考慮光伏儲(chǔ)能和可控負(fù)荷的配電網(wǎng)檢修計(jì)劃優(yōu)化

王正宇，金堯，蔣傳文，張?jiān)?/p>

（1.上海交通大學(xué)電子信息與電氣工程學(xué)院電氣工程系，上海閔行區(qū)　200240；2.貴州電網(wǎng)公司電網(wǎng)規(guī)劃研究中心，貴州貴陽　550002）

考慮光伏儲(chǔ)能和可控負(fù)荷的配電網(wǎng)檢修計(jì)劃優(yōu)化

王正宇1，金堯1，蔣傳文1，張?jiān)?

（1.上海交通大學(xué)電子信息與電氣工程學(xué)院電氣工程系，上海閔行區(qū)200240；2.貴州電網(wǎng)公司電網(wǎng)規(guī)劃研究中心，貴州貴陽550002）

主動(dòng)配電網(wǎng)（active distribution network，ADN）是傳統(tǒng)配電網(wǎng)的一個(gè)發(fā)展方向，其特點(diǎn)是能夠?qū)尤肱潆娋W(wǎng)的分布式電源（distributed energy resources，DER）進(jìn)行主動(dòng)控制和主動(dòng)管理，這會(huì)對(duì)配電網(wǎng)檢修計(jì)劃的制定產(chǎn)生一定的影響。以含有光伏-儲(chǔ)能聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)和可控負(fù)荷的配電網(wǎng)為例，研究分布式電源在配電網(wǎng)檢修中所能起到的作用，建立了相應(yīng)的二層優(yōu)化模型。其中子模型為單設(shè)備檢修優(yōu)化模型，考慮天氣情況對(duì)光伏發(fā)電出力的影響，通過對(duì)儲(chǔ)能電池和可控負(fù)荷的優(yōu)化設(shè)置來減小功率損失；主模型為全檢修計(jì)劃優(yōu)化模型，考慮儲(chǔ)能電池容量約束，優(yōu)化目標(biāo)為減少檢修全過程中的經(jīng)濟(jì)損失。針對(duì)模型特點(diǎn)，采用混沌粒子群分層優(yōu)化算法和改進(jìn)的TSP搜索算法進(jìn)行求解。IEEE33節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)的仿真結(jié)果顯示了模型的正確性和有效性，比較不同條件下的仿真結(jié)果可以說明分布式能源的接入有助于降低配電網(wǎng)檢修造成的損失。

主動(dòng)配電網(wǎng)；分布式電源；檢修計(jì)劃；光伏儲(chǔ)能；可控負(fù)荷

配電網(wǎng)是電力系統(tǒng)的重要組成部分，在輸電網(wǎng)和負(fù)荷間起著重要的連接作用。傳統(tǒng)的配電網(wǎng)只起到被動(dòng)分配電能的作用，本身沒有電源的直接接入，也不能對(duì)負(fù)荷進(jìn)行控制。近年來，隨著可再生能源發(fā)電技術(shù)的發(fā)展和電動(dòng)汽車的普及，電力系統(tǒng)中的分布式電源不斷增多，這些都促使傳統(tǒng)配電網(wǎng)的運(yùn)行模式由被動(dòng)模式向主動(dòng)模式逐漸轉(zhuǎn)變［1］。

2008年，國際大電網(wǎng)會(huì)議（CIGRE）配電與分布式發(fā)電專委會(huì)的C6.11項(xiàng)目組明確了主動(dòng)配電網(wǎng)（active distribution network，ADN）和分布式電源（distributed energy resources，DER）的概念［2］。主動(dòng)配電網(wǎng)是指能夠利用靈活的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)對(duì)潮流進(jìn)行有效管理，以便對(duì)接入配電網(wǎng)的分布式電源進(jìn)行主動(dòng)控制和主動(dòng)管理的配電系統(tǒng)。分布式電源包括分布式發(fā)電（distributed generation，DG）、分布式儲(chǔ)能（electrical energy storage，EES）、可控負(fù)荷（controllable load，CL）等［3-5］。主動(dòng)配電網(wǎng)目前處于發(fā)展階段，有許多相關(guān)問題需要研究。

