新能源接入下配電網(wǎng)供給側(cè)多時(shí)間尺度調(diào)度

摘 要：常規(guī)的配電網(wǎng)供給側(cè)多時(shí)間尺度調(diào)度方法主要使用SADMM（Synchronous Alternating Direction Multiplier Method，SADMM）同步交替方向乘子法劃分調(diào)度指標(biāo)，易受日前電壓修正作用影響，導(dǎo)致調(diào)度性能低下，因此，在新能源接入下，需要研究一種全新的配電網(wǎng)供給側(cè)多時(shí)間尺度調(diào)度方法，即構(gòu)建了計(jì)及柔性負(fù)荷配電網(wǎng)供給側(cè)多尺度調(diào)度模型，設(shè)計(jì)了配電網(wǎng)供給側(cè)多時(shí)間尺度雙層優(yōu)化調(diào)度框架，從而完成了配電網(wǎng)供給側(cè)多時(shí)間尺度調(diào)度。試驗(yàn)結(jié)果表明，本文設(shè)計(jì)的配電網(wǎng)供給側(cè)多時(shí)間尺度調(diào)度方法的調(diào)度性能良好，能有效降低調(diào)度懲罰成本，具有一定的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，為推動(dòng)配電網(wǎng)調(diào)度可持續(xù)發(fā)展做出了一定貢獻(xiàn)。

關(guān)鍵詞：新能源接入；配電網(wǎng)；供給側(cè)；多時(shí)間尺度；調(diào)度

中圖分類號(hào)：TM 911" " " 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

新能源接入后，配電網(wǎng)供給側(cè)的電源輻射發(fā)生了一定改變，供配電網(wǎng)損持續(xù)升高，嚴(yán)重影響了配電網(wǎng)的供配電質(zhì)量[1]。配電網(wǎng)調(diào)度主要包括負(fù)荷預(yù)測(cè)、電源調(diào)度和跨區(qū)調(diào)度等環(huán)節(jié)，可合理分配未來(lái)約24h的電力需求，提高調(diào)度的精細(xì)性[2]。研究表明，進(jìn)行多時(shí)間尺度調(diào)度時(shí)需要綜合考慮電網(wǎng)調(diào)度成本和新能源利用率等問(wèn)題[3]，但目前大多數(shù)常規(guī)調(diào)度方法存在成本與效益矛盾，不符合目前的配電網(wǎng)調(diào)度經(jīng)濟(jì)性要求。為了解決上述問(wèn)題[4]，需要研究一種有效的配電網(wǎng)供給側(cè)多時(shí)間尺度調(diào)度方法。

事實(shí)上，配電網(wǎng)供給側(cè)多時(shí)間尺度調(diào)度存在3個(gè)關(guān)鍵步驟。其一，根據(jù)配電網(wǎng)的特點(diǎn)和需求，建立多時(shí)間尺度的模型，包括長(zhǎng)時(shí)間尺度的優(yōu)化模型和短時(shí)間尺度的實(shí)時(shí)調(diào)度模型[5]。其二，對(duì)新能源的出力進(jìn)行預(yù)測(cè)。其三，根據(jù)預(yù)測(cè)的新能源出力和負(fù)荷制定優(yōu)化調(diào)度策略。其四，通過(guò)自動(dòng)化技術(shù)，實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)供給側(cè)多時(shí)間尺度調(diào)度的自動(dòng)化運(yùn)行[6]。結(jié)合上述配電網(wǎng)調(diào)度重點(diǎn)，本文考慮新能源接入，設(shè)計(jì)了一種全新的配電網(wǎng)供給側(cè)多時(shí)間尺度調(diào)度方法。

1 新能源接入下配電網(wǎng)供給側(cè)多時(shí)間尺度調(diào)度方法設(shè)計(jì)

