主动配电网柔性负荷优化调控研究综述

南京南瑞继保电气有限公司 齐 磊 卢才云 李小龙 王协华

1 引言

我国电力资源需要依靠煤炭资源进行发电，但随着矿产资源的不断减少，我国出台了一系列资源保护政策，并积极探索新能源。为了迎合新能源的使用，需要对基础的电网技术进行更新与创新，从而提升新能源的电力转化率。目前，主动配电网已成为重点的技术优化内容，与此同时在柔性负荷的补充后，电网的各个区域不仅加强了电力资源的高效利用率，同时还有效对新能源进行控制与消纳。

2 主动配电网的重要特征

主动配电网（ADN），可通过变电站连接一级电网。而主动配电网的重要且主要的几个特征有以下几点：一是主动配电网与分布式电源可实现直接连接；二是主动配电网具备数据采集功能以及具备通信功能；三是主动配电网具备并网运行模式和孤岛运行模式两种类型；四是主动配电网对分布式电源、潮流等具有管理作用；五是主动配电网可在网络出现问题时为二级网络提供网络配置，以满足供电需求[1]。

原有配电网在使用的过程中，也存在一些缺点，一是原配电网可控性相对不佳；二是与分布式电源连接能力无法确定，并且整个报告过程缺乏快速、高效的报告系统；三是原配电网的运行情况与设备的质量存在密切的联系；四是针对提升配电网的供电品质相对较难；五是分布式电源等可控制资源的功能未得到充分利用。

关于主动配电网的相关研究理论随着科学技术的发展及实际应用，取得了一系列的进展，在实践过程中，具体规划、控制、负荷管理等均收获了众多经验，但从具体应用来看，集成储能系统需要进一步发展。同时，在有功无功综合应用领域也存在很多空白，这都需要研究者在未来着重探究讨论。除此之外，在负荷管理领域及需求侧实时响应等方面，我国仍处于一片空白局势，相关理论体系及实际应用均有待各领域学者及专家积极开展研究，持续化进行填补。

3 电力柔性负荷

电力柔性负荷可调控“源—荷”之间矛盾点的有效措施之一。基于当前现有的研究文献思考，之所以提出“柔性负荷”这一概念，主要目的是实现全网经济调控，相关研究人员利用该项功能对主动配电网的管理方式、控制手段等进行优化与研究，以便满足人们的用电需求。基于现有研究理论，参与电网优化研究的柔性负荷可按照能量互动、管理方式、控制手段和功能实现等四类。此外，电力柔性负荷还具备可调度潜力、响应模式和响应建模，下文对这三种优势进行分析。

3.1 可调度潜力

在主动配电网与柔性负荷相互互动的过程中，柔性负荷也切实参与到主动配电网的电网调度中，并识别负荷类型及预测负荷，更加方便用户对参与量的申请调度，因此也获得更大的经济效益。与此同时，为满足负荷特性的使用需求，并针对柔性负荷建立出下述的数学模型：

表1 柔性负荷分类阐述表

公式（1）中，Pipot.max表示为第i 小时负荷相应的最大负荷增加潜力；Pipot.min则表示第i 小时负荷响应的减少潜力。而PiDR,de与PiDR,in代表受DR 影响的负荷响应值。

表2明确阐述了当前商业负荷、工业负荷、居民负荷以及储能负荷的不同特性以及响应潜力。负载可调度性潜力的呈现效果会受到用户耗电量、用电方案以及电网运行情况等多种因素的影响，因此探究负载可调度性潜力具有实际意义。整体来看，现阶段关于灵活负载可调度潜力的研究着重关注价格信号以及自上而下的调节潜力，而关于向上监督的潜力研究极为稀少，一些研究人员都没有将其列为重点内容，这无形中为柔性负荷响应潜力实际应用产生阻碍。

表2 柔性负荷响应潜力分析

3.2 响应模式

柔性负荷的响应模式是其关键技术之一，在调节用户原有用电模式方面发挥重要作用[2]。目前，响应模式分为激励型与价格型两种。其中，激励型通过与用户签订协议，利用调度补偿换取调度权利，并且该类型响应模式对柔性负荷调度具有较强的确定性。在过往的文献资料中均需要考虑柔性负荷调度的确定性与不确定性，这样才能有效提高负荷电源的可靠性。价格型响应模式可将其分为尖峰电价、实时电价、分时电价三种互动响应种类。其中，分时电价属于一种静态的电价模式，较为适用在负载优化的情况中，并降低电网的不稳定性，从而达到控制电力成本的目的。实时电价是一种动态电价模式，可在短时间内向用户发送或指定出适宜的电价模式，进而增加系能源的消纳能力。尖峰电价是在用电高峰时刻制定出一种电价模式，通过该模式可对过度输出的电量进行计价，并联合一些家庭符合的相似特性，进行分类标准，从而做到电费电价控制的合理性。

