基于需求側(cè)響應的配電網(wǎng)多源協(xié)同優(yōu)化調(diào)度

牛 聰，馬 曦，張靜楊

（國網(wǎng)西咸新區(qū)供電公司，陜西 西咸新區(qū) 712000）

0 引 言

隨著全球?qū)δ茉吹男枨笾饾u上升，能源短缺、環(huán)境惡化等問題已經(jīng)變得非常嚴峻[1]。人類開始大力發(fā)展可再生能源，并實現(xiàn)能源結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)型。然而，可再生能源的應用具有很強的隨機性，嚴重干擾了配電網(wǎng)的正常運行。傳統(tǒng)的配電網(wǎng)大多結(jié)構(gòu)單一、管理水平低下且具有極其落后的調(diào)度方式，如果直接應用可再生能源，那么會導致配電網(wǎng)的運行出現(xiàn)問題，配電網(wǎng)的安全性受到影響，還會導致配電網(wǎng)的供電質(zhì)量降低，直接影響到人們的日常生活[2]。因此，對于現(xiàn)有的能源模式，特別是太陽能、風能等波動性較強且存在范圍廣的能源，傳統(tǒng)配電網(wǎng)的協(xié)調(diào)能力不夠，無法適應如此龐大的調(diào)度要求。相對于傳統(tǒng)配電網(wǎng)，主動配電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)更加靈活，對于能源的利用能夠進行優(yōu)化調(diào)度，讓電網(wǎng)優(yōu)化運行[3]。在上述情況下，設計了基于需求側(cè)響應的配電網(wǎng)多源協(xié)同優(yōu)化調(diào)度方法。

1 配電網(wǎng)多源協(xié)同優(yōu)化調(diào)度方法設計

1.1 設定協(xié)同調(diào)度優(yōu)先級

為了實現(xiàn)配電網(wǎng)多源協(xié)同工作，要設定配電網(wǎng)協(xié)同調(diào)度優(yōu)先級。首先，可再生能源的波動性都比較大，無法主動參與到配電網(wǎng)的能源協(xié)同優(yōu)化調(diào)度當中，屬于不能直接進行調(diào)度的能源。再加上配電網(wǎng)中的能源儲存系統(tǒng)能夠靈活進行調(diào)節(jié)，能夠?qū)稍偕茉吹牟▌有约右砸种疲材軌虼龠M多種能源之間的互補[4]。文章設定的發(fā)電成本的優(yōu)先級低于其他，對發(fā)電成本的計算過程為

式中：C1為進行風力發(fā)電時所需的成本；P1為在進行風力發(fā)電時所做有用功；C2為利用光伏發(fā)電時所投入的成本；P2為在進行光伏發(fā)電時所做有用功；C3為多能源同時進行發(fā)電時所需要的成本；P3為在進行多能源發(fā)電時所做有用功；T為進行調(diào)度所需要的時間；N、M、I分別為進行風力發(fā)電、光伏發(fā)電、多能源發(fā)電時發(fā)電站的數(shù)量。利用式（1）得到的發(fā)電成本，對配電網(wǎng)的運行成本進行設置，根據(jù)配電網(wǎng)在運行過程中能夠靈活放電的情況，提高配電網(wǎng)的響應速度。在文章的設置中，配電網(wǎng)的運行成本高于發(fā)電成本，其具體計算過程中為

式中：Cp為配電網(wǎng)運行時用電裝備的運行成本；Cw為配電網(wǎng)運行時儲能設備的運行成本；P為用電設備在運行時的最大功率；W為儲能設備在運行時的最大功率；N為用電設備能夠循環(huán)使用的次數(shù)；D為儲能裝置能夠存儲的最大能量；u為配電網(wǎng)中儲能裝備的變化參數(shù)；ΔP1(t)為用電設備在使用過程中電量的損耗；η1為配電網(wǎng)進行充電時的效率；P2為不同儲能設備進行儲能充電時的效率；η2為配電網(wǎng)的充電參數(shù)；P3為不同儲能設備進行儲能放電時的效率；η3為配電網(wǎng)的放電參數(shù)。通過式（2）的計算，完成對配電網(wǎng)運行成本的計算。至此，協(xié)同調(diào)度優(yōu)先級的設定完成。

1.2 構(gòu)建多源協(xié)同優(yōu)化調(diào)度模型

在上述設定的協(xié)同調(diào)度優(yōu)先級的基礎(chǔ)上，構(gòu)建配電網(wǎng)多源協(xié)同優(yōu)化調(diào)度模型。在構(gòu)建該模型的過程中，首先設定一個目標函數(shù)，其具體表示為

式中：λ1、λ2分別為子目標在目標函數(shù)中的權(quán)重系數(shù)；C為配電網(wǎng)在進行交互時的系數(shù)；P為配電網(wǎng)的電容量。在式（3）中，將目標函數(shù)的子目標設定為發(fā)電成本、配電網(wǎng)運行成本，結(jié)合協(xié)同優(yōu)化調(diào)度優(yōu)先級的設定，掌握配電網(wǎng)的運行情況[5]。在確定目標函數(shù)之后，根據(jù)配電網(wǎng)不同的運行狀態(tài)，給目標函數(shù)設定不同的約束條件。之后，利用線性加權(quán)法和賦值法，構(gòu)建出多源協(xié)同優(yōu)化調(diào)度模型。其具體表示為