設(shè)備檢修是電力系統(tǒng)日常運(yùn)行中一項(xiàng)十分重要的內(nèi)容，檢修計(jì)劃的安排直接影響到電網(wǎng)的可靠性和電力企業(yè)的經(jīng)濟(jì)利益。國內(nèi)外對(duì)電力系統(tǒng)檢修計(jì)劃問題的研究主要集中在發(fā)，輸電側(cè)［6-7］，關(guān)于配電網(wǎng)檢修計(jì)劃的研究相對(duì)較少。近年來，配電網(wǎng)檢修計(jì)劃優(yōu)化問題正逐漸受到重視［8-14］。文獻(xiàn)［8］將檢修計(jì)劃的制定分為兩步，首先制定不考慮潮流約束的粗略計(jì)劃，之后再考慮潮流約束進(jìn)行詳細(xì)的計(jì)劃制定。文獻(xiàn)［9］提出了一種結(jié)合免疫算法與禁忌算法的優(yōu)化策略，但沒有考慮負(fù)荷轉(zhuǎn)移對(duì)檢修計(jì)劃的影響。文獻(xiàn)［10-11］考慮了負(fù)荷轉(zhuǎn)移在檢修計(jì)劃優(yōu)化中的作用，建立了聯(lián)合優(yōu)化模型，并采用改進(jìn)的待恢復(fù)樹切割算法進(jìn)行求解。文獻(xiàn)［12］考慮到可靠性因素對(duì)配電網(wǎng)檢修計(jì)劃的影響，將其作為評(píng)估指標(biāo)之一建立了二層規(guī)劃模型。文獻(xiàn)［13］考慮了電網(wǎng)檢修中的不確定因素，建立了配電網(wǎng)檢修級(jí)計(jì)劃優(yōu)化的模糊機(jī)會(huì)約束模型。文獻(xiàn)［14］從目前正在推廣的狀態(tài)檢修出發(fā)，提出了一種基于風(fēng)險(xiǎn)被評(píng)估的配電網(wǎng)檢修決策優(yōu)化模型。其中，文獻(xiàn)［11］考慮了分布式發(fā)電的接入對(duì)配電網(wǎng)檢修計(jì)劃制定的影響。但文中將DG處理為固定出力的電源，沒有考慮到可再生能源發(fā)電的出力隨機(jī)性，同時(shí)也沒有考慮主動(dòng)負(fù)荷對(duì)檢修計(jì)劃的影響。

由于可再生能源具有間歇性、隨機(jī)性和波動(dòng)性，因此可再生能源DG接入配電網(wǎng)會(huì)對(duì)配電網(wǎng)運(yùn)行帶來巨大的影響。主動(dòng)配電網(wǎng)主要通過接入分布式儲(chǔ)能和可控負(fù)荷來消納可再生能源DG［15-16］。本文主要研究分布式電源對(duì)配電網(wǎng)檢修計(jì)劃制定的影響，建立了考慮光伏儲(chǔ)能和可控負(fù)荷的配電網(wǎng)檢修聯(lián)合優(yōu)化模型，并對(duì)IEEE-33節(jié)點(diǎn)算例進(jìn)行了仿真分析。

1　分布式電源對(duì)配電網(wǎng)檢修計(jì)劃的影響

分布式電源（DER）包括分布式發(fā)電（DG），分布式儲(chǔ)能（EES）和可控負(fù)荷（CL）。本文以光伏—儲(chǔ)能聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)和可控負(fù)荷為例研究分布式電源對(duì)配電網(wǎng)檢修計(jì)劃的影響。

1.1光伏—儲(chǔ)能聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)的影響

光伏發(fā)電出力受日照條件的影響很大，具有很強(qiáng)的隨機(jī)性和波動(dòng)性。為了平抑光伏出力隨機(jī)性對(duì)電網(wǎng)的沖擊，給光伏電源配置儲(chǔ)能設(shè)備來構(gòu)建光伏—儲(chǔ)能聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)是目前主要的發(fā)展方向［17-19］。同時(shí)，基于天氣情況的光伏出力預(yù)測(cè)也一直是研究的熱點(diǎn)，且已取得了不少成果［20-21］。

