智能电网中可中断负荷的电力系统优化调度研究

孙 虹，王成亮，李新家

（江苏方天电力技术有限公司，江苏 南京 210096）

0 引 言

随着时代的发展和科技的进步，人类生存环境存在能源短缺、全球暖化和环境污染等问题，迫使人们利用和开发可再生能源，提高能源使用效率，电网规模的扩大和市场化改革的推进也要求电网更加安全稳定运行。为此，提出了智能电网概念，即电网智能化，也被称为“电网2.0”[1]。它建立在集成的、高速双向通信网络上，通过先进的技术、设备和方法，使电网可以更加智能、安全、高效的运行。可中断负荷管理是电力系统中的组成部分，是指在电网高峰时段或紧急状况下，负荷指挥中心可以中断的负荷部分。尤其是当发生线路故障时，可中断负荷作为“虚拟机组”成为保障系统安全稳定运行的重要措施，有停电前折扣或停电后高赔偿两种措施。总之，可中断负荷的主要特征包括自愈、抵御攻击、提供满足用户需求的电能质量、容许各种不同发电形式的接入、启动电力市场以及资产的优化高效运行[2]。

1 电力系统优化调度模型

1.1 调度模型构建

为实现电力系统高效优化，针对可中断负荷的优化调度进行模型决策规划，通过输入的数据分析负荷情况和运行状态进行调度处理判断负荷是否故障，即机会约束，不符合约束的正常负荷电量正常运行，不做中断处理；对系统故障或负荷高峰进行调度请求和中断处理，直到恢复正常负荷运行为止。模型约束条件中含随机变量且需在随机变量实现前做出决策问题，允许决策结果在一定置信水平下不满足约束条件，根据基本模型式计算输入的电荷，方便判断负荷是否故障，是否需要进行中断处理，基本模型为：

其中，f (x,τ)为目标函数，x为决策变量，τ为随机参数，P{·}表示约束条件成立的概率值，∂为给定的置信水平，G(x)为传统确定性约束[2]。若目标函数中不包含随机参数，则目标函数形式为minf (x,τ)。利用模型算法判断输入的负荷状态是否符合约束条件，符合约束条件的电荷即可进行调度处理。

1.2 约束条件的判定

优化模型算法存在很多约束条件：系统约束、常规机组约束、可中断负荷约束和随机因素的约束。在算法中综合考虑，使得算法涉及范围更全面，实用性更高[3]。约束条件中系统约束条件包括功率平衡约束和潮流约束，功率平衡约束为：

其中，MB为系统节点个数，PBh为节点h的负荷预测值。直流潮流则仅考虑线路最大输电能力约束条件。常规机组的约束条件包含出力上下限约束和最小开机时间约束，具体的约束公式如式（3）、式（4）所示。

出力上下限约束：

其中，PFkmin、PFkmax为机组k的出力的上限和下限。

最小开机时间约束：

分析各种随机条件和约束因素后，对模型进行转换并结合算法运行[4]。在约束条件和模型计算规划完成后即可按照算法步骤实现算法功能，具体步骤如下。随机初始化电荷的所带负荷，保证每个电荷均可正常运作，且满足实际运行的所有约束条件，并限定速度的两个极值PFkmin、PFkmax；判断电荷的约束关系，将符合约束条件的电荷进行进一步处理；利用多个公式计算调度数量和中断容量；执行中断，对可中断的负荷进行调整，调整到正常运行状态后恢复供电，正常运行。

1.3 可中断负荷电力系统调度优化

根据模型决策、流程及模型中算法，实现整个电力优化调度系统。工具为所有电力设施，数据包含两个常规机组、四个直接负荷控制和一个可中断负荷。负荷数据即为电荷的初始数据。以30 min为一个时段，总时长为12 h，共48个时段。负荷参数如表1所示，其中，负荷运行时段以小时为单位，每小时内的负荷数和容量不变。

表1 直接负荷控制参数

α表示置信水平，β表示概率分布，两个参数的值控制在0～1。通过表中负荷数据可得出电力系统中的初始数据，直接负荷控制参数即可获得可中断的约束条件。当线路中任一节点的输入初始负荷值大于直接负荷控制值时，表示电路在传输过程中出现故障，需要进行调度算法介入调整负荷值处于正常的范围，即中断处理。具体线路各节点负荷数据如表2所示[5]。

表2 电力系统各节点负荷数据

若负荷值未达到控制最大值则正常运行。在智能电网中，使用各个约束条件进行约束可以使得判断效应更加灵敏，判断结果更加准确。

2 实验论证分析

为保证智能电网中可中断负荷优化电力系统的可行性，采用相同地段电路信息进行论证实验。为保证实验严谨性，采用传统电力系统，作为实验论证对比。对电力系统使用效率、消耗功率进行统计，并对直接负荷控制和可中断负荷实施效果进行统计。得出论证结果如图1所示。

从实验论证结果图可以看出，相比于传统的电力系统，优化后的电力系统效率更高，消耗的功率更低，且使用效率在一段时间内可保持稳定状态。在进出节点过程中有效率不稳定的情况，对于系统来讲负荷压力调节幅度更小，对用户而言更加安全。足以判断出智能电网中优化后可中断负荷电力系统的可行性。

图1 实验论证结果

3 结 论

随着时代的不断进步，智能电网已遍布全国，用户对于电力系统的使用率也越来越高，电力系统的压力也越来越大。为了更好地为人们服务，国家不断更新优化智能电网中的电力系统。通过对智能电网中可中断负荷的电力系统优化调度研究，经过流程优化、约束条件判定、实验论证等多方论证，可判断出智能电网中优化后可中断负荷电力系统的可行性，为推动国家电力实业的发展提供了依据。