基于需求側(cè)響應(yīng)的配電網(wǎng)優(yōu)化調(diào)度研究

李萬昌 嚴(yán)吉行

摘要：電價(jià)型需求側(cè)響應(yīng)通過電力價(jià)格信號(hào)來對(duì)用戶負(fù)荷實(shí)現(xiàn)直接或者間接的控制，以改變傳統(tǒng)的電力市場(chǎng)的參與行為，提高終端用戶電能使用效率，是電力市場(chǎng)改革的重要方向之一。

關(guān)鍵詞：需求側(cè);響應(yīng);配電網(wǎng);優(yōu)化;調(diào)度

1建立需求側(cè)電價(jià)響應(yīng)模型

本文以分時(shí)電價(jià)（TOU）為例，以說明需求側(cè)響應(yīng)技術(shù)應(yīng)用于配電網(wǎng)調(diào)度中能提高分布式電源的利用效率。在分時(shí)定價(jià)型需求側(cè)響應(yīng)中，主要就是利用電價(jià)具有的彈性系數(shù)矩陣，獲取負(fù)荷在整個(gè)調(diào)度周期中所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)移量。分類電價(jià)需求彈性系數(shù)時(shí)，可以按照用戶對(duì)電價(jià)所形成的反應(yīng)，將其分為交叉彈性系數(shù)與自彈性系數(shù)兩種。交叉彈性系數(shù)表征所產(chǎn)生的負(fù)荷與其他時(shí)間段內(nèi)形成的電價(jià)有直接關(guān)系，利用公式可以將其表達(dá)為：

交叉彈性系數(shù)表征所產(chǎn)生的負(fù)荷與這一時(shí)間段內(nèi)所形成的電價(jià)有直接的關(guān)系，利用公式可以將其表達(dá)為：

j、i表示不同時(shí)間段;△pi表示某一特定時(shí)間段內(nèi)，采用分時(shí)電價(jià)前與采用分時(shí)電價(jià)后電量所發(fā)生的具體變化值，其中i表示某一特定時(shí)間內(nèi)，采用分時(shí)電價(jià)前與采用分時(shí)電價(jià)后電價(jià)所發(fā)生的具體變化值，Pi表示在i時(shí)間段內(nèi)，采用實(shí)時(shí)電價(jià)前所產(chǎn)生的具體電價(jià)。可列出電價(jià)彈性矩陣E的公式：

根據(jù)電價(jià)彈性矩陣E可以計(jì)算出采用分時(shí)電價(jià)后，用戶實(shí)際用電量的變化率：

最后得出采用分時(shí)電價(jià)后，電量計(jì)算公式為：

P′表示實(shí)時(shí)電價(jià)中在i時(shí)刻所產(chǎn)生的負(fù)荷量。在如今的電力市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)環(huán)境中，電量P與電價(jià)e之間的關(guān)系為近似線性，具體可以將其表達(dá)為如下公式：

a、b表示電量電價(jià)曲線。綜上，采用分時(shí)電價(jià)響應(yīng)技術(shù)后，整個(gè)電價(jià)彈性矩陣中，交叉彈性系數(shù)與自彈性系數(shù)的計(jì)算方法分別為：

2分時(shí)電價(jià)需求側(cè)響應(yīng)下，配電網(wǎng)的優(yōu)化調(diào)度

2.1目標(biāo)函數(shù)

其目標(biāo)函數(shù)為：

Gi表示主電網(wǎng)的購電價(jià)格;PGrid，t表示由配網(wǎng)向主電網(wǎng)進(jìn)行購電時(shí)的電量;PGrid，t表示在第i個(gè)DG（分布式電源）且在t時(shí)間段內(nèi)，所產(chǎn)生的發(fā)電量;ai、bi、ci表示DG在運(yùn)行過程中所產(chǎn)生的成本系數(shù);T表示整個(gè)調(diào)度周期內(nèi)的時(shí)段數(shù)量，一般情況下T值為24;NG表示DG的數(shù)量。目標(biāo)函數(shù)的第1項(xiàng)表征的是配電網(wǎng)向大電網(wǎng)購電而支付的費(fèi)用，第2項(xiàng)為配電網(wǎng)內(nèi)部所有DG的運(yùn)行成本。