傳統(tǒng)的配電網(wǎng)檢修方案制定思路主要是通過聯(lián)絡(luò)開關(guān)將檢修造成的失電負(fù)荷與未失電線路相連，繞開檢修部分進(jìn)行供電，從而縮小停電范圍。由于線路傳輸容量的限制以及節(jié)點(diǎn)電壓穩(wěn)定的要求，部分本可能通過聯(lián)絡(luò)開關(guān)供電的負(fù)荷在傳統(tǒng)檢修方案中也不得不切除以保障可靠供電。

光伏—儲(chǔ)能聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)對(duì)配電網(wǎng)檢修計(jì)劃的影響主要集中在以下2個(gè)方面：

1）光伏—儲(chǔ)能聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)可作為負(fù)荷轉(zhuǎn)移的目標(biāo)電源，對(duì)檢修造成的失電負(fù)荷進(jìn)行補(bǔ)償供電，平衡潮流，擴(kuò)大聯(lián)絡(luò)開關(guān)的供電區(qū)域，從而縮小停電范圍；

2）由于光伏發(fā)電出力具有較強(qiáng)的隨機(jī)性，因此如何分配有限的儲(chǔ)能容量對(duì)其進(jìn)行補(bǔ)償，以盡可能的減少檢修造成的損失，是一個(gè)需要關(guān)注的問題。

本文提出的配電網(wǎng)檢修優(yōu)化方法根據(jù)基于天氣情況的光伏出力預(yù)測(cè)值來優(yōu)化儲(chǔ)能設(shè)備出力，從而減小檢修造成的各項(xiàng)損失。

1.2可控負(fù)荷的影響

配電網(wǎng)中的可控負(fù)荷能夠起到削峰填谷的作用，也有助于消納可再生能源DG［22-23］。

在傳統(tǒng)的配電網(wǎng)檢修計(jì)劃中，除極少數(shù)重要負(fù)荷，任何負(fù)荷都可能因檢修完全切斷供電。可控負(fù)荷的引入會(huì)對(duì)配電網(wǎng)檢修計(jì)劃中的負(fù)荷失電情況產(chǎn)生較大的影響，主要集中于以下2個(gè)方面：

1）將配電網(wǎng)檢修造成的停電功率集中到可控負(fù)荷上，可避免停電位置的隨機(jī)性，縮小停電范圍；

2）由于對(duì)可控負(fù)荷能夠?qū)崿F(xiàn)相對(duì)精確的控制，部分情況下只需減小其供電功率而不必完全切斷供電，這樣有助于減小停電功率及售電損失。

本文提出的配電網(wǎng)檢修優(yōu)化方法將可控負(fù)荷作為可控變量進(jìn)行優(yōu)化設(shè)置，從而縮小檢修造成的各種不利影響。

本文方法需對(duì)負(fù)荷進(jìn)行預(yù)先處理。借鑒文獻(xiàn)［23］對(duì)主動(dòng)配電網(wǎng)負(fù)荷的分類方法，根據(jù)負(fù)荷的可控程度將其分為不可控負(fù)荷、可控負(fù)荷和可調(diào)負(fù)荷3類，定義負(fù)荷可控系數(shù)λ來表示負(fù)荷的可控程度。不可控負(fù)荷和可控負(fù)荷的可控系數(shù)λ分別為0和1，可調(diào)負(fù)荷的可控系數(shù)λ為負(fù)荷中可控部分所占的比例。

假設(shè)配電網(wǎng)中某一節(jié)點(diǎn)L的負(fù)荷為PL0，可控系數(shù)為λ。若λ＞0，則設(shè)置一個(gè)附加節(jié)點(diǎn)通過無損線路與L相連，其負(fù)荷大小為λPL0，是完全的可控負(fù)荷；L所連負(fù)荷更改為單純的不可控負(fù)荷（1－λ）PL0，處理方法如圖1所示。

圖1　可控負(fù)荷處理方法Fig.1　Handling of controllable loads

通過這種方法將可調(diào)負(fù)荷分解為獨(dú)立的可控負(fù)荷和不可控負(fù)荷，消去了可調(diào)負(fù)荷的影響，便于進(jìn)一步的分析和計(jì)算。

2　配電網(wǎng)檢修計(jì)劃優(yōu)化模型

本文建立的檢修優(yōu)化二層模型包括全檢修計(jì)劃優(yōu)化模型和單獨(dú)設(shè)備檢修優(yōu)化模型兩部分，綜合考慮了配電網(wǎng)中光伏儲(chǔ)能和可控負(fù)荷對(duì)其檢修計(jì)劃的影響。

