基于需求響應(yīng)優(yōu)化配電網(wǎng)設(shè)計

-1-緒論1.1選題背景及意義隨著科技的發(fā)展，我們都需要依靠用電來進行生活和工作，怎樣保持用電平衡是需要考慮的問題。需求響應(yīng)是通過需求側(cè)管理，可將用戶的需求響應(yīng)能力和可再生能源發(fā)電能力結(jié)合起來，從而實現(xiàn)新能源消納和負(fù)荷削峰填谷，同時也可以滿足電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行的要求。需求響應(yīng)的概念最早由美國能源署提出，其核心理念是，通過需求側(cè)管理使用戶在負(fù)荷高峰期節(jié)約用電，在低谷期增加用電負(fù)荷。需求側(cè)管理，是指針對電力用戶的用電行為和用電需求開展的管理活動。隨著電網(wǎng)負(fù)荷的快速增長和可再生能源發(fā)電規(guī)模的不斷擴大，傳統(tǒng)意義上的電力用戶已經(jīng)無法滿足電網(wǎng)發(fā)展和經(jīng)濟增長對電力系統(tǒng)的要求。因此，建立能夠充分利用電網(wǎng)中可再生能源發(fā)電資源和用戶可調(diào)節(jié)資源的需求響應(yīng)機制，以提高電網(wǎng)靈活性和服務(wù)水平、降低用電成本，已經(jīng)成為世界各國電力系統(tǒng)發(fā)展的必然趨勢。2016年9月23日，國家發(fā)改委等十部委聯(lián)合發(fā)布了《關(guān)于進一步完善分時電價機制的通知》（發(fā)改價格〔2016〕962號）。通知提出，支持建設(shè)分布式能源、儲能等調(diào)節(jié)資源；支持建設(shè)智能有序用電體系；鼓勵發(fā)展基于負(fù)荷控制技術(shù)的需求響應(yīng)。這些政策說明了國家層面對需求響應(yīng)高度重視。為了充分利用現(xiàn)有可再生能源資源和用戶調(diào)節(jié)能力，實施需求響應(yīng)項目，解決電力系統(tǒng)與新能源發(fā)電消納矛盾，可以充分發(fā)揮需求側(cè)管理對電網(wǎng)安全運行、電力可靠供應(yīng)、能源節(jié)約利用等方面的作用。本課題研究內(nèi)容為基于需求響應(yīng)的配電網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計。負(fù)荷側(cè)需求側(cè)響應(yīng)可以通過電價和激勵兩種方式實現(xiàn)，對比兩種方式的區(qū)別及適用場景。其中基于分時電價的需求響應(yīng)方式是配電網(wǎng)制定不同的電價策略來改變用戶的用電方式，基于激勵的需求響應(yīng)方式是配電網(wǎng)制定優(yōu)惠政策來激勵用戶響應(yīng)調(diào)度信號。然后以配電網(wǎng)運行安全性和經(jīng)濟性兩方面出發(fā)，建立優(yōu)化調(diào)度的模型，模型包括目標(biāo)函數(shù)和約束條件，其中約束條件既需要考慮配電網(wǎng)運行約束，又需要考慮機組、負(fù)荷的調(diào)節(jié)約束。最后設(shè)置合理的算例，選用合適的算法來進行求解，來驗證所提的策略價值。1.2國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀隨著科學(xué)技術(shù)、經(jīng)濟和百姓對電的依賴越來越多，配電網(wǎng)已經(jīng)是重要的組成部分，主要出現(xiàn)在西方國家，例如法國、丹麥等國家，詳細(xì)內(nèi)容為以下：（一）日本配電網(wǎng)市場日本配電網(wǎng)市場是世界上最早進行市場化改革的國家之一。由于配電網(wǎng)的重要性和復(fù)雜性，日本在進行配電改革前，首先對其進行了“國家壟斷”，即：發(fā)電企業(yè)可以自行決定發(fā)多少電、由誰來發(fā)、如何發(fā)。日本的電力產(chǎn)業(yè)形成了較為完備的產(chǎn)業(yè)鏈，也就是我們所說的“主電網(wǎng)”。