分布式電源與需求側的主動配電網多級協調調度措施

陳 瑤

（國網湖南電力有限公司 婁底供電分公司，湖南 婁底 417000）

0 引 言

隨著新能源發(fā)展的逐漸加快，越來越多的分布式電源接入到配電網中，對于配電網電壓、諧波等都造成影響。同時，社會快速發(fā)展對于用電需求逐漸增加，對于節(jié)能環(huán)保等提出了更高的要求，這就要求加強電力需求側管理，進一步增強用戶的用能效率，加強需求側參與電網運行控制，并在此基礎上提出了主動配電網的理念。因此，在充分考量不同類型調控資源的基礎上，提出了多層級全資源協調優(yōu)化調度方法，建立起主動配電網協調調度體系，能夠為主動配電網的建設提供幫助。

1 主動配電網多級協調調度系統(tǒng)分析

主動配電網多級協調調度系統(tǒng)在具體運行時要采取多種調控方式，在保證配網運行安全的基礎上，以減少線損、削峰填谷作為目標實施協調調度。按照時間的不同，可以分成日前調度、日內調度以及實時調度等。其中，日前調度主要是通過粒子群算法進行計算，對于次日不同類型資源進行調控；日內調度主要是通過偏差修正的方式對日前計劃實施必要修正；實時調度主要是建立在電壓靈敏度分析基礎上，一旦出現故障則可以第一時間進行調整控制。不同調度層級之間協調配合，能夠對不同類型可調控資源實施有效的調度管控[1]。

1.1 日前調度

此方面的調度具有足夠的時間實施優(yōu)化計算，可以為次日配電網和不同類型調控資源的生產計劃設置提供幫助。對于配電網來說，在進行日前調度時要按照工程具體應用條件，在保證不同資源安全有效運行的基礎上，通過不同調控方式實施優(yōu)化計算以及調度控制。本文主要采取粒子群算法實施日前調度計算，其算法規(guī)則相對簡單，可以實現快速收斂，并且能夠利用不同方式防止陷入局部最優(yōu)的誤區(qū)[2]。

（1）控制變量。按照形式不同可以分為前控制變量、中間控制變量等，其中前m個可控分布式發(fā)電單元的發(fā)電功率用PDG-m表示，中間n個變量表示的為儲能系統(tǒng)充放電情況，其功率可以用PESS-n表示，后k個控制變量表示的是可控負荷情況，用電功率可以用PCLOAD-k表示[3]。控制變量的具體計算公式為

（2）優(yōu)化目標。主要是將最小網損以及削峰填谷作為最終目標，以此來建立目標函數，具體計算公式為

式中：minf1為網損最小的子目標函數；minf2為削峰填谷子的目標函數；ω1和ω2分別為各個子目標函數的權重系數。

（3）約束條件。上述目標函數的實現需要建立在相應約束條件的基礎上，具體的約束條件包括如下幾方面。

①配電網潮流約束，可以表示為

②分布式發(fā)電出力約束。此約束直接受到分布式發(fā)電所用設備參數的影響，具體約束條件為

③儲能充放電功率約束。儲能充放電系統(tǒng)在運行過程中往往會受到系統(tǒng)制造工藝等方面的影響，所以儲能系統(tǒng)內存在著滿足極限充放電功率的條件。不同儲能系統(tǒng)、不同的運行時間，其充放電功率調整速度會受到相應的約束，具體約束條件為

式中：PlimSt為儲能系統(tǒng)充放電功率在單位時間內調整的速度。

④可控負荷用電功率約束。要確保可控負荷用電功率小于等于次日計劃上下限，可以表示為

1.2 日內調度

日內調度一般包括兩種較為常見的調度模式，分別為基于超短期預測重新制定調度計劃和按照偏差實施必要的修正調整[4]。其中，基于超短期預測需要重新制定調度計劃，此時無法發(fā)揮日前調度計劃的作用，從而造成日前調度計劃的所有數據不再具有價值，與現今配網調度技術的發(fā)展要求不相匹配。

日內調度過程中，要按照具體情況選定可調控資源，可以參照日前調度可調控資源進行選定，保證所選定的資源在日內調度的可調控資源范圍內。為了更具參照性，本文主要選取分布式發(fā)電、儲能以及可控負荷作為日內調度的可控資源。而對日內調度的約束條件也要控制在日前調度范圍內，具體包括配網潮流約束以及不同類型的可調控資源調節(jié)容量約束等，同時也要加強對不同類型可調控資源日內計劃以及日前計劃偏差方面的限定[5]。

在日內調度執(zhí)行過程中，要參照配網負荷的超短期預測數據，和日前調度優(yōu)化后的配網期望用電負荷進行對比分析，以此為基礎得到之后4 h內要調整的偏差容量，對其實施分類，不同時間段進行不同類型可調控資源調節(jié)容量的計算，而同種類型的可調控資源要進行內部調節(jié)容量的再分配[6]。通過上述方式所進行的日內調度并非徹底摒棄日前調度制定的計劃，更多的是按照具體的用電量變化情況對其進行修正，從而確保日前調度和日內調度兩者之間的平緩過渡。日內調度的優(yōu)化目標可以表示為

