南京南瑞繼保電氣有限公司 齊 磊 盧才云 李小龍 王協(xié)華

1 引言

我國電力資源需要依靠煤炭資源進(jìn)行發(fā)電，但隨著礦產(chǎn)資源的不斷減少，我國出臺(tái)了一系列資源保護(hù)政策，并積極探索新能源。為了迎合新能源的使用，需要對基礎(chǔ)的電網(wǎng)技術(shù)進(jìn)行更新與創(chuàng)新，從而提升新能源的電力轉(zhuǎn)化率。目前，主動(dòng)配電網(wǎng)已成為重點(diǎn)的技術(shù)優(yōu)化內(nèi)容，與此同時(shí)在柔性負(fù)荷的補(bǔ)充后，電網(wǎng)的各個(gè)區(qū)域不僅加強(qiáng)了電力資源的高效利用率，同時(shí)還有效對新能源進(jìn)行控制與消納。

2 主動(dòng)配電網(wǎng)的重要特征

主動(dòng)配電網(wǎng)（ADN），可通過變電站連接一級電網(wǎng)。而主動(dòng)配電網(wǎng)的重要且主要的幾個(gè)特征有以下幾點(diǎn)：一是主動(dòng)配電網(wǎng)與分布式電源可實(shí)現(xiàn)直接連接；二是主動(dòng)配電網(wǎng)具備數(shù)據(jù)采集功能以及具備通信功能；三是主動(dòng)配電網(wǎng)具備并網(wǎng)運(yùn)行模式和孤島運(yùn)行模式兩種類型；四是主動(dòng)配電網(wǎng)對分布式電源、潮流等具有管理作用；五是主動(dòng)配電網(wǎng)可在網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)問題時(shí)為二級網(wǎng)絡(luò)提供網(wǎng)絡(luò)配置，以滿足供電需求[1]。

原有配電網(wǎng)在使用的過程中，也存在一些缺點(diǎn)，一是原配電網(wǎng)可控性相對不佳；二是與分布式電源連接能力無法確定，并且整個(gè)報(bào)告過程缺乏快速、高效的報(bào)告系統(tǒng)；三是原配電網(wǎng)的運(yùn)行情況與設(shè)備的質(zhì)量存在密切的聯(lián)系；四是針對提升配電網(wǎng)的供電品質(zhì)相對較難；五是分布式電源等可控制資源的功能未得到充分利用。

關(guān)于主動(dòng)配電網(wǎng)的相關(guān)研究理論隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展及實(shí)際應(yīng)用，取得了一系列的進(jìn)展，在實(shí)踐過程中，具體規(guī)劃、控制、負(fù)荷管理等均收獲了眾多經(jīng)驗(yàn)，但從具體應(yīng)用來看，集成儲(chǔ)能系統(tǒng)需要進(jìn)一步發(fā)展。同時(shí)，在有功無功綜合應(yīng)用領(lǐng)域也存在很多空白，這都需要研究者在未來著重探究討論。除此之外，在負(fù)荷管理領(lǐng)域及需求側(cè)實(shí)時(shí)響應(yīng)等方面，我國仍處于一片空白局勢，相關(guān)理論體系及實(shí)際應(yīng)用均有待各領(lǐng)域?qū)W者及專家積極開展研究，持續(xù)化進(jìn)行填補(bǔ)。

3 電力柔性負(fù)荷

電力柔性負(fù)荷可調(diào)控“源—荷”之間矛盾點(diǎn)的有效措施之一。基于當(dāng)前現(xiàn)有的研究文獻(xiàn)思考，之所以提出“柔性負(fù)荷”這一概念，主要目的是實(shí)現(xiàn)全網(wǎng)經(jīng)濟(jì)調(diào)控，相關(guān)研究人員利用該項(xiàng)功能對主動(dòng)配電網(wǎng)的管理方式、控制手段等進(jìn)行優(yōu)化與研究，以便滿足人們的用電需求?；诂F(xiàn)有研究理論，參與電網(wǎng)優(yōu)化研究的柔性負(fù)荷可按照能量互動(dòng)、管理方式、控制手段和功能實(shí)現(xiàn)等四類。此外，電力柔性負(fù)荷還具備可調(diào)度潛力、響應(yīng)模式和響應(yīng)建模，下文對這三種優(yōu)勢進(jìn)行分析。

