計及需求側響應的蜂巢狀有源配電網優化調度方法

王勝昔

（國網湖北省電力有限公司恩施市供電公司，湖北 恩施 445000）

0 引 言

蜂巢狀有源配電網發電安排通常需要根據電網負荷的變化作出實時調整和改變，即需要根據實際情況作出合理的優化調度，以此消除運行負荷，保證蜂巢狀有源配電網的穩定和安全運行。然而，與普通配電網相比，蜂巢狀有源配電網內部結構更加復雜，對需求側響應的依賴性更高，因此其優化調度具有一定難度。

然而，目前的調度方法未充分考慮蜂巢狀有源配電網的需求側響應，導致在實際應用中難以達到預期的效果，不僅使蜂巢狀有源配電網出現負荷率偏低的情況，還增加了線路容量越限率。針對該問題，提出計及需求側響應的蜂巢狀有源配電網優化調度方法。

1 用戶需求預測

蜂巢狀有源配電網優化調度前，需要預測用戶需求和綜合用電成本[1]。用戶綜合用電成本主要包括用戶負荷轉移成本、用戶購電費用、用戶配電線路損耗成本3 部分。蜂巢狀有源配電網中的有源電力電子設備可以控制電能流動和電壓大小，有效降低線損，因此暫不考慮用戶配電線路損耗成本，僅針對用戶負荷轉移成本和用戶購電費用2 部分展開分析。

假設蜂巢狀有源配電網在i時刻到j時刻的總轉移負荷為P，則用戶負荷轉移成本計算公式為

式中：Fu(i-j)表示蜂巢狀有源配電網在i時刻到j時刻的電量總轉移成本；FP表示i時刻到j時刻的總轉移負荷成本；Fg表示i時刻到j時刻時間間隔的電量轉移成本；Fa(i-j)表示蜂巢狀有源配電網在i時刻到j時刻與轉移電量有關的成本；e表示變動成本系數；m表示固定成本系數；Fq(i-j)表示蜂巢狀有源配電網在i時刻到j時刻與時間間隔有關的成本[2]。

電力用戶購電費用包括用戶響應分時電價前的購電總費用和響應分時電價后的購電總費用。假設未參與分時電價時的購電價格為k，則用戶響應分時電價前購電總費用的計算公式為

式中：Ca表示用戶響應分時電價前的購電總費用；G表示未參與分時電價時的購電量[3]。

假設蜂巢狀有源配電網“峰、平、谷”3 個時段的購電價格分別為b1、b2、b3，則用戶響應分時電價后的購電總費用計算公式為

式中：Cb表示用戶響應分時電價后的購電總費用；t表示用戶響應分時電價的時間；T1、T2、T3分別表示蜂巢狀有源配電網“峰、平、谷”的時間；W1、W2、W3分別表示蜂巢狀有源配電網“峰、平、谷”3 個時段的用戶購電量[4]。

2 計及需求側響應的目標函數建立

結合對用戶需求的預測分析，以用戶購電費用最小、用戶滿足度最大、蜂巢狀有源配電網運行成本最小為目標，建立目標函數。其中，用戶購電費用最小目標函數的公式為

式中：f1表示用戶購電費用最小值[5]。

用戶滿意度主要與蜂巢狀有源配電網負荷量有關，用戶滿意度最大目標函數公式為

式中：f2表示用戶滿意度最大值；D表示蜂巢狀有源配電網中斷負荷量；K表示蜂巢狀有源配電網重要負荷量；S表示蜂巢狀有源配電網最大可中斷負荷量。

綜合考慮中斷負荷補償成本和可平移負荷補償成本等需求側管理費用，建立蜂巢狀有源配電網運行費用最小目標函數，其公式為

式中：f3表示蜂巢狀有源配電網運行費用最小值；N表示蜂巢狀有源配電網可控機組臺數；t表示電網調度時段；Jsd.t和Psg.t分別表示蜂巢狀有源配電網可控機組在調度時間段t的單位發電成本系數與有功功率；Jed.t和Peg.t分別表示蜂巢狀有源配電網風機的運行維護成本系數與有功功率；Jer.t和Per.t分別表示蜂巢狀有源配電網光伏列陣的運行維護成本系數與有功功率；Jrt.t和Prt.t分別表示蜂巢狀有源配電網儲能裝置的運行維護成本系數與有功功率。