2.1子優(yōu)化模型：單設(shè)備檢修優(yōu)化模型

假設(shè)t時(shí)刻對(duì)待檢修線路j開始檢修，聯(lián)絡(luò)開關(guān)s閉合，在這種情況下建立單設(shè)備檢修優(yōu)化模型。

2.1.1優(yōu)化目標(biāo)

子優(yōu)化問題為一個(gè)多階段優(yōu)化問題，共有3個(gè)優(yōu)化目標(biāo)：

1）考慮負(fù)荷重要等級(jí)的停電功率f1

式中：CL為可控負(fù)荷集合；Pi0為可控負(fù)荷i額定功率；Pi（t）為調(diào)節(jié)后的實(shí)際功率；λi為負(fù)荷i的重要等級(jí)系數(shù)，根據(jù)負(fù)荷重要程度取值。

2）線路損耗f2

檢修過程中全網(wǎng)線路功率損耗，會(huì)受到檢修計(jì)劃的影響。

3）儲(chǔ)能電池出力f3

由于在一次檢修中會(huì)連續(xù)檢修多個(gè)設(shè)備，因此在制定檢修計(jì)劃時(shí)需要合理地分配有限的儲(chǔ)能容量。將減小儲(chǔ)能電池輸出功率作為一個(gè)優(yōu)化目標(biāo)，可避免儲(chǔ)能設(shè)備在單設(shè)備檢修時(shí)輸出不必要的多余功率，浪費(fèi)容量，影響其他設(shè)備的檢修。

式中：ES（Energy Storage）為儲(chǔ)能設(shè)備集合；Pk（t）為光伏—儲(chǔ)能聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)k中儲(chǔ)能電池出力。

2.1.2約束條件

1）潮流越限約束

式中：S為各條線路潮流；Smax為線路潮流限制。

2）電壓越限約束

式中：U，Umin，Umax為各節(jié)點(diǎn)電壓和對(duì)應(yīng)的上下限。

如上節(jié)所述，將配電網(wǎng)中的光伏儲(chǔ)能作為檢修時(shí)負(fù)荷轉(zhuǎn)移的目標(biāo)電源，有助于減小斷電檢修造成的停電功率。本文綜合考慮了天氣因素對(duì)光伏發(fā)電出力的影響以及儲(chǔ)能電池的工作特性，建立了光伏儲(chǔ)能出力約束與儲(chǔ)能設(shè)備出力約束。

3）光伏儲(chǔ)能出力約束

式中：Pgk（t）為光伏儲(chǔ)能系統(tǒng)k總出力；Pgk0（t）為基于天氣條件的光伏預(yù)測(cè)出力；μ為置信系數(shù)；Pk（t）為儲(chǔ)能電池輸出功率。

4）儲(chǔ)能設(shè)備出力約束

式中：Pk（t）為儲(chǔ)能電池輸出功率；Pkmax為儲(chǔ)能設(shè)備輸出功率限制，不能超過儲(chǔ)能設(shè)備最大輸出功率，可根據(jù)檢修時(shí)長和儲(chǔ)能設(shè)備可用容量設(shè)置。

按照上節(jié)中的方法將配電網(wǎng)中的3類負(fù)荷進(jìn)行處理，可建立可控負(fù)荷約束。

5）可控負(fù)荷約束

式中：Pi（t）為節(jié)點(diǎn)i實(shí)際負(fù)荷；Pi0為額定負(fù)荷；λ為負(fù)荷可控系數(shù)，其中η（t）∈［0，1］為負(fù)荷調(diào)節(jié)系數(shù)。

6）網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浼s束

式中：g為轉(zhuǎn)移負(fù)荷后的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；G為輻射狀網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

配電網(wǎng)一般是閉環(huán)設(shè)計(jì)，開環(huán)運(yùn)行的，聯(lián)絡(luò)開關(guān)相當(dāng)于配電網(wǎng)輻射狀樹圖的連枝。在這種情況下，每個(gè)聯(lián)絡(luò)開關(guān)都能與線路組成一個(gè)只含單個(gè)聯(lián)絡(luò)開關(guān)的虛擬環(huán)路。因此，當(dāng)某條線路斷電檢修時(shí)，只需閉合其所在含虛擬環(huán)路中的聯(lián)絡(luò)開關(guān)即可維持配電網(wǎng)絡(luò)的輻射狀連通。

