14)

公式中：Uf，max，Uf，min為f節(jié)點(diǎn)電壓的上限、下限.

(3)選址、容量約束

Lf∈Ωf，

(15)

(16)

(17)

3 基于IGSA的優(yōu)化方法

3.1 改進(jìn)引力搜索算法

3.1.1 改進(jìn)引力搜索算法原理

為提高GSA[16](Gravitational Search Algorithm)在分層式規(guī)劃-運(yùn)行模型求解中的能力，在計(jì)算過程中引入方向變異策略、精英保留策略以及逐步淘汰策略改進(jìn)引力搜索算法，得到一種改進(jìn)的引力搜索算法，提高求解精度、尋優(yōu)能力及收斂速度.

(1)方向變異策略

在GSA算法迭代計(jì)算中，隨著時(shí)間推移，能夠產(chǎn)生作用力的粒子逐漸減少，造成算法陷入局部尋優(yōu).因此，引入方向變異策略作為算法輔助跳出機(jī)制，具體變異公式可表示為

(18)

IGSA計(jì)算所得適應(yīng)度受M影響，M越高粒子越靠近最優(yōu)值.其適應(yīng)度函數(shù)為

fitp(X)=[f1(X)，f2(X)，f3(X)]，

(19)

(20)

公式中：fitp(t)為粒子p在第t次迭代的適應(yīng)度值；X為控制變量；b(t)、w(t)為分別表示適應(yīng)度函數(shù)的最小值、最大值；mp(t)為引力粒子個(gè)體質(zhì)量，用于計(jì)算第t代各粒子適應(yīng)度函數(shù)的歸一化結(jié)果；該粒子的慣性質(zhì)量Mp(t)表示其適應(yīng)度值在粒子群總適應(yīng)度中的比重，通過對(duì)Mp(t)排序，得到當(dāng)代適應(yīng)度最優(yōu)的粒子；num為粒子總數(shù)目.

(2)精英保留策略

精英保留策略在引力空間中保留父代的優(yōu)良個(gè)體直接進(jìn)入子代進(jìn)行迭代計(jì)算.

(3)逐步淘汰策略

相似解密集程度受可行解數(shù)量影響，引入逐步淘汰策略能夠有效減少擁擠距離較小的解，從而得到分布均勻的多樣性解.

3.2 分層式規(guī)劃-運(yùn)行求解流程

上層規(guī)劃模型中，考慮DG的典型日出力情況，構(gòu)建多目標(biāo)混合非線性規(guī)劃模型，利用改進(jìn)引力搜索算法進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算，確定分布式電源的安裝位置、容量以及主動(dòng)激勵(lì)DR.在下層運(yùn)行層面，上層模型規(guī)劃結(jié)果為一組規(guī)劃方案，而在下層優(yōu)化中需要輸入不同方案里的需求側(cè)響應(yīng)以及分布式電源安裝位置和容量.考慮電價(jià)激勵(lì)下不同用戶參與度，構(gòu)建優(yōu)化模型[17]，同時(shí)，利用改進(jìn)引力搜索算法進(jìn)行優(yōu)化求解，得到各類DR優(yōu)化運(yùn)行方案.最后通過上下層優(yōu)化結(jié)果的迭代能夠獲得運(yùn)行控制下的雙層規(guī)劃優(yōu)化結(jié)果,如圖1所示.

圖1 分層式優(yōu)化流程

4 算例分析

4.1 基本參數(shù)設(shè)置

以東北某實(shí)際47節(jié)點(diǎn)配電系統(tǒng)為例，系統(tǒng)接線如圖2所示.該系統(tǒng)總有功負(fù)荷為28 MW，其中工業(yè)負(fù)荷所占比例約為61%，民用負(fù)荷占比例約為28%，分布式電源容量配比上限為20%.

圖2 47節(jié)點(diǎn)實(shí)際系統(tǒng)接線圖

該地區(qū)風(fēng)光電源典型波動(dòng)特性如圖3所示.

