基于需求侧响应的配电网多源协同优化调度

牛 聪，马 曦，张静杨

（国网西咸新区供电公司，陕西 西咸新区 712000）

0 引 言

随着全球对能源的需求逐渐上升，能源短缺、环境恶化等问题已经变得非常严峻[1]。人类开始大力发展可再生能源，并实现能源结构的转型。然而，可再生能源的应用具有很强的随机性，严重干扰了配电网的正常运行。传统的配电网大多结构单一、管理水平低下且具有极其落后的调度方式，如果直接应用可再生能源，那么会导致配电网的运行出现问题，配电网的安全性受到影响，还会导致配电网的供电质量降低，直接影响到人们的日常生活[2]。因此，对于现有的能源模式，特别是太阳能、风能等波动性较强且存在范围广的能源，传统配电网的协调能力不够，无法适应如此庞大的调度要求。相对于传统配电网，主动配电网的结构更加灵活，对于能源的利用能够进行优化调度，让电网优化运行[3]。在上述情况下，设计了基于需求侧响应的配电网多源协同优化调度方法。

1 配电网多源协同优化调度方法设计

1.1 设定协同调度优先级

为了实现配电网多源协同工作，要设定配电网协同调度优先级。首先，可再生能源的波动性都比较大，无法主动参与到配电网的能源协同优化调度当中，属于不能直接进行调度的能源。再加上配电网中的能源储存系统能够灵活进行调节，能够对可再生能源的波动性加以抑制，也能够促进多种能源之间的互补[4]。文章设定的发电成本的优先级低于其他，对发电成本的计算过程为

式中：C1为进行风力发电时所需的成本；P1为在进行风力发电时所做有用功；C2为利用光伏发电时所投入的成本；P2为在进行光伏发电时所做有用功；C3为多能源同时进行发电时所需要的成本；P3为在进行多能源发电时所做有用功；T为进行调度所需要的时间；N、M、I分别为进行风力发电、光伏发电、多能源发电时发电站的数量。利用式（1）得到的发电成本，对配电网的运行成本进行设置，根据配电网在运行过程中能够灵活放电的情况，提高配电网的响应速度。在文章的设置中，配电网的运行成本高于发电成本，其具体计算过程中为

式中：Cp为配电网运行时用电装备的运行成本；Cw为配电网运行时储能设备的运行成本；P为用电设备在运行时的最大功率；W为储能设备在运行时的最大功率；N为用电设备能够循环使用的次数；D为储能装置能够存储的最大能量；u为配电网中储能装备的变化参数；ΔP1(t)为用电设备在使用过程中电量的损耗；η1为配电网进行充电时的效率；P2为不同储能设备进行储能充电时的效率；η2为配电网的充电参数；P3为不同储能设备进行储能放电时的效率；η3为配电网的放电参数。通过式（2）的计算，完成对配电网运行成本的计算。至此，协同调度优先级的设定完成。

1.2 构建多源协同优化调度模型

在上述设定的协同调度优先级的基础上，构建配电网多源协同优化调度模型。在构建该模型的过程中，首先设定一个目标函数，其具体表示为

式中：λ1、λ2分别为子目标在目标函数中的权重系数；C为配电网在进行交互时的系数；P为配电网的电容量。在式（3）中，将目标函数的子目标设定为发电成本、配电网运行成本，结合协同优化调度优先级的设定，掌握配电网的运行情况[5]。在确定目标函数之后，根据配电网不同的运行状态，给目标函数设定不同的约束条件。之后，利用线性加权法和赋值法，构建出多源协同优化调度模型。其具体表示为

式中：α、β分别为在配电网运行过程中子目标函数的相关参数；h、k、j分别为配电网在运行过程中各个发电站的数量；ahj为某个发电站的权重参数；wj、wh、pj、ph为在配电网中该不同发电站的发电功率。利用式（4），构建多源协同优化调度模型，能够有效消除由于实测数据出现误差对最终结果的影响。至此，多源协同优化调度模型的构建完成。

1.3 基于需求侧响应的配电网协同优化

在上述构建的多源协同优化调度模型上，利用需求侧响应，实现配电网的协同优化。需求侧响应在实际的应用中，主要集中于2 个点，一是引导用户主动进行电力市场的交易，二是改变用户日常的用户方式。通过上述2 种方式，让用户需求在市场上的响应能力增强，提高用电的可靠性水平[6]。基于需求侧相应的特点，将配电网中成本较高部分进行替代，使得配电网运行的整体成本降低，优化配电网中的资源配置。其具体操作过程为

式中：M为需求侧响应后配电网的电容量。与式（4）相比，式（5）将成本较高中的配电网资源转变成了供应侧资源，减少了配电网的装机容量，让配电网的应急能力变得更强，让用户对配电网的信任度增加。在配电网的运行中，应用需求侧响应，能够依靠合理的数据信息对用户进行合理引导，实现配电网资源优化的同时，还能保证配电网的稳定运行。至此，完成了对基于需求侧响应的配电网多源协同优化调度方法的设计。

2 实验测试

2.1 实验准备

为了验证本文设计的基于需求侧响应的配电网多源协同优化调度方法在实际应用中的效果，在完成上述的理论设计后，进行实践操作。在本次实验中，采用的配电网部分结构如图1 所示。

图1 配电网部分结构

如图1 所示，在配电网的部分结构中，通过节点1 可以与变电站相连，让电网中的电量进行交互。在上述结构中，存在2 个1 000 kW 的风电场、2 个1 500 kW 的光伏电站和1 个2 000 kW 的储能设备。同时，在不同的节点处安装不同的装置，例如在节点26 中安装20 组电容器组，每组电容器在一个周期内能够进行5 次操作。在节点4、29 处装入风力发电机，节点12、21 处安装光伏发电机，在节点32 处接入储能设备。在上述环境下，对本文设计的方法进行实验测试，验证本文设计方法的使用效果。在实验中，将本文提出的基于需求侧响应的配电网多源协同优化调度方法列为方法1，基于联络线交互的配电网多源协同优化调度方法列为方法2，基于可视化技术的配电网多元协同优化调度方法列为方法3。在上述配电网结构中，分别对3 种方法进行实验测试，对比3 种方法的效果。

2.2 实验结果与讨论

在本次实验中，分别用3 种优化方法对配电网的运行进行优化，处理好配电网在可再生能源上的波动情况。以配电网最终运行所需要的成本为评价指标，对比3 种方法的优化调度效果。其具体结果如表1 所示。

表1 3 种优化调度方法的对比结果

如表1 所示，从配电网的运行成本来看，方法1为3 949.5元，比方法2低703.3元，比方法3低251元。从总成本来看，方法1 的总成本为7 129.5 元，方法2的总成本为8 674.4元，方法3的总成本为9 077.7元，方法1 的总成本远远低于方法2 和方法3，可见，方法1 是3 种方法中最优的调度方法，配电网的总成本能够大大减少。因此，本文设计的基于需求侧响应的配电网多源协同优化调度方法在实际的应用中有着更低的运行成本，调度效果最好。

3 结 论

文章设计了基于需求侧响应的配电网多源协同优化调度方法，对配电网的运行进行优化和管控。在本文的方法设计中，充分利用了多种资源实现了资源互补，调整了能源结构，并结合用户方和电网方的资源，实现了资源的优化配置，增强电网运行的可靠性。然而，本文设计的方法在使用中还存在一定的不稳定性，在之后的研究中会不断完善。