2.2主優(yōu)化模型：全檢修計(jì)劃優(yōu)化模型

2.2.1優(yōu)化目標(biāo)

優(yōu)化目標(biāo)為降低供電企業(yè)在檢修過程中的總損失：

式中：F1為電費(fèi)損失；F2為開關(guān)操作費(fèi)用。

1）電費(fèi)損失F1

式中：R為待檢修設(shè)備集合；p為電價(jià)；dj為設(shè)備j檢修持續(xù)時(shí)間；tj為設(shè)備j檢修開始時(shí)間；sj為檢修設(shè)備j時(shí)閉合的聯(lián)絡(luò)開關(guān)；fj1（tj，sj）為檢修設(shè)備j時(shí)的停電負(fù)荷；fj2（tj，sj）為檢修設(shè)備j時(shí)的網(wǎng)損。fj1（tj，sj）、fj1（tj，sj）均由子優(yōu)化模型得到。

2）開關(guān)操作費(fèi)用F2

式中：q為變動(dòng)聯(lián)絡(luò)開關(guān)的費(fèi)用；nops為檢修過程中聯(lián)絡(luò)開關(guān)的變動(dòng)次數(shù)。

2.2.2約束條件

1）檢修窗口約束

式中：X為檢修預(yù)計(jì)劃中的檢修開始時(shí)間集合。

2）連續(xù)檢修約束

式中：dj為設(shè)備j檢修持續(xù)時(shí)間。

由于儲(chǔ)能設(shè)備容量有限，還應(yīng)建立儲(chǔ)能設(shè)備容量約束：

3）儲(chǔ)能電池容量約束

式中：Pk（tj，sj）為檢修設(shè)備j時(shí)光伏儲(chǔ)能系統(tǒng)k中儲(chǔ)能設(shè)備的輸出功率；Ek為儲(chǔ)能設(shè)備可用容量。

4）聯(lián)絡(luò)開關(guān)約束

式中：Sj為檢修設(shè)備j時(shí)能使網(wǎng)絡(luò)維持輻射狀連通的聯(lián)絡(luò)開關(guān)集合。

3　模型優(yōu)化算法及檢修計(jì)劃制定流程

3.1模型優(yōu)化算法

主動(dòng)配電網(wǎng)中可控負(fù)荷與儲(chǔ)能設(shè)備數(shù)量較多，因此子優(yōu)化問題是一個(gè)多階段多約束優(yōu)化問題。本文提出了一種混沌粒子群分層優(yōu)化算法對(duì)其進(jìn)行求解。

對(duì)比子模型的3個(gè)優(yōu)化目標(biāo)：停電不僅會(huì)造成售電損失，還會(huì)降低電網(wǎng)的可靠性，影響較大；網(wǎng)損雖然也是功率損失，但不會(huì)影響正常供電；儲(chǔ)能電池出力可通過設(shè)置輸出功率上限來加以控制，過度強(qiáng)調(diào)減小出力可能會(huì)導(dǎo)致無法充分利用儲(chǔ)能容量。因此3個(gè)優(yōu)化目標(biāo)的重要程度依次遞減。本文采用寬容完全分層法［24］對(duì)3個(gè)優(yōu)化目標(biāo)依次進(jìn)行求解，在每層優(yōu)化完成后給予可控負(fù)荷與儲(chǔ)能設(shè)備出力一定的寬容裕度，再進(jìn)行下一層優(yōu)化。

子優(yōu)化模型是一個(gè)多維多約束模型，在可行域內(nèi)有許多局部最優(yōu)解存在，采用常規(guī)的優(yōu)化算法容易陷入早熟?；煦缌Ｗ尤核惴ǎ?5-26］（Chaos particle swarm optimization，CPSO）通過利用混沌運(yùn)動(dòng)的遍歷性，隨機(jī)性以及對(duì)初始值的敏感性來增強(qiáng)粒子群算法的全局尋優(yōu)能力，能夠有效避免早熟現(xiàn)象的出現(xiàn)。本文的具體作法是在粒子群算法迭代過程中引入平均粒距和適應(yīng)度方差［27］，根據(jù)其大小來對(duì)早熟現(xiàn)象進(jìn)行判定。如果判斷條件成立，則轉(zhuǎn)入混沌搜索，用混沌搜索得到的最好的可行點(diǎn)隨機(jī)取代種群中的一個(gè)粒子，再繼續(xù)進(jìn)行優(yōu)化搜索。

