基于源網(wǎng)荷儲一體化的主動配電網(wǎng)系統(tǒng)最優(yōu)配置模型

馬玉虎 齊向?qū)?/p>

【摘?要】配電網(wǎng)在建設(shè)初期階段時考慮建設(shè)分布式光伏電站、分散式風(fēng)電場、背壓式供熱機組以及冷熱電三聯(lián)供機組等分布式電源，搭建靈敏穩(wěn)定的主動配電網(wǎng)電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，配套建設(shè)需求側(cè)響應(yīng)系統(tǒng)以及儲能系統(tǒng)，形成源網(wǎng)荷儲一體化的主動配電網(wǎng)系統(tǒng)。可有效解決因分布式電源、配電網(wǎng)、電力負(fù)荷因相互之間的不協(xié)調(diào)導(dǎo)致的安全保障難度和代價加大、電網(wǎng)清潔能源消納困難、系統(tǒng)運行效率地下等難點。通過主動配電網(wǎng)的建設(shè)，可使發(fā)生電力系統(tǒng)故障時，通過調(diào)節(jié)分布式電源、配電網(wǎng)電網(wǎng)結(jié)構(gòu)、需求側(cè)負(fù)荷分布以及儲能電站，使無故障區(qū)域配電網(wǎng)正常運行。并針對配電網(wǎng)的故障發(fā)生、分布式光伏電站和分散式風(fēng)電場出力的不確定性、需求側(cè)負(fù)荷的多樣性，構(gòu)建基于源網(wǎng)荷儲一體化的主動配電網(wǎng)最優(yōu)配置模型。

【關(guān)鍵詞】配電網(wǎng);源網(wǎng)荷儲一體化;分布式電源

引言

隨著巴黎氣候協(xié)定時國家承諾的碳達(dá)峰、碳中和的工作要求，國家及各省區(qū)可再生能源消納管理辦法的發(fā)布、國家發(fā)改委關(guān)于風(fēng)光火儲一體化和源網(wǎng)荷儲一體化的指導(dǎo)意見?；谠淳W(wǎng)荷儲一體化的主動配電網(wǎng)已成為社會中能源改革方面的關(guān)注熱點。建立主動配電網(wǎng)中的源網(wǎng)荷儲一體化最優(yōu)配置模型，對提高區(qū)域級配電網(wǎng)的能源利用的效率也愈加重要。與傳統(tǒng)電網(wǎng)企業(yè)的配電網(wǎng)存在較大的差異，主動配電網(wǎng)具備十分靈活的控制系統(tǒng)，可實現(xiàn)對電源側(cè)、電網(wǎng)結(jié)構(gòu)側(cè)、負(fù)荷側(cè)、儲能側(cè)實現(xiàn)遠(yuǎn)程遙控，實現(xiàn)了配電網(wǎng)配電自動化的同時，提升了配電網(wǎng)的主動能力，提高了配電網(wǎng)電力設(shè)施的利用率，可以有效解決分布式光伏電站、分散式風(fēng)電場、儲能電站、背壓式供熱機組以及冷熱電三聯(lián)供機組接入配電網(wǎng)的問題。對于巴黎氣候協(xié)定時國家承諾的碳達(dá)峰、碳中和的工作要求具有很大的促進(jìn)作用。

1 用電需求側(cè)響應(yīng)技術(shù)系統(tǒng)

隨著配電網(wǎng)的發(fā)展，清潔能源的不斷重視，配電網(wǎng)會接入大量分布式電源，需求側(cè)資源也呈現(xiàn)出多樣化和互動化的趨勢。管理好這些分布式電源及需求側(cè)資源，對于配電網(wǎng)的穩(wěn)定運行和經(jīng)濟(jì)高效、能源的消納以及電力市場的充分競爭有著重要的意義。

