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考慮分時電價的主動配電網柔性負荷多目標優化控制

武漢大學電氣工程學院的研究人員孫建軍、張世澤、曾夢迪、朱淩一、査曉明, 在2018年第2期《電工技術學報》上撰文指出, 為促進居民經濟用電以及對分散式能源的消納, 在主動配電網的優化調度中, 儲能設備的調蓄作用至關重要, 但單純依靠儲能的調節作用會極大增加系統成本。

在需求回應機制下, 利用分時電價機制可有效促進柔性負荷參與系統能量平衡的調蓄作用, 從而有效降低儲能單元配置成本。 基於電力需求彈性理論, 建立引入分時電價機制的主動配電網柔性負荷調度模型;構建可降低網側功率波動、兼顧用戶生活舒適度以及運行經濟性為目標的多目標優化模型,

並通過粒子群演算法求解獲得柔性負荷控制策略。 通過對某一具體場景的分析與模擬證明了所提方法的有效性, 實現配網清潔能源的友好接入和高效利用。

配電網的分散式特性(隨機性和間歇性)隨著光伏、風電等新能源的比重增加而愈發明顯, 控制方式也變得靈活多樣。 傳統配電網逐漸演變成為調度資源豐富的主動配電網(ActiveDistribution Network, ADN)。 微電網作為未來主動配電網的重要組成部分, 通過將一定區域內的分散式電源、當地負荷以及配置少量儲能裝置組織起來形成一個微型電網[1], 有效利用分散式電源是未來能源互聯網實現用電能效管理、分散式電源管理的主要方式。

單純的依靠儲能平衡微電網負荷與分散式新能源的功率波動經濟性差, 負荷側需求(Demand Response,DR)回應通過電力價格信號或者與使用者簽訂控制合約等激勵機制來對使用者負荷實現間接或者直接的控制, 以改變傳統的電力市場的參與行為, 提高終端使用者電能使用效率[2], 是未來電力市場改革的主要方向之一。

柔性負荷指的是能夠改變用電時間或負荷功率以配合電力運營商的需求回應策略, 從而獲得經濟效益的負荷[3]。 利用柔性負荷的調控作用可以有效減小功率平衡所需的儲能容量, 提高微電網運行的經濟性。 以目前對需求側管理的研究方向來看, 在控制物件方面, 文獻[4]提出以熱泵負荷為控制物件的基於溫控負荷開關狀態的狀態序列演算法。

文獻[5]建立了可平移負荷的模型, 以可平移負荷為控制物件進行調度。 文獻[6]考慮了對電動汽車採用有序調度。 另有許多文獻[7-11]將多種負荷聯合調度。

在優化目標方面, 在能源互聯網的大環境下, 電力服務的重心向使用者轉移, 大部分文獻[5-12]均以人性化(用戶舒適度和經濟性)以及供電可靠性作為優化的主要方向, 文獻[13]主要考慮了節能減排的動態經濟調度。

微電網的優化調度作為一個非線性的多目標優化問題, 文獻[14]分析了對可控負荷的三種控制模式, 文獻[9]提出了多時間尺度協調的負荷互動回應策略。 文獻[10]提出了由時間驅動的線上即時能量管理方法,

部分方法由於時代局限性對電網中的控制方式只針對可控或者可平移負荷中的一種或幾種, 其優化的目標只考慮了電網運行的某些方面。

本文通過對華中某地包含高比例可再生能源的地區進行分析, 考慮分時電價對居民用電習慣以及柔性負荷的影響來優化配網能量的調度, 在實際資料的基礎上, 使用歷史負荷資料劃分分時電價時段, 在柔性負荷模型的基礎上實現配電網的經濟優化調度, 有效地平抑了分散式能源隨機性帶來的功率不平衡, 同時提高配網對新能源的消納能力, 並通過算例模擬證明了方法的有效性。 表明了柔性負荷對新能源消納的巨大作用, 為能源互聯網的實現提供理論支援。

圖1 一般社區微網架構

結論

本文在分時電價這個參考量的基礎上, 在能源互聯網資訊雙向交互的環境下, 劃分負荷峰谷時段, 調整設定熱泵負荷溫度, 規劃使用者柔性負荷的用電時段, 配合少量儲能的調度策略, 採用多目標粒子群演算法, 實現主動配電網能量使用最優化。

從需求側管理考慮,使用者負荷作為一種可管理的資源,而電能消費是一種經濟選擇,以分時電價、供電量、用電需求之間的制約關係來調動用戶用電習慣,規劃負荷用電功率及時段,可以提高主動配電網的用電效益,最大化地消納分散式能源。

通過以上方式,既保留了供需平衡所帶來的社會經濟效益,又滿足用戶滿意度最大化及費用最小化,並從建模方法、分析角度、應用策略等方面對現有優化調度方式進行了一些改進。

實現主動配電網能量使用最優化。

從需求側管理考慮,使用者負荷作為一種可管理的資源,而電能消費是一種經濟選擇,以分時電價、供電量、用電需求之間的制約關係來調動用戶用電習慣,規劃負荷用電功率及時段,可以提高主動配電網的用電效益,最大化地消納分散式能源。

通過以上方式,既保留了供需平衡所帶來的社會經濟效益,又滿足用戶滿意度最大化及費用最小化,並從建模方法、分析角度、應用策略等方面對現有優化調度方式進行了一些改進。

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