王百舜

（國(guó)網(wǎng)淄博供電公司，山東 淄博 255300）

0 引 言

配電網(wǎng)由架空線路、電纜與桿塔等共同組成，主要負(fù)責(zé)分配電能，保證電能供應(yīng)的質(zhì)量與效率[1]?；趶V義角度分析，配電網(wǎng)按照其運(yùn)行電壓等級(jí)劃分，包括高壓配電網(wǎng)、中壓配電網(wǎng)以及低壓配電網(wǎng)[2]。根據(jù)配電電氣元件之間連接關(guān)系與連接方式的不同，配電網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)也存在一定的差異[3]。通常情況下，配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜，受到配電網(wǎng)電氣元件負(fù)荷轉(zhuǎn)移的影響，配電網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)存在不同程度的波動(dòng)情況[4]。在當(dāng)前電力系統(tǒng)總負(fù)荷不斷增加的趨勢(shì)下，配電網(wǎng)供電逐漸無(wú)法較好地滿足各個(gè)行業(yè)領(lǐng)域電力運(yùn)行負(fù)荷的需求[5]。此時(shí)，科學(xué)合理的配電網(wǎng)調(diào)度方法至關(guān)重要，通過(guò)先進(jìn)的技術(shù)手段對(duì)電源、儲(chǔ)能、負(fù)荷等多個(gè)可調(diào)度單元進(jìn)行高效控制與管理，優(yōu)化配電網(wǎng)的資源，進(jìn)而提高配電網(wǎng)內(nèi)資源的可調(diào)度能力[6]。然而現(xiàn)階段傳統(tǒng)的配電網(wǎng)調(diào)度方法在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中仍然存在一定的不足，主要體現(xiàn)在對(duì)配電網(wǎng)內(nèi)分布式能源波動(dòng)性分析的精度較低，用電方式過(guò)于單一，導(dǎo)致配電網(wǎng)的交互能力得不到顯著提高，供電壓力得不到緩解[7]。最優(yōu)潮流能夠通過(guò)調(diào)節(jié)配電網(wǎng)內(nèi)的可利用控制變量，獲取滿足配電網(wǎng)調(diào)度運(yùn)行的約束條件，使配電網(wǎng)與電力系統(tǒng)的性能指標(biāo)達(dá)到最優(yōu)值，進(jìn)而改善傳統(tǒng)調(diào)度方法的不足[8]?；诖?，本文在傳統(tǒng)調(diào)度方法的基礎(chǔ)上引入最優(yōu)潮流理念，提出了一種全新的優(yōu)化調(diào)度方法。

1 配電網(wǎng)優(yōu)化調(diào)度方法設(shè)計(jì)

1.1 配電網(wǎng)負(fù)荷分配

本文設(shè)計(jì)的配電網(wǎng)優(yōu)化調(diào)度方法中，首先對(duì)配電網(wǎng)的機(jī)組組合與負(fù)荷分配情況作出全方位分析，獲取適用于該配電網(wǎng)的最優(yōu)調(diào)度策略，進(jìn)而調(diào)整并優(yōu)化負(fù)荷的分配情況，為后續(xù)的優(yōu)化調(diào)度提供基礎(chǔ)保障。

明確配電網(wǎng)負(fù)荷分配的目標(biāo)，設(shè)定配電網(wǎng)已投入運(yùn)行的發(fā)電單元數(shù)量為Na，其對(duì)應(yīng)的分配總負(fù)荷為D?；谂潆娋W(wǎng)負(fù)荷分配的目標(biāo)與需求，使負(fù)荷分配的總成本最小，對(duì)應(yīng)的總成本表達(dá)式為

式中：Ma表示配電網(wǎng)發(fā)電單元a對(duì)應(yīng)的成本函數(shù)；Pa表示發(fā)電單元a對(duì)應(yīng)的發(fā)電功率。結(jié)合負(fù)荷分配的最小化總成本，獲取配電網(wǎng)發(fā)電單元與負(fù)荷分配時(shí)應(yīng)當(dāng)滿足的平衡約束條件，平衡約束表達(dá)式為

式中：Pc表示配電網(wǎng)負(fù)荷分配過(guò)程中受到線路阻抗與電力輸送功率波動(dòng)影響，輸電線路上產(chǎn)生的輸電損耗。根據(jù)式（2）得出負(fù)荷分配過(guò)程中應(yīng)當(dāng)滿足的平衡約束條件。

