主動配電網(wǎng)源-網(wǎng)-荷-儲協(xié)調(diào)調(diào)度研究綜述

陳美福，夏明超，陳奇芳，宋玉光，楊帥

(北京交通大學電氣工程學院, 北京市 100044)

0 引 言

隨著全球經(jīng)濟的快速發(fā)展，環(huán)境污染和能源危機問題日益嚴峻，迫使各國加大在新能源應用領域的投入，推動了新能源發(fā)電、電動汽車、微電網(wǎng)等技術(shù)取得了突飛猛進的發(fā)展。與此同時，大量新能源發(fā)電、儲能、電動汽車充電設施、微電網(wǎng)等技術(shù)在配電網(wǎng)中得到推廣應用。因此，配電網(wǎng)中出現(xiàn)了大量有源負荷節(jié)點，改變了傳統(tǒng)的單向潮流結(jié)構(gòu)和配電網(wǎng)的電壓水平，提高了配電網(wǎng)的短路容量，增加了配電網(wǎng)的繼保策略復雜度。部分負荷也能夠根據(jù)激勵或者電價調(diào)節(jié)自身的用電需求，配電網(wǎng)傳統(tǒng)的被動式單向供電模式受到了巨大挑戰(zhàn)[1]。

配電網(wǎng)存在的可再生能源消納能力不足、一次網(wǎng)架薄弱、自動化水平不高、調(diào)度方式落后以及用電互動化水平較低等問題，嚴重制約了可再生能源的大規(guī)模應用，不利于能源結(jié)構(gòu)的優(yōu)化調(diào)整和促進電力市場的開放。隨著電網(wǎng)朝著高效、靈活、智能和可持續(xù)方向發(fā)展，在2008年的國際大電網(wǎng)會議(CIGRE)上，配電與分布式發(fā)電專委會的C 6.11工作組在其提交的《主動配電網(wǎng)的運行與發(fā)展》報告中首次明確提出主動配電網(wǎng)的概念[2]：通過具有高可靠性的保護設備、高效的潮流控制設備、雙向高速的通信網(wǎng)絡、靈活的拓撲結(jié)構(gòu)、完善的智能量測系統(tǒng)等基礎設施來管理潮流，以便對分布式能源、柔性負荷進行主動控制和主動管理的配電系統(tǒng)[3]，即主動配電網(wǎng)是可以主動控制和管理分布式能源的配電系統(tǒng)。因而，相比于傳統(tǒng)的配電網(wǎng)，主動配電網(wǎng)具有更靈活的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)、更復雜的電源出力特性、更豐富的控制手段、規(guī)模化的分布式儲能系統(tǒng)和具備互動用電特性的負荷，對促進我國能源結(jié)構(gòu)的優(yōu)化與調(diào)整具有重要的戰(zhàn)略意義[4]。

主動配電網(wǎng)主要目標是提高配電網(wǎng)消納新能源的能力。傳統(tǒng)的以發(fā)電跟蹤負荷實現(xiàn)系統(tǒng)平衡、以發(fā)電控制調(diào)整系統(tǒng)運行狀態(tài)的調(diào)度手段難以滿足配電網(wǎng)安全經(jīng)濟運行的需求。因此，須在縱深層面實現(xiàn)“源-網(wǎng)-荷-儲”的合理優(yōu)化調(diào)度及協(xié)調(diào)控制，充分發(fā)揮電源的互補性、電網(wǎng)的靈活性、負荷和儲能的靈活可控性，主動調(diào)度配電網(wǎng)中的可控資源，實現(xiàn)主動決策、管理和控制，提高配電網(wǎng)對新能源的消納能力，保證配電網(wǎng)運行的可靠性和經(jīng)濟性。

近年來，國內(nèi)外學者針對主動配電網(wǎng)“源-網(wǎng)-荷-儲”協(xié)調(diào)調(diào)度技術(shù)開展了深入廣泛的研究，取得了豐富的研究成果。本文結(jié)合最新的研究成果，從主動配電網(wǎng)主要特征出發(fā)，對主動配電網(wǎng)需求響應技術(shù)、柔性負荷建模、協(xié)調(diào)調(diào)度機理、協(xié)調(diào)調(diào)度架構(gòu)4個層面對主動配電網(wǎng)“源-網(wǎng)-荷-儲”協(xié)調(diào)調(diào)度技術(shù)進行分析、歸納和總結(jié)，最后對主動配電網(wǎng)協(xié)調(diào)調(diào)度技術(shù)發(fā)展中存在的問題和面臨的前景進行探究思考。

