源網荷儲協同主動配電網分布魯棒優化調度系統

張曉毅，高振峰，孫雷

（國網冀北綜合能源服務有限公司，北京 100142）

可再生能源大量并網，使得電力系統出現了問題，這些問題主要包括接觸點電壓、電流突然升高、諧波干擾嚴重、新能源消納困難等。隨著電力系統的改造和智能化配電網絡建設，電力系統改造和智能化配電網絡建設推動了電力系統的巨大變革。現代配電網絡除了負責配電外，還配備了大量終端監測設備，以實現對配電網絡的實時監測和優化。近幾年，圍繞“源網荷儲”的積極配網協調與優化運營受到了越來越多的重視。目前，提出了一種基于需求側和供應側資源的協調方法，該方法通過改善供需雙方資源的協同控制，有效地解決了目前電網中存在的隨機問題。在此基礎上，保證系統成本最低，以此為目標構建“源網荷儲”最優調度模型[1]；后來提出了一種分布式多源協調優化調度方法，該方法將局部多項資源與能量存儲單元相結合，實現了分布式電源的聯合輸出。將分析結果及時反饋到區域調度層，充分考慮并發揮了配電網絡的自主性[2]。由于源網荷儲變量的多維度性，所以這兩種方法都很難優化調度配電網。針對這一問題，構建了一種“源網荷儲”協同的魯棒優化調度系統。

1 系統硬件結構設計

“源網荷儲”協同魯棒優化調度系統的設計，能有效地改善電網的安全性、經濟性，使配電網穩定、高效地運行。系統硬件結構如圖1 所示。

由圖1 可知，基于智能設備，構建了基于智能設備的多源協同優化調度結構。利用智能終端裝置，實現了對配電網數據的收集與優化控制[3]。

1.1 接口適配器

IEC61968 總線將配電網絡與微網管理系統的數據整合起來，并利用接口適配器來獲得電力網調度的能力，從而達到最優調度[4]。

接口適配器使對象類和適配器類分離，在不改變原有結構的前提下，對現有的類型進行復用。該結構既增強了類的可視化和可重用性，將特定業務實現流程封裝在適配器中，在增強適配器可用性的同時，使用戶端能夠方便查看相關業務數據，同一個適配者類可以在許多不同的系統中重復使用[5-6]。

1.2 智能監控裝置

在配電網絡中配置智能監測裝置，能夠實現對電力系統有功處理的實時監測及數據的采集與上傳。通過對源網荷儲協同主動配電網智能監測裝置進行加密處理，保證了數據不受篡改和盜用[7-8]。

智能監控裝置結構如圖2 所示。

圖2 智能監控裝置結構

由圖2 可知，將可控負荷設置在可控負荷側，能夠實時監測可控負荷的電力需求，并具備雙向通信功能，滿足電力通信直流規約[9]。采用縱向加密技術，確保了調度和用戶的需要，并保證了調度過程和用戶使用的私密性[10]。

1.3 配網綜合調度中心

配網綜合調度中心是負荷調度系統的核心，全部負荷信息匯集到調度中心，使其具備實時發電、負荷預測、負荷側雙向通信等多種功能，并利用實時電價指導、負荷曲線配置等方式，實現負荷動態跟蹤[11]。

在多源數據融合中，將數據信息進行融合，并在主動配電網絡上進行預處理，通過模擬設計最優調度方案，以達到多源協同優化調度的閉環模式管理[12-13]。

2 系統軟件部分設計

設計的“源網荷儲”協同魯棒優化調度系統軟件部分，主要包括以下幾個步驟：

步驟1：獲取源網荷儲的運行參量數據；

步驟2：根據獲取的運行參量數據以及預設調度模型，得到源網荷儲的調度控制策略[14]；

1）源網荷儲供電可靠性

系統的可靠度是以用戶的斷電損耗為度量的，當電源供應不足或斷電對用戶和供電公司造成的經濟損失時，利用故障列舉法對用戶的損耗進行估計，其計算步驟如下：

系統停電損失期望，計算公式為：

式中，fI表示系統缺供電損失率；ZNS(t)表示主動配電網群供電不足期望值，該值由主動配電網負荷功率損失決定，其計算公式為：

式中，A表示不可用參數組合；B表示可用參數組合；i、j分別表示機組編號；Wi(t)、Wj(t) 分別表示機組i、j在時間t下的輸出功率；Ri(t)表示發電單元[15]。

