交直流配電網(wǎng)潮流計算與多時間尺度優(yōu)化調(diào)度方法

［關鍵詞］交直流配電網(wǎng)；潮流計算；多時間尺度優(yōu)化調(diào)度

［中圖分類號］TM73 ［文獻標志碼］A ［文章編號］2095–6487（2024）10–0062–03

隨著分布式電源的大規(guī)模并網(wǎng)，交直流配電網(wǎng)的運行狀態(tài)變化、安全及效益生成受到社會高度重視。早期針對配電網(wǎng)采取的潮流計算方法主要作用于交流系統(tǒng)，但隨著直流輸電系統(tǒng)與配電網(wǎng)絡的結合，潮流計算流程更為繁瑣，呈現(xiàn)出復雜化特點。因此，結合配電網(wǎng)運行現(xiàn)狀，研究交直流配電網(wǎng)的潮流計算方法，對提升配電網(wǎng)運行效率、供電水平具有重要意義。

1以MPC為基礎的多時間尺度調(diào)度模型

多時間尺度優(yōu)化調(diào)度將15min的優(yōu)化作為周期，以最小化的交直流配電網(wǎng)運行成本作為切入點，對目標函數(shù)進行解讀，同時建立功率平衡約束模型。文章基于MPC（模型預測控制）進行探討。

1.1目標函數(shù)

一般情況下，單日調(diào)度過程中使用長時間尺度優(yōu)化調(diào)度。在配網(wǎng)運行階段，會將間歇性分布電源與負荷預測功率作為計算指標，由此獲得準確結果、掌握分布式電源的發(fā)電特點、深究換流器運行過程中的限制、確定能量儲備裝置內(nèi)部容積、不同時間段電價及變化等。將經(jīng)濟性作為標準，達成控制目標，實現(xiàn)對充放電功率的有效優(yōu)化，所針對的對象為分布式發(fā)電出力儲能裝置。立足實際確定母線對應的數(shù)據(jù)功率，優(yōu)化之后突出平衡特點，進而確定與時間尺度對應的各時間段調(diào)度指令，之后在當日將指令下達至發(fā)電與調(diào)度單位。發(fā)電與調(diào)度單位執(zhí)行指令的過程中，均以控制交直流配電網(wǎng)調(diào)度成本支出，實現(xiàn)利益最大化作為核心目標，由此設計函數(shù)公式，詳情如下。

2算例分析

以文章所提出的模型作為基礎，在Matlab2016a上進行程序編譯，通過Yalmip工具包和Cplex結算器打造對應模型，并進行一系列求解操作。為保證硬件環(huán)境的合理性，選擇英特爾i5處理器，同時擴展內(nèi)存空間，使其由4G增加到8G。在算例選取方面，所選擇的配電網(wǎng)為交直流，其節(jié)點數(shù)量為50。其中，拓撲結構如圖1所示。

對上述內(nèi)容進一步解析，WT為結構中的風電機組，PV代指結構運行階段光伏，DG是微型燃氣輪機，ESS為儲能裝置，10、19、37、42等節(jié)點與功率峰值300kW·h的微型燃氣輪機連接在一起；節(jié)點36、49等與儲能峰值1800kW·h和充電功率峰值300kW的儲能裝置結合在一起；節(jié)點41、45等與儲能峰值1400kW·h、充放電功率上限為240kW·h的儲能裝置連接在一起。

其中，10：00—15：00屬于峰時段，用戶用電量快速增加，電價亦如此；而23：00—7：00則屬于谷時段，此時，用戶用電量較少，電價最低。其中，12：00和20：00是電價最高的時刻。