1 主動配電網(wǎng)的主要特征

主動配電網(wǎng)是具備組合控制各種分布式能源能力的配電網(wǎng)絡，通過靈活的網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)來管理潮流，能夠?qū)Σ煌瑓^(qū)域中的分布式能源進行主動控制和主動管理。通過靈活有效的協(xié)調(diào)控制技術(shù)和管理手段，主動配電網(wǎng)可實現(xiàn)對分布式能源的大規(guī)模消納，從而提升配電網(wǎng)資產(chǎn)利用率并提高用戶的用電質(zhì)量和供電可靠性。其“主動”特點主要體現(xiàn)在以下方面：

(1) “源-網(wǎng)-荷-儲”全面協(xié)調(diào)規(guī)劃。相較于傳統(tǒng)配電網(wǎng)，主動配電網(wǎng)可對源、網(wǎng)、荷、儲采用主動的協(xié)調(diào)控制方式，具有更加靈活多變的結(jié)構(gòu)[5]。因此，除須考慮傳統(tǒng)配電網(wǎng)規(guī)劃的要求，還要考慮主動協(xié)調(diào)調(diào)度的需求，充分考慮網(wǎng)內(nèi)各個模塊合理配合的問題以及需求側(cè)響應等管理手段帶來的不確定性等，盡可能提高協(xié)調(diào)規(guī)劃的擴展性、全面性和靈活性。

(2) 主動協(xié)調(diào)控制。主動配電網(wǎng)的核心功能之一是對配電網(wǎng)資源的主動決策、管理和控制。通過“源-網(wǎng)-荷-儲”協(xié)調(diào)控制可以主動實現(xiàn)源端互補和網(wǎng)端靈活重構(gòu)。同時，讓負荷和儲能作為有效的調(diào)度資源主動追蹤電源出力變化，實現(xiàn)削峰填谷，平抑可再生能源的出力波動，緩解可再生能源出力不確定性帶來的影響，最終實現(xiàn)可再生能源的高效消納，確保配電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行。

(3) 市場的主動性。隨著電改政策的逐步推進，開放的電力市場將成為主動配電網(wǎng)的重要組成部分。售電側(cè)將主動制定合適的價格和服務，通過合理的定價方式為用戶提供優(yōu)質(zhì)電能服務，以提高用戶黏性。

(4) 用戶側(cè)的主動性。用戶側(cè)需求響應是主動配電網(wǎng)的重要功能之一，用戶根據(jù)電網(wǎng)運營商制定的價格或者服務政策，可以主動地為電網(wǎng)提供輔助服務，從而獲得經(jīng)濟收益，減少電網(wǎng)投資，提高電網(wǎng)資產(chǎn)利用率。

2 主動配電網(wǎng)需求響應機制

用戶側(cè)需求響應是主動配電網(wǎng)協(xié)調(diào)調(diào)度用戶側(cè)靈活資源的重要方法，也是用戶與配電網(wǎng)互動的關(guān)鍵技術(shù)。用戶可以自愿地調(diào)節(jié)柔性負荷來改變原有的用電模式，實現(xiàn)與電網(wǎng)互動，由此獲得資金獎勵或電費優(yōu)惠等經(jīng)濟回報。從機制上可劃分為基于價格的機制和基于激勵的機制2種模式。

2.1 價格機制需求響應

價格機制下的需求響應中電價信號是關(guān)鍵，通過電價信號引導用戶的響應行為，進而對負荷曲線及電網(wǎng)可靠性等產(chǎn)生影響。常見基于價格的需求響應包括基于分時電價(time of use price，TOU)的需求響應和基于實時電價(real time price，RTP)的需求響應。