3.3 响应建模

在进行建模的过程中，需要将特定负荷考虑在其中，并针对柔性负荷的建模需求进行多方位入手，以便切实的优化调度建模，符合用户的自主建模响应。结合目前响应建模方式来看，负载响应可分为三种类型，分别是工业负荷、商业负荷、住宅负荷。在构架负载模型时，需要将电力成本考虑其中，并融入激励模型，从而优化住宅用户的电力资源[3]。

现阶段，关于柔性负荷响应特性方面的建模数量相对较多，整体来看，主要是从引入负荷聚合或者负荷代理商的方式等领域进行研究的，基于上述两方面内容研究总负荷的外特性，关于柔性负荷之间的互动行为的建模较为缺乏。

4 协调控制方法

4.1 协调模式

在主动配电网中进行全网优化及区域校正均需要控制模式干预。此外，在空间维度中，主动配电网的馈线可将全网划分若干个控制区域，每个控制区域内容都含有分布式电源、柔性负荷、电压务工设备。若在主动配电网中未安装调压器，可从馈线分支处设置关口，如果在分支处没有储存或无功设备，同时分布式电源对应数量也存在不足时，仍可构成一个控制区域。在时间维度上，需要长时间对主动配电网的计算进行优化，并将无功可调资源以及全网有功资源进行明确。与此同时，还要在短时间对控制内容进行校正，从而做到优化运行目标的目的。

4.2 协调变量

协调变量是由全网优化计算确定出的数值，随后将取值发送至各个控制区域中。协调变量还要考虑电网动态运行，以及关口的功率变化，基于此，选取关口时馈线功率因素应作为无功协调变量[4]。

4.3 协调方法

协调方法的使用需要根据情况而定，例如在长周期内，可依照控制区域的分布式电源等资源的运行状态给出相对应的控制目标，促使各个区域均在可控范围内；其中，关口的有功目标需要根据因数所决定，这样有助于为关口区域提供馈线电压控制目标。在短周期内，在短期的时间周期内调节区域中的可控资源，并且可进行随时跟踪，这样便可达到优化控制目标。

5 全网优化柔性负荷控制策略

5.1 目标函数

柔性负荷的代表是电压敏感型负荷，该类型柔性负荷可通过调节调压器进行负荷功率控制，并达到降压节能、消减负荷尖峰目的。而柔性负荷与有功及无功功率、电压之间的函数关系如下：

公式（2）中，i 表示柔性负荷某一节点，Pi表示在某一节点处的有功功率，Qi表示在某一节点处柔性负荷无功功率；其中的ai、bi、ci分别表示不同类型负荷的比例系数。φi表示负荷功率因数角。

与此同时，在调节调压器档位时，在馈线中相邻的节点电压关系如下公式所示：

根据公式（3）可以得出，当调压器档位下调时，节点电压曲线整体会向下平移。

当调压器档位发生变化后，无功功率的变化及计算方式与上述计算方式大致相同，详细过程如下：

在整条馈线中柔性负荷的有功功率变化与电压之间的关系：

在计算的式子中，K 表示斜率，在了解上述全部算法后，可通过差值计算及判断出柔性负荷的调节能力。

5.2 控制策略

一是需要加强对不同类型的柔性负荷进行协调控制，并深入研究，促使在各种负荷变化的过程中，可以连接到高电压水平，并确保具有不同步的特性。此外，还要在系统调度方面，细化每个运行细节负荷中，从而提高新能源的消纳能力。二是柔性负荷需要依靠自主的响应能力进行可变性改变，并切实将柔性负荷的调度与常规发电建立密切联系，促使二者相互协调。三是在主动配电网中想要维持有功功率平衡输出，需要依靠柔性负荷作为整个电网系统运行的重点支撑，这样不仅可以确保电网系统安全运行，还有助于运行控制进一步功能挖掘[5]。

6 结语

综上所述，在主动配电网中，想要高度利用柔性负荷，需要结合诸多具有优势的控制策略，并积极建立对应的响应模式，切实考察用户使用需求，加强用户的参与度，从而优化柔性电荷优化调控措施与研究，结合我国当下的电力发展趋势，目前电力发展需要围绕电价模式、节能省电模式以及电力市场能几个重点内容进行技术性优化，确保柔性负荷在各个区域中得到联合调动，提高新能源的消纳能力。