用電需求側(cè)響應(yīng)技術(shù)系統(tǒng)，是通過在市場交易過程中，統(tǒng)計歷史的用電數(shù)據(jù)，鼓勵負(fù)荷側(cè)的各個分散的用戶主動改變自己的用電時間段等用電特性，從而使負(fù)荷側(cè)與電源側(cè)、電網(wǎng)側(cè)及儲能系統(tǒng)實現(xiàn)最優(yōu)的經(jīng)濟(jì)運行方式。是一種虛擬的市場化控制手段，通過調(diào)控虛擬的可控資源，可有效克服因分布式電源、配電網(wǎng)網(wǎng)架、電力負(fù)荷、儲能系統(tǒng)相互之間的不協(xié)調(diào)導(dǎo)致的不利因素。

建立需求側(cè)響應(yīng)技術(shù)體系，可以有效引導(dǎo)終端負(fù)荷側(cè)的用電方式改變，提高負(fù)荷側(cè)終端設(shè)備的用電效率，有利于緩解電源與負(fù)荷之前的不協(xié)調(diào)問題，同時有利于提高電力設(shè)施的運行效率。

建立需求側(cè)響應(yīng)技術(shù)體系，并借助于先進(jìn)計量體系（AMI）和智能控制設(shè)備，建立需求響應(yīng)雙向交互平臺，從而通過該園區(qū)實現(xiàn)大規(guī)模需求響應(yīng)。解決配電網(wǎng)動態(tài)平衡能力的需求側(cè)資源調(diào)度技術(shù)并建立基于多能互補的需求側(cè)資源協(xié)調(diào)控制技術(shù)，建立需求側(cè)資源容量預(yù)測模型，從而對需求側(cè)資源調(diào)度方案進(jìn)行實時優(yōu)化，這樣最終可實現(xiàn)提升常規(guī)電源經(jīng)濟(jì)運行能力并提高可再生能源的消納能力。

實施電力需求管理的設(shè)計效益及經(jīng)濟(jì)效益具體有以下意義，對社會，可減少電力需求，降低能用消耗，緩解環(huán)境壓力;對政府，實現(xiàn)電力設(shè)施和企業(yè)的協(xié)同發(fā)展，有利于提升招商引資，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)，降低單位GDP耗能;對電力用戶，減少用電成本，降低經(jīng)營成本，提供企業(yè)競爭力;對售電公司，可有效減少負(fù)荷集中的用電時間段，提高分布式光伏電站、分散式風(fēng)電場等新能源消納力度。

2 儲能電站應(yīng)用技術(shù)研究

儲能電站在配電網(wǎng)系統(tǒng)中的作用主要有改善供電的電能質(zhì)量、調(diào)頻與調(diào)壓、削峰與填谷、為分布式電源提供啟動能力四個作用。

2.1 改善供電的電能質(zhì)量

分布式光伏電站、分散式風(fēng)電場等可再生清潔能源電站發(fā)電隨機性較強，取決于當(dāng)時的風(fēng)、光資源條件。儲能電站可以有效分布式光伏、分散式風(fēng)電在故障時引起的電壓急劇變化等問題，通過調(diào)節(jié)控制儲能電站，可以快速的為配電網(wǎng)提供功率支持，通過儲存或者釋放電能，從而實現(xiàn)配電網(wǎng)的功率調(diào)節(jié)，使有功功率和無功功率達(dá)成平衡，調(diào)節(jié)電網(wǎng)輸出穩(wěn)定、平滑的輸出電壓。同時儲能裝置可以消納棄風(fēng)與棄光電量，提高系統(tǒng)運行效率，確保經(jīng)濟(jì)性。

2.2 調(diào)頻與調(diào)壓

分布式能源并入電網(wǎng)容易對電網(wǎng)產(chǎn)生沖擊，當(dāng)此區(qū)域電網(wǎng)頻率有所波動，需要調(diào)頻電源平抑這種波動時，儲能裝置可研快速響應(yīng)（一般為幾百毫秒），快充快放，滿足調(diào)度要求，獲取此部分收益;當(dāng)并網(wǎng)母線由于故障等原因驟降，需要提供無功支撐時，儲能裝置此時變?yōu)闊o功電源（無需電池提供電壓支撐與有功），快速發(fā)出無功，支撐母線電壓。