1.1 計(jì)及柔性負(fù)荷構(gòu)建配電網(wǎng)供給側(cè)多尺度調(diào)度模型

在電力系統(tǒng)運(yùn)行中，柔性負(fù)荷是一種具有高度靈活性的負(fù)荷，能夠快速響應(yīng)電網(wǎng)的調(diào)度指令，實(shí)現(xiàn)“源”“荷”間的有效互動(dòng)，從而為多尺度調(diào)度提供更大的便利性和效益。因此，構(gòu)建一個(gè)計(jì)及柔性負(fù)荷的配電網(wǎng)供給側(cè)多尺度調(diào)度模型，對(duì)提高電力系統(tǒng)的運(yùn)行效率和穩(wěn)定性具有重要意義。要構(gòu)建這樣一個(gè)模型，需要對(duì)柔性負(fù)荷的特性進(jìn)行深入理解。柔性負(fù)荷具有高度的靈活性和可調(diào)節(jié)性，可以根據(jù)電網(wǎng)的運(yùn)行情況和調(diào)度指令進(jìn)行快速響應(yīng)和調(diào)整。這種特性使柔性負(fù)荷能夠在多尺度調(diào)度中發(fā)揮重要作用，從而提高調(diào)度效益。構(gòu)建多尺度調(diào)度模型時(shí)，需要考慮多個(gè)因素，包括購(gòu)電成本、分布式調(diào)度成本和特殊懲罰成本等。這些成本在柔性負(fù)荷的調(diào)度過(guò)程中具有重要作用，直接影響多尺度調(diào)度的經(jīng)濟(jì)性和效益。在某些情況下，柔性負(fù)荷的調(diào)度可能會(huì)違反電網(wǎng)的運(yùn)行規(guī)則或安全限制，此時(shí)就需要對(duì)特殊懲罰成本進(jìn)行計(jì)算和控制。通過(guò)合理地控制特殊懲罰成本，可以提高多尺度調(diào)度的效益和穩(wěn)定性。柔性負(fù)荷懲罰成本minC的計(jì)算過(guò)程如公式（1）所示。

minC=Cpcc+CFL+CMR+CDERG （1）

式中：Cpcc代表購(gòu)電成本；CFL代表柔性負(fù)荷調(diào)度成本；CMR代表分布式調(diào)度成本；CDERG代表特殊懲罰成本[7]。

其中，分布式調(diào)度是指通過(guò)協(xié)調(diào)配電網(wǎng)中的分布式電源和柔性負(fù)荷實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)的高效運(yùn)行。在多尺度調(diào)度中，需要對(duì)分布式調(diào)度成本進(jìn)行合理的計(jì)算和控制，以確保調(diào)度的經(jīng)濟(jì)性和穩(wěn)定性。

當(dāng)配電網(wǎng)的發(fā)電量無(wú)法滿足需求時(shí)，需要從上級(jí)電網(wǎng)購(gòu)入電力。此時(shí)，購(gòu)電成本就成為需要考慮的重要因素。為了更好地進(jìn)行多尺度調(diào)度，需要對(duì)購(gòu)電成本進(jìn)行準(zhǔn)確計(jì)算和預(yù)測(cè)。購(gòu)電成本CP如公式（2）所示。

CP=∑λPPP-?TPP （2）

式中：λP代表購(gòu)電單價(jià)；PP代表功率交換值；?T代表調(diào)度時(shí)間間隔。

在新能源接入下，配電網(wǎng)供給側(cè)的單元運(yùn)行成本由電網(wǎng)公司承擔(dān)[8]，儲(chǔ)能裝置在新能源接入的配電網(wǎng)中具有重要作用，可有效解決新能源出力的波動(dòng)性和不確定性問(wèn)題。因此在多尺度調(diào)度中需要考慮儲(chǔ)能裝置的投資和運(yùn)行成本，以確保調(diào)度的經(jīng)濟(jì)性和穩(wěn)定性?？梢愿鶕?jù)不同供電電源的儲(chǔ)能關(guān)系計(jì)算儲(chǔ)能裝置成本CDG-DAY，如公式（3）所示。

（3）

式中：fsum代表初始供電投資費(fèi)用；r代表期望年限；ry代表年利率。

由此得到的廣義電網(wǎng)調(diào)度成本CESS如公式（4）所示。

CESS=∑∑（PESS×|PESS（T））×?T （4）

式中：PESS代表儲(chǔ)能單價(jià)；PESS（T）代表儲(chǔ)能裝置的供能功率。

根據(jù)上述廣義調(diào)度成本可以調(diào)整中斷負(fù)荷[9]，進(jìn)行多尺度調(diào)度補(bǔ)償，得到的多尺度調(diào)度模型DDERG如公式（5）所示。

DDERG=∑∑χDERG（CESS×PDERG） （5）

式中：χDERG代表新能源出力值；PDERG代表新能源電源數(shù)量。

基于以上考慮因素，構(gòu)建一個(gè)計(jì)及柔性負(fù)荷的配電網(wǎng)供給側(cè)多尺度調(diào)度模型。該模型綜合考慮了購(gòu)電成本、分布式調(diào)度成本、特殊懲罰成本、新能源出力和儲(chǔ)能裝置成本等多個(gè)因素，以實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)、高效且穩(wěn)定的配電網(wǎng)運(yùn)行和調(diào)度。采用該模型可以更好地協(xié)調(diào)配電網(wǎng)中的各種資源和負(fù)荷，提高電力系統(tǒng)的運(yùn)行效率和穩(wěn)定性，有效削減商業(yè)補(bǔ)償成本，最大程度上提高配電網(wǎng)供給側(cè)的經(jīng)濟(jì)收益。