TOU提前一天或更早制定好電價并下發(fā)給用戶，是一種靜態(tài)電價機制，能夠較好地反映電力系統(tǒng)的長期供電成本，適用于與柔性負荷結(jié)合優(yōu)化負荷用電，降低用電成本和增強電網(wǎng)的穩(wěn)定性。目前，關(guān)于TOU的研究主要集中在柔性負荷如何根據(jù)分時電價制定自身的用電策略，以實現(xiàn)用電成本和網(wǎng)絡穩(wěn)定性最優(yōu)的目標。文獻[6-7]將電動汽車充電與TOU建立聯(lián)系，考慮電網(wǎng)的負荷水平和用戶需求制定TOU下的電動汽車最優(yōu)充電策略，實現(xiàn)了用戶充電成本的降低和負荷的削峰填谷。文獻[8]制定分時電價下電熱水器的運行策略，實現(xiàn)大規(guī)模電網(wǎng)經(jīng)濟效益的同時，還提升了用戶在負荷高峰時的用電體驗。

RTP在極短時間段內(nèi)定價并下發(fā)給用戶，是一種理想的動態(tài)電價機制，靈活性強，不僅適用于引導柔性負荷合理用電，還能夠有效促進可再生能源消納，降低可再生能源出力波動造成的影響。文獻[9]提出了基于RTP的風電消納機組組合和經(jīng)濟調(diào)度模型，RTP下需求側(cè)資源可靈活的響應風電出力變化，降低風電不確定性影響。文獻[10]在RTP背景下設計電動汽車的充放電優(yōu)化策略以降低電動汽車充電對電網(wǎng)的影響并實現(xiàn)經(jīng)濟最優(yōu)。文獻[11]為更好地實現(xiàn)RTP功能提出了一種在線凸優(yōu)化方法來確定電價，引導期望的用戶用電行為，并根據(jù)反饋信息研究用戶的電價彈性。

基于價格機制下的需求響應管理，其響應效果依賴于用戶的響應，存在一定的不確定性[12-14]，可以在宏觀上實現(xiàn)柔性負荷的調(diào)度管理，進行削峰填谷。但是，難以實現(xiàn)柔性負荷的確定性調(diào)度，而且電價與用戶響應之間存在著復雜的相關(guān)關(guān)系，能否合理定價關(guān)系到峰谷變化、電網(wǎng)經(jīng)濟性和系統(tǒng)穩(wěn)定性的優(yōu)劣，需進一步深化研究。

2.2 基于激勵機制的需求響應

激勵機制下的需求響應通過事先與用戶簽訂協(xié)議，在系統(tǒng)需要時直接調(diào)整用戶負荷功率，實現(xiàn)需求響應下確定性的柔性負荷調(diào)度，常見的控制方法有直接負荷控制(direct load control，DLC)、可中斷負荷(interruptible load， IL)、緊急需求響應(emergency demand response，EDR)和可轉(zhuǎn)移負荷(transferable load，TL)等。

DLC[15]通常針對居民和小型的商業(yè)用戶。參與的可控負荷通常為短時間停電對其供電服務質(zhì)量影響不大的負荷(如空調(diào)、電熱水器和電動汽車充電樁等)。通過DLC控制可以促進可再生能源消納、增強系統(tǒng)穩(wěn)定性等。文獻[16]提出了基于模型預測控制的溫控負荷控制方法，能夠?qū)崿F(xiàn)負荷跟蹤等多種輔助服務。文獻[17]利用電熱水器參與日內(nèi)電力市場，促進了可再生能源消納，提升了經(jīng)濟性。文獻[18-19]提出了利用電動汽車參與系統(tǒng)輔助調(diào)頻的控制策略，增強了系統(tǒng)穩(wěn)定性。與DLC型柔性負荷的屬性不同，IL主要針對大型商業(yè)用戶。通過簽訂合同，在負荷高峰或者系統(tǒng)故障時中斷部分或全部負荷，從而保障系統(tǒng)安全性與經(jīng)濟性[20]。文獻[21]考慮IL響應不確定的情況下，將IL納入系統(tǒng)備用，在一定程度上實現(xiàn)了系統(tǒng)可靠性和經(jīng)濟性的均衡。文獻[22]建立了考慮IL參與的配電網(wǎng)故障恢復優(yōu)化模型，實現(xiàn)了在系統(tǒng)供電容量不足時最大限度地保證重要負荷供電和重要負荷供電的快速恢復。文獻[23-24]將可中斷負荷用于阻塞管理中，有效消除了系統(tǒng)中的市場力，緩解了阻塞。TL是指不改變負荷的用電量，而通過改變負荷用電時間來實現(xiàn)改善負荷曲線目標的控制方式。針對TL進行控制使其與系統(tǒng)的發(fā)電時間特性進行匹配，不僅能充分利用可再生能源發(fā)電[25-26]，還能提升系統(tǒng)的經(jīng)濟性[27]。EDR是基于DLC和IL應對緊急狀況(如頻率控制、電壓偏移控制和阻塞管理)時采取的需求相應措施[28-30]。