算例對兩種不可控分布式能源的變化模式加以考慮，一種為風力和光伏發(fā)電緩慢增長的情景，另一種為快速波動場景。

2.1風電、光伏出力緩慢增長

本次試驗所選擇的時間為10：00—12：00，因為該時間段的風電和光伏出力具有典型性，在此基礎上，對全部光伏電源設置相同的曲線，風電變化曲線亦如此。10：00—10：15，電價相對較低，故不會產(chǎn)生較大的負荷，儲能裝置此時會保持正常運行，完成對后續(xù)使用電源的存儲。10：00—12：00，電價會持續(xù)上升，負荷會隨之增加，儲能裝置的狀態(tài)會由儲存變?yōu)檩敵?，將配網(wǎng)工作狀態(tài)作為依據(jù)，使裝置作用被充分發(fā)揮，有助于保證電流交互效果，同時還能使配網(wǎng)始終處在正常運行的狀態(tài)。

在確定長時間尺度調(diào)度優(yōu)化計劃值的基礎上，可以將其作為依據(jù)，調(diào)度短時間優(yōu)化尺度。

長時間尺度優(yōu)化調(diào)度較為麻煩，并非短時間內(nèi)可以結束的任務，計算之后得到的分布式能源出力計劃值缺少穩(wěn)定特點，10：15—10：30，計算值呈現(xiàn)上升趨勢，10：30—10：45，計算數(shù)依舊呈現(xiàn)上升趨勢，但和10：15—10：30相比上升趨勢有限。面對短時間尺度優(yōu)化調(diào)度，基于長時間尺度生成的計劃值是不可缺少的重要基礎條件，綜合深入分析，確定不同時間段分布式電源有功出力變化均在0～50kW，整體變化走向較為平穩(wěn)。

為保證優(yōu)化調(diào)度結果比較的精確性，把握其中的特點和規(guī)律，需要研究分布式電源出力的穩(wěn)定程度，在確定出力波動率的過程中，可以將下述公式作為依據(jù)。

表1是風電、光伏等增長緩慢情境下多種方法優(yōu)化之后得到的結果。其中，MPC1是針對單純執(zhí)行滾動優(yōu)化，忽略反饋校正的優(yōu)化方法；MPC2是滾動優(yōu)化與反饋校正共同存在的優(yōu)化方法。

從表1可以看出，MPC1優(yōu)化方法與MPC2優(yōu)化方法計算結果大致相同，其中，MPC1優(yōu)化方法因運用滾動優(yōu)化方法，得到的出力波動率為58.7%，與傳統(tǒng)方法相比，優(yōu)化后的方法穩(wěn)定性更強，能夠確保在應對不可控分布式能源出力波動性和不確定性過程中，分布式能源和儲能裝置的波動處在合理范圍內(nèi)。

2.2風電、光伏快速波動

選擇單日10：00—12：00這一時間段風電、光伏劇烈波動預測數(shù)據(jù)作為分析對象，以此為基礎進行長時間尺度優(yōu)化調(diào)度。表2是各種方法優(yōu)化落實之后取得的結果。

由表2可知，風電和光伏等能源波動變化較為頻繁的情況下，早期優(yōu)化潮流策略實施后可以將波動率控制在78.7%左右。對比分析，MPC1方法雖然同樣運用于實踐中，但該方法缺少與之配套的反饋校正機制，致使系統(tǒng)運行過程中波動性較為突出，且成本支出高昂。而MPC2通過反饋校對環(huán)節(jié)的增加，保證了分布式能源出力在此場景下的穩(wěn)定性，故成本低于傳統(tǒng)方法。

3結束語

結合上述分析內(nèi)容可以看出，交直流配電網(wǎng)潮流計算和多時間尺度優(yōu)化調(diào)度方法在配電網(wǎng)絡運行中發(fā)揮了非常重要的作用。具體計算過程中，要結合系統(tǒng)選擇針對性計算方法，并分析直流輸電系統(tǒng)運行對潮流計算造成的影響。站在多時間尺度優(yōu)化調(diào)度角度來看，需結合能源再生力及特點完善調(diào)度策略，通過滾動優(yōu)化及校正強化系統(tǒng)工作穩(wěn)定性。