混合輸配電系統的分布式隨機優化規劃

吳剛 汪龍根

【摘要】??? 近年來分布式發電受到廣泛關注，這是因為電力市場環境受到了節能和可持續發展意識的影響，本文研究混合輸配電系統的分布式隨機優化規劃相關內容，從規劃目標、模型建立、變量一致性、層級優化四方面入手進行總結。

【關鍵詞】??? 混合輸配電系統??? 啟發式算法??? 共享變量

引言：當前配電系統層面接入大量分布式電源，使得配電系統成功實現了從無源到有源的良好轉變。保證輸配電系統交互信息一致，聯合規劃輸配電系統問題，將其分解為一個輸電系統規劃的子問題，也有可能分解成為一系列的配電系統規劃子問題，與傳統的獨立規劃方法相比，混合輸配電系統分布式隨機優化能獲得更好成效。

一、混合輸配電系統的分布式隨機優化規劃目標分析

研究系統以遠離供電中心為主，將輸電系統弱連接的偏遠配電網作為主要內容。目的在于滿足負荷不斷增長的要求。建立的配電系統可以選擇從輸電網直接購電，也可以通過安裝DG的方式完成購電。建立混合輸配電系統的優化目標是分布式電源投資，減少運行費用，降低向輸電系統直接購電的費用總和。綜合分析各種主要輸電網運行情況下聯網DG系統的有效規劃和運行方式，從而科學確定各種DG系統的最佳投入容量。以蒙特卡羅仿真為依據，得到輸電系統的停運指標，確定實時電價。對線路停運展開詳細研究，探究輸電實時電價對設計方案產生的影響。選擇的配電系統有著豐富的風力資源，有效利用太陽能。將二者有效結合，建設風光互補發電系統。可再生能源發電隨機性較強，風力資源的分布情況有可能會影響系統的運行效果。以傳統的電源規劃思想為基礎，分析聯網分布式電源規劃的復雜組合優化問題。

二、組建模型的構建和啟發式算法的有效應用

滿足約束條件，滿足負荷增長的需求，聯網分布式電源系統規劃優化配置輸電網，優化不同類型的DG供電比例，最終達到最大化的系統投資效果，使得運行費用得到有效降低，建立的數學模型要滿足小時運行約束條件。模型的建立將模型目標作為基本內容，運用全年分布式電源。這里所說的分布式電源指的是可再生資源，所需要的燃料運行費用是零。運用啟發式算法展開分析研究，全年共有8760小時，每小時的負荷、風速、日照強度都是已知的，從而確定容量組合。應用啟發式算法，以仿真計算為依據，得到各種可行組合小時的運行狀態。對各種各樣的投資組合加以比較，得到全年總投資的運行費用，選擇出其中運行費用最少的組合[1]。第一步是以負荷需求、風速、太陽能資源的分布特征為依據，確定各種大型DG的最大投資數目的初值。第二步是以負荷模型、月平均風速、日照強度為依據，展開模擬仿真。第三步是以每個小時內的負荷和分布式發電機輸出的功率狀態為依據，確定合適的待選供電組合。

三、獨立解決系統問題，保持共享變量的一致性

就每一層次的每一個元素來說，其中含有的局部變量包括與投資優化有關的優化變量，需要在每一個場景下，實現對于運行有關優化變量的正確使用。就共享變量而言，每一個場景下與其他元素交互形成的優化變量都和共享變量有直接聯系。正是因為有共享變量的存在，才導致子系統的優化問題不能得到獨立解決。應對這一問題，需進一步分解共享變量的目標，轉化為目標變量和響應變量。從輸電系統角度出發，實現對共享變量的有效處理。此時優化變量就是配電系統中的規劃子問題相關參數。對系統實現有效分解，就能優化處理各個子系統的優化問題的獨立解決。從本質上來說，目標變量和響應變量表示的是相同的共享變量。對各個子系統展開獨立規劃，使得上述變量保持高度一致。曾廣拉格朗日罰函數形式對共享變量的一致性有約束作用，不僅能保證各個子系統問題求解的獨立性，還能保證共享變量的一致性。

四、運用層級框架理論和協同優化方法，解決求解速度問題

對輸配電系統的聯合優化模型加以分析，發現其中存在混合整數凸優化問題。考慮到輸配電系統在分層規劃的同時，也要保證邊界節點交互信息的一致性。求解聯合優化規劃模型，運用的方法是目標級聯分布式優化算法。將傳統的多學科綜合優化方法加以有效突破，運用層級框架理論和協同優化方法，發現所運用方法在求解速度、精度方面的缺陷問題，使得優化工作的進行能夠不受層數的限制。這一類的迭代式求解方法有內外兩層循環構成。其中內層循環要保持一致性約束閥函數系數，有著不變的權重，能交替求解各個輸配電系統的優化規劃問題[2]。而在外層循環中，要以內層循環更新的求解結果為依據，保證更新一致性，也確保約束罰函數系數和權重的可靠性。協調規劃方案的發電成本比較高。但是后者的整體成本卻明顯低于后者的整體成本，這說明混合協調配合發電與輸電系統有著相同的性能。運用混合協調規劃方案同樣能促進配電系統得到更為經濟的線路規劃方案。

總結：以目標級聯分布式優化算法為基礎，擴展配電系統，制定科學合理的電源經濟調度方案。開展混合輸配電系統的分布式隨機優化規劃工作，需明確規劃目標，做好組建模型的構建工作，實現對啟發式算法的有效應用，獨立解決系統問題，保持共享變量的一致性，運用層級框架理論和協同優化方法，解決求解速度過慢問題。

參? 考? 文? 獻

[1]劉佳，程浩忠，姚良忠，張建平，張嘯虎.混合輸配電系統的分布式隨機優化規劃[J].電工技術學報，2019，34（10）：1987-1998.

[2]成龍，訾士才，唐凱，王振浩，李國慶.低壓交直流混合配電系統線性化建模方法[J].電力系統保護與控制，2018，46（24）：16-24.