子模型求解流程如圖2所示。

主優(yōu)化問題是一個(gè)離散組合優(yōu)化問題。本文的處理思路是將每一個(gè)待檢修設(shè)備看作一個(gè)城市，將城市之間的距離看作檢修各個(gè)設(shè)備的損失，將旅行商走過的總路程看作總檢修損失，從而將主優(yōu)化問題看作TSP問題來解決。

本文采用基于混合粒子群算法（Hybrid Particle Swarm Optimization，HPSO）的旅行商問題（Travelling Salesman Problem，TSP）搜索算法求解主優(yōu)化模型［28］。混合粒子群算法摒棄了傳統(tǒng)的跟蹤極值來更新粒子群位置的方法，而是引入了遺傳算法（Genetic Algorithm，GA）中的交叉和變異操作，通過粒子同個(gè)體極值和群體極值的交叉以及粒子自身變異的方式來搜索最優(yōu)解。

圖2　子模型求解流程圖Fig.2　Flowchart of the sub-model solution

主模型流程圖如圖3所示。

圖3　主模型求解流程圖Fig.3　Flowchart of the master model solution

3.2檢修計(jì)劃優(yōu)化流程

假設(shè)已知待檢修設(shè)備所處配電網(wǎng)的各項(xiàng)參數(shù)，如各節(jié)點(diǎn)額定負(fù)荷，光伏儲(chǔ)能設(shè)備參數(shù)，可控負(fù)荷參數(shù)等，可基于預(yù)計(jì)劃進(jìn)行配電網(wǎng)檢修計(jì)劃優(yōu)化，具體步驟如下：

1）從預(yù)計(jì)劃中得到檢修日期安排。

2）獲取檢修日期對(duì)應(yīng)的光伏出力預(yù)測(cè)值及儲(chǔ)能設(shè)備可用容量。

3）求解子優(yōu)化模型，得到單個(gè)設(shè)備在各個(gè)時(shí)刻的檢修優(yōu)化配置方案，以及對(duì)應(yīng)的停電功率，網(wǎng)損，以及儲(chǔ)能設(shè)備輸出功率。

4）將子模型優(yōu)化方案對(duì)應(yīng)的停電功率，網(wǎng)損，儲(chǔ)能設(shè)備輸出功率代入主優(yōu)化模型，通過求解主優(yōu)化模型對(duì)單設(shè)備檢修優(yōu)化方案進(jìn)行優(yōu)化組合，最終得到全檢修計(jì)劃優(yōu)化方案。

檢修計(jì)劃制定流程如圖4所示。

圖4　檢修計(jì)劃優(yōu)化流程圖Fig.4　Flowchart of the maintenance scheduling

4　算例分析

4.1算例參數(shù)

本文算例平臺(tái)選用IEEE33節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)［29］，系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)聯(lián)絡(luò)開關(guān)均為打開狀態(tài)。在該系統(tǒng)中引入光伏儲(chǔ)能系統(tǒng)，參數(shù)設(shè)置參考文獻(xiàn)［16，18-19］。光伏發(fā)電功率因數(shù)為0.9，儲(chǔ)能電池功率因數(shù)為1.0，其余參數(shù)見表1。同時(shí)，將系統(tǒng)中部分節(jié)點(diǎn)負(fù)荷設(shè)為可控負(fù)荷或可調(diào)負(fù)荷，負(fù)荷等級(jí)與可控類型見表2，一、二、三類負(fù)荷的重要等級(jí)系數(shù)分別設(shè)置為3，2，1［30］。總可控負(fù)荷功率大小為1 294 kW，占系統(tǒng)全部負(fù)荷的34.8%。為充分體現(xiàn)分布式電源的作用，將全系統(tǒng)線路阻抗均設(shè)置為原始值的1.5倍。含有光伏儲(chǔ)能與可控負(fù)荷的配電系統(tǒng)如圖5所示，原有可調(diào)負(fù)荷已分解為可控負(fù)荷和不可控負(fù)荷。