日本主電網(wǎng)由兩大部分組成：一是發(fā)電企業(yè)，包括三家大型發(fā)電公司（東京電力、三菱、NTT）以及若干中小型發(fā)電公司；二是配電企業(yè)，包括七家大型配電企業(yè)（JICA、大冢、NTT、TDK、松下、新日鐵和住友）以及若干中小型配電企業(yè)。在這兩大部分之外，還有許多獨立的中小供電企業(yè)。從經(jīng)濟上看，配電網(wǎng)是電力商品和服務(wù)的流通渠道，從運營上看，配電網(wǎng)是電力商品和服務(wù)的供應(yīng)者。（二）歐洲配電網(wǎng)市場歐洲配電網(wǎng)市場是世界上最早開始市場化改革的地區(qū)之一，自20世紀(jì)70年代起，歐洲各國先后進行了以“放松管制、加強競爭”為核心的電力改革，并逐步建立了符合自身特點的配電體制。歐洲各國的配電網(wǎng)均實行政企分開，均是按照“發(fā)電和配電網(wǎng)分別管理、分別經(jīng)營”的原則組建，所有配電企業(yè)均具有獨立的法人資格。（三）澳大利亞配電網(wǎng)市場澳大利亞的配電系統(tǒng)管理模式是典型的兩級制，即配電網(wǎng)系統(tǒng)由澳大利亞政府組建的電力公司負(fù)責(zé)運營管理，配電公司則主要負(fù)責(zé)用戶供電服務(wù)。在澳大利亞，所有配電系統(tǒng)都是由聯(lián)邦政府獨立運行，并由聯(lián)邦政府授予其一定的配電經(jīng)營權(quán)，其他私人配電公司均不具備獨立的產(chǎn)權(quán)。具體來說，澳大利亞配電網(wǎng)分為兩個層級：第一層級是聯(lián)邦政府直屬的配電網(wǎng)管理機構(gòu)（RMC），負(fù)責(zé)聯(lián)邦政府和各州配電系統(tǒng)的運行、管理和控制；第二層級是在州政府管理下的配電網(wǎng)公司（PACT），負(fù)責(zé)整個州范圍內(nèi)配電網(wǎng)的運營管理。在澳大利亞，每個州都有一個單獨的電力公司，一般都是由州政府控股。（四）新加坡配電網(wǎng)市場新加坡的電力產(chǎn)業(yè)形成了三層結(jié)構(gòu)：發(fā)電企業(yè)、配電企業(yè)和用戶。第一層為發(fā)電企業(yè)，是配電網(wǎng)的主體。新加坡的發(fā)電企業(yè)分為兩類，一類是擁有獨立發(fā)電權(quán)的國有發(fā)電企業(yè)，即：國家電力公司（NationalElectricPowerCompany，簡稱NEPC）、新加坡電力公司（SingaporeElectricPowerCompany，簡稱SEPC）、國家電訊公司（NationalElectricTelecommunicationCompany，簡稱NET）等；另一類是民營電力公司，即：民營企業(yè)發(fā)、配電設(shè)施。（五）中國配電網(wǎng)市場我國的配電網(wǎng)目前仍然處于計劃經(jīng)濟體制下的供電管理體制，其組織機構(gòu)形式也比較單一，目前主要由國家電力公司、各省級電力公司和地方電力公司組成。我國的配電網(wǎng)實行政企分開的管理體制，由國家電力公司和地方電力公司分別實施配電網(wǎng)經(jīng)營管理和運行管理。國家電力公司主要負(fù)責(zé)全國的電網(wǎng)投資、建設(shè)和經(jīng)營，并負(fù)責(zé)全國配電網(wǎng)的規(guī)劃和運行管理；地方電力公司主要負(fù)責(zé)地方電網(wǎng)的規(guī)劃和運行管理，并負(fù)責(zé)地方電網(wǎng)的規(guī)劃和運行管理。除國家電力公司和省級電力公司外，其他任何單位都不具備獨立運營配電企業(yè)的資格，也不能承擔(dān)配電企業(yè)所應(yīng)承擔(dān)的義務(wù)。1.3本文的研究內(nèi)容第一章是緒論部分研究內(nèi)容為基于需求響應(yīng)的配電網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計。首先需要對需求響應(yīng)的概念和策略進行了解。