跨区域协同指挥下的配电网分布式目标优化调度方法.pdf

Microcomputer Applications Vol.39,No.8,2023文章编号：10 0 7-7 57 X(2023)08-0146-03跨区域协同指挥下的配电网分布式目标优化调度方法研究与设计微型电脑应用2 0 2 3年第39 卷第8 期李扬，胡兆华（深圳供电局有限公司，广东，深圳518 0 0 0）摘要：为了实现配电网优化调度，降低运行成本，改善配电网电能质量，设计一种配电网分布式目标优化调度方法。在跨区域协同指挥的条件下，依据一定的分区原则与实际情况，进行配电网的分区处理，制定各种分区的对应目标函数；制定支路潮流、节点电压、储能装置、激励负荷、可中断负荷、可中断负荷无功约束与有功方面的约束条件，利用交替方向乘子法进行目标函数的求解，实现分布式配电网目标优化调度。算例分析结果表明，该方法能够根据负荷变化，合理调度，达到了良好的储能优化效果，对于配电网运行成本与电能质量的改善有着积极的意义。关键词：跨区域协同指挥；目标优化调度；配电网；储能装置；柔性负荷；分布式电源中图分类号：TM73文献标志码：ADistribution Network Distributed Target Optimal Scheduling Methodunder Cross-regional Collaborative CommandLI Yang,HU Zhaohua(Shenzhen Power Supply Bureau Co.,Ltd.,Shenzhen 518000,China)Abstract:In order to realize the optimal dispatching of distribution network,reduce the operation cost and improve the powerquality of distribution network,a distributed objective optimal dispatching method of distribution network is designed under thecross regional collaborative command.According to certain zoning principles and actual conditions,we divide the distributionnetwork and formulate the corresponding objective functions of various partitions,formulate the constraints including branchpower flow,node voltage,energy storage device,excitation load,interruptible load,interruptible load,reactive power con-straint and active power constraint,and use the alternating direction multiplier method to solve the objective function to realizethe objective optimal dispatching of distributed distribution network.The results of example analysis show that this method candispatch reasonably according to the load change,achieve a good effect of energy storage optimization,and has positive signifi-cance for the improvement of distribution network operation cost and power quality.Key words:cross-regional collaborative command;goal optimization scheduling;distribution network;energy storage device;flexible load;distributed power supply考虑到用户满意度，进行了动态经济调度，主要考虑优化处0引言理多个目标函数，通常应用粒子寻优、模糊表示、遗传算法等在能源危机与环境污染日益严重的现状下，我国对产业来求解。对于第二个方向的研究，主要分为随机最优潮流与化可再生能源技术的进程积极推进，在配电网中接入多样化概率最优潮流两方面的研究3，其难点在于求解模型。的分布式能源，同时，我国还鼓励对分布式能源进行并网。综合目前已取得的研究成果，在跨区域协同指挥的前提在该背景下，配电网分布式目标优化调度成为该领域的研究下进行配电网分布式目标优化调度问题的研究。热点。分布式电源具备低接入电压等级、小容量、大数量等1跨区域协同指挥下的配电网分布式目标特点，管理十分困难。