4.2仿真分析

假設(shè)配電網(wǎng)有10條線路需要斷電檢修。已知每條線路檢修所需時(shí)間為2 h，每天的檢修時(shí)間為8：00到16：00，平均分為5個(gè)檢修時(shí)間段。假設(shè)光伏電池在檢修前均已充滿電，且在非檢修時(shí)段停止出力。考慮到檢修全過程持續(xù)20 h，將儲(chǔ)能電池輸出功率限制分別設(shè)置為30 kW（PV1）和20 kW（PV2）。陰雨天氣和晴朗天氣下的光伏發(fā)電出力預(yù)測(cè)值如表3所示。通過求解本文模型可分別得到陰雨天（情況1）和晴天（情況2）的檢修計(jì)劃優(yōu)化方案如表4，表5所示。

表1　光伏儲(chǔ)能裝置Tab.1　Photovoltaic systems with energy storage

表2　負(fù)荷等級(jí)與可控類型Tab.2　Priorities and controlling types of the loads

圖5　含光伏儲(chǔ)能與可控負(fù)荷的IEEE33節(jié)點(diǎn)配電系統(tǒng)Fig.5　IEEE33-node distribution system integrated with PV&CL

表3　光伏出力預(yù)測(cè)結(jié)果Tab.3　Power forecasting results of photovoltaic

表4　檢修計(jì)劃優(yōu)化方案（情況1：陰雨天，全部可控負(fù)荷）Tab.4　Optimization result of maintenance scheduling（cloudy&rainy day，all CLs）

為考慮可控負(fù)荷大小對(duì)檢修計(jì)劃的影響，將可控負(fù)荷CL8、CL9改設(shè)為40%可控，CL3、CL5改設(shè)為不可控的固定負(fù)荷，且CL3，CL5，CL8，CL9中不可控部分在檢修過程中均不允許切斷供電。此時(shí)總可控負(fù)荷功率為464 kW，占配電網(wǎng)全部負(fù)荷的12.5%?？煽刎?fù)荷較少情況下陰雨天（情況3）和晴天（情況4）的檢修計(jì)劃優(yōu)化方案如表6，表7所示。

設(shè)售電價(jià)格為0.55元/kW·h，聯(lián)絡(luò)開關(guān)變動(dòng)費(fèi)用為100元/次?？捎?jì)算得到以上4種情況下的停電容量及檢修損失如表8所示。

通過仿真結(jié)果可以看到：

1）本文方法能夠利用可再生能源分布式DG出力作為負(fù)荷轉(zhuǎn)移的目標(biāo)電源，補(bǔ)償供電，減小配電網(wǎng)在檢修過程中的停電功率和供電企業(yè)的售電損失。

2）本文方法優(yōu)先選擇固定位置的可控負(fù)荷作為停電負(fù)荷，縮小了檢修過程中可能發(fā)生停電的范圍，提高了配電網(wǎng)的可靠性。

表5　檢修計(jì)劃優(yōu)化方案（情況2：晴天，全部可控負(fù)荷）Tab.5　Optimization result of maintenance scheduling（sunny day，all CLs）

表6　檢修計(jì)劃優(yōu)化方案（情況3：陰雨天，較少可控負(fù)荷）Tab.6　Optimization result of maintenance scheduling（cloudy&rainy day，few CLs）

表7　檢修計(jì)劃優(yōu)化方案（情況4：晴天，較少可控負(fù)荷）Tab.7　Optimization result of maintenance scheduling（sunny day，few CLs）

3）由于光伏發(fā)電出力與日照條件有關(guān)，因此一天中的發(fā)電功率會(huì)有較大變化。通過選擇合適的檢修時(shí)間，并配合聯(lián)絡(luò)開關(guān)動(dòng)作以及儲(chǔ)能設(shè)備出力，可以在不造成負(fù)荷停電的情況下檢修部分線路。

4）當(dāng)檢修2個(gè)線路需要閉合同一個(gè)聯(lián)絡(luò)開關(guān)時(shí)，本文的優(yōu)化方法會(huì)盡可能將其安排在連續(xù)的時(shí)段內(nèi)進(jìn)行檢修，以避免頻繁變動(dòng)聯(lián)絡(luò)開關(guān)造成額外花費(fèi)。