3.1 可調(diào)度潛力

在主動(dòng)配電網(wǎng)與柔性負(fù)荷相互互動(dòng)的過程中，柔性負(fù)荷也切實(shí)參與到主動(dòng)配電網(wǎng)的電網(wǎng)調(diào)度中，并識(shí)別負(fù)荷類型及預(yù)測負(fù)荷，更加方便用戶對參與量的申請調(diào)度，因此也獲得更大的經(jīng)濟(jì)效益。與此同時(shí)，為滿足負(fù)荷特性的使用需求，并針對柔性負(fù)荷建立出下述的數(shù)學(xué)模型：

表1 柔性負(fù)荷分類闡述表

公式（1）中，Pipot.max表示為第i 小時(shí)負(fù)荷相應(yīng)的最大負(fù)荷增加潛力；Pipot.min則表示第i 小時(shí)負(fù)荷響應(yīng)的減少潛力。而PiDR,de與PiDR,in代表受DR 影響的負(fù)荷響應(yīng)值。

表2明確闡述了當(dāng)前商業(yè)負(fù)荷、工業(yè)負(fù)荷、居民負(fù)荷以及儲(chǔ)能負(fù)荷的不同特性以及響應(yīng)潛力。負(fù)載可調(diào)度性潛力的呈現(xiàn)效果會(huì)受到用戶耗電量、用電方案以及電網(wǎng)運(yùn)行情況等多種因素的影響，因此探究負(fù)載可調(diào)度性潛力具有實(shí)際意義。整體來看，現(xiàn)階段關(guān)于靈活負(fù)載可調(diào)度潛力的研究著重關(guān)注價(jià)格信號以及自上而下的調(diào)節(jié)潛力，而關(guān)于向上監(jiān)督的潛力研究極為稀少，一些研究人員都沒有將其列為重點(diǎn)內(nèi)容，這無形中為柔性負(fù)荷響應(yīng)潛力實(shí)際應(yīng)用產(chǎn)生阻礙。

表2 柔性負(fù)荷響應(yīng)潛力分析

3.2 響應(yīng)模式

柔性負(fù)荷的響應(yīng)模式是其關(guān)鍵技術(shù)之一，在調(diào)節(jié)用戶原有用電模式方面發(fā)揮重要作用[2]。目前，響應(yīng)模式分為激勵(lì)型與價(jià)格型兩種。其中，激勵(lì)型通過與用戶簽訂協(xié)議，利用調(diào)度補(bǔ)償換取調(diào)度權(quán)利，并且該類型響應(yīng)模式對柔性負(fù)荷調(diào)度具有較強(qiáng)的確定性。在過往的文獻(xiàn)資料中均需要考慮柔性負(fù)荷調(diào)度的確定性與不確定性，這樣才能有效提高負(fù)荷電源的可靠性。價(jià)格型響應(yīng)模式可將其分為尖峰電價(jià)、實(shí)時(shí)電價(jià)、分時(shí)電價(jià)三種互動(dòng)響應(yīng)種類。其中，分時(shí)電價(jià)屬于一種靜態(tài)的電價(jià)模式，較為適用在負(fù)載優(yōu)化的情況中，并降低電網(wǎng)的不穩(wěn)定性，從而達(dá)到控制電力成本的目的。實(shí)時(shí)電價(jià)是一種動(dòng)態(tài)電價(jià)模式，可在短時(shí)間內(nèi)向用戶發(fā)送或指定出適宜的電價(jià)模式，進(jìn)而增加系能源的消納能力。尖峰電價(jià)是在用電高峰時(shí)刻制定出一種電價(jià)模式，通過該模式可對過度輸出的電量進(jìn)行計(jì)價(jià)，并聯(lián)合一些家庭符合的相似特性，進(jìn)行分類標(biāo)準(zhǔn)，從而做到電費(fèi)電價(jià)控制的合理性。

