基于最优潮流的配电网优化调度方法

王百舜

（国网淄博供电公司，山东 淄博 255300）

0 引 言

配电网由架空线路、电缆与杆塔等共同组成，主要负责分配电能，保证电能供应的质量与效率[1]。基于广义角度分析，配电网按照其运行电压等级划分，包括高压配电网、中压配电网以及低压配电网[2]。根据配电电气元件之间连接关系与连接方式的不同，配电网的拓扑结构也存在一定的差异[3]。通常情况下，配电网结构相对复杂，受到配电网电气元件负荷转移的影响，配电网的网络结构存在不同程度的波动情况[4]。在当前电力系统总负荷不断增加的趋势下，配电网供电逐渐无法较好地满足各个行业领域电力运行负荷的需求[5]。此时，科学合理的配电网调度方法至关重要，通过先进的技术手段对电源、储能、负荷等多个可调度单元进行高效控制与管理，优化配电网的资源，进而提高配电网内资源的可调度能力[6]。然而现阶段传统的配电网调度方法在实际应用过程中仍然存在一定的不足，主要体现在对配电网内分布式能源波动性分析的精度较低，用电方式过于单一，导致配电网的交互能力得不到显著提高，供电压力得不到缓解[7]。最优潮流能够通过调节配电网内的可利用控制变量，获取满足配电网调度运行的约束条件，使配电网与电力系统的性能指标达到最优值，进而改善传统调度方法的不足[8]。基于此，本文在传统调度方法的基础上引入最优潮流理念，提出了一种全新的优化调度方法。

1 配电网优化调度方法设计

1.1 配电网负荷分配

本文设计的配电网优化调度方法中，首先对配电网的机组组合与负荷分配情况作出全方位分析，获取适用于该配电网的最优调度策略，进而调整并优化负荷的分配情况，为后续的优化调度提供基础保障。

明确配电网负荷分配的目标，设定配电网已投入运行的发电单元数量为Na，其对应的分配总负荷为D。基于配电网负荷分配的目标与需求，使负荷分配的总成本最小，对应的总成本表达式为

式中：Ma表示配电网发电单元a对应的成本函数；Pa表示发电单元a对应的发电功率。结合负荷分配的最小化总成本，获取配电网发电单元与负荷分配时应当满足的平衡约束条件，平衡约束表达式为

式中：Pc表示配电网负荷分配过程中受到线路阻抗与电力输送功率波动影响，输电线路上产生的输电损耗。根据式（2）得出负荷分配过程中应当满足的平衡约束条件。

1.2 建立基于最优潮流的配电网优化调度模型

由于配电网运行中的不确定影响因素较多，在一定程度上降低了负荷分配的精度与效率，无法提高机组的爬坡率[9]。基于此，引入最优潮流理念，建立配电网优化调度模型，改善这一问题，最终实现配电网高效率、高精度优化调度的目标。

首先分析配电网的网络拓扑结构，明确最优潮流约束与其他相关的出力约束。设定最小网损作为配电网优化调度的目标函数，结合上述计算获取到的负荷分配最小化总成本求解各个发电机组的发电成本函数，表达式为

式中：T表示配电网优化调度时间；N表示配电网网络中包含的节点总数；Px,i,r表示配电网r时段，网络节点i处对应的发电机组输出有功功率；Fx表示配电网各个发电机组的发电运行成本；ei、fi、gi分别表示配电网网络节点i处对应的发电机组的耗量特性参数。通过计算，得出配电网优化调度过程中发电机组的发电运行成本，在此基础上设定配电网的潮流约束。利用非线性潮流优化原理，将配电网网络末端节点进行集中处理，得出配电网机组的最优潮流分布。基于配电网机组的最优潮流分布特征与实际状况，建立配电网优化调度模型，其运行流程如图1所示。

