智能電網中可中斷負荷的電力系統優化調度研究

孫 虹，王成亮，李新家

（江蘇方天電力技術有限公司，江蘇 南京 210096）

0 引 言

隨著時代的發展和科技的進步，人類生存環境存在能源短缺、全球暖化和環境污染等問題，迫使人們利用和開發可再生能源，提高能源使用效率，電網規模的擴大和市場化改革的推進也要求電網更加安全穩定運行。為此，提出了智能電網概念，即電網智能化，也被稱為“電網2.0”[1]。它建立在集成的、高速雙向通信網絡上，通過先進的技術、設備和方法，使電網可以更加智能、安全、高效的運行。可中斷負荷管理是電力系統中的組成部分，是指在電網高峰時段或緊急狀況下，負荷指揮中心可以中斷的負荷部分。尤其是當發生線路故障時，可中斷負荷作為“虛擬機組”成為保障系統安全穩定運行的重要措施，有停電前折扣或停電后高賠償兩種措施。總之，可中斷負荷的主要特征包括自愈、抵御攻擊、提供滿足用戶需求的電能質量、容許各種不同發電形式的接入、啟動電力市場以及資產的優化高效運行[2]。

1 電力系統優化調度模型

1.1 調度模型構建

為實現電力系統高效優化，針對可中斷負荷的優化調度進行模型決策規劃，通過輸入的數據分析負荷情況和運行狀態進行調度處理判斷負荷是否故障，即機會約束，不符合約束的正常負荷電量正常運行，不做中斷處理；對系統故障或負荷高峰進行調度請求和中斷處理，直到恢復正常負荷運行為止。模型約束條件中含隨機變量且需在隨機變量實現前做出決策問題，允許決策結果在一定置信水平下不滿足約束條件，根據基本模型式計算輸入的電荷，方便判斷負荷是否故障，是否需要進行中斷處理，基本模型為：

其中，f (x,τ)為目標函數，x為決策變量，τ為隨機參數，P{·}表示約束條件成立的概率值，?為給定的置信水平，G(x)為傳統確定性約束[2]。若目標函數中不包含隨機參數，則目標函數形式為minf (x,τ)。利用模型算法判斷輸入的負荷狀態是否符合約束條件，符合約束條件的電荷即可進行調度處理。

1.2 約束條件的判定

優化模型算法存在很多約束條件：系統約束、常規機組約束、可中斷負荷約束和隨機因素的約束。在算法中綜合考慮，使得算法涉及范圍更全面，實用性更高[3]。約束條件中系統約束條件包括功率平衡約束和潮流約束，功率平衡約束為：

其中，MB為系統節點個數，PBh為節點h的負荷預測值。直流潮流則僅考慮線路最大輸電能力約束條件。常規機組的約束條件包含出力上下限約束和最小開機時間約束，具體的約束公式如式（3）、式（4）所示。

出力上下限約束：

其中，PFkmin、PFkmax為機組k的出力的上限和下限。

最小開機時間約束：

分析各種隨機條件和約束因素后，對模型進行轉換并結合算法運行[4]。在約束條件和模型計算規劃完成后即可按照算法步驟實現算法功能，具體步驟如下。隨機初始化電荷的所帶負荷，保證每個電荷均可正常運作，且滿足實際運行的所有約束條件，并限定速度的兩個極值PFkmin、PFkmax；判斷電荷的約束關系，將符合約束條件的電荷進行進一步處理；利用多個公式計算調度數量和中斷容量；執行中斷，對可中斷的負荷進行調整，調整到正常運行狀態后恢復供電，正常運行。

1.3 可中斷負荷電力系統調度優化

根據模型決策、流程及模型中算法，實現整個電力優化調度系統。工具為所有電力設施，數據包含兩個常規機組、四個直接負荷控制和一個可中斷負荷。負荷數據即為電荷的初始數據。以30 min為一個時段，總時長為12 h，共48個時段。負荷參數如表1所示，其中，負荷運行時段以小時為單位，每小時內的負荷數和容量不變。

表1 直接負荷控制參數

α表示置信水平，β表示概率分布，兩個參數的值控制在0～1。通過表中負荷數據可得出電力系統中的初始數據，直接負荷控制參數即可獲得可中斷的約束條件。當線路中任一節點的輸入初始負荷值大于直接負荷控制值時，表示電路在傳輸過程中出現故障，需要進行調度算法介入調整負荷值處于正常的范圍，即中斷處理。具體線路各節點負荷數據如表2所示[5]。

表2 電力系統各節點負荷數據

若負荷值未達到控制最大值則正常運行。在智能電網中，使用各個約束條件進行約束可以使得判斷效應更加靈敏，判斷結果更加準確。

2 實驗論證分析

為保證智能電網中可中斷負荷優化電力系統的可行性，采用相同地段電路信息進行論證實驗。為保證實驗嚴謹性，采用傳統電力系統，作為實驗論證對比。對電力系統使用效率、消耗功率進行統計，并對直接負荷控制和可中斷負荷實施效果進行統計。得出論證結果如圖1所示。

從實驗論證結果圖可以看出，相比于傳統的電力系統，優化后的電力系統效率更高，消耗的功率更低，且使用效率在一段時間內可保持穩定狀態。在進出節點過程中有效率不穩定的情況，對于系統來講負荷壓力調節幅度更小，對用戶而言更加安全。足以判斷出智能電網中優化后可中斷負荷電力系統的可行性。

圖1 實驗論證結果

3 結 論

隨著時代的不斷進步，智能電網已遍布全國，用戶對于電力系統的使用率也越來越高，電力系統的壓力也越來越大。為了更好地為人們服務，國家不斷更新優化智能電網中的電力系統。通過對智能電網中可中斷負荷的電力系統優化調度研究，經過流程優化、約束條件判定、實驗論證等多方論證，可判斷出智能電網中優化后可中斷負荷電力系統的可行性，為推動國家電力實業的發展提供了依據。