圖3 地區(qū)風(fēng)光電源典型波動(dòng)特性

利用IGSA算法對(duì)分層優(yōu)化模型求解，具體參數(shù)設(shè)置如表1所示.

表1 IGSA算法參數(shù)設(shè)置

各節(jié)點(diǎn)負(fù)荷功率如表2所示.

表2 節(jié)點(diǎn)負(fù)荷功率

(續(xù))表2

電網(wǎng)分時(shí)電價(jià)曲線如圖4所示.

圖4 電價(jià)曲線圖圖5 多目標(biāo)優(yōu)化Pareto解集

由文獻(xiàn)[18]可知，工業(yè)負(fù)荷占約為5%～10%，民用負(fù)荷參與電網(wǎng)調(diào)節(jié)的比例約為10%～15%；由于商業(yè)負(fù)荷受其自身運(yùn)營(yíng)機(jī)制所限，可以參與需求側(cè)響應(yīng)的可控比例過小，故忽略不計(jì).

4.2 仿真分析

規(guī)劃層綜合考慮三個(gè)指標(biāo)：電網(wǎng)投資成本、網(wǎng)損靈敏度及風(fēng)光承載率，通過計(jì)算獲得多目標(biāo)優(yōu)化Pareto解集如圖5所示，選取部分選址定容方案如表3所示.

表3(a) 典型規(guī)劃方案的多目標(biāo)優(yōu)化結(jié)果

表3(b) 典型規(guī)劃方案的多目標(biāo)優(yōu)化結(jié)果

對(duì)各個(gè)方案的優(yōu)化結(jié)果進(jìn)行分析，在權(quán)重因子相同的情況下，方案一相比于其他方案，均衡考慮了三種因素：經(jīng)濟(jì)性、電壓穩(wěn)定和風(fēng)光消納，所以對(duì)應(yīng)的三個(gè)目標(biāo)函數(shù)值：投資成本、網(wǎng)損靈敏度及風(fēng)光承載率較為平衡，DR改造容量較為適中，DG安裝總?cè)萘繛?.1 MW；方案二重點(diǎn)考慮新能源消納，DG安裝總?cè)萘繛?.5 MW、DR改造容量為3 MW，此時(shí)風(fēng)光承載率最優(yōu)，但相應(yīng)的網(wǎng)損靈敏度較低、經(jīng)濟(jì)性較差.分布式電源安裝位置與容量對(duì)各典型方案中的網(wǎng)損靈敏度影響較大，由于DG容量配比相對(duì)較低，故網(wǎng)損靈敏度指標(biāo)差異不大.其中方案三重點(diǎn)考慮網(wǎng)絡(luò)有功損耗，經(jīng)濟(jì)成本比較低，然而DG容量為4.2 MW，風(fēng)光承載率較低.方案四對(duì)經(jīng)濟(jì)性方面?zhèn)戎乜紤]，使得在電網(wǎng)調(diào)控下的DR改造容量為1.9 MW，分布式電源安裝總?cè)萘繛?.6 MW，這時(shí)投資成本最少，經(jīng)濟(jì)性最好，但風(fēng)光承載率比較低.

圖6 多目標(biāo)優(yōu)化Pareto解集

由以上分析可知，經(jīng)濟(jì)性和風(fēng)光承載率是各規(guī)劃方案的主要差異體現(xiàn).對(duì)兩者之間存在的隱含關(guān)聯(lián)進(jìn)行深入分析，風(fēng)光承載率越低，說明分布式電源在電網(wǎng)的滲透率越低，對(duì)應(yīng)的建設(shè)成本越低，風(fēng)光出力超出規(guī)劃容量上限所導(dǎo)致的棄風(fēng)棄光狀況越嚴(yán)重.相反，提高建設(shè)成本，增加DG及DR容量，能夠提升可再生能源承載能力，改善由容量限制所造成的棄風(fēng)棄光問題.相對(duì)而言，方案五著重考慮經(jīng)濟(jì)成本和風(fēng)光承載能力，DG安裝容量為4 MW，DR改造容量為2.6 MW，此時(shí)總適應(yīng)度函數(shù)最優(yōu).

