考慮需求側響應的輸電負荷協調規劃算法

朱仔新，張靜忠，楊 龍

國網寧夏電力有限公司調度控制中心，寧夏 銀川 750001

0 引言

通常情況下，電網中的發電量和用電量會處于一個較為平衡的狀態。用電方即購電方，在電力市場中需要重點關注，需要對于其用電需求進行準確預測，并以此為側響應調整供電量。隨著電網中各類能源的比重增加，產生的不確定性越來越多，如何在復雜的電力市場中調控電網的未知因素，逐漸成為供電企業進行優化的研究熱點。

目前常用電網調度算法包括迭代類算法和直接類算法，在稀疏矩陣方程運算時具備較穩定的調控性能，但在不對稱或者未知負荷接入時，其稀疏矩陣會受到高維方程影響，導致終端算法無法完成收斂，使后續計算結果的精準性有所下降。文章基于此利用需求側響應的優勢，研究輸電負荷的協調規劃算法，為電網的穩定運行提供理論依據。

1 考慮需求側響應的輸電負荷協調規劃算法

1.1 考慮需求側響應構建調度模型

輸電網調度的模式基本以預測負荷為主，在預測負荷與實際負荷之間會存在些許波動，根據單一的預測制訂計劃調度模型，將能夠統計的日變量負荷納入考慮范圍，對不同情形下的輸電負荷場景進行規模解決，以此完成需求側響應的規劃算法設計。在考慮分散性和結構性的聚類效果中，利用不同相似樣本的聚類簇設置中心負荷數據的場景，設定所有能夠在電網中輸入的負荷數據為一個聚類簇，對各個時刻的負荷值進行近似日負荷的中心值選定。從某個單一起點作為聚類初始中心，根據最大最小原則保證兩個中心的距離，有足夠的遠的高效迭代距離，劃定在每個樣本和當前已經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中心[1]。在多次場景數量重復疊加過程中，對輸入的負荷數據集合進行層次分解，直到最遠離中心起始點的數據樣本出現，可以完成相似日期內負荷數據聚類的向量場景集。在此基礎上通過數據集合，對不同運行狀態下的電網吸收和注入負荷，進行需求側響應調度的模型建立，并確定能夠中斷和轉移負荷的目標函數。

1.2 確定中斷與轉移負荷目標函數

由于電力負荷的彈性系數難以獲取，需要在不減少負荷效率下，對負荷需求響應模型中激勵性目標函數進行確定，包括可中斷負荷和轉移負荷兩種目標。用戶獲取負荷被看作電網的中斷負荷，在直接獲得補償后促使供電電網和用戶之間的協議，根據簽訂好的需要切斷負荷，以中斷時間和中斷量作為用戶補償。對用戶不敏感的負荷設置為轉移負荷，可以根據不同時間段內的用電價格選擇該類型負荷的使用時間，計算兩個負荷的目標函數，表達式為

其中，中斷負荷的最小和最大中斷功率能夠形成線性約束，由此可以確定該負荷的目標函數。在上述調度模型中對能夠轉移的電網負荷進行補償，利用同類型同電價原則，在轉移時間段內增加或減少用戶用電功率，計算最優解向量。

1.3 以最優解向量協調規劃輸電負荷

在調度模型的構建基礎上對目標函數中的解向量，進行最小最優分解，選擇遺傳優化參數辨識輸電負荷中的初始群解體[2-3]。設定能夠初解的變量大小為500度量，在選定適應度函數f中，根據每個個體對適應度的選擇趨向，選取最適合辨識函數的最佳生存負荷環境，解向量的素質越好，能夠產生的個體源變量越小，則個體適應度fa的表達式為

式中：α為每個適應度個體；g為能夠重復和縮減變量的個體匹配集合。

每個被選中個體的概率和其自身適應度的遺傳比例呈正比例關系。最優解的選擇需要對集合中的子個體進行重組調度，在模型中的親源中設定父本和母本兩個類型，能夠被選擇組合的個體為選定負荷的交叉位置。根據負荷子體隨機選擇的進制標準，對小于0.5的概率進行反轉逆變，直至最優解出現完成輸電負荷協調。在模型的主動牽引和目標函數的基礎上，實現最優解向量的選定完成輸電負荷協調規劃算法設定。

2 試驗

為了驗證所設計算法的實際應用效果，在標準IEEE 33節點電網配置下，對線路運行的線損功率進行調控，以確定電網線路中各支路的功率流動方向。線損功率的調控，以通過電網的電壓幅值縮減為標準，在單位時間內對主線節點的電壓幅值完成調控，即可表述為該線路的線損得到有效控制。設置該電網節點中包含7個聯絡開關，總計支路線路數量不低于33條，總體基準電壓為1 566 V，具體節點的輸電結構如圖1所示。

圖1 IEEE 33節點電網輸電結構

根據圖1的節點排列結構，對每條主路中與聯絡開關相鄰的支路首端與尾端的功率參數設定，并對支路的對抗電路系數進行設定，具體如表1所示。

表1 IEEE 33節點電網參數

根據設定接入電網的功率容量和需求側資源容量，對相鄰節點進行支路抗阻的電壓幅值分析，在所提協調算法下進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荷基礎上，直接對年度電網的運行功率線損進行調度；方案2為調控后電壓幅值，即接入分布式電源和中斷負荷中完成功率調度，在單位容量單位內，對可中斷的負荷功率設置不得低于200 kW。在每個節點輸電負荷初始變動中心統一標準下，對上述相鄰節點進行首位兩端電壓幅值比較，結果如圖2所示。

圖2 調控前后各節點電壓幅值比較

由圖2可知，調控前電壓幅值變化較大，調控后的電壓幅值變化較小，選定節點的相鄰電壓變化均處于平等水平，不會對電網的輸電負荷造成過大影響，說明在分布式電源和中斷負荷的接入下，能夠對部分支路的電壓幅值進行有效控制，使得支路中的有功線損有所降低，具有實際應用效果。

3 結束語

文章在構建調度模型的基礎上，對中斷負荷和轉移負荷的目標函數進行確定，以此完成時序分解的規劃算法設計，滿足需求側響應條件下的輸電負荷安全調控。經試驗，在所提調度規劃算法下，能夠對標準節點的主線網絡中電壓幅值進行調控，使得支路中的有功線損有所降低，具有實際應用效果。但由于文章研究時間有限，在設計過程中有少許不足，如在電網運行過程中，對過高負荷產生的峰值狀態未進行設定，使得得出的電壓幅值存在一定偏差。后續研究過程會對實際電網的輸出線路，進行特性能耗的分工控制，在不同的峰段對電壓進行深層調控，進一步縮減輸電過程中的線路損耗。