需求響應的主動配電網優化調度研究

沈麗玫

（貴州電網有限責任公司凱里供電局，貴州 凱里 556000）

0 引 言

目前，由于能源日益枯竭，人們逐漸認識到環保的重要性，可再生清潔能源在社會發展中發揮了重要的作用[1]。在現代社會中，由于清潔能源增長的速度相對較快，在配電網中大規模接入了分布式電源，導致傳統電網出現了短路電流增大以及供電可靠性降低等問題。主動配電網的出現是必然趨勢，主動配電網具有較強的時序性，能夠通過存儲能源，協調控制源荷，將配電網消納分布式電源的能力進一步提高，推動了配電網的低碳、經濟運行。而在現代社會通過對主動配電網進行優化調度，更能提高配電網運行的安全性，因此對其進行研究具有十分重要的意義。

1 關于需求響應的主動配電網優化調度的模型研究

分布式電源有“波動性”和“間歇性”特點，所以需要根據主動配電網中分布式電源的運行特點進行合理研究分析，希望能夠調整負荷源，整合整個電源控制體系，從而實現主動配電網高效、安全、可控的處理任務[2]。

1.1 目標函數的構建

將主動配電網在運行過程中的最小成本作為目標，可以得到如下的目標函數：

其中：F1表示主動配電網的總運行成本費用；Cgrid表示配網的購電成本；COMP表示運行成本；CDEP表示折舊費用；CIL可中斷的負荷成本；CLOSS表示配網損失成本；CQ表示無功補償裝置的成本；CFS表示分時電價的讓利成本。

其中，配網購電成本主要指主動配電網向上級電網購買缺額電量所需的成本；運行成本主要指可控燃氣輪機以及蓄電池在實際運行過程中的運行維護成本費用[3]；折舊成本指儲能以及可控燃氣輪機安裝成本的折舊成本，主要使用固定資產折舊法進行計算；可中斷的負荷成本主要指當主動配電網在對中斷負荷進行調用時，可能會產生的可中斷的負荷成本；網損成本主要指主動配電網當中的額有功損耗成本；無功裝置補償成本是指在進行無功補償時，無功補償裝置產生的成本；分時電價讓利成本是指配網在進行分時電價的過程中，產生用戶影響電價，所以會對各個時段中自己的用電進行調整，從而節省電費，節省的電費就相當于配網的讓利成本。

1.2 相關約束條件

在該模型中，其主要的約束條件包括功率平衡約束、可控燃氣輪機的約束、主網購電功率的約束、儲能約束、傳輸線功率的約束、潮流方程的約束、節點電壓的約束、無功約束、可中斷負荷約束以及負荷轉移約束、用戶獲利約束等[4]。其中可控燃氣輪機的約束主要指可控燃氣輪機必須要滿足最小、最大的出力以及最大的爬坡下坡約束，其相關的表達式為：

其中，Pdgi,max表示第i的可控燃氣輪機出力上限；Pdgi,min表示出力下限；Pdgi,up表示可控燃氣輪機最大的上坡速率；Pdgi,down表示最大的下坡速率。

無功約束主要指在有功功率時光伏風機的工作最大狀態，其主要通過無功解耦進行控制，運行產生的無功率可以當做優化變量運行，受到無功功率的約束，可以減少分布式電源不穩定的問題，最終通過無功補償裝置實現無功率約束控制：

其中：Qpvi表示光伏的無功出力；Qwti表示風機的無功出力；Qpvi,min表示光伏無功出力的最小值；Qpvi,max表示光伏無功出力的最大值；Qwti,min表示風機無功出力的最小值；Qwti,max表示風機無功出力的最大值；Qn,min表示無功補償裝置n 的最小無功出力；Qn,max表示無功補償裝置n 的最大無功出力。

2 節點算例分析

本文將某節點進行算例分析，通過相關調查研究可以知道，儲能的安裝成本為5 342 元/kW·h，充電的為0.98，放電的為0.99；運行管理的成本就是0.033 22 元/kW·h，設備運行的壽命最長為十年；微型可控燃氣輪機的安裝成本也就變成了6 000 元/kW·h，該設備的壽命最長為十五年，其運行管理的成本以及燃料費均是0.67 元/kW·h；無功補償裝置的成本主要為0.033元/kvar。將調整模型與CPLEX結合進行求解之后，能夠得到相應的平谷電價以及需求響應之后的負荷曲線，根據相關負荷曲線可以知道，使用電價調節的手段能夠在一定程度上削減負荷的高峰區域填補到低谷區域中。調度結果如圖1 所示。

圖1 調度結果

通過對主動配電網進行優化調度之后可以發現，負荷的低谷時段為3 點-10 點，所以在該階段中，配網向主網購電的價格相對較低，此時蓄電池在充電狀態，燃氣輪機的可控工作功率也相對較低；當負荷處于較平時段，蓄電池處于平穩狀態，其充電和放電的功率并不明顯；當負荷處于高峰期時，蓄電池的放電比較明顯，此時可控燃氣輪機的工作功率也相對較高，當在17點-18點時，因為受到聯絡線和DG容量的限制，可將負荷切斷讓主動配電網的安全得到保證。通過最終的調度結果可以知道，主動配電網主動調度蓄電池、可中斷負荷以及可控燃氣輪機能夠將負荷進行平衡，進一步將電網的經濟性作用有效提高。

本試驗模型分析因素有“電網負荷端”“網損”“電源端口”，經過前期分析，表示該模型能夠在一定程度上實現主動配電網穩定運行，更具有經濟實用，安全的優勢。現在對模型的優勢進行測試分析：

①僅僅對主動配電網的有功優化進行考慮；

②對電價型的需求響應、主動配電網的有功優化進行考慮；

③僅僅只對配電網的無功優化進行考慮；

④對需求響應以及配電網的無功優化進行考慮；

⑤對綜合優化有功無功進行考慮；

⑥對需求響應以及配電網有功、無功綜合優化進行考慮，該類方案也就是本文所建的模型。

各個方案的成本比較如表1 所示。

表1 各個方案的成本比較

由表1 可以知道，本文構建“主動配電網優化調度模型”通過測試分析，表示可以控制配電網成本，幫助電網單位提升生產質量和經濟效率。其與方案①相比，調度成本、購電成本以及網損成本相對較低，且落實電價型的需求響應之后，降低了用戶的購電成本，讓主動配電網和用戶都能達到目的；其與方案②相比，可以減少網絡消耗資源，控制配電網運行成本；其與方案③相比，購電成本以及無功補償裝置的成本明顯較低；模型比方案④的無功補償成本以及可中斷負荷成本低；模型比方案⑤的分時電價讓利成本高，但是其他各項成本都相對較低。

3 結 論

基于配電網優化調度調整，可以通過促進可控制資源管理等方式，促進有功、無功出力管理，能夠有效降低主動配電網的運行成本，同時達到低碳、安全的發展目標，能夠為我國人民日常的生活和工作提供充足的電量，進一步推動我國社會經濟的發展，最終實現可持續發展的目標。