目前，針對不同類型激勵機制的需求響應參與系統(tǒng)優(yōu)化以實現(xiàn)經(jīng)濟性、穩(wěn)定性和可靠性等目標的研究已有很多，但受控后負荷的反彈效應模型和考慮負荷自身因素、外部環(huán)境因素和不確定條件的負荷模型尚未完全建立，因此，激勵機制下的需求響應仍須進一步研究。

3 源-網(wǎng)-荷-儲協(xié)調(diào)調(diào)度機理

“源-網(wǎng)-荷-儲”的全面互動和協(xié)調(diào)平衡是主動配電網(wǎng)柔性負荷調(diào)度的發(fā)展趨勢。目前，已有源源互補、源網(wǎng)協(xié)調(diào)、網(wǎng)荷互動、源荷互動等部分互動調(diào)度形式[31]。

3.1 源源互補

源源互補是通過不同電源間的出力時序特性和頻率特性進行互補來促進可再生能源的消納。傳統(tǒng)常規(guī)電廠協(xié)調(diào)可再生能源出力雖能較好實現(xiàn)可再生能源入網(wǎng)，但常規(guī)電廠備用容量高，成本較大，而基于出力時序特性進行的多種分布式發(fā)電(distributed generation, DG)出力互補，如風光互補、風光水火互補等[32-33]，能有效促進可再生能源的消納，在一定程度上緩解可再生能源出力的波動性和間歇性。文獻[34]在分析負荷時序特性、DG發(fā)電時序特性的基礎上，根據(jù)時序特性以電能損耗和可靠性為目標，為DG選址定容。文獻[35]考慮了多種類型DG的互補特性，以及需求響應與DG的時序特性，建立了不同類型DG和負荷模型的主動配電網(wǎng)協(xié)同規(guī)劃。儲能裝置作為促進可再生能源消納的理想裝置能夠?qū)崟r跟蹤可再生能源出力，如風儲混合、光儲混合、風光儲混合等[36-37]。從促進可在生能源消納的頻率特性出發(fā)，文獻[38]提出了一種包含抽水蓄能和電池儲能的復合儲能協(xié)調(diào)優(yōu)化運行模型，在有效提高風電入網(wǎng)率的同時又避免引入容量過高的電池儲能，保證了經(jīng)濟性。文獻[39]通過經(jīng)驗模態(tài)分解，提出了一種超級電容-蓄電池混合儲能系統(tǒng)，可有效促進風電消納。

3.2 源網(wǎng)協(xié)調(diào)

源網(wǎng)協(xié)調(diào)通過對分布式電源接入位置、容量進行優(yōu)化和靈活調(diào)整網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)配置來實現(xiàn)不同分布式電源高效消納。文獻[34]考慮分布式電源的時序特性以電能損耗和可靠性為目標對DG進行選址定容。文獻[40]針對未來配電網(wǎng)將會出現(xiàn)的智能軟開關(guān)和傳統(tǒng)聯(lián)絡開關(guān)并存的情況，提出了一種聯(lián)絡開關(guān)和智能軟開關(guān)并存的配電網(wǎng)運行時序優(yōu)化方法。文獻[41]提出了基于模型預測控制的多時間尺度動態(tài)優(yōu)化調(diào)度，長時間尺度下計算出優(yōu)化參考值，短時間尺度下進行滾動優(yōu)化，從而降低可再生能源波動的影響。

3.3 網(wǎng)荷互動

網(wǎng)荷互動是在需求響應機制下利用柔性負荷參與電網(wǎng)的輔助服務以促進電網(wǎng)優(yōu)化運行，如參與電網(wǎng)無功優(yōu)化進行電壓調(diào)節(jié)、參與有功優(yōu)化進行頻率調(diào)節(jié)、參與有功優(yōu)化緩解與主網(wǎng)交換功率的波動、減小網(wǎng)絡損耗等。文獻[39,42]在ADN中協(xié)調(diào)儲能和柔性負荷，降低了配網(wǎng)的網(wǎng)絡損耗。文獻[43]提出了一種基于市場控制的空調(diào)負荷參與平抑微網(wǎng)聯(lián)絡線功率波動的方法。文獻[44]提出了一種在需求響應機制下利用溫控負荷維持孤立微網(wǎng)電壓平衡的控制策略。文獻[45]提出了一種需求響應與儲能可控分布式電源分級協(xié)調(diào)的頻率控制策略，實現(xiàn)了孤島微網(wǎng)的頻率穩(wěn)定。