負(fù)荷側(cè)需求側(cè)響應(yīng)可以通過電價和激勵兩種方式實現(xiàn)，對比兩種方式的區(qū)別及適用場景。其中基于分時電價的需求響應(yīng)方式是配電網(wǎng)制定不同的電價策略來改變用戶們的用電方式和習(xí)慣，然后以配電網(wǎng)運行安全性和經(jīng)濟性兩方面出發(fā)，建立優(yōu)化調(diào)度的模型，模型里有目標(biāo)函數(shù)和約束條件。第二章是理論基礎(chǔ)，隨著我國經(jīng)濟發(fā)展和社會進步，配電網(wǎng)建設(shè)投資逐年增加，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜，運行方式更加多樣。為了更好地滿足電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行和經(jīng)濟運行的需要，必須進一步加強配電網(wǎng)管理水平。目前，我國配電網(wǎng)的自動化建設(shè)還在起步的階段，主要是提高配電網(wǎng)供電可靠性和供電質(zhì)量的一種輔助手段，最后進行系統(tǒng)的總結(jié)。第三章配電網(wǎng)建模建立出一種基于需求響應(yīng)優(yōu)化配電網(wǎng)模型。第四章根據(jù)所提出的模型,利用改進粒子群算法進行求解。第五章進行算例分析。第六章結(jié)論。

理論基礎(chǔ)2.1配電網(wǎng)我國配電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和運行管理的特點。隨著我國經(jīng)濟發(fā)展和社會進步，配電網(wǎng)建設(shè)投資逐年增加，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜，運行方式更加多樣。為了更好地滿足電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行和經(jīng)濟運行的需要，必須進一步加強配電網(wǎng)管理水平。目前，我國的配電網(wǎng)自動化建設(shè)仍處于起步階段，主要是提高配電網(wǎng)供電可靠性和供電質(zhì)量的一種輔助手段。其目的是通過建設(shè)完善的配電自動化系統(tǒng)，使配電網(wǎng)具備了實時監(jiān)視、故障隔離、故障恢復(fù)、自動抄表計費等功能，有效提高配電網(wǎng)可靠性和供電質(zhì)量。實施需求響應(yīng)項目需要解決的主要問題包括有：不同利益主體之間如何進行協(xié)調(diào)和配合，需求響應(yīng)項目實施后的投資收益及與政府補貼的分配問題。如何實現(xiàn)配電自動化系統(tǒng)與需求響應(yīng)系統(tǒng)之間的有效對接，建立統(tǒng)一的配電自動化系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)及實現(xiàn)數(shù)據(jù)交互。如何實現(xiàn)多個項目之間的協(xié)調(diào)配合與信息共享，如何充分利用需求響應(yīng)資源，提高用戶參與度。配電網(wǎng)負(fù)荷分類為發(fā)電負(fù)荷、用電負(fù)荷、供電負(fù)荷，有源配電網(wǎng)是能量交換與分配的網(wǎng)絡(luò)，潮流與故障電流雙向流動，強調(diào)分布式電源主動地調(diào)節(jié)無功功率與有功功率，充分發(fā)揮作用實現(xiàn)配電網(wǎng)的優(yōu)化運行。傳統(tǒng)配電網(wǎng)只以安全供電為中心。2.2需求響應(yīng)需求響應(yīng)的目標(biāo)是在電網(wǎng)負(fù)荷高峰時期，讓用戶參與到需求響應(yīng)項目中，通過改變用電負(fù)荷的用電方式來達到削峰填谷的效果，以減少系統(tǒng)中的電能損耗，提高系統(tǒng)的運行效率，最終達到節(jié)能減排的效果。