基于最優潮流的配電網優化調度方法

王百舜

（國網淄博供電公司，山東 淄博 255300）

0 引 言

配電網由架空線路、電纜與桿塔等共同組成，主要負責分配電能，保證電能供應的質量與效率[1]。基于廣義角度分析，配電網按照其運行電壓等級劃分，包括高壓配電網、中壓配電網以及低壓配電網[2]。根據配電電氣元件之間連接關系與連接方式的不同，配電網的拓撲結構也存在一定的差異[3]。通常情況下，配電網結構相對復雜，受到配電網電氣元件負荷轉移的影響，配電網的網絡結構存在不同程度的波動情況[4]。在當前電力系統總負荷不斷增加的趨勢下，配電網供電逐漸無法較好地滿足各個行業領域電力運行負荷的需求[5]。此時，科學合理的配電網調度方法至關重要，通過先進的技術手段對電源、儲能、負荷等多個可調度單元進行高效控制與管理，優化配電網的資源，進而提高配電網內資源的可調度能力[6]。然而現階段傳統的配電網調度方法在實際應用過程中仍然存在一定的不足，主要體現在對配電網內分布式能源波動性分析的精度較低，用電方式過于單一，導致配電網的交互能力得不到顯著提高，供電壓力得不到緩解[7]。最優潮流能夠通過調節配電網內的可利用控制變量，獲取滿足配電網調度運行的約束條件，使配電網與電力系統的性能指標達到最優值，進而改善傳統調度方法的不足[8]。基于此，本文在傳統調度方法的基礎上引入最優潮流理念，提出了一種全新的優化調度方法。

1 配電網優化調度方法設計

1.1 配電網負荷分配

本文設計的配電網優化調度方法中，首先對配電網的機組組合與負荷分配情況作出全方位分析，獲取適用于該配電網的最優調度策略，進而調整并優化負荷的分配情況，為后續的優化調度提供基礎保障。

明確配電網負荷分配的目標，設定配電網已投入運行的發電單元數量為Na，其對應的分配總負荷為D。基于配電網負荷分配的目標與需求，使負荷分配的總成本最小，對應的總成本表達式為

式中：Ma表示配電網發電單元a對應的成本函數；Pa表示發電單元a對應的發電功率。結合負荷分配的最小化總成本，獲取配電網發電單元與負荷分配時應當滿足的平衡約束條件，平衡約束表達式為

式中：Pc表示配電網負荷分配過程中受到線路阻抗與電力輸送功率波動影響，輸電線路上產生的輸電損耗。根據式（2）得出負荷分配過程中應當滿足的平衡約束條件。

1.2 建立基于最優潮流的配電網優化調度模型

由于配電網運行中的不確定影響因素較多，在一定程度上降低了負荷分配的精度與效率，無法提高機組的爬坡率[9]。基于此，引入最優潮流理念，建立配電網優化調度模型，改善這一問題，最終實現配電網高效率、高精度優化調度的目標。

首先分析配電網的網絡拓撲結構，明確最優潮流約束與其他相關的出力約束。設定最小網損作為配電網優化調度的目標函數，結合上述計算獲取到的負荷分配最小化總成本求解各個發電機組的發電成本函數，表達式為

式中：T表示配電網優化調度時間；N表示配電網網絡中包含的節點總數；Px,i,r表示配電網r時段，網絡節點i處對應的發電機組輸出有功功率；Fx表示配電網各個發電機組的發電運行成本；ei、fi、gi分別表示配電網網絡節點i處對應的發電機組的耗量特性參數。通過計算，得出配電網優化調度過程中發電機組的發電運行成本，在此基礎上設定配電網的潮流約束。利用非線性潮流優化原理，將配電網網絡末端節點進行集中處理，得出配電網機組的最優潮流分布。基于配電網機組的最優潮流分布特征與實際狀況，建立配電網優化調度模型，其運行流程如圖1所示。

