可再生能源電力系統(tǒng)負(fù)荷平衡化分散調(diào)度方法分析

項(xiàng)曉雷 于倩

江蘇核電有限公司 江蘇連云港 222042

1 電力系統(tǒng)負(fù)荷平衡化結(jié)構(gòu)

電力系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，負(fù)荷會(huì)分散在電力系統(tǒng)中。當(dāng)可再生能源接入系統(tǒng)后，將會(huì)對(duì)負(fù)荷的平衡造成影響，導(dǎo)致電力系統(tǒng)的運(yùn)行效率下降，為系統(tǒng)帶來(lái)較大的負(fù)擔(dān)。因此，保障電力系統(tǒng)負(fù)荷平衡非常重要，可以有效地提高系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。通常情況下，負(fù)荷平衡狀態(tài)表達(dá)式如下：

通過上述表達(dá)式，可以有效地對(duì)負(fù)荷平衡狀態(tài)進(jìn)行判斷，并且作為負(fù)荷平衡的調(diào)節(jié)依據(jù)，保障負(fù)荷能夠在電力系統(tǒng)中平衡分布。電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)需要具有一定的層次性，對(duì)系統(tǒng)的負(fù)荷分布區(qū)域進(jìn)行劃分，使負(fù)荷調(diào)度過程更加地清晰化與明確化。負(fù)荷調(diào)度需要通過分發(fā)器和調(diào)度器來(lái)實(shí)現(xiàn)，通過這兩個(gè)結(jié)構(gòu)可以有效地進(jìn)行任務(wù)分發(fā)與負(fù)荷調(diào)度，從而為電力系統(tǒng)負(fù)荷平衡提供重要保障[1]。電力系統(tǒng)負(fù)荷調(diào)度信息由Index服務(wù)模塊進(jìn)行收集，可以準(zhǔn)確地對(duì)各個(gè)區(qū)域的負(fù)荷分布情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，為負(fù)荷調(diào)度計(jì)算提供有效的數(shù)據(jù)。該模塊獲取的數(shù)據(jù)將會(huì)參與到目標(biāo)函數(shù)的計(jì)算，通過計(jì)算便可以對(duì)負(fù)荷進(jìn)行有效地調(diào)度，使電力系統(tǒng)的負(fù)荷能夠重新進(jìn)入平衡狀態(tài)，保障調(diào)度過程更加地精準(zhǔn)。

2 電力系統(tǒng)負(fù)荷平衡化分散調(diào)度方法

2.1 不確定性分散調(diào)度

為了有效地對(duì)電力系統(tǒng)負(fù)荷調(diào)度進(jìn)行分析，需要建立負(fù)荷調(diào)度模型，再通過模型對(duì)電力系統(tǒng)負(fù)荷調(diào)度進(jìn)行研究，這樣可以對(duì)電力系統(tǒng)的負(fù)荷分布進(jìn)行簡(jiǎn)化，從而更加準(zhǔn)確地對(duì)負(fù)荷調(diào)度問題進(jìn)行分析。電力系統(tǒng)負(fù)荷分散具有不確定性，假設(shè)電力系統(tǒng)中的風(fēng)不確定性因素為j，對(duì)系統(tǒng)的作用時(shí)間為t，則風(fēng)不確定因素的影響模型如下：

假設(shè)負(fù)荷為m，對(duì)系統(tǒng)的作用時(shí)間為t，負(fù)荷調(diào)度模型可表示如下：

將上述式子結(jié)合起來(lái)，便可以作為不確定分散調(diào)度的目標(biāo)函數(shù)。通過目標(biāo)函數(shù)可以有效地對(duì)電力系統(tǒng)中的負(fù)荷進(jìn)行調(diào)度，降低不確定性因素對(duì)負(fù)荷調(diào)度的影響，保障負(fù)荷在調(diào)度后能夠處于平衡狀態(tài)。

2.2 備用分散協(xié)調(diào)調(diào)度

備用分散協(xié)調(diào)調(diào)度由2種調(diào)度方式組成，即上級(jí)調(diào)度和下級(jí)調(diào)度。前者用來(lái)對(duì)共享變量進(jìn)行處理，保障負(fù)荷信息能夠在調(diào)度過程中進(jìn)行有效地傳遞，實(shí)時(shí)進(jìn)行信息共享。后者起到協(xié)調(diào)優(yōu)化的作用，對(duì)不同區(qū)域的負(fù)荷分布進(jìn)行分析與整理，通過目標(biāo)函數(shù)實(shí)現(xiàn)負(fù)荷平衡分配。備用分散協(xié)調(diào)調(diào)度分為兩個(gè)層次，第一層用來(lái)對(duì)目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，通過收斂閾值的求取來(lái)確定協(xié)調(diào)優(yōu)化方案，為協(xié)調(diào)優(yōu)化過程提供理論支撐。第二層可以獲得第一層的分析結(jié)果，在此基礎(chǔ)上引入?yún)f(xié)調(diào)優(yōu)化乘子項(xiàng)，對(duì)目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行進(jìn)一步的優(yōu)化，使負(fù)荷在電力系統(tǒng)中的分散更加地平衡。