以規(guī)劃方案五的結(jié)果作為運(yùn)行層輸入，電源側(cè)的風(fēng)電接入7節(jié)點(diǎn)、14節(jié)點(diǎn)，光伏接入節(jié)點(diǎn)編號(hào)為24，接入容量為1.3 MW、1.3 MW、1.4 MW；電網(wǎng)調(diào)控的可平移、可轉(zhuǎn)移及可削減負(fù)荷分別接入22節(jié)點(diǎn)、28節(jié)點(diǎn)、12節(jié)點(diǎn)，對(duì)應(yīng)節(jié)點(diǎn)總負(fù)荷的9%為受控參與響應(yīng)的容量上限；電價(jià)激勵(lì)的可平移負(fù)荷、可轉(zhuǎn)移及可削減負(fù)荷分別接入29節(jié)點(diǎn)、26節(jié)點(diǎn)、16節(jié)點(diǎn).不同類型負(fù)荷參與度的運(yùn)行方案Pareto解集如圖6所示.

不同場(chǎng)景下運(yùn)行方案優(yōu)化結(jié)果如表4所示.

表4 不同場(chǎng)景下的運(yùn)行方案優(yōu)化結(jié)果

表4中電網(wǎng)調(diào)控DR參與度分為場(chǎng)景一(5%)和場(chǎng)景二(10%)兩種，每個(gè)場(chǎng)景都包含三個(gè)方案：電價(jià)激勵(lì)DR參與度所占比例分別為方案一(5%)、方案二(10%)、方案三(15%).當(dāng)電網(wǎng)調(diào)控DR參與度由場(chǎng)景一(5%)提高至場(chǎng)景二(10%)時(shí)，電價(jià)激勵(lì)DR參與度保持在(10%)的情況下，經(jīng)濟(jì)運(yùn)行成本提升了3.42%，風(fēng)光利用率提高3.54%，峰谷差值降低1.1 MW.在相同的電網(wǎng)調(diào)控DR參與度(5%)條件下，電價(jià)激勵(lì)DR參與度由5%提高至15%，運(yùn)行成本減小1.3%，風(fēng)光利用率升高了4.44%，電網(wǎng)負(fù)荷波動(dòng)峰谷差降低1.18MW.每種方案中的電壓穩(wěn)定指標(biāo)差別不大，主要原因是DR容量占比較小.經(jīng)濟(jì)運(yùn)行成本和風(fēng)光利用率是不同方案之間差別的主要體現(xiàn).當(dāng)在同一場(chǎng)景下時(shí)，電價(jià)激勵(lì)DR參與度越大，電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行成本越低，風(fēng)光利用率越高，峰谷差值越低.由此可以看出，民用負(fù)荷在此類負(fù)荷中的占比較大，電價(jià)激勵(lì)DR參與度能夠有效提升電網(wǎng)消納風(fēng)光的能力和提高電網(wǎng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性.另一方面，當(dāng)電價(jià)激勵(lì)DR參與度保持不變時(shí)，電網(wǎng)調(diào)控DR參與度越高，經(jīng)濟(jì)運(yùn)行成本越高，風(fēng)光利用率越高，負(fù)荷峰谷差值越低.由此可知，受控負(fù)荷在電網(wǎng)宏觀調(diào)控作用下產(chǎn)生出一定的轉(zhuǎn)移成本，而此類受控負(fù)荷通常為一些大型工業(yè)單位，這類單位的集中可控性相對(duì)較高且容量較大，所以在電網(wǎng)消納風(fēng)光與負(fù)荷削峰填谷兩方面優(yōu)勢(shì)較為明顯.