圖1 配電網優化調度模型運行流程

首先在優化調度模型中輸入配電網的相關參數，對輸入的配電網參數進行初始化處理，提取參數中的有用信息數據。基于最優潮流計算原理，求解配電網優化調度的目標函數為

式中：R表示配電網優化調度周期的總運行成本；RM表示上層電網調度前運行過程中產生的購電成本；RMC表示配電網可控燃氣輪機發電成本；RCE表示配電網運行過程中儲能的運行成本。基于最優潮流求解到配電網優化調度目標函數后，引入粒子群算法，不斷調整配電網負荷個體的所在位置，與最優潮流算法相融合，共同計算負荷個體位置的目標函數。實現配電網優化調度的目標。

2 實驗分析

為了進一步驗證本文所設計調度方法的可行性，進行了如下的實驗。

2.1 實驗準備

選取改進的IEEE33節點配電系統作為本次實驗的依托。該配電系統的基準電壓為13.05 kV，發電成本為0.65元/（kW·h），儲能初始荷電狀態為0.38，對應的儲能單元運行范圍為25%～85%，風機裝機容量為1.5 MW。配電系統的節點結構示意如圖2所示。

圖2 配電系統的節點結構

從圖2可以看出，分別在配電系統節點28處并入分布式儲能與風機，在節點17處并入分布式儲能與光伏發電，在節點25處并入微型燃氣輪機。由于該配電系統節點并入情況較復雜，傳統的配電網調度方法無法較好地對配電網內負荷的運行作出高效調度，因此將上述本文提出的優化調度方法應用到該配電系統中。利用有限元分析軟件，測定改進的IEEE33節點配電系統的儲能功率，結合儲能充電調度計劃對放電狀態與充電狀態進行調整，抑制可再生能源的波動，降低配電網負荷調度的峰谷差，進而全面提高配電網負荷調度的效率以及配電網運行的經濟性[10]。

2.2 結果分析

為驗證上文提出的基于最優潮流的配電網優化調度方法的有效性，選擇通過對比分析的實驗方法。將文獻[2]提出的基于荷載協調的配電網優化調度方法、文獻[3]提出的基于儲能功率四象限輸出的配電網優化調度方法與本文提出的基于最優潮流的配電網優化調度方法共同應用到相同的配電網運行環境與運行條件中，針對相同的配電網進行優化調度處理。隨機選取改進IEEE33節點配電系統中的機組，將以上3種調度方法應用到該配電系統中。結合配電網機組運行的需求與特征，設置配電網機組爬坡率作為本次實驗評價的指標，機組爬坡率越高，表示機組調度后調整出力最大值占額定容量的比例得到了提升，相應的配電網優化調度效果越好，反之同理。設定24 h為配電網優化調度的1個周期，每隔4 h測定并記錄配電網機組的出力情況，結合負荷的運行狀況，利用MATLAB分析軟件，測定配電網機組的爬坡率并對比，生成如表1所示的結果。

表1 3種方法優化調度后機組爬坡率對比 單位：%/min

根據表1的對比結果可知，在3種調度方法中，本文提出的基于最優潮流的調度方法，在配電網機組各個運行時段內，機組爬坡率呈現上升趨勢，均高于另外2種方法，表明配電網優化調度后，機組出力增加，出力最大值占額定容量的比例得到了顯著提升。除此之外，在實驗過程中，還發現本文提出的優化調度方法對降低并網運行狀態與出力不確定性對配電系統的不利影響具有一定的作用，能夠優化配電系統潮流平衡約束的效果，可行性較高。

3 結 論

為了改善常規配電網優化調度方法在實際應用過程中的調度效率與調度質量較差，降低配網聯絡線功率的問題，在傳統調度方法的基礎上引入最優潮流理念，提出了一種全新的優化調度方法。通過本文的研究，對配電網能量管理的實際狀況與特征作出了全面分析，有效提高了配網系統的魯棒性與經濟性，優化了配電網的能源配置與無功功率。基于局部調整優化的方式，減少了微電網內能量的不穩定波動，對提高配電網調度的效率與精度具有重要研究意義。