式中：α、β分別為在配電網(wǎng)運行過程中子目標函數(shù)的相關(guān)參數(shù)；h、k、j分別為配電網(wǎng)在運行過程中各個發(fā)電站的數(shù)量；ahj為某個發(fā)電站的權(quán)重參數(shù)；wj、wh、pj、ph為在配電網(wǎng)中該不同發(fā)電站的發(fā)電功率。利用式（4），構(gòu)建多源協(xié)同優(yōu)化調(diào)度模型，能夠有效消除由于實測數(shù)據(jù)出現(xiàn)誤差對最終結(jié)果的影響。至此，多源協(xié)同優(yōu)化調(diào)度模型的構(gòu)建完成。

1.3 基于需求側(cè)響應的配電網(wǎng)協(xié)同優(yōu)化

在上述構(gòu)建的多源協(xié)同優(yōu)化調(diào)度模型上，利用需求側(cè)響應，實現(xiàn)配電網(wǎng)的協(xié)同優(yōu)化。需求側(cè)響應在實際的應用中，主要集中于2 個點，一是引導用戶主動進行電力市場的交易，二是改變用戶日常的用戶方式。通過上述2 種方式，讓用戶需求在市場上的響應能力增強，提高用電的可靠性水平[6]。基于需求側(cè)相應的特點，將配電網(wǎng)中成本較高部分進行替代，使得配電網(wǎng)運行的整體成本降低，優(yōu)化配電網(wǎng)中的資源配置。其具體操作過程為

式中：M為需求側(cè)響應后配電網(wǎng)的電容量。與式（4）相比，式（5）將成本較高中的配電網(wǎng)資源轉(zhuǎn)變成了供應側(cè)資源，減少了配電網(wǎng)的裝機容量，讓配電網(wǎng)的應急能力變得更強，讓用戶對配電網(wǎng)的信任度增加。在配電網(wǎng)的運行中，應用需求側(cè)響應，能夠依靠合理的數(shù)據(jù)信息對用戶進行合理引導，實現(xiàn)配電網(wǎng)資源優(yōu)化的同時，還能保證配電網(wǎng)的穩(wěn)定運行。至此，完成了對基于需求側(cè)響應的配電網(wǎng)多源協(xié)同優(yōu)化調(diào)度方法的設計。

2 實驗測試

2.1 實驗準備

為了驗證本文設計的基于需求側(cè)響應的配電網(wǎng)多源協(xié)同優(yōu)化調(diào)度方法在實際應用中的效果，在完成上述的理論設計后，進行實踐操作。在本次實驗中，采用的配電網(wǎng)部分結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

圖1 配電網(wǎng)部分結(jié)構(gòu)

如圖1 所示，在配電網(wǎng)的部分結(jié)構(gòu)中，通過節(jié)點1 可以與變電站相連，讓電網(wǎng)中的電量進行交互。在上述結(jié)構(gòu)中，存在2 個1 000 kW 的風電場、2 個1 500 kW 的光伏電站和1 個2 000 kW 的儲能設備。同時，在不同的節(jié)點處安裝不同的裝置，例如在節(jié)點26 中安裝20 組電容器組，每組電容器在一個周期內(nèi)能夠進行5 次操作。在節(jié)點4、29 處裝入風力發(fā)電機，節(jié)點12、21 處安裝光伏發(fā)電機，在節(jié)點32 處接入儲能設備。在上述環(huán)境下，對本文設計的方法進行實驗測試，驗證本文設計方法的使用效果。在實驗中，將本文提出的基于需求側(cè)響應的配電網(wǎng)多源協(xié)同優(yōu)化調(diào)度方法列為方法1，基于聯(lián)絡線交互的配電網(wǎng)多源協(xié)同優(yōu)化調(diào)度方法列為方法2，基于可視化技術(shù)的配電網(wǎng)多元協(xié)同優(yōu)化調(diào)度方法列為方法3。在上述配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)中，分別對3 種方法進行實驗測試，對比3 種方法的效果。

2.2 實驗結(jié)果與討論

在本次實驗中，分別用3 種優(yōu)化方法對配電網(wǎng)的運行進行優(yōu)化，處理好配電網(wǎng)在可再生能源上的波動情況。以配電網(wǎng)最終運行所需要的成本為評價指標，對比3 種方法的優(yōu)化調(diào)度效果。其具體結(jié)果如表1 所示。

表1 3 種優(yōu)化調(diào)度方法的對比結(jié)果

如表1 所示，從配電網(wǎng)的運行成本來看，方法1為3 949.5元，比方法2低703.3元，比方法3低251元。從總成本來看，方法1 的總成本為7 129.5 元，方法2的總成本為8 674.4元，方法3的總成本為9 077.7元，方法1 的總成本遠遠低于方法2 和方法3，可見，方法1 是3 種方法中最優(yōu)的調(diào)度方法，配電網(wǎng)的總成本能夠大大減少。因此，本文設計的基于需求側(cè)響應的配電網(wǎng)多源協(xié)同優(yōu)化調(diào)度方法在實際的應用中有著更低的運行成本，調(diào)度效果最好。

3 結(jié) 論

文章設計了基于需求側(cè)響應的配電網(wǎng)多源協(xié)同優(yōu)化調(diào)度方法，對配電網(wǎng)的運行進行優(yōu)化和管控。在本文的方法設計中，充分利用了多種資源實現(xiàn)了資源互補，調(diào)整了能源結(jié)構(gòu)，并結(jié)合用戶方和電網(wǎng)方的資源，實現(xiàn)了資源的優(yōu)化配置，增強電網(wǎng)運行的可靠性。然而，本文設計的方法在使用中還存在一定的不穩(wěn)定性，在之后的研究中會不斷完善。