图1 配电网优化调度模型运行流程

首先在优化调度模型中输入配电网的相关参数，对输入的配电网参数进行初始化处理，提取参数中的有用信息数据。基于最优潮流计算原理，求解配电网优化调度的目标函数为

式中：R表示配电网优化调度周期的总运行成本；RM表示上层电网调度前运行过程中产生的购电成本；RMC表示配电网可控燃气轮机发电成本；RCE表示配电网运行过程中储能的运行成本。基于最优潮流求解到配电网优化调度目标函数后，引入粒子群算法，不断调整配电网负荷个体的所在位置，与最优潮流算法相融合，共同计算负荷个体位置的目标函数。实现配电网优化调度的目标。

2 实验分析

为了进一步验证本文所设计调度方法的可行性，进行了如下的实验。

2.1 实验准备

选取改进的IEEE33节点配电系统作为本次实验的依托。该配电系统的基准电压为13.05 kV，发电成本为0.65元/（kW·h），储能初始荷电状态为0.38，对应的储能单元运行范围为25%～85%，风机装机容量为1.5 MW。配电系统的节点结构示意如图2所示。

图2 配电系统的节点结构

从图2可以看出，分别在配电系统节点28处并入分布式储能与风机，在节点17处并入分布式储能与光伏发电，在节点25处并入微型燃气轮机。由于该配电系统节点并入情况较复杂，传统的配电网调度方法无法较好地对配电网内负荷的运行作出高效调度，因此将上述本文提出的优化调度方法应用到该配电系统中。利用有限元分析软件，测定改进的IEEE33节点配电系统的储能功率，结合储能充电调度计划对放电状态与充电状态进行调整，抑制可再生能源的波动，降低配电网负荷调度的峰谷差，进而全面提高配电网负荷调度的效率以及配电网运行的经济性[10]。

2.2 结果分析

为验证上文提出的基于最优潮流的配电网优化调度方法的有效性，选择通过对比分析的实验方法。将文献[2]提出的基于荷载协调的配电网优化调度方法、文献[3]提出的基于储能功率四象限输出的配电网优化调度方法与本文提出的基于最优潮流的配电网优化调度方法共同应用到相同的配电网运行环境与运行条件中，针对相同的配电网进行优化调度处理。随机选取改进IEEE33节点配电系统中的机组，将以上3种调度方法应用到该配电系统中。结合配电网机组运行的需求与特征，设置配电网机组爬坡率作为本次实验评价的指标，机组爬坡率越高，表示机组调度后调整出力最大值占额定容量的比例得到了提升，相应的配电网优化调度效果越好，反之同理。设定24 h为配电网优化调度的1个周期，每隔4 h测定并记录配电网机组的出力情况，结合负荷的运行状况，利用MATLAB分析软件，测定配电网机组的爬坡率并对比，生成如表1所示的结果。

表1 3种方法优化调度后机组爬坡率对比 单位：%/min

根据表1的对比结果可知，在3种调度方法中，本文提出的基于最优潮流的调度方法，在配电网机组各个运行时段内，机组爬坡率呈现上升趋势，均高于另外2种方法，表明配电网优化调度后，机组出力增加，出力最大值占额定容量的比例得到了显著提升。除此之外，在实验过程中，还发现本文提出的优化调度方法对降低并网运行状态与出力不确定性对配电系统的不利影响具有一定的作用，能够优化配电系统潮流平衡约束的效果，可行性较高。

3 结 论

为了改善常规配电网优化调度方法在实际应用过程中的调度效率与调度质量较差，降低配网联络线功率的问题，在传统调度方法的基础上引入最优潮流理念，提出了一种全新的优化调度方法。通过本文的研究，对配电网能量管理的实际状况与特征作出了全面分析，有效提高了配网系统的鲁棒性与经济性，优化了配电网的能源配置与无功功率。基于局部调整优化的方式，减少了微电网内能量的不稳定波动，对提高配电网调度的效率与精度具有重要研究意义。