表8　停電容量及檢修損失Tab.8　Outage capacity and maintenance cost

5）對(duì)比不同天氣條件下的優(yōu)化方案可以看到，由于光伏出力與天氣狀況有關(guān)，不同天氣情況下的檢修方案優(yōu)化結(jié)果及其造成的停電功率和檢修損失相差很大，應(yīng)盡量將檢修安排在日照充足的晴朗天氣下進(jìn)行。

6）對(duì)比不同可控負(fù)荷配置下的優(yōu)化方案可以看到，可控負(fù)荷的配置情況也會(huì)對(duì)檢修方案產(chǎn)生影響。如果配電網(wǎng)中可控負(fù)荷所占比例較少，則檢修部分線路時(shí)必須通過切除不可控負(fù)荷來維持供電，這將導(dǎo)致停電功率以及停電范圍的擴(kuò)大，帶來較大的停電損失。

5　結(jié)論

本文考慮分布式電源（DER）對(duì)配電網(wǎng)檢修計(jì)劃的影響，針對(duì)含有光伏儲(chǔ)能和可控負(fù)荷的配電網(wǎng)建立了檢修計(jì)劃優(yōu)化模型并進(jìn)行了仿真分析。從仿真結(jié)果可以看出，分布式能源的靈活控制有助于減小配電網(wǎng)檢修中的各項(xiàng)損失，這也從另一個(gè)方面體現(xiàn)出主動(dòng)配電網(wǎng)（AND）的優(yōu)越性。本文提出的配電網(wǎng)檢修計(jì)劃方法對(duì)將來針對(duì)主動(dòng)配電網(wǎng)的檢修計(jì)劃制定具有一定的借鑒意義。

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Power System Technology，2010，34（9）：195-201（in Chinese）.

（編輯徐花榮）

Maintenance Schedule Optimization in Distribution Network with Consideration of Photovoltaic System with Energy Storage and Controllable Load

WANG Zhengyu1，JIN Yao1，JIANG Chuanwen1，ZHANG Yu2
1.School of Electronic Information and Electrical Engineering，Shanghai Jiaotong University，Shanghai 200240，China；2.Power Grid Planning&Research Center，Guizhou Power Grid Corporation，Guiyang 550002，Guizhou，China

Active distribution network（ADN）is a development direction of the traditional distribution network and its advantage is the active control and management of the distributed energy resources（DER），which leads to influence on maintenance scheduling of the distribution network.This paper takes the distribution network with photovoltaic/energy-storage systems and controllable loads（CL）as an example to study effects of ADN on the distribution network maintenance，and proposes a bi-level optimization model，whose sub-model is the single equipment maintenance optimization model.It considers weather effects on the power output of the photovoltaic system，and reduces power loss by optimally setting energy storage systems and controllable loads.The main model is whole maintenance schedule optimization model.It takes storage capacity into consideration，and the optimization objective is to reduce the economic loss in the maintenance.This paper modifies chaos particle swarm optimization（CPSO）algorithm and hybrid particle swarm optimization（HPSO）algorithm to solve the model.Simulation results on the IEEE 33 node test feeder verify the validity of the model.Results of various conditions show that ADN is helpful to reduce loss caused by maintenance.

active distribution network；distributed energy resources；maintenance schedule；photovoltaic/energy-storage systems；controllable loads

1674-3814（2015）11-0074-09

TM743

A

王正宇（1990—），男，碩士研究生，主要研究方向?yàn)殡娏ο到y(tǒng)優(yōu)化運(yùn)行，主動(dòng)配電網(wǎng)；

金堯（1991—），男，碩士研究生，主要研究方向?yàn)殡娏ο到y(tǒng)優(yōu)化運(yùn)行，新能源并網(wǎng)；

蔣傳文（1966—），男，教授，博士生導(dǎo)師，主要研究方向?yàn)殡娏κ袌?、電力系統(tǒng)優(yōu)化運(yùn)行、可再生能源及風(fēng)險(xiǎn)管理；

張?jiān)＃?983—），男，工程師，碩士研究生，主要從事電網(wǎng)新技術(shù)應(yīng)用研究、電網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)和線損理論計(jì)算等方面的工作。

國家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃（863計(jì)劃）（2014AA0 51902）。

Project Supported by the National High Technology Research and Development of China（863 Program）（2014AA051902）.