3.3 響應(yīng)建模

在進(jìn)行建模的過程中，需要將特定負(fù)荷考慮在其中，并針對柔性負(fù)荷的建模需求進(jìn)行多方位入手，以便切實(shí)的優(yōu)化調(diào)度建模，符合用戶的自主建模響應(yīng)。結(jié)合目前響應(yīng)建模方式來看，負(fù)載響應(yīng)可分為三種類型，分別是工業(yè)負(fù)荷、商業(yè)負(fù)荷、住宅負(fù)荷。在構(gòu)架負(fù)載模型時(shí)，需要將電力成本考慮其中，并融入激勵(lì)模型，從而優(yōu)化住宅用戶的電力資源[3]。

現(xiàn)階段，關(guān)于柔性負(fù)荷響應(yīng)特性方面的建模數(shù)量相對較多，整體來看，主要是從引入負(fù)荷聚合或者負(fù)荷代理商的方式等領(lǐng)域進(jìn)行研究的，基于上述兩方面內(nèi)容研究總負(fù)荷的外特性，關(guān)于柔性負(fù)荷之間的互動(dòng)行為的建模較為缺乏。

4 協(xié)調(diào)控制方法

4.1 協(xié)調(diào)模式

在主動(dòng)配電網(wǎng)中進(jìn)行全網(wǎng)優(yōu)化及區(qū)域校正均需要控制模式干預(yù)。此外，在空間維度中，主動(dòng)配電網(wǎng)的饋線可將全網(wǎng)劃分若干個(gè)控制區(qū)域，每個(gè)控制區(qū)域內(nèi)容都含有分布式電源、柔性負(fù)荷、電壓務(wù)工設(shè)備。若在主動(dòng)配電網(wǎng)中未安裝調(diào)壓器，可從饋線分支處設(shè)置關(guān)口，如果在分支處沒有儲(chǔ)存或無功設(shè)備，同時(shí)分布式電源對應(yīng)數(shù)量也存在不足時(shí)，仍可構(gòu)成一個(gè)控制區(qū)域。在時(shí)間維度上，需要長時(shí)間對主動(dòng)配電網(wǎng)的計(jì)算進(jìn)行優(yōu)化，并將無功可調(diào)資源以及全網(wǎng)有功資源進(jìn)行明確。與此同時(shí)，還要在短時(shí)間對控制內(nèi)容進(jìn)行校正，從而做到優(yōu)化運(yùn)行目標(biāo)的目的。

4.2 協(xié)調(diào)變量

協(xié)調(diào)變量是由全網(wǎng)優(yōu)化計(jì)算確定出的數(shù)值，隨后將取值發(fā)送至各個(gè)控制區(qū)域中。協(xié)調(diào)變量還要考慮電網(wǎng)動(dòng)態(tài)運(yùn)行，以及關(guān)口的功率變化，基于此，選取關(guān)口時(shí)饋線功率因素應(yīng)作為無功協(xié)調(diào)變量[4]。

4.3 協(xié)調(diào)方法

協(xié)調(diào)方法的使用需要根據(jù)情況而定，例如在長周期內(nèi)，可依照控制區(qū)域的分布式電源等資源的運(yùn)行狀態(tài)給出相對應(yīng)的控制目標(biāo)，促使各個(gè)區(qū)域均在可控范圍內(nèi)；其中，關(guān)口的有功目標(biāo)需要根據(jù)因數(shù)所決定，這樣有助于為關(guān)口區(qū)域提供饋線電壓控制目標(biāo)。在短周期內(nèi)，在短期的時(shí)間周期內(nèi)調(diào)節(jié)區(qū)域中的可控資源，并且可進(jìn)行隨時(shí)跟蹤，這樣便可達(dá)到優(yōu)化控制目標(biāo)。

