考慮需求側(cè)響應(yīng)的輸電負荷協(xié)調(diào)規(guī)劃算法

朱仔新，張靜忠，楊 龍

國網(wǎng)寧夏電力有限公司調(diào)度控制中心，寧夏 銀川 750001

0 引言

通常情況下，電網(wǎng)中的發(fā)電量和用電量會處于一個較為平衡的狀態(tài)。用電方即購電方，在電力市場中需要重點關(guān)注，需要對于其用電需求進行準確預(yù)測，并以此為側(cè)響應(yīng)調(diào)整供電量。隨著電網(wǎng)中各類能源的比重增加，產(chǎn)生的不確定性越來越多，如何在復(fù)雜的電力市場中調(diào)控電網(wǎng)的未知因素，逐漸成為供電企業(yè)進行優(yōu)化的研究熱點。

目前常用電網(wǎng)調(diào)度算法包括迭代類算法和直接類算法，在稀疏矩陣方程運算時具備較穩(wěn)定的調(diào)控性能，但在不對稱或者未知負荷接入時，其稀疏矩陣會受到高維方程影響，導致終端算法無法完成收斂，使后續(xù)計算結(jié)果的精準性有所下降。文章基于此利用需求側(cè)響應(yīng)的優(yōu)勢，研究輸電負荷的協(xié)調(diào)規(guī)劃算法，為電網(wǎng)的穩(wěn)定運行提供理論依據(jù)。

1 考慮需求側(cè)響應(yīng)的輸電負荷協(xié)調(diào)規(guī)劃算法

1.1 考慮需求側(cè)響應(yīng)構(gòu)建調(diào)度模型

輸電網(wǎng)調(diào)度的模式基本以預(yù)測負荷為主，在預(yù)測負荷與實際負荷之間會存在些許波動，根據(jù)單一的預(yù)測制訂計劃調(diào)度模型，將能夠統(tǒng)計的日變量負荷納入考慮范圍，對不同情形下的輸電負荷場景進行規(guī)模解決，以此完成需求側(cè)響應(yīng)的規(guī)劃算法設(shè)計。在考慮分散性和結(jié)構(gòu)性的聚類效果中，利用不同相似樣本的聚類簇設(shè)置中心負荷數(shù)據(jù)的場景，設(shè)定所有能夠在電網(wǎng)中輸入的負荷數(shù)據(jù)為一個聚類簇，對各個時刻的負荷值進行近似日負荷的中心值選定。從某個單一起點作為聚類初始中心，根據(jù)最大最小原則保證兩個中心的距離，有足夠的遠的高效迭代距離，劃定在每個樣本和當前已經(jīng)存在的中心最短距離，以此選擇最短距離的中心樣本作為新加入的起點中心[1]。在多次場景數(shù)量重復(fù)疊加過程中，對輸入的負荷數(shù)據(jù)集合進行層次分解，直到最遠離中心起始點的數(shù)據(jù)樣本出現(xiàn)，可以完成相似日期內(nèi)負荷數(shù)據(jù)聚類的向量場景集。在此基礎(chǔ)上通過數(shù)據(jù)集合，對不同運行狀態(tài)下的電網(wǎng)吸收和注入負荷，進行需求側(cè)響應(yīng)調(diào)度的模型建立，并確定能夠中斷和轉(zhuǎn)移負荷的目標函數(shù)。

1.2 確定中斷與轉(zhuǎn)移負荷目標函數(shù)

由于電力負荷的彈性系數(shù)難以獲取，需要在不減少負荷效率下，對負荷需求響應(yīng)模型中激勵性目標函數(shù)進行確定，包括可中斷負荷和轉(zhuǎn)移負荷兩種目標。用戶獲取負荷被看作電網(wǎng)的中斷負荷，在直接獲得補償后促使供電電網(wǎng)和用戶之間的協(xié)議，根據(jù)簽訂好的需要切斷負荷，以中斷時間和中斷量作為用戶補償。對用戶不敏感的負荷設(shè)置為轉(zhuǎn)移負荷，可以根據(jù)不同時間段內(nèi)的用電價格選擇該類型負荷的使用時間，計算兩個負荷的目標函數(shù)，表達式為

其中，中斷負荷的最小和最大中斷功率能夠形成線性約束，由此可以確定該負荷的目標函數(shù)。在上述調(diào)度模型中對能夠轉(zhuǎn)移的電網(wǎng)負荷進行補償，利用同類型同電價原則，在轉(zhuǎn)移時間段內(nèi)增加或減少用戶用電功率，計算最優(yōu)解向量。