綜上所述，在電網(wǎng)調(diào)控與電價(jià)激勵(lì)兩種參與模式下，通過提高DR參與度可以更好的改善用戶側(cè)的用電情況，進(jìn)而降低電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)成本、使棄風(fēng)棄光量降低.站在未來電網(wǎng)在節(jié)能減排方面發(fā)展的角度分析，以表4中的場(chǎng)景2方案二為例，進(jìn)一步分析優(yōu)化運(yùn)行前后24 h內(nèi)可控負(fù)荷風(fēng)光出力波動(dòng)的時(shí)序特性.

圖7 優(yōu)化運(yùn)行負(fù)荷情況

圖7(a)中可以看出，優(yōu)化運(yùn)行前典型日負(fù)荷曲線峰值處于10：00-12：00及18：00-20：00兩個(gè)時(shí)段，負(fù)荷的峰谷差值為26.7 MW.傳統(tǒng)火電機(jī)組最小出力與風(fēng)光出力相加所得和值為綜合能源的最小出力.由此可以看出，在23：00-7：00時(shí)段綜合能源最小出力值大于負(fù)荷需求，可能產(chǎn)生棄風(fēng)棄光現(xiàn)象.圖7(b)可以看出，方案三優(yōu)化之后，峰谷差值降低至18.8 MW，電價(jià)激勵(lì)可削減負(fù)荷在10：00-15：00、18：00-20：00得到削減，削減負(fù)荷量為2.1 MW；電網(wǎng)調(diào)控可削減負(fù)荷在10：00-11：00、17：00-19：00得到削減，負(fù)荷削減量為3 MW；電價(jià)激勵(lì)可轉(zhuǎn)移負(fù)荷由原來的18：00-20：00時(shí)段分配至1：00、3：00、22：00時(shí)段，共有0.9 MW參與轉(zhuǎn)移；電網(wǎng)調(diào)控可轉(zhuǎn)移負(fù)荷由10：00-11：00、17：00-18：00時(shí)段重新分配至1：00-3：00時(shí)段，負(fù)荷參與轉(zhuǎn)移量為1.2 MW；電價(jià)激勵(lì)可平移負(fù)荷由20：00-21：00時(shí)段平移至4：00、10：00時(shí)段，共轉(zhuǎn)移0.6 MW.電網(wǎng)調(diào)控可平移負(fù)荷由原先9：00-20：00時(shí)段轉(zhuǎn)移至1：00-5：00、20：00～23：00時(shí)段，負(fù)荷參與轉(zhuǎn)移量為3.6 MW，可再生能源在23：00-7：00時(shí)段的棄風(fēng)棄光量有較為明顯的下降，風(fēng)光利用率由77.9%提升至81.5%.

經(jīng)過以上分析，可削減負(fù)荷可以實(shí)現(xiàn)負(fù)荷削峰，可平移、可轉(zhuǎn)移負(fù)荷可發(fā)揮移峰與風(fēng)光消納作用，在運(yùn)行過程中可以根據(jù)電網(wǎng)的需要，進(jìn)行靈活的削減與轉(zhuǎn)移.當(dāng)負(fù)荷水平較低時(shí)，將轉(zhuǎn)移用電高峰期的負(fù)荷，使風(fēng)光的使用率提高.

4.3 可控負(fù)荷構(gòu)成對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行的影響評(píng)估

分析不同DR構(gòu)成及優(yōu)化運(yùn)行情況，將可再生能源使用率作為各方案的主要評(píng)估指標(biāo)，如表5所示.在同一場(chǎng)景中，負(fù)荷構(gòu)成按比例分為五種情況.由場(chǎng)景二可以看出，當(dāng)用戶參與度為10%，可削減負(fù)荷維持25%情況下，可平移負(fù)荷與可轉(zhuǎn)移負(fù)荷響應(yīng)容量占比為相同的50%時(shí)，可平移負(fù)荷及可轉(zhuǎn)移負(fù)荷經(jīng)濟(jì)運(yùn)行成本基本一致.但相比而言，可平移負(fù)荷比例高情形下在風(fēng)光消納、負(fù)荷削峰填谷上相較可轉(zhuǎn)移負(fù)荷高比例情形分別提升了2.2%、0.1%，原因在于兩種負(fù)荷的在運(yùn)行區(qū)間內(nèi)負(fù)荷分配形式不同，可平移負(fù)荷在整個(gè)用電區(qū)間上的調(diào)控方式為整段轉(zhuǎn)移，轉(zhuǎn)移的負(fù)荷量更為集中.

