新能源背景下的配電網(wǎng)多場景規(guī)劃分析

鄭淑榕

廣東電網(wǎng)有限責任公司韶關供電局，廣東 韶關 512026

0 引言

基于產(chǎn)能過剩、能源利用低效化、新能源消納難度大等問題，必須探尋新能源背景下電、氣、冷熱能源的綜合利用問題，以配電網(wǎng)多場景規(guī)劃帶來電、氣、冷熱等多種能源系統(tǒng)的綜合利用，以彼此間的協(xié)調(diào)優(yōu)化提高我國能源利用率，從而真正實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。

1 背景

目前關于新能源綜合開發(fā)系統(tǒng)的研究主要有三大成果，分別為綜合規(guī)劃、聯(lián)合運行優(yōu)化和綜合評估。綜合規(guī)劃從多能源系統(tǒng)耦合關系建模、求解等方面著手，提出了改進型模糊綜合能源系統(tǒng)規(guī)劃方法，以獲得最優(yōu)化的容量配置方案，明確最佳運行路徑。綜合規(guī)劃以運行費用、補償成本最小為目標函數(shù)，建立新能源系統(tǒng)儲電、儲熱配置模型[1]。聯(lián)合運行優(yōu)化則主要是推出了充分考慮電力網(wǎng)絡、熱力網(wǎng)絡傳輸損耗的電熱綜合能源系統(tǒng)多目標優(yōu)化調(diào)度模型以及積極需求側響應綜合能源系統(tǒng)優(yōu)化模型。綜合評估在現(xiàn)有綜合能源系統(tǒng)效益評價指標體系和評價模式的基礎上，重點從支路功率、節(jié)點電壓氣壓等方面提出了系統(tǒng)評價指標，對應綠色的綜合能源系統(tǒng)價值評估方法。

隨著人們對綜合能源系統(tǒng)研究的深入，逐漸開始關注其與配電網(wǎng)之間的關系，著手配電網(wǎng)的多場景規(guī)劃。從發(fā)展的大趨勢看，配電網(wǎng)將與天然氣系統(tǒng)、冷熱傳輸系統(tǒng)聯(lián)合規(guī)劃發(fā)展。在規(guī)劃發(fā)展中既要考慮電網(wǎng)規(guī)劃成本問題，又要考慮能源利用效率、新能源消耗率問題，還要兼顧配電網(wǎng)絡的潮流約束，以明確新能源綜合系統(tǒng)配電網(wǎng)協(xié)調(diào)規(guī)劃的復雜性[2]。因此，基于其多重目標訴求，探明配電網(wǎng)多場景規(guī)劃路徑具有積極意義。

2 新能源背景下配電網(wǎng)多場景規(guī)劃的復雜性

新能源背景下，配電網(wǎng)多場景規(guī)劃相對復雜，而這種復雜性是由多要素協(xié)調(diào)規(guī)劃的較高難度決定的。規(guī)劃要素具有明顯的行為特征差異，這些要素物理本質(zhì)和行為特征的差異使得問題規(guī)劃混雜性和整體規(guī)模顯著提升。為此，可以著手發(fā)展科學有效的多類型要素預測分析手段，利用已有的配電大數(shù)據(jù)進行負荷需求變化、典型運行場景的預測，也可以用細顆粒度的規(guī)劃方法去明確同要素不確定性特征，實現(xiàn)負荷隨機行為、用戶行為習慣特殊性到模型中的整合，以場景削減的方式提取核心問題。配電網(wǎng)運行與規(guī)劃處于緊密耦合狀態(tài)，必須處理好規(guī)劃問題、運行問題和形態(tài)演變之間的關系。例如，用電高成本地區(qū)可再生能源供能方式發(fā)展快，而供電可靠性無法有效滿足用戶需要的地區(qū)，用戶儲能和發(fā)電設備應用更普遍。由此可以看出，配電網(wǎng)形態(tài)發(fā)展與規(guī)劃設計有一定的耦合性[3]，需要在問題規(guī)劃時進行關聯(lián)性的充分解讀。

不同運行策略對規(guī)劃方案評價結果有直接性影響，不同的規(guī)劃方案有影響運行策略的設計，因此運行階段的多類型影響要素應在規(guī)劃問題中體現(xiàn)，這使得配電網(wǎng)多場景規(guī)劃模型建構更復雜，需關注復雜場景下的評估與決策。動態(tài)化約束條件、運行策略優(yōu)化等要素的出現(xiàn)讓規(guī)劃問題變得動態(tài)連續(xù)，規(guī)劃方案的評估決策難度提升。為此，在配電網(wǎng)多場景規(guī)劃時需考慮復雜的場景需求，選擇科學有效的推演方式，明確配電網(wǎng)形態(tài)演變下協(xié)調(diào)規(guī)劃的若干關鍵問題。

3 新能源背景下配電網(wǎng)多場景規(guī)劃的策略

3.1 進行復雜形態(tài)特征的提取和量化處理

傳統(tǒng)的配電網(wǎng)規(guī)劃以電能質(zhì)量指標進行電網(wǎng)特征的刻畫，但電網(wǎng)形態(tài)和用戶需求是動態(tài)變化的，使用靜態(tài)、穩(wěn)定的電能質(zhì)量指標來進行電網(wǎng)特征刻畫無法滿足配電系統(tǒng)多場景規(guī)劃的現(xiàn)實要求，因此應進行其他指標的定量描述，以實現(xiàn)配電系統(tǒng)時間、空間、物理、價值多維度屬性的分析，將不確定的互聯(lián)性的信息理念轉變?yōu)榭煽茖W度量的計量指標，形成統(tǒng)一框架指導下的規(guī)劃設計指標集合以及評估體系。配電網(wǎng)多場景規(guī)劃的主要影響要素如圖1所示。在多場景規(guī)劃復雜形態(tài)特征的量化分析中，不僅需對電子裝備拓撲結構、端接方法進行考量，還需計算電磁容量，明確安裝位置，在規(guī)劃中要考慮信號傳達、信號傳輸中斷、誤碼冗余等問題。