2）調度模型構建

1 目標函數確定

配電網的供電可靠性最高，供電可靠性主要體現在配電網側綜合負荷曲線的波動情況，由供電負荷波動幅度和波動率共同評價[16]。

目標函數f1可表示為：

②約束條件

對于分布式電源出力約束：主動配電網中電源實際輸出的功率，應該在分布式電源功率輸出的最小值和最大值之間；

對于節點電壓約束：主動配電網中某個節點實際的電壓值，應該在分布式電源實際電壓輸出的最小值和最大值之間；

對于支路功率約束：主動配電網在某條線路輸送的功率，應該在支路功率的最小值和最大值之間；

對于總功率守恒約束：在不同時刻主動配電網的總功率守恒約束，由常規機組有功輸出功率WE(t)、不可控負荷需要的有功功率WM(t)決定，公式可表達為：

通過式（4）能夠得到總功率守恒結果，然而，由于源網荷儲變量的多維度性，存在大量不確定性參數，所以為了提供系統魯棒性，應將問題描述成：

式中，x、y分別表示決策變量和不確定量；gi(x,y)表示約束條件函數；z表示有界閉集。

步驟3：協同調度控制策略。

魯棒優化核心在于惡劣場景下的優化調度方案，源網荷儲協同調度指的是充分利用主動配電網中的電力儲能和負荷，配合可再生能源并網后，實現系統的良性互動，進而保證主動配電網供電具有可靠性。

在主動配電網中，可將電力系統魯棒優化調度分成日前調度、實時調度這兩個階段，詳細調度內容為：

在日前調度階段，通過對各節點的功率分配和各節點的負載進行了預測。根據預測誤差，將20%的儲能系統作為備用余量。將能量儲存系統與彈性負荷之間的限制與可調用能力相結合，對能量儲存系統與負荷收集器的日前調用計劃，并針對不同使用者狀況，制定了相應的反應方案，并與客戶進行溝通[17-18]。

在實時調度階段，每隔15 min 對分配電源與負荷功率的輸出偏差進行校正，并進行相應調節，從而達到最終充放電效果。

3 實驗分析

3.1 實驗區域概況分析

開發區為一地區光電產業聚集的高科技園區，面積30 km2。該地區包括兩臺主變壓器，分別是編號為1 的容量為50 MVA 的10.5 kV 主變壓器、編號為2 的容量為160 MVA 的20 kV 主變壓器。這兩個變壓器位于該區域中心位置，承擔了全部負荷，2020 年的最大發電量是95.80 MW。供電區目前有180 MW并網的光伏發電能力，近期規劃的光伏發電量為45～55 MW。

大規模的分布式光伏（PV）接入將使新區電網的運營特性發生巨大變化。首先，由于光伏接地密度大，使得潮流分布不均，且存在大量的待機情況，這就給配電網的分配造成了一定的難度。

選擇2 號主變壓器總功率進行分析，其數據如表1 所示。

表1 2號主變壓器總功率

由表1 可看出，主變壓器分布并不均勻，出現倒送情況。主變壓器不僅區域內光伏消納效率不佳，還存在過載風險過大的情況。

3.2 實驗結果與分析

分別使用基于需求側和供應側資源的協調方法、基于分層分布式多源協調方法、分布魯棒優化調度系統，對比分析負荷響應調度安排情況，如圖3所示。

圖3 三種方法負荷響應調度對比分析

由圖3 可知，使用基于需求側和供應側資源的協調方法與理想調度相比，在100～150 min、150～200 min 內，出現了不應該參與的調控階段，在0～100 min 內，參與的調控階段一致，并且負荷響應調度最大誤差為0.04 MW；使用基于分層分布式多源協調方法與理想調度相比，在50～100 min、150～200 min 內，出現了不應該參與的調控階段，在0～50 min、250～300 min 內，參與的調控階段一致，并且負荷響應調度最大誤差為0.04 MW；使用分布魯棒優化調度系統與理想調度相比，參與的調控階段一致，并且負荷響應調度最大誤差為0.01 MW。綜上所述，所設計系統負荷響應調度安排效果較好。

4 結束語

對電力市場中的源網荷儲協同主動配電網分布魯棒進行了優化，并對其進行了主動分配。在電力系統中，合理地使用各類資源，并制訂相應的控制策略，是實現主動配電網最優調度的關鍵。結合配電網內部源網荷儲資源建立了優化調度方法，但還不完善，有待于深入探討。目前，我國配電網的優化調度問題還需要進一步研究和完善，主要是針對配電網的控制策略，構建配電網的調度優化模型。