含柔性負(fù)荷的主動配電網(wǎng)優(yōu)化調(diào)度策略研究

賈先平

【摘 要】隨著多種分布式電源的大量接入、用戶與電網(wǎng)的雙向互動、各種新型可控單元的廣泛應(yīng)用，使得配電網(wǎng)主動性增強、調(diào)度資源愈發(fā)豐富、運行方式日趨復(fù)雜，促使主動配電網(wǎng)技術(shù)朝著靈活、高效、智能和可持續(xù)方式發(fā)展。本文比較分析兩種不同的柔性負(fù)荷模型，探討計及柔性負(fù)荷的主動配電網(wǎng)優(yōu)化調(diào)度比較完善調(diào)度模式與策略，包括多目標(biāo)協(xié)調(diào)優(yōu)化、基于電價模式和多時間尺度協(xié)調(diào)調(diào)度。文中最后展望柔性負(fù)荷在主動配電網(wǎng)調(diào)度未來發(fā)展。

【關(guān)鍵詞】柔性負(fù)荷；主動配電網(wǎng)；優(yōu)化調(diào)度

【Abstract】With the large number of distributed power supply access， the user and the grid of two-way interaction， a variety of new controllable units of the wide range of applications， making the distribution network to enhance the initiative， increasingly rich scheduling resources， running increasingly complex， ADN develops in a flexible， efficient， intelligent and sustainable manner. In this paper， two different flexible load models are analyzed， and the optimal scheduling and scheduling of the ADN with flexible load are discussed. The scheduling model and strategy are improved， including multi-objective coordination and optimization， and the scheduling based on electricity price model and multi-time scale. Finally， the paper looks forward to the future development of flexible load in active distribution network.

【Key words】Flexible Load； Active Distribution Network； Optimal Scheduling

0 引言

近年來，國家一直致力于現(xiàn)代化智能電網(wǎng)全面建設(shè)，積極開展現(xiàn)代化電網(wǎng)的研究于試點項目的深入推進，取得巨大的進步。由于大量的分布式電源接入電網(wǎng)、電動汽車的不斷普及以及可控負(fù)荷的逐漸增多，使得傳統(tǒng)配電網(wǎng)不得不面臨諸多不可預(yù)見的挑戰(zhàn)；尤其在當(dāng)前分布式光伏相關(guān)國家鼓勵政策不斷出臺，高滲透分布式光伏電源接入配電網(wǎng)所可能導(dǎo)致的電壓水平升高、短路電流增大、供電可靠性降低以及電能質(zhì)量惡化等問題顯得尤其突出，將打破傳統(tǒng)配電網(wǎng)潮流單向輻射狀供電模式[1]。

間歇式能源的不斷發(fā)展和高峰負(fù)荷的迅猛增加使得電網(wǎng)運行難度急劇上升，對電力系統(tǒng)調(diào)節(jié)能力提出新的重大挑戰(zhàn)。在主動配電網(wǎng)優(yōu)化調(diào)度中引入柔性負(fù)荷是一個必要的發(fā)展趨勢。柔性負(fù)荷[2]的含義可以理解為用電量可在指定區(qū)間內(nèi)變化或者在不同的時段間轉(zhuǎn)移的負(fù)荷。柔性負(fù)荷調(diào)度作為發(fā)電調(diào)度的補充能夠削峰填谷和平衡間歇式能源引起的電壓波動，有利于豐富電網(wǎng)調(diào)度運行的調(diào)節(jié)手段[3-4]

主動配電網(wǎng)技術(shù)不斷的發(fā)展目的在于積極消納間歇式新能源，提升綠色能源利用率，優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)[5]。主動配電網(wǎng)的優(yōu)化調(diào)度是指通過對分布式電源、儲能、柔性負(fù)荷以及需求側(cè)響應(yīng)等可控資源靈活的協(xié)調(diào)控制，達到對可再生能源的充分消納以及對能量資源的高效利用，并通過智能管理技術(shù)保障供電可靠性和供電質(zhì)量的前提下達到運行成本最優(yōu)等目標(biāo)[6]。

1 柔性負(fù)荷

柔性負(fù)荷優(yōu)化調(diào)度是主動配電網(wǎng)未來發(fā)展的潛在發(fā)展趨勢和研究方向。柔性負(fù)荷就是具有柔性特征的負(fù)荷，這種負(fù)荷是靈活可變可調(diào)節(jié)的負(fù)荷。含柔性負(fù)荷的主動配電網(wǎng)優(yōu)化調(diào)度考慮將調(diào)度靈活的負(fù)荷資源作為調(diào)度對象，采用適當(dāng)?shù)男枨箜憫?yīng)措施，實現(xiàn)柔性負(fù)荷與電源之間的源-荷互動響應(yīng)，達到積極消納間歇式新能源優(yōu)化資源配置的目的。