3.4 源荷互動

源荷互動是通過利用柔性負荷、需求響應來調(diào)節(jié)電網(wǎng)峰谷差和促進可再生能源消納。目前，在源荷互動方面開展了可行性及效益分析、商業(yè)運作模式和政策機制、協(xié)同規(guī)劃模型、調(diào)度算法研究、試點實施等工作[46-49]。文獻[50]提出了考慮柔性負荷調(diào)峰的大規(guī)模風電隨機優(yōu)化調(diào)度方法。文獻[51]提出了一種“多級協(xié)調(diào)、逐級細化”的多時間尺度柔性負荷協(xié)調(diào)調(diào)度模型，能有效緩解風電預測功率誤差所引起的功率不平衡，并減少系統(tǒng)備用容量。文獻[52]針對可再生能源出力的間歇性提出了一種電動汽車準入與調(diào)度機制，實現(xiàn)電動汽車充電滿意度和可接受電動汽車數(shù)量之間的均衡，促進了可再生能源的消納。

上述研究成果從主動配電網(wǎng)中不同對象之間的聯(lián)系分析了其調(diào)度機理，并主要從“源-網(wǎng)-荷-儲”互動調(diào)度出發(fā)建立優(yōu)化模型和策略。未來的研究中須分析參與對象時序特性、頻域特性、結(jié)構(gòu)特性和供需特性，建立全面考慮“源-網(wǎng)-荷-儲”調(diào)度機理下的主動配電網(wǎng)優(yōu)化互動模型。

4 互動協(xié)調(diào)控制模型

主動配電網(wǎng)中協(xié)調(diào)控制的重點對象是對柔性負荷的控制。針對柔性負荷的建模，主要可從用戶用電特性、電網(wǎng)優(yōu)化調(diào)度、負荷聚集特性和源荷不確定性四個角度出發(fā)，建立對應的負荷模型。

4.1 用戶用電特性模型

從用戶用電特性角度建模能夠計及多種因素對用戶響應行為的影響，比如消費者心理和用戶滿意度等，方便地獲取響應行為的時序特征。文獻[53]針對當前負荷資源調(diào)度建模中未考慮用戶側(cè)意愿的問題，構(gòu)建用戶滿意度的兩階段調(diào)度模型，結(jié)果表明該模型可以調(diào)整用戶用電行為和優(yōu)化系統(tǒng)的負荷曲線。文獻[54]針對大規(guī)模風電和空調(diào)負荷等對電力系統(tǒng)帶來峰谷差的問題，設計了計及用戶自愿申報用電意愿的新型用戶側(cè)用電模型，使得用戶的申報能夠充分反映自身生產(chǎn)實際需求，為用戶側(cè)參與電網(wǎng)互動提供新思路。文獻[55]針對電動汽車傳統(tǒng)模型為固定模型，無法反映電動汽車模型受用戶使用行為影響的問題，建立了電動汽車充放電階段模型，使得電動汽車調(diào)度模型更加精確。文獻[56]針對通過統(tǒng)計用戶對電價的反應來建立分時電價模型過于簡略的問題，建立多種分時電價模型，并且考慮不同用電特性的負荷，使最終建立的模型能夠有效減小峰谷差。

目前，常用的用戶響應建模方法依賴于用戶的歷史統(tǒng)計數(shù)據(jù)，反映用戶對電價/激勵等響應的宏觀表現(xiàn)，缺乏對物理特性的建模，在一定程度上影響了模型在動態(tài)應用時的準確性。

