主動配電網(wǎng)源網(wǎng)荷儲一體化協(xié)調(diào)優(yōu)化模型研究

楊勇虎，魏 華，吳文輝

（1.東莞城市學(xué)院，廣東 東莞；2.易事特集團(tuán)股份有限公司，廣東 東莞）

引言

在傳統(tǒng)電力系統(tǒng)里“源”、“網(wǎng)”、“荷”和“儲”是相互獨(dú)立的，當(dāng)某一環(huán)節(jié)出現(xiàn)異常其他部分能夠快速調(diào)整，避免整個(gè)系統(tǒng)崩潰，從而提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性[1]。對分布式電源、儲能以及負(fù)荷等方面進(jìn)行靈活控制對于主動配電網(wǎng)的應(yīng)用水平有重要影響。諸多專家學(xué)者對主動配電網(wǎng)的協(xié)調(diào)優(yōu)化策略進(jìn)行研究與實(shí)踐，研究集中在配電網(wǎng)運(yùn)行規(guī)劃中綜合考慮這些主動管理策略，但主動配電網(wǎng)調(diào)度領(lǐng)域仍然存在終端能源利用率較低等問題[2]。基于此提出一種主動配電網(wǎng)源網(wǎng)荷儲一體化協(xié)調(diào)優(yōu)化模型，實(shí)現(xiàn)更高效、更穩(wěn)定的電力傳輸。

1 主動配電網(wǎng)源網(wǎng)荷儲一體化協(xié)調(diào)優(yōu)化模型設(shè)計(jì)

1.1 分析主動配電網(wǎng)節(jié)點(diǎn)參數(shù)

主動配電網(wǎng)的規(guī)模通常比較大，因此含多個(gè)節(jié)點(diǎn)，基于此本研究對主動配電網(wǎng)的節(jié)點(diǎn)參數(shù)分析。

基于傳統(tǒng)的節(jié)點(diǎn)功率方程分析，該方程如下[3]。

式中，i 和j 分別為主動配電網(wǎng)中的兩個(gè)節(jié)點(diǎn)，n 為主動配電網(wǎng)中的節(jié)點(diǎn)總數(shù)量，Pi為節(jié)點(diǎn)i 的有功需求，Qi為節(jié)點(diǎn)i 的無功需求，Vi和Vj分別為節(jié)點(diǎn)i 和節(jié)點(diǎn)j的電壓幅值，Gij為兩個(gè)節(jié)點(diǎn)的電導(dǎo)，Bij為兩個(gè)節(jié)點(diǎn)的電納，θij為兩個(gè)節(jié)點(diǎn)間的電壓相角差。

該方程中包含正弦函數(shù)和余弦函數(shù)，導(dǎo)致求解難度大[4]。對該方程調(diào)整，采用ZI 方程對其進(jìn)行線性表達(dá)如下。

式中，P（Vi）為主動配電網(wǎng)節(jié)點(diǎn)i 的有功功率需求，Q（Vi）為主動配電網(wǎng)節(jié)點(diǎn)i 的無功功率需求，P0為主動配電網(wǎng)負(fù)荷初始有功需求，Q0為主動配電網(wǎng)負(fù)荷初始無功需求，CZ、C0以及CI均為常數(shù)，且三者之間呈現(xiàn)為求和為1 的關(guān)系，V0為節(jié)點(diǎn)初始假定電壓。

對主動配電網(wǎng)的節(jié)點(diǎn)參數(shù)分析，采用幅值相角的方法對節(jié)點(diǎn)的電流參數(shù)計(jì)算如下。

式中，Ii為節(jié)點(diǎn)i 的電流相量，V'i為節(jié)點(diǎn)i 的實(shí)部電壓。

式中，將節(jié)點(diǎn)的實(shí)部電壓取值設(shè)定為1，節(jié)點(diǎn)的虛部電壓為0，節(jié)點(diǎn)虛部電壓忽略不計(jì)，不納入計(jì)算。

由于在主動配電網(wǎng)的節(jié)點(diǎn)中，電流在節(jié)點(diǎn)中呈現(xiàn)流動的形態(tài)，對節(jié)點(diǎn)處的電流參數(shù)等效計(jì)算如下。

式中，Ii為節(jié)點(diǎn)i 的等效電流參數(shù)。

1.2 構(gòu)建主動配電網(wǎng)協(xié)調(diào)優(yōu)化模型

對主動配電網(wǎng)的協(xié)調(diào)網(wǎng)架拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)分析，對主動配電網(wǎng)節(jié)點(diǎn)開關(guān)的切換次數(shù)計(jì)算如下。

式中，S 為主動配電網(wǎng)節(jié)點(diǎn)開關(guān)切換次數(shù)，μij為開關(guān)切換后的節(jié)點(diǎn)狀態(tài)，μij0為開關(guān)切換前節(jié)點(diǎn)狀態(tài)。