1.3 以最優(yōu)解向量協(xié)調(diào)規(guī)劃輸電負荷

在調(diào)度模型的構(gòu)建基礎(chǔ)上對目標函數(shù)中的解向量，進行最小最優(yōu)分解，選擇遺傳優(yōu)化參數(shù)辨識輸電負荷中的初始群解體[2-3]。設(shè)定能夠初解的變量大小為500度量，在選定適應(yīng)度函數(shù)f中，根據(jù)每個個體對適應(yīng)度的選擇趨向，選取最適合辨識函數(shù)的最佳生存負荷環(huán)境，解向量的素質(zhì)越好，能夠產(chǎn)生的個體源變量越小，則個體適應(yīng)度fa的表達式為

式中：α為每個適應(yīng)度個體；g為能夠重復(fù)和縮減變量的個體匹配集合。

每個被選中個體的概率和其自身適應(yīng)度的遺傳比例呈正比例關(guān)系。最優(yōu)解的選擇需要對集合中的子個體進行重組調(diào)度，在模型中的親源中設(shè)定父本和母本兩個類型，能夠被選擇組合的個體為選定負荷的交叉位置。根據(jù)負荷子體隨機選擇的進制標準，對小于0.5的概率進行反轉(zhuǎn)逆變，直至最優(yōu)解出現(xiàn)完成輸電負荷協(xié)調(diào)。在模型的主動牽引和目標函數(shù)的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)最優(yōu)解向量的選定完成輸電負荷協(xié)調(diào)規(guī)劃算法設(shè)定。

2 試驗

為了驗證所設(shè)計算法的實際應(yīng)用效果，在標準IEEE 33節(jié)點電網(wǎng)配置下，對線路運行的線損功率進行調(diào)控，以確定電網(wǎng)線路中各支路的功率流動方向。線損功率的調(diào)控，以通過電網(wǎng)的電壓幅值縮減為標準，在單位時間內(nèi)對主線節(jié)點的電壓幅值完成調(diào)控，即可表述為該線路的線損得到有效控制。設(shè)置該電網(wǎng)節(jié)點中包含7個聯(lián)絡(luò)開關(guān)，總計支路線路數(shù)量不低于33條，總體基準電壓為1 566 V，具體節(jié)點的輸電結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 IEEE 33節(jié)點電網(wǎng)輸電結(jié)構(gòu)

根據(jù)圖1的節(jié)點排列結(jié)構(gòu)，對每條主路中與聯(lián)絡(luò)開關(guān)相鄰的支路首端與尾端的功率參數(shù)設(shè)定，并對支路的對抗電路系數(shù)進行設(shè)定，具體如表1所示。

表1 IEEE 33節(jié)點電網(wǎng)參數(shù)

根據(jù)設(shè)定接入電網(wǎng)的功率容量和需求側(cè)資源容量，對相鄰節(jié)點進行支路抗阻的電壓幅值分析，在所提協(xié)調(diào)算法下進行兩組電壓幅值分配：方案1為原有線路電壓，即在不接入分布電源和中斷負荷基礎(chǔ)上，直接對年度電網(wǎng)的運行功率線損進行調(diào)度；方案2為調(diào)控后電壓幅值，即接入分布式電源和中斷負荷中完成功率調(diào)度，在單位容量單位內(nèi)，對可中斷的負荷功率設(shè)置不得低于200 kW。在每個節(jié)點輸電負荷初始變動中心統(tǒng)一標準下，對上述相鄰節(jié)點進行首位兩端電壓幅值比較，結(jié)果如圖2所示。

圖2 調(diào)控前后各節(jié)點電壓幅值比較

由圖2可知，調(diào)控前電壓幅值變化較大，調(diào)控后的電壓幅值變化較小，選定節(jié)點的相鄰電壓變化均處于平等水平，不會對電網(wǎng)的輸電負荷造成過大影響，說明在分布式電源和中斷負荷的接入下，能夠?qū)Σ糠种返碾妷悍颠M行有效控制，使得支路中的有功線損有所降低，具有實際應(yīng)用效果。

3 結(jié)束語

文章在構(gòu)建調(diào)度模型的基礎(chǔ)上，對中斷負荷和轉(zhuǎn)移負荷的目標函數(shù)進行確定，以此完成時序分解的規(guī)劃算法設(shè)計，滿足需求側(cè)響應(yīng)條件下的輸電負荷安全調(diào)控。經(jīng)試驗，在所提調(diào)度規(guī)劃算法下，能夠?qū)藴使?jié)點的主線網(wǎng)絡(luò)中電壓幅值進行調(diào)控，使得支路中的有功線損有所降低，具有實際應(yīng)用效果。但由于文章研究時間有限，在設(shè)計過程中有少許不足，如在電網(wǎng)運行過程中，對過高負荷產(chǎn)生的峰值狀態(tài)未進行設(shè)定，使得得出的電壓幅值存在一定偏差。后續(xù)研究過程會對實際電網(wǎng)的輸出線路，進行特性能耗的分工控制，在不同的峰段對電壓進行深層調(diào)控，進一步縮減輸電過程中的線路損耗。