基于边端协同的智慧楼宇低压配电网自治优化调节方法概述

王瑞祺 黄芷君 张伟

1. 国网福州供电公司 福建 福州 350004；

2. 国网福建水口发电集团检修分公司 福建 福州 350004；

3. 积成电子股份有限公司 山东 济南 250100

引言

随着人民生活水平的不断提高，楼宇智能化，智慧化逐渐成为人们关注的热点，基于云计算、大数据、物联网、移动互联网等技术实现智慧楼宇中低压用电的优化调度，及时发现用电中的薄弱环节，将故障排除在萌芽状态，变被动抢修为主动调度，成为智慧楼宇的重要功能之一[1-3]。

本文基于家庭能量管理终端及楼宇电能管理设备，通过从配电变压器到家庭智能电表、智能能效管理终端的综合调控，削峰填谷，实现楼宇低压台区用电最优化。

1 基于边端协同的楼宇低压配网自治模型

智能配变终端作为重要的边侧设备采用容器及微服务架构，具备即插即用、边缘计算、智能自治等特点。其安装在配电变压器低压侧的JP柜中，可实现对配变所供区域的智能电表、智能开关、无功补偿设备、三相不平衡设备、分布式电源等的监视和控制。家庭能量管理终端是智慧家居的基础，其既可以实现电量采集的基本功能，也可以实现对户内各种电器设备的用能管理和优化控制。

为确保配电网整体供电可靠性，低压配电网本着就地消纳，区域自治的原则，将低压问题尽量控制在配变侧和用户侧。通过端侧设备实现用户侧内部的用电负荷协调优化，通过边侧设备实现配变低压侧所供区域的分布式电源综合消纳与优化调度控制。边侧设备与端侧设备之间通过HPLC4G5G进行信息交互。

建立边侧优化调节设备集SAES描述智能配变终端需调节的设备区域，包括线路开关、分布式电源、储能装置、补偿装置、端侧设备等用户外部设备及电源。具体为：

式中，SEg为智能配变终端需调节的第g个设备，q为智能配变终端需调节的设备总数。

建立端侧优化调节设备集EAES描述家庭能量管理终端需调节的设备区域，包括家庭能量管理终端以及冰箱、空调、热水器、电视、洗衣机、电动助力车、电动汽车等用户内部的负荷。具体为：

式中，EEh为家庭能量管理终端需调节的第h个设备，p为家庭能量管理终端需调节的设备总数。家庭能量管理终端既包含在边侧优化调节设备集SAES中，又包含在端侧优化调节设备集EAES中。

2 基于边端协同的低压配网自治优化调节

在确保供电持续性的前提下，端侧用户主要考虑经济指标。建立最小化用户电能费用函数，描述端侧自治优化的目标，具体为：

式中，f1表示在一定时间间隔T内的用电费用最小，λ(t)为不同时刻的电费，Pfix,I表示I类负荷的功率值，Nfix为第I类负荷集，Pc1,J(t)为J类负荷的功率，Nc1为可调节负荷的集合。Kfix(t)，Kc1(t)表示各种负荷的运行状态。

智能配变终端根据配变低压侧所有端侧设备优化后的负荷总量进行分布式电源消纳控制，以实现边端协同自治优化调节。低压端侧分布式电源多是用户出资建设，其运行经济性是主要关注目标。建立最小化边侧供电成本函数，描述边侧自治优化的目标，具体为：

式中，f2为表示在一定时间间隔T内的供电成本最小，COM,t、CESS,t分别为各种种分布式电源及各种储能装置的运维成本，Cu,t为表示为网供负荷费用。

式中，SDG,i(t)为一定时间t内第i个分布式电源的待调节状态；cDG,i(t)表示第i个分布式电源单位出力情况下的运维费用；PDG,i(t)表示第i个分布式电源在一段时间t内的功率值；NDG、NES表示分布式电源及储能装置数量，Bu(t)为一段时间t内的电价。

3 结束语

本文依靠智能配变终端与家庭能量管理终端建立了边端协同的低压配电区域自治模型；基于最小化用户电能费用目标，提出了低压配电网端侧自治优化调节方法，生成了参与需求响应优化后的用电负荷值；基于最小化边侧供电成本目标，提出了低压配电网边端协同自治优化调节方法。通过边端协同优化，可较好地满足智慧楼宇低压配电网的区域自治，具有较好的实用价值。