式中：n為分析過程中需要設定的時間節(jié)點數量；wn為每個時間節(jié)點偏差所占的權重；ΔPn為每個時間節(jié)點的偏差量。從時間上來看，日內調度采取的是持續(xù)超前控制方式，其并不追求一蹴而就，更多是要確保調度趨勢的準確性[7-9]。

對于主動配電網來說，其包括多種不同類型的可調控資源，而對于同種類型的可調控設備來說，要再次實施調節(jié)容量的分配。例如，配電網的某些區(qū)域內包括很多可控負荷區(qū)域，通過上述的操作方式可以得到該區(qū)域全部可控負荷4 h內的調節(jié)計劃[10]。

1.3 實時調度

相對于日前調度和日內調度，實時調度的時間尺度相對較短，往往只有5～15 min，所以實時調度過程中能夠調度的資源和容量相對較少，主要采取的是閉環(huán)控制方式，對于配電網以及每種可調控資源的經濟性影響相對較小。因此，應用實時調度時主要注重的是配電網安全運行情況，一旦配電網相應運行指標（電壓、頻率等）超出了極限值就會快速進行響應。通過實時調度可以實現對響應速度可調控資源的調整，從而確保整個配電網運行的可靠性。

實時調度的具體功能主要包括以下兩點：一是對于分布式電源并網點的電能質量情況進行監(jiān)控，一旦并網點電能質量不滿足具體要求就會發(fā)出離網指令，同時切除分布式電源；二是分布式電源接入到電網后容易引發(fā)電壓超過極值，此時實時調度系統(tǒng)就可以利用儲能、可控負荷、光伏出力等措施避免電壓超限的情況，從而確保整個配網電壓的質量穩(wěn)定性。

2 主動配電網調度案例分析

為了能夠對日前調度、日內調度等充分說明，本文主要通過光伏、儲能、可控負荷3類可調控資源來進行具體分析。其中光伏發(fā)電往往會受到自然環(huán)境的影響，按照現今政策法規(guī)將其歸類為不可調度的發(fā)電單元。另外，若是可以確保光伏發(fā)電完全被配電網所消納，則符合國家對于分布式光伏發(fā)電全部消納的基本要求。

2.1 日前調度結果分析

首先，按照具體運行情況設置配網負荷的高峰、低谷閾值等，并以此為基礎對配網次日負荷進行劃分，主要分成高峰時段、低谷時段以及平時段等不同時段，其中高峰時段的光伏出力有所上升，儲能進入放電狀態(tài)，可控負荷減少用電；低谷時段的光伏出力有所下降，儲能進入充電狀態(tài)，可控負荷增加用電；而對于平時段來說，無須對各種可調控資源實施調節(jié)，遵照原有計劃進行生產即可。其次，可以通過粒子群算法來對不同類型的可調控資源容量進行優(yōu)化計算，同種類型的可調控資源可以按照可調容量范圍對每個設備調節(jié)容量實施比例分配，原有預測負荷低谷時段的虛線有相對較高的提升，這就表明日前調度滿足了填谷的要求。而負荷高峰時段的虛線有相對較多的削減，這就表明日前調度滿足了削峰要求。

2.2 日內調度結果分析

由于配電網的影響因素眾多，因此其短期負荷預測很難完全符合實際情況。為了能夠提升日內調度分析的準確性，可以按照配網用電負荷的具體偏差情況對其進行不同時段的劃分，分別用時段1和時段2進行表示。

2.2.1 時段1

此時段對于所進行的用電負荷預測要小于日前預期，所以此時段要調用各種類型的可調控資源實施必要修正。先要對可控負荷和儲能等可調控資源進行調用，使得可控負荷的用電有所上升，并且儲能控制到充電狀態(tài)。若是此種修正還是不能滿足容量要求，則要對光伏發(fā)電進行調整，使其一定程度上降低發(fā)電出力。

2.2.2 時段2

此時段對于所進行的用電負荷預測要高于日前預期，所以此時段要調用各種類型的可調控資源實施必要修正。先對光伏和儲能等可調控資源進行調用，使得光伏出力有所上升，并且儲能控制到放電狀態(tài)。若是此種修正還是不能滿足容量要求，那么就要對可控負荷進行調整，使其一定程度上降低用電。

2.3 實時調度結果分析

日前，在分布式電源處理基礎上，通過高斯噪聲可以得到15 min級別的負荷預測曲線，按照超短期預測數據設定12:00—12:15的時間范圍作為對象進行實時優(yōu)化計算，能夠得到具體調度策略，如表1所示。由表1可知，光伏出力下降的同時可控負荷有所上升，能夠對光伏出力波動進行有效平衡。

表1 12:00—12:15的實時調度策略

3 結 論

綜上所述，主要對主動配電網中分布式光伏發(fā)電、需求側可控負荷、儲能等調度資源情況進行了分析，通過日前調度、日內調度、實時調度等全新配電網調度模式對資源實施有效管控，進一步提升配網對分布式發(fā)電的接收能力，提升需求側參與配網調度的有序性，對于有效推動電力行業(yè)的發(fā)展具有參考作用。