4.2 電網(wǎng)優(yōu)化調(diào)度模型

從電網(wǎng)優(yōu)化調(diào)度的角度，通常在優(yōu)化模型中將柔性負荷響應量作為決策變量參加電網(wǎng)統(tǒng)一優(yōu)化。文獻[57]針對電網(wǎng)調(diào)度大量不同類型的負荷資源時存在控制變量數(shù)目過多的問題，權(quán)衡負荷模型的準確性和可控性，建立了適合電網(wǎng)調(diào)度的隨機混合模型，不僅可以進行實時控制，而且可以保護用戶的隱私。文獻[58]結(jié)合舒適度相關(guān)的方法對用戶舒適度進行更為精確的建模，使負荷側(cè)資源的實際響應能夠與電網(wǎng)的調(diào)度指令偏差最小化，取得了較好的控制效果。文獻[51]為了方便電網(wǎng)為消納風電提供更靈活的控制手段，將負荷側(cè)資源建立成多時間尺度的調(diào)度模型，電網(wǎng)以風電功率消納最大化為調(diào)度目標，將系統(tǒng)進行整體優(yōu)化，結(jié)果表明可以降低系統(tǒng)功率失衡風險和減少系統(tǒng)備用容量。文獻[42]在長周期上制定以網(wǎng)損最小為目標的最優(yōu)潮流模型，協(xié)調(diào)全網(wǎng)的有功功率和無功功率，在短時間尺度上對分布式發(fā)電、負荷側(cè)資源等進行協(xié)調(diào)控制，對長周期所給出的優(yōu)化結(jié)果進行對應的指令跟蹤，結(jié)果表明其可以使電網(wǎng)維持在最優(yōu)運行狀態(tài)。

多數(shù)文獻考慮同類負荷或局部地區(qū)負荷的整體外特性，而對單個負荷或一定數(shù)量負荷聚集的調(diào)度模型及柔性負荷響應的不確定性均考慮較少。

4.3 負荷聚合特性模型

從負荷聚集角度建?？紤]的是一定數(shù)量的各類用電設備及相關(guān)變配電設備的組合特性。一方面可計及不同柔性負荷元件響應行為的多樣性、不確定性甚至移動性，另一方面還可適當簡化模型的復雜性。文獻[59]針對當前綜合負荷參數(shù)過多的問題進行了研究，在保證外特性相近的原則下，對綜合負荷的模型進行了簡化處理，獲得了綜合負荷的相近模型，適用于電力系統(tǒng)優(yōu)化設計場合。為了對大量柔性負荷進行動態(tài)建模，文獻[60]考慮空調(diào)響應延遲時間，建立了負荷聚合模型，該聚合模型可以對調(diào)度指令進行快速跟蹤響應，結(jié)果表明該方法更能反映空調(diào)實際響應特性。文獻[61]針對當前空調(diào)聚合模型多限于分體式空調(diào)的問題，將中央空調(diào)進行聚合模型建模，綜合考慮空調(diào)自身特性、用戶舒適度、經(jīng)濟性因素，對分布式電源出力進行有效消納。此外也有研究為了降低空調(diào)類負荷對電力系統(tǒng)暫態(tài)分析準確度的影響，針對當前負荷聚合建模過程中直接聚合存在的問題，提出對負荷先聚類后聚合的策略，提高所得聚合模型的準確度。

目前，針對負荷聚合建模已有較多的研究，但多偏向以經(jīng)濟性為目標的柔性負荷自主響應特性、負荷整體建模等方面的聚合效應模型，缺乏針對互動環(huán)境下柔性負荷互動行為的建模研究。