5 全網(wǎng)優(yōu)化柔性負(fù)荷控制策略

5.1 目標(biāo)函數(shù)

柔性負(fù)荷的代表是電壓敏感型負(fù)荷，該類型柔性負(fù)荷可通過調(diào)節(jié)調(diào)壓器進(jìn)行負(fù)荷功率控制，并達(dá)到降壓節(jié)能、消減負(fù)荷尖峰目的。而柔性負(fù)荷與有功及無功功率、電壓之間的函數(shù)關(guān)系如下：

公式（2）中，i 表示柔性負(fù)荷某一節(jié)點(diǎn)，Pi表示在某一節(jié)點(diǎn)處的有功功率，Qi表示在某一節(jié)點(diǎn)處柔性負(fù)荷無功功率；其中的ai、bi、ci分別表示不同類型負(fù)荷的比例系數(shù)。φi表示負(fù)荷功率因數(shù)角。

與此同時(shí)，在調(diào)節(jié)調(diào)壓器檔位時(shí)，在饋線中相鄰的節(jié)點(diǎn)電壓關(guān)系如下公式所示：

根據(jù)公式（3）可以得出，當(dāng)調(diào)壓器檔位下調(diào)時(shí)，節(jié)點(diǎn)電壓曲線整體會(huì)向下平移。

當(dāng)調(diào)壓器檔位發(fā)生變化后，無功功率的變化及計(jì)算方式與上述計(jì)算方式大致相同，詳細(xì)過程如下：

在整條饋線中柔性負(fù)荷的有功功率變化與電壓之間的關(guān)系：

在計(jì)算的式子中，K 表示斜率，在了解上述全部算法后，可通過差值計(jì)算及判斷出柔性負(fù)荷的調(diào)節(jié)能力。

5.2 控制策略

一是需要加強(qiáng)對不同類型的柔性負(fù)荷進(jìn)行協(xié)調(diào)控制，并深入研究，促使在各種負(fù)荷變化的過程中，可以連接到高電壓水平，并確保具有不同步的特性。此外，還要在系統(tǒng)調(diào)度方面，細(xì)化每個(gè)運(yùn)行細(xì)節(jié)負(fù)荷中，從而提高新能源的消納能力。二是柔性負(fù)荷需要依靠自主的響應(yīng)能力進(jìn)行可變性改變，并切實(shí)將柔性負(fù)荷的調(diào)度與常規(guī)發(fā)電建立密切聯(lián)系，促使二者相互協(xié)調(diào)。三是在主動(dòng)配電網(wǎng)中想要維持有功功率平衡輸出，需要依靠柔性負(fù)荷作為整個(gè)電網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行的重點(diǎn)支撐，這樣不僅可以確保電網(wǎng)系統(tǒng)安全運(yùn)行，還有助于運(yùn)行控制進(jìn)一步功能挖掘[5]。

6 結(jié)語

綜上所述，在主動(dòng)配電網(wǎng)中，想要高度利用柔性負(fù)荷，需要結(jié)合諸多具有優(yōu)勢的控制策略，并積極建立對應(yīng)的響應(yīng)模式，切實(shí)考察用戶使用需求，加強(qiáng)用戶的參與度，從而優(yōu)化柔性電荷優(yōu)化調(diào)控措施與研究，結(jié)合我國當(dāng)下的電力發(fā)展趨勢，目前電力發(fā)展需要圍繞電價(jià)模式、節(jié)能省電模式以及電力市場能幾個(gè)重點(diǎn)內(nèi)容進(jìn)行技術(shù)性優(yōu)化，確保柔性負(fù)荷在各個(gè)區(qū)域中得到聯(lián)合調(diào)動(dòng)，提高新能源的消納能力。