在場(chǎng)景二中，用戶參與度所占比例為15%，可平移負(fù)荷的比例為50%時(shí)，剩下50%全部分配給可轉(zhuǎn)移負(fù)荷或可削減負(fù)荷.參照兩種情形下電網(wǎng)運(yùn)行指標(biāo)可以看出，在電網(wǎng)運(yùn)行調(diào)控中，可轉(zhuǎn)移負(fù)荷在相近的運(yùn)行成本下(29.80萬元)，風(fēng)光的利用率提升了2.38%，峰谷差下降了0.81 MW.分析可知，運(yùn)行形式相近的可平移負(fù)荷、可轉(zhuǎn)移負(fù)荷在風(fēng)光利用率上較可削減負(fù)荷效果更為明顯，能夠更好的在運(yùn)行周期內(nèi)分配功率，隨著風(fēng)光出力及負(fù)荷大小發(fā)揮靈活的削峰填谷作用，而相比之下，可削減負(fù)荷的作用主要體現(xiàn)在削減用電負(fù)荷峰值上.

表5 不同DR構(gòu)成及參與度下運(yùn)行情況

在表5場(chǎng)景二中，當(dāng)電網(wǎng)調(diào)控負(fù)荷分配比例保持相同時(shí)(33%)，隨著用戶側(cè)主動(dòng)參與度的增加，在參與度達(dá)到15%時(shí)，與初始的5%參與度相比，各運(yùn)行指標(biāo)均有明顯改善，經(jīng)濟(jì)運(yùn)行成本下降了0.35萬元，風(fēng)光利用率提高了3.69%，峰谷差下降了1.47 MW.結(jié)果表明通過用戶自主參與電網(wǎng)調(diào)控的參與度增加，隨著電價(jià)調(diào)整自身負(fù)荷分配，可以更有效的提高風(fēng)光利用率，并對(duì)削峰填谷起到積極作用.

5 結(jié) 論

計(jì)及需求側(cè)響應(yīng)對(duì)分布式電源的并網(wǎng)優(yōu)化策略進(jìn)行研究，得出如下結(jié)論：

(1)引入電網(wǎng)調(diào)控DR參與度和電價(jià)激勵(lì)DR參與度描述可控負(fù)荷參與電網(wǎng)運(yùn)行的用戶側(cè)行為以及用電特性，能夠比較方便的對(duì)風(fēng)光消納與削峰填谷進(jìn)行分析.

(2)構(gòu)建了規(guī)劃-運(yùn)行雙層優(yōu)化模型，在考慮分布式電源并網(wǎng)的穩(wěn)定性、經(jīng)濟(jì)效益以及可再生能源利用率情況下，通過IGSA進(jìn)行求解，并給出合理的優(yōu)化方案，通過算例驗(yàn)證了方法的合理性與有效性.

(3)電價(jià)激勵(lì)DR主動(dòng)參與的運(yùn)行方案雖然具有靈活性，但因?yàn)榫哂蟹稚⑿?、不確定性，不能夠成為電網(wǎng)可再生能源消納和削峰填谷的主要依賴方式，只能夠作為用戶側(cè)參與電網(wǎng)運(yùn)行的一種補(bǔ)充方法.相對(duì)而言，電網(wǎng)調(diào)控DR受控參與的運(yùn)行方案在電網(wǎng)管理中能夠定點(diǎn)定量的加入電網(wǎng)運(yùn)行，在集中可控性方面優(yōu)勢(shì)較大，并且可以達(dá)到較好的風(fēng)光消納和削峰填谷效果.