这种特性也给配电网优化模型的构建优化调度方法设计与配电网调度带来了很大困难。在智能电网技术的不断发展下，分布式能源的规模越来越大，影响也越来越大，进行配电网分布式目标优化调度有着非凡的意义，因此，对该问题进行深入研究。对于该问题的研究，目前主要集中在以下两个方向：一是确定性调度问题，二是考虑随机性的目标优化调度问题。对于第一个方向的研究，优化目标主要是用户需求、稳定性、线路损耗、污染物排放量、风险、可靠性、安全性等。文献2 作者简介：李扬（197 8 一），男，本科，工程师，研究方向为电力系统及其自动化；胡兆华（198 7 一），男，本科，工程师，研究方向为配网调度智能分析、智能指挥、智能防误。.1461.1配电网分布式优化调度目标在跨区域协同指挥的条件下，依据一定的分区原则并与实际情况相结合进行配电网的分区处理，依据分区结果，制定对应的目标函数，获得最优解。遵循的分区原则具体如下：（1）当馈线上分段开关间存在分布式电源时，可将两个分段直接划分成同个区域。Microcomputer Applications Vol.39,No.8,2023（2）当馈线上在分支界定开关与尾端线路之间包括分布式电源，直接将该段划分成同个区域。（3）尽量使各分区内部规模相近且互不重叠。完成分区处理后，制定各种分区对应的目标函数：（1）对于有较多分布式能源的分区，将主要目标定为单位时段间的最低配电网运行费用4。其目标函数具体如下：min fA=min2u EKoppA+kesPEss+k(P)+iEOAUFAUEAk2PA=k2PAg+(P)+wP-PAo!+kGPGAJ(1)式（1)中,PGA表示购电量，kG表示分时购电成本,表示用户实际停电意愿因子，PIA表示A分区中i节点降低的负荷有功，W2、i 分别指赔偿系数，H表示用户实际负荷增加意愿因子，PHA表示A分区中i节点上升的负荷有功，k2、k i 分别指激励系数，PESSA表示A分区中的储能装置有功，kEss表示储能装置在放电和充电时的实际调度成本系数，PPGA表示A分区中i节点的实际DG有功，kDG表示DG上网实际电价成本，EA表示A分区中的储能装置节点对应集合，FA表示A分区中的柔性负荷节点对应集合，2 A表示A分区中的DG节点对应集合，minfA表示单位时段的最低运行费用5。输人以上参数，计算公式（1)获得的结果为最优解，即单位时段间的最低配电网运行费用。（2）在实际生产时，往往需要对可再生分布式电源在配电网中的实际出力进行一定程度的削减，因此，达到较低的削减率也是一个重要目标6 。对于可再生分布式电源较多的分区结果，即光伏、风电较多的分区，将主要目标定为最大消纳率也就是单位时段的最小DREG削减率7 。目标函数具体如下：min rA=min2(PPRECA-PPRECA)PPREGAieYA式(2)中，PPREGA表示A分区中某时段节点i的预测DREG最大有功值，PPREGA表示A分区中某时段节点i的实际DREG有功值，亚A表示A分区中的DREG节点对应集合，minf/A表示最大消纳率。根据配电网的实际情况输人以上参数，计算式（2）获得最优解，即单位时段的最小DREG削减率。（3）节点电压也是一个很重要的指标8 。对于一些存在较多重要负荷的分区，将单位时段内的最小电压偏差定为主要目标。目标函数具体如下：min fA=AU=式（3)中，Umax表示在A分区中节点i电压偏差最大值，具体计算公式如式（4），UA*表示在A分区中节点i的对应额定电压，UA表示在A分区中节点i的对应电压，N表示A分区中的实际负荷节点数，U与minfA表示单位时段的最小电压偏差。AUAmax=UAmax-UAmin式(4)中，Umx表示在A分区中节点i的对应最大电压，UAm表示在A分区中节点i的对应最小电压。将分区中的实际负荷节点数等参数输人到共工氏（3)中获得最优解，单位时段内的最小电压偏差。研究与设计1.2配电网分布式约束条件制定目标函数的约束条件，具体包括支路潮流、节点电压、储能装置、激励负荷、可中断负荷、可中断负荷无功约束与有功方面的约束条件。其中，制定的支路潮流方面的约束条件具体如式（5）PAPAVijELAU LA.B式（5)中，LA.B表示A分区与B分区这两个相邻分区的联络线集合，LA表示A分区中的实际支路集合，PA表示i、j支路的对应有功上限，P表示i、j 支路的对应净有功量，Vi表示所有节点i。节点电压方面的约束条件具体如式（6)(V/A)?(eA)2+(fA)(VA)?IViENAUOA式（6)中，A表示A分区中相邻节点的对应集合，NA表示A分区中的节点集合，VA表示在A分区中节点i的上限电压值，VA表示在A分区中节点i的下限电压值，A表示在A分区中节点i的对应电压向量虚部，e表示在A分区中节点i的对应电压向量实部。储能装置方面的约束条件具体如式（7)PSSAPESSAPSSAIViEEA式(7)中，PSSA表示A分区中节点i的储能装置有功，PFSSA表示A分区中节点i的储能装置上限有功值，PFSA表示其下限有功值。激励负荷方面的约束条件具体如式（8）PHAPHAPHAIViEFA式（8)中，PHA表示A分区中节点i增加负荷的有功上限，PHA则表示有功下限。