3 實(shí)驗(yàn)仿真證明

3.1 備用需求下調(diào)度結(jié)果分析

基于Matlab軟件對(duì)電力系統(tǒng)負(fù)荷平衡化分散調(diào)度進(jìn)行建模。電力系統(tǒng)停運(yùn)率與備用需求為線性關(guān)系，并且后者會(huì)隨著前者的增加而增加。對(duì)系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行設(shè)定，使系統(tǒng)負(fù)荷處于收斂狀態(tài)，在2500s時(shí)給系統(tǒng)一個(gè)干擾值，這時(shí)系統(tǒng)將會(huì)發(fā)生躍遷并且產(chǎn)生兩個(gè)終值。在負(fù)荷平衡化分散調(diào)度的影響下，電力系統(tǒng)負(fù)荷將會(huì)被重新分布，逐漸使系統(tǒng)負(fù)荷處于平衡狀態(tài)。通過仿真結(jié)果可以看出，電力系統(tǒng)受到外界擾動(dòng)后，負(fù)荷平衡狀態(tài)被打破，此時(shí)需要對(duì)負(fù)荷重新進(jìn)行分散調(diào)度。經(jīng)過1500s后，電力系統(tǒng)負(fù)荷重新恢復(fù)穩(wěn)定，系統(tǒng)再次達(dá)到負(fù)荷平衡狀態(tài)。由此可見，備用需求下負(fù)荷調(diào)度可以起到良好的效果，能夠有效地對(duì)負(fù)荷進(jìn)行分配，使其能夠達(dá)到平衡[2]。

3.2 抗干擾性能測(cè)試

電力系統(tǒng)對(duì)負(fù)荷變化需要具有一定的抗干擾性，這樣才能降低不確定因素對(duì)系統(tǒng)的擾動(dòng)，使電力系統(tǒng)能夠穩(wěn)定運(yùn)行。可以通過實(shí)驗(yàn)的方式對(duì)負(fù)荷調(diào)度的抗干擾性能進(jìn)行測(cè)試，實(shí)驗(yàn)是選取50個(gè)干擾源，即給系統(tǒng)設(shè)置50次干擾值，對(duì)50干擾結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，進(jìn)而確定系統(tǒng)負(fù)荷的抗擾動(dòng)性能。通過對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析發(fā)現(xiàn)，50次干擾后電力系統(tǒng)負(fù)荷都能夠恢復(fù)到平衡狀態(tài)，并且負(fù)荷恢復(fù)平衡的時(shí)間在1000-2000s之間。由此可見，電力系統(tǒng)對(duì)負(fù)荷具有較強(qiáng)的抗干擾能力，在受到干擾后可以快速地恢復(fù)到負(fù)荷平衡狀態(tài)，表明系統(tǒng)具有良好的負(fù)荷平衡化分散調(diào)度水平。

3.3 風(fēng)力影響負(fù)荷測(cè)試

風(fēng)力作為一種可再生能源，對(duì)電力系統(tǒng)負(fù)荷平衡具有較大的影響，為此，基于風(fēng)力對(duì)負(fù)荷的影響進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測(cè)試，探究風(fēng)不確定因素對(duì)負(fù)荷平衡化分散調(diào)度的影響。實(shí)驗(yàn)1：風(fēng)速為28m/s，實(shí)驗(yàn)時(shí)間為10:10，此時(shí)負(fù)荷為3400kW。經(jīng)過一段時(shí)間后，10：28再次對(duì)電力系統(tǒng)負(fù)荷進(jìn)行檢測(cè)，此時(shí)負(fù)荷為600kW，并且已經(jīng)達(dá)到負(fù)荷平衡狀態(tài)。實(shí)驗(yàn)2：風(fēng)速為32m/s，實(shí)驗(yàn)時(shí)間為13:20，此時(shí)負(fù)荷為3200kW。經(jīng)過一段時(shí)間后，10：48再次對(duì)系統(tǒng)負(fù)荷進(jìn)行檢測(cè)，此時(shí)負(fù)荷為300kW，并且已經(jīng)達(dá)到負(fù)荷平衡狀態(tài)。由此可見，實(shí)驗(yàn)1達(dá)到負(fù)荷平衡時(shí)間所需時(shí)間為1080s；實(shí)驗(yàn)2達(dá)到負(fù)荷平衡時(shí)間所需時(shí)間為1680s。兩次實(shí)驗(yàn)結(jié)果負(fù)荷達(dá)到平衡的時(shí)間均在1000-2000s之間，說(shuō)明電力系統(tǒng)對(duì)風(fēng)力具有較強(qiáng)的抗擾動(dòng)能力，可以有效地實(shí)現(xiàn)負(fù)荷平衡化分散調(diào)度過程。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，負(fù)荷平衡化分散調(diào)度可以有效地提高電力系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性，使電力系統(tǒng)具有良好的運(yùn)行性能，可以在很大程度上降低外界因素對(duì)電力系統(tǒng)的影響，提高電力系統(tǒng)對(duì)可再生能源的利用率，從而保障電力企業(yè)能夠更好地發(fā)展。