2.3 削峰與填谷

電力市場上峰谷電價差較大，儲能電站可在谷價時段充電，高峰時期進(jìn)行放電，賺取峰谷電價差，對配電網(wǎng)的負(fù)荷實現(xiàn)削峰與填谷，從而提高用電的經(jīng)濟(jì)性。

2.4 儲能電站與分布式電源的配合

極端天氣下配電網(wǎng)容易發(fā)生多重故障并伴隨著大面積長時間的停電，故障后若沒有聯(lián)絡(luò)線或聯(lián)絡(luò)線不能通電，可以根據(jù)停電區(qū)域內(nèi)的分布式電源、儲能、微網(wǎng)等進(jìn)行恢復(fù)供電。由于風(fēng)機、光伏電源沒有黑啟動能力，根據(jù)黑啟動能力又可將孤島分為無黑啟動能力的孤島、黑啟動能力不足的孤島和黑啟動能力充足的孤島，儲能電站可優(yōu)先對前兩種孤島恢復(fù)供電。

3 主動配電網(wǎng)的源網(wǎng)荷儲一體化供電系統(tǒng)最優(yōu)配置模型

3.1 模型建立

應(yīng)用魯棒半定規(guī)劃優(yōu)化方法，針對配電網(wǎng)的故障發(fā)生、分布式光伏電站和分散式風(fēng)電場出力的不確定性、需求側(cè)負(fù)荷的多樣性，構(gòu)建配電網(wǎng)典型最優(yōu)配置模型。在配電網(wǎng)系統(tǒng)側(cè)構(gòu)建主動防御、主動攻擊、再次主動防御的三層基本框架。

在第一層基本框架中，搭建關(guān)于分布式光伏電站、分散式風(fēng)電場、背壓式供熱機組、冷熱電三聯(lián)供機組、儲能系統(tǒng)及其他清潔能源的配置方案。

在第二層基本框架中，建立一般事故電力狀況、重大事故電力狀況、特大電力事故的故障攻擊策略。

在第三層基本框架中，制定遭受各種電力故障情況下，配電網(wǎng)主動進(jìn)行故障后的網(wǎng)架調(diào)整優(yōu)化、電網(wǎng)潮流系統(tǒng)優(yōu)化、結(jié)合儲能電站、需求側(cè)響應(yīng)技術(shù)制定主動配電網(wǎng)的最優(yōu)恢復(fù)供電措施的方案。

通過階段魯棒優(yōu)化以及嵌套列約束生成算法對主動配電網(wǎng)的源網(wǎng)荷儲一體化最優(yōu)配置模型進(jìn)行求解，并通過配電網(wǎng)節(jié)點系統(tǒng)驗證了最優(yōu)配置模型的有效性。

結(jié)語

主動配電網(wǎng)中的源網(wǎng)荷儲一體化系統(tǒng)最優(yōu)配置模型，通過搭建靈活可靠的彈性配電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)、需求側(cè)響應(yīng)系統(tǒng)以及合理的分布式風(fēng)光儲容量，應(yīng)用魯棒半定規(guī)劃優(yōu)化方法，針對配電網(wǎng)的故障發(fā)生、分布式光伏電站、分散式風(fēng)電場出力的不確定性、需求側(cè)負(fù)荷的多樣性，構(gòu)建典型最優(yōu)場景模型。能夠充分提升配電網(wǎng)、分布式電源的運行效率，降低電力故障事故的發(fā)生，提高能源綜合利用效率。

參考文獻(xiàn)：

[1]朱正，廖清芬，劉滌塵，等.考慮新能源與電動汽車接入下的主動配電網(wǎng)重構(gòu)策略[J].電力系統(tǒng)自動化，2015，39（14）：82-88，96.

[2]楊麗君，呂雪姣，李丹，等.含分布式電源的配電網(wǎng)多故障搶修與恢復(fù)協(xié)調(diào)優(yōu)化策略[J].電力系統(tǒng)自動化，2016，40（20）：13-19.

（作者單位：特變電工新疆新能源股份有限公司）