需求响应的主动配电网优化调度研究

沈丽玫

（贵州电网有限责任公司凯里供电局，贵州 凯里 556000）

0 引 言

目前，由于能源日益枯竭，人们逐渐认识到环保的重要性，可再生清洁能源在社会发展中发挥了重要的作用[1]。在现代社会中，由于清洁能源增长的速度相对较快，在配电网中大规模接入了分布式电源，导致传统电网出现了短路电流增大以及供电可靠性降低等问题。主动配电网的出现是必然趋势，主动配电网具有较强的时序性，能够通过存储能源，协调控制源荷，将配电网消纳分布式电源的能力进一步提高，推动了配电网的低碳、经济运行。而在现代社会通过对主动配电网进行优化调度，更能提高配电网运行的安全性，因此对其进行研究具有十分重要的意义。

1 关于需求响应的主动配电网优化调度的模型研究

分布式电源有“波动性”和“间歇性”特点，所以需要根据主动配电网中分布式电源的运行特点进行合理研究分析，希望能够调整负荷源，整合整个电源控制体系，从而实现主动配电网高效、安全、可控的处理任务[2]。

1.1 目标函数的构建

将主动配电网在运行过程中的最小成本作为目标，可以得到如下的目标函数：

其中：F1表示主动配电网的总运行成本费用；Cgrid表示配网的购电成本；COMP表示运行成本；CDEP表示折旧费用；CIL可中断的负荷成本；CLOSS表示配网损失成本；CQ表示无功补偿装置的成本；CFS表示分时电价的让利成本。

其中，配网购电成本主要指主动配电网向上级电网购买缺额电量所需的成本；运行成本主要指可控燃气轮机以及蓄电池在实际运行过程中的运行维护成本费用[3]；折旧成本指储能以及可控燃气轮机安装成本的折旧成本，主要使用固定资产折旧法进行计算；可中断的负荷成本主要指当主动配电网在对中断负荷进行调用时，可能会产生的可中断的负荷成本；网损成本主要指主动配电网当中的额有功损耗成本；无功装置补偿成本是指在进行无功补偿时，无功补偿装置产生的成本；分时电价让利成本是指配网在进行分时电价的过程中，产生用户影响电价，所以会对各个时段中自己的用电进行调整，从而节省电费，节省的电费就相当于配网的让利成本。

1.2 相关约束条件

在该模型中，其主要的约束条件包括功率平衡约束、可控燃气轮机的约束、主网购电功率的约束、储能约束、传输线功率的约束、潮流方程的约束、节点电压的约束、无功约束、可中断负荷约束以及负荷转移约束、用户获利约束等[4]。其中可控燃气轮机的约束主要指可控燃气轮机必须要满足最小、最大的出力以及最大的爬坡下坡约束，其相关的表达式为：

其中，Pdgi,max表示第i的可控燃气轮机出力上限；Pdgi,min表示出力下限；Pdgi,up表示可控燃气轮机最大的上坡速率；Pdgi,down表示最大的下坡速率。

无功约束主要指在有功功率时光伏风机的工作最大状态，其主要通过无功解耦进行控制，运行产生的无功率可以当做优化变量运行，受到无功功率的约束，可以减少分布式电源不稳定的问题，最终通过无功补偿装置实现无功率约束控制：

其中：Qpvi表示光伏的无功出力；Qwti表示风机的无功出力；Qpvi,min表示光伏无功出力的最小值；Qpvi,max表示光伏无功出力的最大值；Qwti,min表示风机无功出力的最小值；Qwti,max表示风机无功出力的最大值；Qn,min表示无功补偿装置n 的最小无功出力；Qn,max表示无功补偿装置n 的最大无功出力。

2 节点算例分析

本文将某节点进行算例分析，通过相关调查研究可以知道，储能的安装成本为5 342 元/kW·h，充电的为0.98，放电的为0.99；运行管理的成本就是0.033 22 元/kW·h，设备运行的寿命最长为十年；微型可控燃气轮机的安装成本也就变成了6 000 元/kW·h，该设备的寿命最长为十五年，其运行管理的成本以及燃料费均是0.67 元/kW·h；无功补偿装置的成本主要为0.033元/kvar。将调整模型与CPLEX结合进行求解之后，能够得到相应的平谷电价以及需求响应之后的负荷曲线，根据相关负荷曲线可以知道，使用电价调节的手段能够在一定程度上削减负荷的高峰区域填补到低谷区域中。调度结果如图1 所示。

图1 调度结果

通过对主动配电网进行优化调度之后可以发现，负荷的低谷时段为3 点-10 点，所以在该阶段中，配网向主网购电的价格相对较低，此时蓄电池在充电状态，燃气轮机的可控工作功率也相对较低；当负荷处于较平时段，蓄电池处于平稳状态，其充电和放电的功率并不明显；当负荷处于高峰期时，蓄电池的放电比较明显，此时可控燃气轮机的工作功率也相对较高，当在17点-18点时，因为受到联络线和DG容量的限制，可将负荷切断让主动配电网的安全得到保证。通过最终的调度结果可以知道，主动配电网主动调度蓄电池、可中断负荷以及可控燃气轮机能够将负荷进行平衡，进一步将电网的经济性作用有效提高。

本试验模型分析因素有“电网负荷端”“网损”“电源端口”，经过前期分析，表示该模型能够在一定程度上实现主动配电网稳定运行，更具有经济实用，安全的优势。现在对模型的优势进行测试分析：

①仅仅对主动配电网的有功优化进行考虑；

②对电价型的需求响应、主动配电网的有功优化进行考虑；

③仅仅只对配电网的无功优化进行考虑；

④对需求响应以及配电网的无功优化进行考虑；

⑤对综合优化有功无功进行考虑；

⑥对需求响应以及配电网有功、无功综合优化进行考虑，该类方案也就是本文所建的模型。

各个方案的成本比较如表1 所示。

表1 各个方案的成本比较

由表1 可以知道，本文构建“主动配电网优化调度模型”通过测试分析，表示可以控制配电网成本，帮助电网单位提升生产质量和经济效率。其与方案①相比，调度成本、购电成本以及网损成本相对较低，且落实电价型的需求响应之后，降低了用户的购电成本，让主动配电网和用户都能达到目的；其与方案②相比，可以减少网络消耗资源，控制配电网运行成本；其与方案③相比，购电成本以及无功补偿装置的成本明显较低；模型比方案④的无功补偿成本以及可中断负荷成本低；模型比方案⑤的分时电价让利成本高，但是其他各项成本都相对较低。

3 结 论

基于配电网优化调度调整，可以通过促进可控制资源管理等方式，促进有功、无功出力管理，能够有效降低主动配电网的运行成本，同时达到低碳、安全的发展目标，能够为我国人民日常的生活和工作提供充足的电量，进一步推动我国社会经济的发展，最终实现可持续发展的目标。