4.4 計及源荷不確定性的模型

可再生能源出力與負荷具有隨機波動性，這給主動配電網(wǎng)的協(xié)調(diào)優(yōu)化調(diào)度帶來了巨大的挑戰(zhàn)[62]。針對源荷的不確定性問題，?；诟怕式y(tǒng)計、預測等手段進行建模處理，在一定誤差范圍內(nèi)滿足優(yōu)化調(diào)度的需求。文獻[63]考慮風力發(fā)電和光伏發(fā)電的不確定性，結(jié)合隨機模擬技術(shù)和懲罰函數(shù)方法，基于機會約束規(guī)劃建立了含有風力發(fā)電機、光伏發(fā)電單元以及儲能裝置的主動配電網(wǎng)能量調(diào)度隨機數(shù)學模型。文獻[64]針對光伏、風電、負荷等的不確定性，結(jié)合預測技術(shù)，對出力范圍內(nèi)的功率值建立概率模型，確保調(diào)度結(jié)果最優(yōu)。文獻[65]通過歷史數(shù)據(jù)，針對源荷不確定性建立魯棒調(diào)度模型。文獻[66]采用模型預測控制，通過結(jié)合當前量測值與未來時段的預測值，獲得當前最優(yōu)控制量，實現(xiàn)滾動求解最優(yōu)，降低其出力不確定對調(diào)度的不利影響。與之類似，文獻[67]也采用預測值與量測值相結(jié)合的方法，來應對分布式電源等的不確定性。文獻[68-69]考慮實時調(diào)度中超短期預測結(jié)果的波動性，針對分布式電源、負荷等超短期預測結(jié)果進行實時調(diào)度，以不確定單位作為隨機變量進行概率潮流計算，保證主動配電網(wǎng)的安全運行。文獻[70]考慮需求響應時，針對用戶響應行為的不確定性，采用概率統(tǒng)計方式，將用戶分為領導型用戶、從眾型用戶、頑固型用戶，建立相應調(diào)度模型。文獻[71]將用戶參與度與電網(wǎng)側(cè)激勵間的關(guān)系用不確定性模型來表征，對參與響應的用戶采用有序用電調(diào)度，而無響應的用戶采用無序用電，提高電網(wǎng)調(diào)度效果。

總之，源荷的不確定性對主動配電網(wǎng)的優(yōu)化調(diào)度、穩(wěn)定運行帶來較大的不利影響，優(yōu)化調(diào)度模型求取的最優(yōu)結(jié)果與實際最優(yōu)值存在一定偏差。目前，針對不確定性問題所采用的概率統(tǒng)計和預測方法雖然能取得較好的效果，但模型的精度和使用場景仍有較大的局限性。

5 源-網(wǎng)-荷-儲調(diào)度架構(gòu)

“源-網(wǎng)-荷-儲”調(diào)度架構(gòu)是實現(xiàn)主動配電網(wǎng)優(yōu)化調(diào)度的載體，可以分為集中式架構(gòu)、分層式架構(gòu)和分散式架構(gòu)3類。

5.1 集中式架構(gòu)

對于集中優(yōu)化調(diào)度而言，通常的做法是先建立目標函數(shù)，比如網(wǎng)損最小、成本最低、電壓合格率高等；然后，建立各個受控環(huán)節(jié)的經(jīng)濟調(diào)度模型，再依據(jù)所建立調(diào)度模型的復雜度，選取合適的求解算法。優(yōu)化目標函數(shù)可分為單目標優(yōu)化和多目標優(yōu)化兩類，而求解算法中常見的有遺傳算法、粒子群算法、模擬退火算法及相應的改進算法等。

文獻[5]以系統(tǒng)成本及污染排放最小化為優(yōu)化目標，充分考慮需求響應、儲能、風電、光伏相關(guān)環(huán)節(jié)，建立“源-網(wǎng)-荷-儲”的協(xié)調(diào)調(diào)度模型，采用多目標粒子群優(yōu)化算法進行求解。文獻[72]綜合考慮分布式能源、儲能、柔性負荷，建立了可再生能源利用率、網(wǎng)絡損耗和用戶滿意度相關(guān)的多目標優(yōu)化調(diào)度模型，采用改進粒子群算法進行集中優(yōu)化。文獻[73]針對電動汽車接入電網(wǎng)的可行性、經(jīng)濟性進行了分析，對電動汽車最優(yōu)充放電進行了優(yōu)化，使得電網(wǎng)可以接入更多的電動汽車，并且電動汽車可以以更低的成本進行充電。文獻[74]針對風光出力消納問題，將負荷加入調(diào)度范圍，整合成一個混合控制系統(tǒng)，以經(jīng)濟優(yōu)化調(diào)度為目標函數(shù)，結(jié)合智能優(yōu)化算法，求解目標函數(shù)，解決光伏、風電出力的隨機波動問題。

集中式調(diào)度架構(gòu)適合于規(guī)模適中的應用場。當協(xié)調(diào)對象規(guī)模較大時，其對通信需求、計算能力和存儲空間的需求都會急劇增加。

5.2 分層式架構(gòu)

