基于邊端協同的智慧樓宇低壓配電網自治優化調節方法概述

王瑞祺 黃芷君 張偉

1. 國網福州供電公司 福建 福州 350004；

2. 國網福建水口發電集團檢修分公司 福建 福州 350004；

3. 積成電子股份有限公司 山東 濟南 250100

引言

隨著人民生活水平的不斷提高，樓宇智能化，智慧化逐漸成為人們關注的熱點，基于云計算、大數據、物聯網、移動互聯網等技術實現智慧樓宇中低壓用電的優化調度，及時發現用電中的薄弱環節，將故障排除在萌芽狀態，變被動搶修為主動調度，成為智慧樓宇的重要功能之一[1-3]。

本文基于家庭能量管理終端及樓宇電能管理設備，通過從配電變壓器到家庭智能電表、智能能效管理終端的綜合調控，削峰填谷，實現樓宇低壓臺區用電最優化。

1 基于邊端協同的樓宇低壓配網自治模型

智能配變終端作為重要的邊側設備采用容器及微服務架構，具備即插即用、邊緣計算、智能自治等特點。其安裝在配電變壓器低壓側的JP柜中，可實現對配變所供區域的智能電表、智能開關、無功補償設備、三相不平衡設備、分布式電源等的監視和控制。家庭能量管理終端是智慧家居的基礎，其既可以實現電量采集的基本功能，也可以實現對戶內各種電器設備的用能管理和優化控制。

為確保配電網整體供電可靠性，低壓配電網本著就地消納，區域自治的原則，將低壓問題盡量控制在配變側和用戶側。通過端側設備實現用戶側內部的用電負荷協調優化，通過邊側設備實現配變低壓側所供區域的分布式電源綜合消納與優化調度控制。邊側設備與端側設備之間通過HPLC4G5G進行信息交互。

建立邊側優化調節設備集SAES描述智能配變終端需調節的設備區域，包括線路開關、分布式電源、儲能裝置、補償裝置、端側設備等用戶外部設備及電源。具體為：

式中，SEg為智能配變終端需調節的第g個設備，q為智能配變終端需調節的設備總數。

建立端側優化調節設備集EAES描述家庭能量管理終端需調節的設備區域，包括家庭能量管理終端以及冰箱、空調、熱水器、電視、洗衣機、電動助力車、電動汽車等用戶內部的負荷。具體為：

式中，EEh為家庭能量管理終端需調節的第h個設備，p為家庭能量管理終端需調節的設備總數。家庭能量管理終端既包含在邊側優化調節設備集SAES中，又包含在端側優化調節設備集EAES中。

2 基于邊端協同的低壓配網自治優化調節

在確保供電持續性的前提下，端側用戶主要考慮經濟指標。建立最小化用戶電能費用函數，描述端側自治優化的目標，具體為：

式中，f1表示在一定時間間隔T內的用電費用最小，λ(t)為不同時刻的電費，Pfix,I表示I類負荷的功率值，Nfix為第I類負荷集，Pc1,J(t)為J類負荷的功率，Nc1為可調節負荷的集合。Kfix(t)，Kc1(t)表示各種負荷的運行狀態。

智能配變終端根據配變低壓側所有端側設備優化后的負荷總量進行分布式電源消納控制，以實現邊端協同自治優化調節。低壓端側分布式電源多是用戶出資建設，其運行經濟性是主要關注目標。建立最小化邊側供電成本函數，描述邊側自治優化的目標，具體為：

式中，f2為表示在一定時間間隔T內的供電成本最小，COM,t、CESS,t分別為各種種分布式電源及各種儲能裝置的運維成本，Cu,t為表示為網供負荷費用。

式中，SDG,i(t)為一定時間t內第i個分布式電源的待調節狀態；cDG,i(t)表示第i個分布式電源單位出力情況下的運維費用；PDG,i(t)表示第i個分布式電源在一段時間t內的功率值；NDG、NES表示分布式電源及儲能裝置數量，Bu(t)為一段時間t內的電價。

3 結束語

本文依靠智能配變終端與家庭能量管理終端建立了邊端協同的低壓配電區域自治模型；基于最小化用戶電能費用目標，提出了低壓配電網端側自治優化調節方法，生成了參與需求響應優化后的用電負荷值；基于最小化邊側供電成本目標，提出了低壓配電網邊端協同自治優化調節方法。通過邊端協同優化，可較好地滿足智慧樓宇低壓配電網的區域自治，具有較好的實用價值。