1.2 建立基于最優(yōu)潮流的配電網(wǎng)優(yōu)化調(diào)度模型

由于配電網(wǎng)運(yùn)行中的不確定影響因素較多，在一定程度上降低了負(fù)荷分配的精度與效率，無(wú)法提高機(jī)組的爬坡率[9]?；诖耍胱顑?yōu)潮流理念，建立配電網(wǎng)優(yōu)化調(diào)度模型，改善這一問(wèn)題，最終實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)高效率、高精度優(yōu)化調(diào)度的目標(biāo)。

首先分析配電網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，明確最優(yōu)潮流約束與其他相關(guān)的出力約束。設(shè)定最小網(wǎng)損作為配電網(wǎng)優(yōu)化調(diào)度的目標(biāo)函數(shù)，結(jié)合上述計(jì)算獲取到的負(fù)荷分配最小化總成本求解各個(gè)發(fā)電機(jī)組的發(fā)電成本函數(shù)，表達(dá)式為

式中：T表示配電網(wǎng)優(yōu)化調(diào)度時(shí)間；N表示配電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)中包含的節(jié)點(diǎn)總數(shù)；Px,i,r表示配電網(wǎng)r時(shí)段，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)i處對(duì)應(yīng)的發(fā)電機(jī)組輸出有功功率；Fx表示配電網(wǎng)各個(gè)發(fā)電機(jī)組的發(fā)電運(yùn)行成本；ei、fi、gi分別表示配電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)i處對(duì)應(yīng)的發(fā)電機(jī)組的耗量特性參數(shù)。通過(guò)計(jì)算，得出配電網(wǎng)優(yōu)化調(diào)度過(guò)程中發(fā)電機(jī)組的發(fā)電運(yùn)行成本，在此基礎(chǔ)上設(shè)定配電網(wǎng)的潮流約束。利用非線性潮流優(yōu)化原理，將配電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)末端節(jié)點(diǎn)進(jìn)行集中處理，得出配電網(wǎng)機(jī)組的最優(yōu)潮流分布?；谂潆娋W(wǎng)機(jī)組的最優(yōu)潮流分布特征與實(shí)際狀況，建立配電網(wǎng)優(yōu)化調(diào)度模型，其運(yùn)行流程如圖1所示。

圖1 配電網(wǎng)優(yōu)化調(diào)度模型運(yùn)行流程

首先在優(yōu)化調(diào)度模型中輸入配電網(wǎng)的相關(guān)參數(shù)，對(duì)輸入的配電網(wǎng)參數(shù)進(jìn)行初始化處理，提取參數(shù)中的有用信息數(shù)據(jù)?；谧顑?yōu)潮流計(jì)算原理，求解配電網(wǎng)優(yōu)化調(diào)度的目標(biāo)函數(shù)為

式中：R表示配電網(wǎng)優(yōu)化調(diào)度周期的總運(yùn)行成本；RM表示上層電網(wǎng)調(diào)度前運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生的購(gòu)電成本；RMC表示配電網(wǎng)可控燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電成本；RCE表示配電網(wǎng)運(yùn)行過(guò)程中儲(chǔ)能的運(yùn)行成本?；谧顑?yōu)潮流求解到配電網(wǎng)優(yōu)化調(diào)度目標(biāo)函數(shù)后，引入粒子群算法，不斷調(diào)整配電網(wǎng)負(fù)荷個(gè)體的所在位置，與最優(yōu)潮流算法相融合，共同計(jì)算負(fù)荷個(gè)體位置的目標(biāo)函數(shù)。實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)優(yōu)化調(diào)度的目標(biāo)。

2 實(shí)驗(yàn)分析

為了進(jìn)一步驗(yàn)證本文所設(shè)計(jì)調(diào)度方法的可行性，進(jìn)行了如下的實(shí)驗(yàn)。

2.1 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

選取改進(jìn)的IEEE33節(jié)點(diǎn)配電系統(tǒng)作為本次實(shí)驗(yàn)的依托。該配電系統(tǒng)的基準(zhǔn)電壓為13.05 kV，發(fā)電成本為0.65元/（kW·h），儲(chǔ)能初始荷電狀態(tài)為0.38，對(duì)應(yīng)的儲(chǔ)能單元運(yùn)行范圍為25%～85%，風(fēng)機(jī)裝機(jī)容量為1.5 MW。配電系統(tǒng)的節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)示意如圖2所示。

圖2 配電系統(tǒng)的節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)