分布式發(fā)電的容量一般較小，數(shù)量眾多。此外，當柔性負荷包含大量空調(diào)負荷和電動汽車時，如果采用集中控制，將產(chǎn)生巨大的通信和運算壓力。分層控制[75]與集中-分散控制、多代理控制的概念類似，常用于控制組件過多的情況。這種控制模式中，底層控制具有一個統(tǒng)一控制器(類似于代理中心)，該控制器可以接受上層控制器的調(diào)度指令，以達到經(jīng)濟運行、安全運行等目的[76]。文獻[77]針對大規(guī)?？照{(diào)負荷將直接負荷控制在微觀層，每個聚合商管理對應區(qū)域的空調(diào)負荷，使實際負荷出力與調(diào)度計劃一致；在宏觀層，電網(wǎng)調(diào)度部門對各個聚合商進行控制，優(yōu)化負荷調(diào)度計劃。文獻[78]除了采用負荷聚合商之外，還納入了傳統(tǒng)發(fā)電和風力發(fā)電，進行多時間尺度的協(xié)調(diào)控制，以實現(xiàn)供需平衡和調(diào)度成本最小。

分層協(xié)調(diào)控制中，負荷聚合建模尤為重要，目前電網(wǎng)對負荷聚合商的調(diào)度通常將其看作“虛擬電廠”，對負荷聚合商協(xié)調(diào)整合負荷資源的互動優(yōu)化作用的研究較少。此外，在實際應用中應充分考慮工程需求進行合理的層次劃分。

5.3 分散式架構(gòu)

分散控制中，整個控制架構(gòu)不包含集中控制中心，各個參與單元都具有同等執(zhí)行權(quán)限。通過建設好的通信網(wǎng)絡，參與單元將獲得必要的信息，達到統(tǒng)一的目標。比如在微網(wǎng)協(xié)調(diào)控制中，基于均一協(xié)議的分散式控制，可以保證在微網(wǎng)內(nèi)部供需平衡的情況下，達到經(jīng)濟運行的目標[78]。文獻[79]從源-網(wǎng)-荷對應的利益主體角度出發(fā)，“源”部分從分布式電源收益最高出發(fā)進行選址定容，“網(wǎng)”部分以配網(wǎng)運行成本最小為目標進行配網(wǎng)規(guī)劃，“荷”部分以用戶收益最高進行用電調(diào)整，各部分之間通過用電需求、價格等因素進行信息交互，不存在中央控制。文獻[80]也依據(jù)源網(wǎng)荷進行利益主體劃分，電源方可以進行售電和購買需求側(cè)發(fā)電；電網(wǎng)公司通過過網(wǎng)費盈利；負荷方則依據(jù)需求響應進行相應動作，并最終通過競爭非合作博弈方法讓不同利益主體受益。

目前的分散式控制算法中，由于各控制器只監(jiān)測本地量，分散式架構(gòu)可能出現(xiàn)欠控制或過控制，同時各控制器之間可能出現(xiàn)沖突，難以達到電網(wǎng)調(diào)度的系統(tǒng)級控制目標。

6 結(jié) 論

本文從主動配電網(wǎng)主要特征出發(fā)，對主動配電網(wǎng)需求響應技術(shù)、柔性負荷建模、協(xié)調(diào)調(diào)度機理、協(xié)調(diào)調(diào)度架構(gòu)四個層面對主動配電網(wǎng)“源-網(wǎng)-荷-儲”協(xié)調(diào)調(diào)度技術(shù)進行綜述歸納，并分析了目前在技術(shù)層面上存在的不足之處，可概括如下：

(1) 對于主動配電網(wǎng)中的需求響應技術(shù)，可以在宏觀上實現(xiàn)柔性負荷的調(diào)度管理。在進行大規(guī)模需求響應管理時，需考慮電價與用戶負荷之間存在的復雜相關(guān)關(guān)系，制定合理的價格機制。

(2) 需深入分析參與對象的時序特性、頻域特性、結(jié)構(gòu)特性和供需特性，建立全面的“源-網(wǎng)-荷-儲”協(xié)調(diào)調(diào)度模型。

(3) 針對負荷聚合建模進行研究時，需深入研究聚合商內(nèi)部的協(xié)調(diào)特性，建立具備雙層互動聚合模型。

(4) 在選擇主動配電網(wǎng)調(diào)度框架時，應充分評估區(qū)域規(guī)模，選擇合理的協(xié)調(diào)調(diào)度架構(gòu)。