式中：T表示用電周期；λt表示t時段的實時電價；λL，λH表示用戶對電價敏感的臨界價格；P表示該類型負(fù)荷中的最低保障性需求，即剛性部分。

對比兩個模型對柔性負(fù)荷的分類大體上相類似，都是在電價的影響條件下，當(dāng)在電價比較高的時段，將一些必須發(fā)生的用電量轉(zhuǎn)移到電價比較低的時段，即可轉(zhuǎn)移負(fù)荷，如工廠生產(chǎn)用電、大部分生活用電等；當(dāng)在電價比較高的時段，將一些比較靈活且可以不產(chǎn)生的用電量削減或者取消，即可削減負(fù)荷，如空調(diào)用電，娛樂用電等。因此，智能化環(huán)境下的電網(wǎng)調(diào)度必須從單一時段的優(yōu)化問題轉(zhuǎn)化為多時段統(tǒng)一、協(xié)調(diào)優(yōu)化的問題。

2 調(diào)度模式與策略

2.1 多目標(biāo)協(xié)調(diào)優(yōu)化調(diào)度模式

隨著電網(wǎng)的不斷發(fā)展，大量的間歇式新能源接入電網(wǎng)，使得電網(wǎng)的優(yōu)化調(diào)度復(fù)雜多樣化，要同時滿足多個不同的要求。因而，建立多目標(biāo)的協(xié)調(diào)優(yōu)化調(diào)度模式應(yīng)用最為廣泛。文獻[9]建立了一種綜合考慮可再生能源利用率、網(wǎng)絡(luò)損耗及用戶滿意度的多目標(biāo)優(yōu)化模型，增加可再生分布式發(fā)電的利用率，有效減小網(wǎng)絡(luò)有功損耗，提高經(jīng)濟性。

文獻[10]則以AND的運行成本、可再生能源消納與配電網(wǎng)電能損耗三個角度構(gòu)建多目標(biāo)優(yōu)化模型，實現(xiàn)ADN在運行過程中的綜合效益最大化。文獻[11]建立的多目標(biāo)優(yōu)化模型主要是在大量間歇性分布式電源接入電網(wǎng)之后對有功和無功的協(xié)調(diào)優(yōu)化，以增加能源的利用率，保障電網(wǎng)穩(wěn)定可靠運行。

2.2 基于電價的模式

一般情況下，基于電價模式可以分為分時電價、實時電價、尖峰電價。通過價格信號引導(dǎo)用戶合理調(diào)節(jié)和改善用電結(jié)構(gòu)和用電方式，在電價決策模型、電價對負(fù)荷曲線形狀和電網(wǎng)可靠性等方面有了大量的研究。為了滿足周期性起伏波動的負(fù)荷要求和系統(tǒng)的安全性、經(jīng)濟性要求合理規(guī)劃柔性負(fù)荷的用電時段具有重要理論意義和市場價值。文獻[12]通過建立線性不等式約束條件建立柔性負(fù)荷工作模型規(guī)劃用戶柔性負(fù)荷的用電時段，實現(xiàn)家居混合供電系統(tǒng)能量使用最優(yōu)化。

2.3 多時間尺度協(xié)調(diào)調(diào)度

一般情況下，計及柔性負(fù)荷互動響應(yīng)的調(diào)度框架分為月前、日前、日內(nèi)和實時等多個時間尺度。隨著大量間歇式新能源并入系統(tǒng)，系統(tǒng)對功率預(yù)測精度要求也隨之提高。由于歲時間尺度逐級提高預(yù)測精度也會逐步提高的特性，可以考慮將柔性負(fù)荷調(diào)度的整個過程分為日前24小時負(fù)荷調(diào)度、日內(nèi)1小時負(fù)荷調(diào)度、日內(nèi)15分鐘負(fù)荷調(diào)度和實時負(fù)荷調(diào)度4個時間尺度。文獻[13]基于風(fēng)電在不同時間尺度具有不同的誤差差異以及系統(tǒng)調(diào)節(jié)能力的差異性，提出“多級協(xié)調(diào)、逐級細(xì)化”的多時間尺度協(xié)調(diào)的柔性負(fù)荷響應(yīng)調(diào)度模型與策略，有效抑制風(fēng)電功率波動性所引起的功率不平衡，降低發(fā)電機組備用容量，提高調(diào)度的經(jīng)濟性。

3 結(jié)語

本文探討了計及柔性負(fù)荷的主動配電網(wǎng)優(yōu)化調(diào)度的幾種比較完善調(diào)度模式與策略，分析比較了兩種不同的柔性負(fù)荷模型。將柔性負(fù)荷引入主動配電網(wǎng)調(diào)度改變傳統(tǒng)的“發(fā)電跟蹤負(fù)荷變化”的運行的運營模式，通過引導(dǎo)柔性負(fù)荷主動參與到電網(wǎng)的運行控制，可積極消納間歇式新能源，提高電網(wǎng)運行的安全性和經(jīng)濟性。因此，盡快的完善柔性負(fù)荷參與電網(wǎng)調(diào)度的激勵補償機制，建設(shè)柔性負(fù)荷調(diào)度示范區(qū)將成為未來幾年主動配電網(wǎng)調(diào)度的潛在發(fā)展方向。

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[責(zé)任編輯：朱麗娜]