從圖2可以看出，分別在配電系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)28處并入分布式儲(chǔ)能與風(fēng)機(jī)，在節(jié)點(diǎn)17處并入分布式儲(chǔ)能與光伏發(fā)電，在節(jié)點(diǎn)25處并入微型燃?xì)廨啓C(jī)。由于該配電系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)并入情況較復(fù)雜，傳統(tǒng)的配電網(wǎng)調(diào)度方法無(wú)法較好地對(duì)配電網(wǎng)內(nèi)負(fù)荷的運(yùn)行作出高效調(diào)度，因此將上述本文提出的優(yōu)化調(diào)度方法應(yīng)用到該配電系統(tǒng)中。利用有限元分析軟件，測(cè)定改進(jìn)的IEEE33節(jié)點(diǎn)配電系統(tǒng)的儲(chǔ)能功率，結(jié)合儲(chǔ)能充電調(diào)度計(jì)劃對(duì)放電狀態(tài)與充電狀態(tài)進(jìn)行調(diào)整，抑制可再生能源的波動(dòng)，降低配電網(wǎng)負(fù)荷調(diào)度的峰谷差，進(jìn)而全面提高配電網(wǎng)負(fù)荷調(diào)度的效率以及配電網(wǎng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性[10]。

2.2 結(jié)果分析

為驗(yàn)證上文提出的基于最優(yōu)潮流的配電網(wǎng)優(yōu)化調(diào)度方法的有效性，選擇通過(guò)對(duì)比分析的實(shí)驗(yàn)方法。將文獻(xiàn)[2]提出的基于荷載協(xié)調(diào)的配電網(wǎng)優(yōu)化調(diào)度方法、文獻(xiàn)[3]提出的基于儲(chǔ)能功率四象限輸出的配電網(wǎng)優(yōu)化調(diào)度方法與本文提出的基于最優(yōu)潮流的配電網(wǎng)優(yōu)化調(diào)度方法共同應(yīng)用到相同的配電網(wǎng)運(yùn)行環(huán)境與運(yùn)行條件中，針對(duì)相同的配電網(wǎng)進(jìn)行優(yōu)化調(diào)度處理。隨機(jī)選取改進(jìn)IEEE33節(jié)點(diǎn)配電系統(tǒng)中的機(jī)組，將以上3種調(diào)度方法應(yīng)用到該配電系統(tǒng)中。結(jié)合配電網(wǎng)機(jī)組運(yùn)行的需求與特征，設(shè)置配電網(wǎng)機(jī)組爬坡率作為本次實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)的指標(biāo)，機(jī)組爬坡率越高，表示機(jī)組調(diào)度后調(diào)整出力最大值占額定容量的比例得到了提升，相應(yīng)的配電網(wǎng)優(yōu)化調(diào)度效果越好，反之同理。設(shè)定24 h為配電網(wǎng)優(yōu)化調(diào)度的1個(gè)周期，每隔4 h測(cè)定并記錄配電網(wǎng)機(jī)組的出力情況，結(jié)合負(fù)荷的運(yùn)行狀況，利用MATLAB分析軟件，測(cè)定配電網(wǎng)機(jī)組的爬坡率并對(duì)比，生成如表1所示的結(jié)果。

表1 3種方法優(yōu)化調(diào)度后機(jī)組爬坡率對(duì)比 單位：%/min

根據(jù)表1的對(duì)比結(jié)果可知，在3種調(diào)度方法中，本文提出的基于最優(yōu)潮流的調(diào)度方法，在配電網(wǎng)機(jī)組各個(gè)運(yùn)行時(shí)段內(nèi)，機(jī)組爬坡率呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，均高于另外2種方法，表明配電網(wǎng)優(yōu)化調(diào)度后，機(jī)組出力增加，出力最大值占額定容量的比例得到了顯著提升。除此之外，在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，還發(fā)現(xiàn)本文提出的優(yōu)化調(diào)度方法對(duì)降低并網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)與出力不確定性對(duì)配電系統(tǒng)的不利影響具有一定的作用，能夠優(yōu)化配電系統(tǒng)潮流平衡約束的效果，可行性較高。

3 結(jié) 論

為了改善常規(guī)配電網(wǎng)優(yōu)化調(diào)度方法在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中的調(diào)度效率與調(diào)度質(zhì)量較差，降低配網(wǎng)聯(lián)絡(luò)線功率的問(wèn)題，在傳統(tǒng)調(diào)度方法的基礎(chǔ)上引入最優(yōu)潮流理念，提出了一種全新的優(yōu)化調(diào)度方法。通過(guò)本文的研究，對(duì)配電網(wǎng)能量管理的實(shí)際狀況與特征作出了全面分析，有效提高了配網(wǎng)系統(tǒng)的魯棒性與經(jīng)濟(jì)性，優(yōu)化了配電網(wǎng)的能源配置與無(wú)功功率。基于局部調(diào)整優(yōu)化的方式，減少了微電網(wǎng)內(nèi)能量的不穩(wěn)定波動(dòng)，對(duì)提高配電網(wǎng)調(diào)度的效率與精度具有重要研究意義。