X100%(2)UA-UA*AUA微型电脑应用2 0 2 3年第39 卷第8 期(5)(6)(7)(8)可中断负荷方面的约束条件具体如式（9)PAPIAPIAViEIA式(9)中,PIA表示A分区中i节点降低的负荷有功上限，PIA则表示有功下限，IA表示A分区中的可中断节点对应集合。可中断负荷无功约束与有功方面的约束条件具体如式(10)PPGAPPGAPPCAIViEQA式(10)中，PPGA表示A分区中i节点的实际DG有功下限，PPGA则是有功上限。完成约束条件的制定后对其各条件进行凸规划处理。(3)1.3配电网分布式目标优化调度方法对于各种分区的对应目标函数，在制定的约束条件下，通过交替方向乘子法求解目标函数，实现配电网分布式目标优化调度。设有较多分布式能源的分区为A，可再生分布式电源较多的分区为B,存在较多重要负荷的分区为C。使用X、Y、Z(4)分别代表各区内的三个目标函数单位时段的最低运行费用minfA、最大消纳率minfA和单位时段的最小电压偏差minfA。通过交替选代思想，分成三个步骤来求解，具体如下：（1）在A分区中进行第k十1次送代，对该分区的购电.147.(9)(10)Microcomputer Applications Vol.39,No.8,2023量PGA、分时购电成本kG、分区中的储能装置有功PESSA、分区中i节点的实际DG有功PPGA以及DG上网实际电价成本kDG等变量进行更新输入；根据配电网分布式约束条件式(8)和式（9)对A分区中i节点降低的负荷有功PIA和A分区中i节点上升的负荷有功PHA进行限制，根据式（7)对PESSA进行限制，然后根据式(1)计算出A区的最优解X。（2）在B分区中进行第k十1次送代，对B分区中DREG节点对应集合亚A进行更新输人；根据式（10)对节点i的预测DREG最大有功值PPREGA、节点i的实际DREG有功值PPREGA进行限制，然后根据式（2）计算出B区的最优解Y。（3）在C分区中进行第k十1次迭代，对C分区中在A分区中节点i的对应电压UA和实际负荷节点数N进行更新输人；根据式（6)对节点i的对应最大电压Umax、分区中节点i的对应最小电压Umin进行限制，然后根据式（3）和式（4)计算出C区的最优解Z。在求解过程中，以此获得原始残差与对偶残差，将二者的收敛精度作为终止送代的条件，最终实现目标函数的求解。2算例分析2.1算例设计对于设计的跨区域协同指挥下的配电网分布式目标优化调度方法，设计一个算例，对该方法的性能进行测试与分析。设计的算例的节点系统构造如图1所示。19.20.21 22345.6.7.89101112131415161718電26 27 28 29 30 31 32 3323 24 25图1算例的节点系统构造图1中，节点1属于平衡节点，连接上层电网，通过支付方式进行购电。其上层电网的售电方式为分时电价，具体如表1所示。在节点32 和节点15处分别安装了微型燃气轮机,其中,MT1与MT2的安装容量分别为0.8 MW与0.6MW。微型燃气轮机的发电成本为0.8 1元/kWh。节点7 处接入的是风机，其装机容量可达1MW。同时，在节点2 6 和节点6 之间接入了可调变比变压器。表1上层电网的分时电价序号电价种类1谷时2平时3峰时在算例中，各参数的取值或取值范围如表2 所示。通过该算例，对设计方法有效性进行验证。分别测试设计方法的调度性能与优化性能。2.2调度性能测试结果在调度性能的测试中，使用的运行方案如下：总经济成本为3.96 7 410 4元；投资成本为0.0 8 0 410 4元；研究与设计序号1循环储能充放电次数2可调变压器实际变比范围3节点电压范围4储能装置有功值范围5荷电状态Soc6规划年限7增加负荷的有功值范围8减少负荷的有功值范围9支路的对应有功值范围10实际DG有功值范围运行成本为3.8 8 7 0 10 4元。使用设计方法进行分布式目标优化调度后，微型燃气轮机日出力计划与5号节点的典型日调度储能计划具体如表3和图2 所示。表3微型燃气轮机日出力计划MT1负荷/MT1功率/MT2负荷/MT2功率/时间/hMW00.547840.315280.6598120.4089160.8230200.5078240.7125表3的微型燃气轮机日出力计划表明，MT1与MT2的功率变化趋势与负荷变化趋势相符且非常接近，证明设计方法能够对不同时间段微型燃气轮机的负荷功率进行合理分配，具有良好的调度性能。0.30.22M/0.1043691215182124-0.1-0.2-0.3 时间/h电价/（元/MWh）23,24&.0,740021,23&11,1765017,21&.7,111000微型电脑应用2 0 2 3年第39 卷第8 期表2 各参数的取值或取值范围参数单位取值或取值范围次10000一0.9,1.1p.u.0.95,1.050.2,1.50.2,1年15一0.7,2.05一0.2,0.8一0.1,0.3一1.3,1.8MWMW0.57200.10010.33250.27590.65200.25760.41650.41250.82010.59860.51960.58740.70210.3695图2 5号节点的典型日调度储能计划图2 的5号节点的典型日调度储能计划数据表明，设计方法能够根据负荷变化对节点储能进行合理调度。