基于线性规划的源网荷储优化控制方法研究

鲁 浩，郑 帅，杜永腾，沙志成

（山东电力工程咨询院有限公司，山东 济南 250013）

0 引 言

建立源网供应链，并将供应技术体制与新能源技术相结合。荷储优化管理需要以能源供给中心为载体，在统一的管理模式下，提出相对规范的管理模式[1]。传统源网荷储优化控制方法管理模式松散，导致市场对能源供应尚存在一些问题。为了改善市场需求现状，提出了一种基于线性规划的源网荷储优化控制方法。它在能源统计学方面对控制进行综合性分析，有效地解决了能源供应和传输技术之间的矛盾关系，促进源网行业与其他相关行业进行有效的融合，从根本上促进了国家新能源的发展。

1 基于线性规划的源网荷储优化控制方法设计

1.1 基于线性规划建立优化目标函数

控制荷储过程中，应将源网按照运算符划分节点，并将每个节点作为一个线性调度内容进行处理[2]，处理过程如下：

式中，g(x)为源网标准化控制模式，ki(i=1,2,…,n)为项目处理系数，xi(i=1,2,…,n)为线性同步处理项目，n为处理次数。为了降低源网荷储成本，提高控制效率，可选择在线性约束条件下建立优化控制目标函数，计算源网荷储约束的极值。目标函数如下：

式中，C为线性规划项目，P为源网储能在线性约束条件下的输出功率，D为网络能源成本，G为可再生能源成本，e为源网荷载，n为线性规划下的约束条件，B为源网代理功率，L为线路总能耗，k为优化控制目标。根据式（2），完成对源网控制最小目标的选择。在选定线性控制目标的基础上，划分在线性约束下的源网荷载能源分布层次，如图1所示。

图1 源网荷载能源分布层次

如图1所示，源网荷载能源分布最顶层为协调控制的起始端，应将优化控制的目标直接与荷储控制建立联系，并将其完全置于与内置ARM的源网线性关系中[3]。为此，选择一个源网控制节点作为自变量，采用建立多元线性回归方程的方式，检索源网顶层的优化控制目标，函数表达式为：

式中，ni为在源网储存能源在某一节点的使用量，mi为使用量的平均值，α和β为荷载控制与荷载优化系数，εi为在线性回归方程中无法直接控制的荷储能源量。根据式（3），将控制目标近似看作一个整体，以完成源网荷储优化控制目标选择的目的。

1.2 多空间源网荷储约束

结合基于线性规划的源网荷储优化控制方法，根据源网不同层荷储量划分源网优化控制空间。考虑到不同空间内源网的正消耗量，计算在负载状态下源网荷储在传输功率过程的能源消耗，计算公式如下：

式中，l为在正常环境中的源网荷储量，r为荷储负载情况，loss为能源传输线路。通常情况下，在能源传输过程中，损耗的能源量通常在5%～9%。为此，在明确回归方程控制变量的情况下，将控制变量设置为优化目标，根据源网荷储空间的使用量历史数据进行相关资料统计，并以此作为依据，明确源网在不同状态下的源网荷储优化控制条件，如表1所示。

表1 多空间源网荷储尺度约束条件

为了获得源网的等边优化约束，采用控制约束边界成本的方式引入自适应扩散算法，对迭代产生的节点数据进行二次更新，并估算全局的约束成本，进而保障在实现主动源网荷储间协调运行的基础上，对扩散边界源网实施有效的约束。

1.3 目标函数求解

在源网荷储运行中，求解目标函数，即：

式中，qi为源网荷储优化控制边界，λi为控制上限元素集合，δi为控制下限元素集合。

采用控制协调面板的方式进行源网荷储面板中能源输送功率的控制，根据控制功率的大小进行优化增量值的计算，计算公式如下：

式中，PT0为能源稳定存储目标的计划控制功率，PT为实际输出功率。根据式（6），可分析荷储优化控制偏差值。

结合线性约束条件进行控制路径的选择，建立路径与目标的映射联系，及时矫正在优化控制中出现偏差的路径，依照环境对优化控制提出的要求，提升优化控制过程的稳定性，实现基于线性规划的源网荷储优化控制方法设计。

2 对比实验

为了验证基于线性规划的源网荷储优化控制方法的有效性，与传统的优化控制方法对源网荷储的调速耗能情况进行比较，设计了如下对比实验。选择一能源厂址为此次实验试点场所，并按照实验需求布设大型风力电厂和大型消耗燃气的电动轮机，并将实验需求设备接入源网控制节点。选择源网交换电站为此次实验的充换电必须场所，并接入源网馈线节点中。

控制源网荷储过程中，源网运行需满足下述要求。第一，负荷要求。源网运行最高负荷值可承受108 MW，其中10 kV以下供应设备可承受的最高负荷值为98 MW；第二，峰谷时段划分。最高峰时间段为5:00—21:00，此时控制成本为0.455元/kW·h，低谷时间段为21:00—次日5:00，此时控制成本为0.205元/kW·h；第三，各级单元能源补偿与供应量。为了确保此次实验结果的准确性，可选择8块太阳能源网能源供应板。相关参数设置如表2所示。

根据表2选择设备参数和实验流程，采用基于线性规划的源网荷储优化控制方法，选择控制线路与控制目标对源网荷储进行控制，计算控制目标线路用来控制日消耗功率，并以此作为评估方法有效性的主要依据。此后，应用传统方法进行相同步骤的操作，获取两种优化控制方法的日消耗功率数据，并整理实验数据将其绘制成曲线图，如图2所示。

由实验及曲线图数据可知，设计的优化控制方法在实际应用中消耗的功率明显低于传统方法与实施优化控制所消耗的功率。可见，无论是实时优化控制方法或传统优化控制方法，均无法达到基于线性规划的源网荷储优化控制方法的低耗能量。综上所述，基于线性规划的源网荷储优化控制方法在应用中耗能更低，具有更高的实用性能，更能满足低能耗市场需求。

表2 实验所需源网供应板参数设置

图2 优化控制消耗功率对比

3 结 论

为了满足现代化社会背景下的能源供给，本文开展了基于线性规划的源网荷储优化控制方法的相关探索，并对一些基础工作做了可持续优化。但是，此次研究受到时间和场地的限制，研究结果与实际结果可能存在出入。因此，在后续调研工作中，可将工作重点放在对微电网的协调控制优化、优化结果的理论值概述以及对实施控制的优化等方面。