1.2 設(shè)計(jì)配電網(wǎng)供給側(cè)多時(shí)間尺度雙層優(yōu)化調(diào)度框架

新能源接入配電網(wǎng)后，原本的配電網(wǎng)復(fù)雜度增加，產(chǎn)生了全新的獨(dú)立依賴關(guān)系，為了實(shí)現(xiàn)調(diào)度協(xié)同并降低配電網(wǎng)調(diào)度經(jīng)濟(jì)運(yùn)行成本，本文根據(jù)配電網(wǎng)的消納關(guān)系設(shè)計(jì)了配電網(wǎng)供給側(cè)多時(shí)間尺度雙層優(yōu)化調(diào)度框架。該框架旨在實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)的調(diào)度協(xié)同，降低運(yùn)行成本，提高經(jīng)濟(jì)效益。如圖1所示。

由圖1可知，在這個(gè)框架中，分布式自適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)（Autonomous

Decentralized Network，ADN）調(diào)度中心具有核心作用，負(fù)責(zé)整體調(diào)度和協(xié)調(diào)。配電系統(tǒng)是框架的基礎(chǔ)，包括原有的配電設(shè)備和新能源設(shè)備，是一個(gè)復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。同時(shí)，為了增強(qiáng)系統(tǒng)的靈活性和可靠性，引入微網(wǎng)群，以形成更靈活的調(diào)度方式。在供電方面，可控電源、儲(chǔ)能系統(tǒng)與傳統(tǒng)電源共同構(gòu)成了多樣化的供給側(cè)資源。這些資源可以根據(jù)需求進(jìn)行調(diào)度和控制，從而保障整個(gè)系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。在需求方面，配電網(wǎng)會(huì)面臨來(lái)自不同地區(qū)和用戶的多樣化負(fù)荷需求。為了更好地進(jìn)行匹配，引入基于功率線通信的能量互換技術(shù)（Power Line Communication-based Cooperative Inverter Energy Exchange Technology，PCCI），通過(guò)不同區(qū)域間的能量交換優(yōu)化能源利用，降低供電成本。最重要的是，可再生能源的接入使系統(tǒng)具備了更好的環(huán)保性能和能源可持續(xù)性。在這個(gè)框架中，合理地整合了可再生能源負(fù)荷，更有效地利用了清潔能源。該配電網(wǎng)供給側(cè)多時(shí)間尺度雙層優(yōu)化調(diào)度框架提供了一個(gè)全面的解決方案，通過(guò)充分考慮各種資源的特性和相互關(guān)系，實(shí)現(xiàn)了配電網(wǎng)的智能化調(diào)度和高效運(yùn)行。

上述配電網(wǎng)供給側(cè)多時(shí)間尺度雙層優(yōu)化調(diào)度框架主要將最低網(wǎng)損作為調(diào)度目標(biāo)，利用功率控制中心（Power Control Center，PCC）獲取調(diào)度決策變量，由此生成調(diào)度決策式minfloss，如公式（6）所示。

minfloss=∑∑PLOSS （6）

式中：PLOSS代表調(diào)度網(wǎng)損。

根據(jù)上述調(diào)度框架可以判斷不同時(shí)刻的出力約束關(guān)系，調(diào)整多時(shí)間尺度調(diào)度閾值。配電網(wǎng)供給側(cè)的時(shí)間調(diào)度周期不斷發(fā)生變化，本文設(shè)計(jì)的優(yōu)化調(diào)度框架將4個(gè)調(diào)度周期合成1個(gè)調(diào)度周期，生成并網(wǎng)模式下的調(diào)度目標(biāo)函數(shù)，從而獲取有效的平衡功率約束值，此時(shí)得到的調(diào)度負(fù)荷關(guān)系如公式（7）所示。

PCCmin≤PCCi（t）≤PCCmax （7）

式中：PCCmin代表聯(lián)絡(luò)線功率最小值；PCCi（t）代表t時(shí)刻的聯(lián)絡(luò)線功率；PCCmax代表聯(lián)絡(luò)線功率最大值。

使用上述多時(shí)間尺度調(diào)度框架可以快速調(diào)整調(diào)度限制值，從根本上降低調(diào)度懲罰成本，提高電網(wǎng)調(diào)度的綜合性能。

2 試驗(yàn)