2.2約束條件

（1）儲(chǔ)能系統(tǒng)（ESS）正常工作時(shí)存在能量轉(zhuǎn)換的損耗。因此，在調(diào)度周期T時(shí)刻內(nèi)儲(chǔ)能系統(tǒng)的充電量與放電量之間滿足：

在公式當(dāng)中，P0表示儲(chǔ)能系統(tǒng)在初始狀態(tài)時(shí)具有的容量;P+t表示在t時(shí)段內(nèi)，儲(chǔ)能系統(tǒng)在進(jìn)行充電時(shí)，逐漸從配電網(wǎng)中所吸收的具體有功功率;Pt表示在t時(shí)段內(nèi)，儲(chǔ)能系統(tǒng)在進(jìn)行放電時(shí)，逐漸向配電網(wǎng)中所輸入的具體有功功率;η表示儲(chǔ)能系統(tǒng)內(nèi)發(fā)生能量轉(zhuǎn)化時(shí)的效率系數(shù)。

（2）DG運(yùn)行時(shí)候的約束，其具體表達(dá)公式如下：DG出力上限與下限的約束公式：

公式中：Pimin與Pimax分別表示第i臺(tái)DG的最小與最大出力。DG（分布式電源）的爬坡約束表達(dá)公式如下：

公式中，vup，i與vdown，i分別表示第i臺(tái)DG在向上爬坡和向下爬坡時(shí)所產(chǎn)生的速率限制;表示第i臺(tái)DG在t+1時(shí)段內(nèi)所產(chǎn)生的出力。

（3）購電約束主電網(wǎng)購電時(shí)所產(chǎn)生的約束行為，其具體的公式表達(dá)如下：

公式中，PGrid，max表示配電網(wǎng)在向主電網(wǎng)進(jìn)行購電時(shí)的最大值，在這一過程中，為了滿足系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性與安全性的要求，通常將該數(shù)值設(shè)定為主變?nèi)萘康?0%左右。

（4）需求側(cè)響應(yīng)協(xié)調(diào)約束對(duì)于需求側(cè)響應(yīng)的協(xié)調(diào)約束來說，其具體表達(dá)公式如下：

該公式的作用就是采用分時(shí)電價(jià)將負(fù)荷進(jìn)行轉(zhuǎn)移，且達(dá)到轉(zhuǎn)移要求與轉(zhuǎn)移目的后，保證調(diào)度周期內(nèi)負(fù)荷的總量不發(fā)生變化。

3實(shí)例分析

以IEEE-33階段配電系統(tǒng)作為實(shí)例，采用上述提出的調(diào)度方法對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化調(diào)度，將DG分別安裝在該系統(tǒng)的7節(jié)點(diǎn)與24節(jié)點(diǎn)中，使裝機(jī)的容量能夠達(dá)到1.5MW;而后在25節(jié)點(diǎn)中安裝儲(chǔ)能設(shè)備，裝機(jī)容量為1MW。

3.1需求側(cè)響應(yīng)結(jié)果

采用分時(shí)定價(jià)后，具體參數(shù)設(shè)置情況見表1。

3.2調(diào)度策略

提出3種調(diào)度策略，每種策略的具體目標(biāo)函數(shù)見表2。考慮采用儲(chǔ)能系統(tǒng)與分時(shí)定價(jià)對(duì)配電網(wǎng)進(jìn)行調(diào)度的A策略，考慮單一采用分時(shí)定價(jià)對(duì)配電網(wǎng)進(jìn)行調(diào)度的B策略，以及單一考慮儲(chǔ)能系統(tǒng)對(duì)配電網(wǎng)進(jìn)行調(diào)度的C策略。

4結(jié)語

采用需求側(cè)響應(yīng)能夠?qū)ω?fù)荷進(jìn)行有效引導(dǎo)，進(jìn)而改變用戶的用電習(xí)慣與用電行為，并對(duì)負(fù)荷波動(dòng)進(jìn)行良好的抑制，有效降低電網(wǎng)運(yùn)行的成本。

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