圖1 配電網(wǎng)多場景規(guī)劃的主要影響要素

3.2 進行規(guī)劃要素的動態(tài)聚合分析

傳統(tǒng)配電網(wǎng)規(guī)劃所對應的負荷結構簡單且用電方式穩(wěn)定，而基于新能源綜合利用的背景進行配電網(wǎng)多場景規(guī)劃時，需考慮系統(tǒng)承載規(guī)劃要素的豐富性，以及這些要素物理屬性、動態(tài)特性方面的差異。考慮到分布式電源、分布式儲能等設備接入所帶來的多節(jié)點實際，需進行多尺度動態(tài)聚合預測與分析，以場景削減等方式限制規(guī)劃問題的不確定性水平。為此，進行典型場景與極端環(huán)境下源—網(wǎng)—荷變化趨勢的模擬[4]，從而實現(xiàn)規(guī)劃要素多尺度特征的把握，進行多維度分析預測，與所獲得的分散資源聚合特性去探明其規(guī)劃周期內(nèi)的行為規(guī)律。模擬過程如圖2所示。對于分布式電源來說，如果將其看作是具有負出力特性的負荷，傳統(tǒng)配電系統(tǒng)規(guī)劃所對應的負荷預測方法也有一定的借鑒作用，但其無法滿足新能源綜合利用背景下配電網(wǎng)多場景規(guī)劃及智能配電運行的實際，也無法對接入的分布數(shù)儲能進行預測。因此應基于規(guī)劃要素動態(tài)聚合結果去探明他們之間的聯(lián)動關系和互動模式，嘗試源—荷—儲協(xié)同預測的新方法。

圖2 動態(tài)聚合與分析預測流程

3.3 多要素影響下的復雜場景規(guī)劃

一方面，計及運行特征的精細規(guī)劃。在規(guī)劃階段要考慮到配電系統(tǒng)的場景應用的不確定性特征和靈活運行策略，實現(xiàn)可控資源的挖掘和利用[5]，配合協(xié)調(diào)運行方案實現(xiàn)經(jīng)濟效益的最大化。在計及運行策略影響時應建立系統(tǒng)形態(tài)特征明顯，多場景規(guī)劃運行不確定性與運行策略融合的優(yōu)化規(guī)劃模型，以減少運行策略調(diào)整對電網(wǎng)規(guī)劃的不利影響。另一方面，需做好多元數(shù)據(jù)驅動的演進規(guī)劃，以多時空尺度配用電大數(shù)據(jù)的挖掘與融合去預估電網(wǎng)未來發(fā)展趨勢的精細度，在大數(shù)據(jù)與人工智能技術的支持下建立以數(shù)據(jù)貫穿驅動的配電系統(tǒng)，規(guī)劃建設運行評估的閉環(huán)鏈條。具體來說，所對應的典型技術主要是基于配電大數(shù)據(jù)負荷特征的有效挖掘技術，主要負責用戶行為特征的辨別、配電系統(tǒng)負荷趨勢的預測、多時間尺度負荷需求場景的設計。面向系統(tǒng)現(xiàn)狀評估的數(shù)據(jù)分析技術，指導構建狀態(tài)綜合評價為目標的智能配電系統(tǒng)規(guī)劃模型，也包括智能配電系統(tǒng)演進規(guī)劃技術，支持配電系統(tǒng)多階段投資效益預測、配電系統(tǒng)投資效果評價。

3.4 多場景推演及動態(tài)協(xié)調(diào)決策

基于新能源綜合利用的時代背景，配電網(wǎng)多場景規(guī)劃與實施也需要多場景推演及動態(tài)協(xié)調(diào)決策的支持。一方面是多場景推演，另一方面是動態(tài)協(xié)調(diào)決策。多場景推演是運用場景融合與分裂方法推出適應性更強、延展度更好的場景，以對場景變化的強調(diào)和配電網(wǎng)發(fā)展的互動實現(xiàn)配電網(wǎng)動態(tài)演化路徑的探尋，增強多場景規(guī)劃的有效性，讓規(guī)劃場景分析更靈活、更具針對性。動態(tài)協(xié)調(diào)決策是既要著眼目標年的系統(tǒng)發(fā)展方案，又要探明目標年的發(fā)展路徑，借助多場景推演工具積極協(xié)調(diào)決策場景發(fā)展之間的互動關系，在全規(guī)劃周期內(nèi)獲得最優(yōu)的決策支持。人工智能技術的創(chuàng)新應用實現(xiàn)了多要素動態(tài)交互，這為最優(yōu)路徑的求解提供可能，是動態(tài)協(xié)調(diào)規(guī)劃決策的突破口。

4 結論

電力市場開放程度越高，新能源應用的需求更為迫切，基于新能源應用的訴求，將其與配電網(wǎng)的規(guī)劃運行結合起來，構建新能源綜合利用背景下的配電網(wǎng)多場景規(guī)劃體系，以科學預測與部署提高配電系統(tǒng)的智能化水平，才能保障電力系統(tǒng)的高效平穩(wěn)運行，才能更好地滿足投資方、運營方、使用方等主體的利益訴求，以多場景的規(guī)劃帶來社會效益的最大化。