為了驗(yàn)證設(shè)計(jì)的新能源接入下配電網(wǎng)供給側(cè)多時(shí)間尺度調(diào)度方法的調(diào)度效果，本文配置了符合試驗(yàn)要求的試驗(yàn)環(huán)境，將其與文獻(xiàn)[5]、文獻(xiàn)[6]2種常規(guī)配電網(wǎng)供給側(cè)多時(shí)間尺度調(diào)度方法進(jìn)行了對(duì)比試驗(yàn)，具體如下。

2.1 試驗(yàn)準(zhǔn)備

結(jié)合配電網(wǎng)供給側(cè)多時(shí)間尺度調(diào)度試驗(yàn)要求，本文將IEEE33節(jié)點(diǎn)作為試驗(yàn)?zāi)０?，采集某區(qū)域24h的負(fù)荷數(shù)據(jù)進(jìn)行仿真分析，再根據(jù)多時(shí)間尺度調(diào)度試驗(yàn)規(guī)劃確定調(diào)度區(qū)域，構(gòu)建的試驗(yàn)算例仿真分析模型如圖2所示。

由圖2可知，上述試驗(yàn)節(jié)點(diǎn)算例仿真模型符合風(fēng)光消納與出力的關(guān)系，能根據(jù)柔性負(fù)荷變化狀態(tài)進(jìn)行調(diào)度跟蹤。在風(fēng)電和光伏發(fā)電模型中，風(fēng)電容量為100kW，光伏容量為80kW；無(wú)功補(bǔ)償裝置容量為0.65mVar，有功裝置容量為0.2mW；調(diào)度時(shí)間尺度為1h，調(diào)度范圍為33個(gè)節(jié)點(diǎn)；節(jié)點(diǎn)電壓上、下限為0.95p.u.～1.05p.u.；線路容量限制在200kVA；功率因素為0.9～1。

2.2 試驗(yàn)結(jié)果與討論

根據(jù)上述試驗(yàn)準(zhǔn)備，可以進(jìn)行配電網(wǎng)供給側(cè)多時(shí)間尺度調(diào)度試驗(yàn)，即預(yù)設(shè)了試驗(yàn)調(diào)度集群，將2023.1.5—2023.1.12作為調(diào)度時(shí)間，此時(shí)，分別使用本文設(shè)計(jì)的新能源接入下配電網(wǎng)供給側(cè)多時(shí)間尺度調(diào)度方法（方法一）、文獻(xiàn)[5]的基于VMD-MPC法的配電網(wǎng)供給側(cè)多時(shí)間尺度調(diào)度方法（方法二）以及文獻(xiàn)[6]的考慮光儲(chǔ)熱關(guān)系的配電網(wǎng)供給側(cè)多時(shí)間尺度調(diào)度方法（方法三）進(jìn)行配電網(wǎng)調(diào)度，使用femind智能調(diào)度軟件記錄3種方法在不同日期下的調(diào)度性能指標(biāo)（調(diào)度負(fù)荷值、調(diào)度電壓偏差率、調(diào)度響應(yīng)精度和調(diào)度懲罰成本，得到的調(diào)度試驗(yàn)結(jié)果見表1。

由表1可知，在不同調(diào)度時(shí)間下，本文設(shè)計(jì)方法的調(diào)度負(fù)荷、調(diào)度電壓偏差率和調(diào)度懲罰成本較低，調(diào)度響應(yīng)精度較高；文獻(xiàn)[5]、文獻(xiàn)[6]方法的調(diào)度負(fù)荷、調(diào)度電壓偏差率和調(diào)度懲罰成本相對(duì)較高，調(diào)度響應(yīng)精度偏低。上述試驗(yàn)結(jié)果表明，本文設(shè)計(jì)的配電網(wǎng)供給側(cè)多時(shí)間尺度調(diào)度方法的調(diào)度效果較好，具有可靠性和一定的應(yīng)用價(jià)值。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，隨著全球能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變，新能源在能源供應(yīng)中的比例逐漸增加。很多新能源具有間歇性和不穩(wěn)定性，無(wú)法保證原本的供配電質(zhì)量。多時(shí)間尺度調(diào)度可以對(duì)新能源的出力進(jìn)行預(yù)測(cè)和控制，從而降低新能源出力波動(dòng)對(duì)電力系統(tǒng)的影響，提高電力系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性。因此，本文考慮新能源接入，設(shè)計(jì)了一種全新的配電網(wǎng)供給側(cè)多時(shí)間尺度調(diào)度方法。試驗(yàn)結(jié)果表明，本文設(shè)計(jì)方法的調(diào)度效果較好，調(diào)度成本較低，具有可靠性和一定的應(yīng)用價(jià)值，為提高電力系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性、促進(jìn)新能源的發(fā)展和利用做出了一定貢獻(xiàn)。

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