式中，μij0共包括兩種取值，當(dāng)其取值為0 時(shí)，為主動配電網(wǎng)節(jié)點(diǎn)在原有的饋線中處于斷開的狀態(tài)，當(dāng)其取值為1 時(shí)為主動配電網(wǎng)節(jié)點(diǎn)在原有的饋線中處于閉合的狀態(tài)。

公式（5）主動配電網(wǎng)節(jié)點(diǎn)開關(guān)的切換次數(shù)較多情況下，產(chǎn)生的損耗較高，對切換次數(shù)參數(shù)約束，公式如下。

式中，Smax為主動配電網(wǎng)節(jié)點(diǎn)開關(guān)一天最大切換次數(shù)。主動配電網(wǎng)協(xié)調(diào)優(yōu)化模型的配網(wǎng)輻射約束如下。

式中，τij和τji為兩個(gè)不同的目標(biāo)約束變量，取值均有“0”和“1”兩種。其中一個(gè)取值為“1”時(shí)，則為另一個(gè)節(jié)點(diǎn)的母節(jié)點(diǎn)，I^i為主動配電網(wǎng)協(xié)調(diào)優(yōu)化模型目標(biāo)約束，Iijmax為主動配電網(wǎng)支路最大電流。

2 實(shí)驗(yàn)

2.1 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

建立主動配電網(wǎng)的仿真模型，采用IEEE-33 節(jié)點(diǎn)標(biāo)準(zhǔn)型主動配電網(wǎng)，該配電網(wǎng)包含33 個(gè)節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)分布見圖1。

圖1 IEEE-33 節(jié)點(diǎn)主動配電網(wǎng)

圖1，IEEE-33 節(jié)點(diǎn)主動配電網(wǎng)中，黑色實(shí)線為初始狀態(tài)為閉合的支路，黑色虛線表示部分節(jié)點(diǎn)間的聯(lián)絡(luò)線，于14 節(jié)點(diǎn)、18 節(jié)點(diǎn)及26 節(jié)點(diǎn)處分別含一個(gè)分布式電源。在仿真環(huán)境進(jìn)行實(shí)驗(yàn)見表1 和表2。

表1 主動配電網(wǎng)實(shí)驗(yàn)環(huán)境仿真參數(shù)

表2 仿真實(shí)現(xiàn)環(huán)境

上對主動配電網(wǎng)的源網(wǎng)荷儲數(shù)據(jù)進(jìn)行模擬，并對涉及到的模型及方法實(shí)現(xiàn)。

2.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

為體現(xiàn)本文模型的實(shí)踐應(yīng)用可行性，采用基于Fisher 時(shí)段劃分的主動配電網(wǎng)源網(wǎng)荷儲協(xié)調(diào)優(yōu)化方法1 及基于電力物聯(lián)網(wǎng)狀態(tài)感知下的主動配電網(wǎng)源網(wǎng)荷儲協(xié)調(diào)優(yōu)化方法2 為實(shí)驗(yàn)對比方法。本文優(yōu)化模型的方法3。應(yīng)用三種方法在仿真環(huán)境測試，得到不同方法下主動配電網(wǎng)源網(wǎng)荷儲協(xié)調(diào)優(yōu)化結(jié)果見圖2。

圖2 不同方法主動配電網(wǎng)源網(wǎng)荷儲協(xié)調(diào)優(yōu)化結(jié)果

圖2，13～20 的時(shí)段2 階段中，優(yōu)化的主動配電網(wǎng)功率較高，其余時(shí)間的功率較低，與設(shè)置的主動配電網(wǎng)的配電需求參數(shù)的變化曲線高度一致，對電能利用率較高。其他兩種方法中，均未呈現(xiàn)與配電需求保持一致的曲線波動變化，在三個(gè)時(shí)段均出現(xiàn)多次波動，得到的結(jié)果對電能的利用率不理想。

按照當(dāng)前國家標(biāo)準(zhǔn)基準(zhǔn)電價(jià)，根據(jù)圖1 優(yōu)化結(jié)果對三種協(xié)調(diào)優(yōu)化方法協(xié)調(diào)成本對比見表3。

表3 不同協(xié)調(diào)優(yōu)化方法成本對比結(jié)果

圖2 和表3 可知，所提的主動配電網(wǎng)源網(wǎng)荷儲一體化協(xié)調(diào)優(yōu)化模型能有效對主動配電網(wǎng)中的各項(xiàng)能源進(jìn)行優(yōu)化調(diào)度，所需調(diào)度成本低，具備較高的實(shí)踐應(yīng)用價(jià)值。

結(jié)束語

主動配電網(wǎng)源網(wǎng)荷儲一體化優(yōu)化模型研究，可提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性，推動能源轉(zhuǎn)型和電力行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。結(jié)合其他領(lǐng)域的先進(jìn)技術(shù)，有望為電力行業(yè)帶來更多的創(chuàng)新和發(fā)展。