將式（4）～式（6）3 個目標函數整合為一個綜合目標函數，其公式為

式中：f表示蜂巢狀有源配電網優化調度目標函數。

3 設定約束條件

結合式（4）～式（7），根據配電網運行特征和需求，約束電網優化調度，對配電網負荷轉移時段的約束條件公式為

式中：φ1表示約束條件1；tyu表示配電網負荷轉入時刻；Tyt表示配電網負荷響應周期；tuy表示配電網負荷轉出時刻。

分時電價實施后，考慮用戶電能消耗會受到約束，其約束條件公式為

式中：φ2表示約束條件2；μrt表示配電網負荷轉移前用戶用電量；μtu表示配電網負荷轉移后用戶用電量。

4 蜂巢狀有源配電網最優調度策略生成

以約束條件為依據，利用粒子群算法求解目標函數，根據配電網實際情況設定粒子群算法參數，包括粒子群數量和迭代次數等。假設每一個目標函數解為一個粒子個體，粒子群體通過迭代交叉操作，更新粒子位置，交叉操作后的粒子群得出的計算公式為。

式中：N表示蜂窩結構中交叉后的粒子數；S表示蜂窩交叉操作后的邊長。

對變異操作后的粒子生成新的群體，再利用適應度函數計算出新的群體中粒子的適應度值，按照適應度值大小對粒子進行排序，輸出適應度值最大的粒子，該粒子對應的解就是最優調度策略。執行該最優調度策略，從而實現計及需求側響應的蜂巢狀有源配電網優化調度。

5 實驗論證

5.1 實驗準備與設計

實驗中，將蜂巢狀有源配電網優化起始時間設定為10:00，結束時間為次日10:00。

在應用本文方法進行優化調度前，需要先對粒子群算法的參數進行如下設定：粒子種群數量為100，粒子種群迭代次數為200，粒子權重設定為0.45，學習因子設定為0.1。在求解目標函數的基礎上，執行優化策略。

為使實驗結果與實驗數據更具說明性，選擇2種傳統方法作為對比，分別對蜂巢狀有源配電網實施優化調度。2 種傳統方法分別為基于消費者心理的調度方法和基于供需互動的調度方法，分別用傳統方法A 與傳統方法B 表示。

5.2 實驗結果與討論

實驗首先以蜂巢狀有源配電網負荷率為評價指標，驗證3 種方法的應用效果。通常配電網負荷率的最佳范圍在80%～90%，此時既能保證電網安全又能提高電力生產效益。實驗以調度時間為變量，使用電子表格記錄調度時間內各個時間點配電網負荷率的數值，根據記錄結果，應用不同方法后配電網負荷率對比如圖1 所示。

圖1 應用不同方法后配電網負荷率對比

分析圖1 可以看出，在應用本文方法后，蜂巢狀有源配電網的負荷率基本保持在80%～90%，變化較為穩定。而應用2 種傳統方法后，配電網的負荷率始終低于應用本文方法的負荷率，且應用傳統方法B 后，配電網的負荷率甚至低于70%。由此可以說明，本文方法可以有效優化配電網負荷率，在保證配電網安全的同時，有效提高電力生產效益。

為進一步驗證設計方法的適用性，對比分別應用3 種方法的蜂巢狀有源配電網線路容量越限率。線路容量越限率可以反映配電網優化調度的合理性，線路容量越限率越低，配電網優化調度越合理。實驗以配電網優化調度周期為變量，使用電子表格記錄不同調度周期下蜂巢狀有源配電網線路容量越限率，應用不同方法后配電網線路容量越限率對比的具體數據如表1 所示。

表1 應用不同方法后配電網線路容量越限率對比

由表2 中的數據可知：應用3 種方法后，蜂巢狀有源配電網線路容量越限率均呈現出不斷增加的態勢；在應用本文方法后，線路容量越限率相對較低，線路容量越限率保持在0.02%～0.38%；而應用傳統方法A 和傳統方法B 后，線路容量越限率的最大值分別達到了25.11%和28.11%，明顯高于本文方法。

6 結 論

此次從需求側響應角度出發，設計了一套新的蜂巢狀有源配電網優化調度方案，有效降低了蜂巢狀有源配電網負荷和蜂巢狀有源配電網線路容量越限率，實現了對現有配電網優化調度理論的補充與完善以及對傳統方法的優化與創新，為計及需求側響應的蜂巢狀有源配電網優化調度提供了參考依據，具有一定的研究價值。但是，本文設計方法尚未在實際中得到大量的實踐與應用，在某些方面可能存在一些不足之處，今后會在方法優化設計方面展開進一步研究，為蜂巢狀有源配電網優化調度提供有力的理論支撐。