也就是在一个工作日中，根据负荷时段的不同，设计方法能够对储能状态进行灵活调整。2.3优化性能测试结果在总经济费用不断提升的情况下，对设计方法的电压偏差数据进行测试，获取设计方法的优化性能。在测试中，总经济费用的变动范围为3.92 10 44.12 10 4元。设计方法的电压偏差测试数据具体如图3所示。(下转第152 页）.148MW0.10200.28630.25860.42010.60100.59630.3752Microcomputer Applications Vol.39,No.8,2023题，进行以下技术研究：（1)利用无人机及巡检机器人实现水利水电施工现场的监控，将ARM主控部分与Lora网络数据通讯结合起来，提高了数据采集能力。（2）通过水利水电工程事件驱动的数据采集单元实现施工项目不同单元的数据采集，提高了水利水电施工项目时间、名称、施工项目等不同信息的采集。(3)通过改进型粒子群优化算法（PSO)算法模型对水利水电工程施工项目的不同施工单元以及输出数据信息的检索和计算，提高了项目数据的管理能力。本研究使得水利水电行业管理方法领域提升了一个新的技术高度。对现代水利水电行业由自动化转向智能化提供坚实的理论与实践基础。但本研究仍旧存在一些技术不足，比如数据采集过程中外界干扰性程度和干扰性因素大小的衡量，这需要进一步的研究。【1杨林，唐成方.水利水电工程施工安全管理研究J.工程建设与设计，2 0 2 1（1）：2 35-2 36.2俞和鹏.水利工程施工管理问题及对策研究J.居舍,2 0 2 1(1):152-153.3李文斌.水利工程信息与BIM技术的应用研究J.四川水泥，2 0 2 0(4）：140.4王明明，陈代果，姚勇，等.基于BIM的土石坝4D模型在施工进度管理中的应用框架J.施工技术，（上接第148 页）1401201008060403.92图3设计方法的电压偏差测试数据由图3中设计方法的电压偏差测试数据可知，设计方法的总经济费用不断上涨，实现的电压偏差大幅降低，达到了良好的储能优化效果。3总结在跨区域协同指挥的前提下，对配电网分布式目标优化调度问题进行了深入研究，设计了一种配电网分布式目标优化调度方法，在支路潮流、节点电压、储能装置、激励负荷、可中断负荷、可中断负荷无功约束与有功方面的约束条件下，提升其配电网分布式优化调度效果，研究结果具有良好的现实意义。1瞿合祚，李晓明，杨玲君，等考虑负荷和分布式电源研究与设计2018,47(16):132-135.5王省，黄维亮.浅谈BIM技术在水利水电工程的应用J.人民黄河，2 0 2 0，42（S2)：2 55-2 56.6 张成涛.关于水利工程施工技术管理的探究J.珠江水运，2 0 2 0 2 3）：94-95.7 张志杰.加强水利工程安全施工管理的有效途径探讨J.农业科技与信息，2 0 2 0（2 2）：111-112.8唐少东.BIM技术在水利水电工程施工中的应用J.工程技术研究，2 0 2 0，5（2 2）：9 1-9 2.9王朝宇.水利工程施工管理控制的影响因素与解决措施分析J.地下水,2 0 2 0,42（6）：2 6 2-2 6 3.10甄文凯.水利水电施工监理工作中存在的问题及解决办法J.珠江水运，2 0 2 0（2 1）：52-53.11曹希良，吕兴坤，黄小蕙.水利水电工程施工中常见问题及解决措施J.水电站机电技术，2 0 2 0，43（11）：81-82.参考文献12花建彬，李书嘉，金鹏程.浅谈水利水电工程管理中精细化管理理念的运用J.水电站机电技术，2 0 2 0，43(11):225-226.13董凌伯.浅议水利水电工程施工管理中突出问题及对策.绿色环保建材，2 0 2 0（11）：16 1-16 2.14石红山.加强水利工程施工管理措施探讨J.长江技术经济，2 0 2 0,4(S2)：37-39.（收稿日期：2 0 2 1-0 7-30）时变性的配电网多目标动态重构和DG调度J.高电压技术，2 0 19，45（3）：8 7 3-8 8 1.2肖俊明，杨璐，朱永胜，等，考虑用户满意度的主动配电网多目标动态经济调度J.可再生能源，2 0 2 0，38(5):696-704.35张志荣，邱晓燕，孙旭，等。协调柔性负荷与储能的交直流配电网经济优化调度J.电力建设，2 0 2 0，413.964.00总经济费用/10 元参考文献微型电脑应用2 0 2 3年第39 卷第8 期4.044.084.12(5):116-123.4张张涛，王成，王凌云，等偏差电量考核机制下含DG的售电公司多目标优化调度模型J电工技术学报，2019，34(15):32 6 5-32 7 4.5黄伟，刘斯亮，羿应棋，等.基于光伏并网点电压优化的配电网多时间尺度趋优控制J电力系统自动化，2019,43(3):92-100.6倪识远，张林考虑动态重构的主动配电网多目标双层优化调度方法J.电力系统保护与控制，2 0 2 0，48(20):38-47.7寇凌峰，吴鸣，李洋，等主动配电网分布式有功无功优化调控方法J中国电机工程学报，2 0 2 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