混合输配电系统的分布式随机优化规划

吴刚 汪龙根

【摘要】    近年来分布式发电受到广泛关注，这是因为电力市场环境受到了节能和可持续发展意识的影响，本文研究混合输配电系统的分布式随机优化规划相关内容，从规划目标、模型建立、变量一致性、层级优化四方面入手进行总结。

【关键词】    混合输配电系统    启发式算法    共享变量

引言：当前配电系统层面接入大量分布式电源，使得配电系统成功实现了从无源到有源的良好转变。保证输配电系统交互信息一致，联合规划输配电系统问题，将其分解为一个输电系统规划的子问题，也有可能分解成为一系列的配电系统规划子问题，与传统的独立规划方法相比，混合输配电系统分布式随机优化能获得更好成效。

一、混合输配电系统的分布式随机优化规划目标分析

研究系统以远离供电中心为主，将输电系统弱连接的偏远配电网作为主要内容。目的在于满足负荷不断增长的要求。建立的配电系统可以选择从输电网直接购电，也可以通过安装DG的方式完成购电。建立混合输配电系统的优化目标是分布式电源投资，减少运行费用，降低向输电系统直接购电的费用总和。综合分析各种主要输电网运行情况下联网DG系统的有效规划和运行方式，从而科学确定各种DG系统的最佳投入容量。以蒙特卡罗仿真为依据，得到输电系统的停运指标，确定实时电价。对线路停运展开详细研究，探究输电实时电价对设计方案产生的影响。选择的配电系统有着丰富的风力资源，有效利用太阳能。将二者有效结合，建设风光互补发电系统。可再生能源发电随机性较强，风力资源的分布情况有可能会影响系统的运行效果。以传统的电源规划思想为基础，分析联网分布式电源规划的复杂组合优化问题。

二、组建模型的构建和启发式算法的有效应用

满足约束条件，满足负荷增长的需求，联网分布式电源系统规划优化配置输电网，优化不同类型的DG供电比例，最终达到最大化的系统投资效果，使得运行费用得到有效降低，建立的数学模型要满足小时运行约束条件。模型的建立将模型目标作为基本内容，运用全年分布式电源。这里所说的分布式电源指的是可再生资源，所需要的燃料运行费用是零。运用启发式算法展开分析研究，全年共有8760小时，每小时的负荷、风速、日照强度都是已知的，从而确定容量组合。应用启发式算法，以仿真计算为依据，得到各种可行组合小时的运行状态。对各种各样的投资组合加以比较，得到全年总投资的运行费用，选择出其中运行费用最少的组合[1]。第一步是以负荷需求、风速、太阳能资源的分布特征为依据，确定各种大型DG的最大投资数目的初值。第二步是以负荷模型、月平均风速、日照强度为依据，展开模拟仿真。第三步是以每个小时内的负荷和分布式发电机输出的功率状态为依据，确定合适的待选供电组合。

三、独立解决系统问题，保持共享变量的一致性

就每一层次的每一个元素来说，其中含有的局部变量包括与投资优化有关的优化变量，需要在每一个场景下，实现对于运行有关优化变量的正确使用。就共享变量而言，每一个场景下与其他元素交互形成的优化变量都和共享变量有直接联系。正是因为有共享变量的存在，才导致子系统的优化问题不能得到独立解决。应对这一问题，需进一步分解共享变量的目标，转化为目标变量和响应变量。从输电系统角度出发，实现对共享变量的有效处理。此时优化变量就是配电系统中的规划子问题相关参数。对系统实现有效分解，就能优化处理各个子系统的优化问题的独立解决。从本质上来说，目标变量和响应变量表示的是相同的共享变量。对各个子系统展开独立规划，使得上述变量保持高度一致。曾广拉格朗日罚函数形式对共享变量的一致性有约束作用，不仅能保证各个子系统问题求解的独立性，还能保证共享变量的一致性。

四、运用层级框架理论和协同优化方法，解决求解速度问题

对输配电系统的联合优化模型加以分析，发现其中存在混合整数凸优化问题。考虑到输配电系统在分层规划的同时，也要保证边界节点交互信息的一致性。求解联合优化规划模型，运用的方法是目标级联分布式优化算法。将传统的多学科综合优化方法加以有效突破，运用层级框架理论和协同优化方法，发现所运用方法在求解速度、精度方面的缺陷问题，使得优化工作的进行能够不受层数的限制。这一类的迭代式求解方法有内外两层循环构成。其中内层循环要保持一致性约束阀函数系数，有着不变的权重，能交替求解各个输配电系统的优化规划问题[2]。而在外层循环中，要以内层循环更新的求解结果为依据，保证更新一致性，也确保约束罚函数系数和权重的可靠性。协调规划方案的发电成本比较高。但是后者的整体成本却明显低于后者的整体成本，这说明混合协调配合发电与输电系统有着相同的性能。运用混合协调规划方案同样能促进配电系统得到更为经济的线路规划方案。

总结：以目标级联分布式优化算法为基础，扩展配电系统，制定科学合理的电源经济调度方案。开展混合輸配电系统的分布式随机优化规划工作，需明确规划目标，做好组建模型的构建工作，实现对启发式算法的有效应用，独立解决系统问题，保持共享变量的一致性，运用层级框架理论和协同优化方法，解决求解速度过慢问题。

参  考  文  献

[1]刘佳，程浩忠，姚良忠，张建平，张啸虎.混合输配电系统的分布式随机优化规划[J].电工技术学报，2019，34（10）：1987-1998.

[2]成龙，訾士才，唐凯，王振浩，李国庆.低压交直流混合配电系统线性化建模方法[J].电力系统保护与控制，2018，46（24）：16-24.