需求響應(yīng)項目一般包括：用戶側(cè)設(shè)備、電網(wǎng)側(cè)設(shè)備以及輔助服務(wù)三個方面。用戶側(cè)設(shè)備包括分散式風(fēng)電、分布式光伏等，通過參與需求響應(yīng)項目，可以提供削峰填谷、電量消納等功能。電網(wǎng)側(cè)設(shè)備包括常規(guī)燃煤發(fā)電機組、抽水蓄能電站、燃?xì)鈾C組和其他調(diào)峰機組等，通過參與需求響應(yīng)項目，可以增加調(diào)峰能力，減少棄風(fēng)棄光現(xiàn)象。輔助服務(wù)包括用戶側(cè)儲能、電動汽車充放電等，通過參與需求響應(yīng)項目，可以為用戶提供輔助服務(wù)。包括調(diào)峰輔助服務(wù)市場、調(diào)頻輔助服務(wù)市場和需求響應(yīng)輔助服務(wù)市場等。由于電網(wǎng)側(cè)設(shè)備投資較大、建設(shè)周期較長、參與主體多，目前我國對需求響應(yīng)項目的投資一般都由用戶側(cè)投資和電網(wǎng)側(cè)投資共同組成。對于用戶側(cè)的投資，通常采用電價補貼方式；對于電網(wǎng)側(cè)的投資，采用電量補貼方式。通過將電網(wǎng)側(cè)和用戶側(cè)的資金進行整合，有利于形成合理的價格機制和資金平衡方案。此外，由于需求響應(yīng)項目需要進行設(shè)備改造和升級，還需要投入大量資金。因此在項目實施過程中應(yīng)注意合理配置資金和加強成本控制管理，避免盲目上馬造成浪費或因資金不足影響項目正常實施而使項目擱淺或取消等問題出現(xiàn)。2.2.1基于激勵需求響應(yīng)激勵型需求響應(yīng)則是事先與用戶簽訂合同，需要各方協(xié)調(diào)配合的，需要從技術(shù)、經(jīng)濟、市場等多方面考慮，制定合理的利益分配方案。目前，我國對需求響應(yīng)項目實施的規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)還處于空白狀態(tài)，沒有專門的實施規(guī)范或技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。在實施需求響應(yīng)項目時，各參與主體需要根據(jù)自己的實際情況制定自己的實施方案，各實施主體之間缺乏溝通和交流，很難保證需求響應(yīng)項目實施效果。為了保證需求響應(yīng)項目順利實施，需要建立統(tǒng)一的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范體系。目前，國內(nèi)主要有兩種技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)：一種是由中國電工協(xié)會制定的《需求響應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)體系框架》（T/CECS005—2017），另一種是由中國能源研究會制定的《分布式電源接入配電網(wǎng)運行管理規(guī)范》（T/CECS002—2017）。兩個標(biāo)準(zhǔn)都為我國需求響應(yīng)項目開展提供了技術(shù)參考和指導(dǎo)。為了使兩個標(biāo)準(zhǔn)能更好地指導(dǎo)需求響應(yīng)項目實施，建議制定一個《分布式電源接入配電網(wǎng)運行管理規(guī)范》，該規(guī)范中應(yīng)包括分布式電源接入配電網(wǎng)運行管理的通用原則、分布式電源接入配電網(wǎng)運行管理的主要要求運行管理的基本流程和主要內(nèi)容等。為了確保需求響應(yīng)項目順利實施，建立合理的利益分配方案是十分必要的。2.2.2基于分時電價需求響應(yīng)價格型需求響應(yīng)是電力用戶通過自身用電設(shè)備，如家用電器、照明、空調(diào)等。主動參與需求響應(yīng)項目，由電網(wǎng)公司在峰谷電價差較大時，將一部分電力用戶的用電負(fù)荷轉(zhuǎn)移到電網(wǎng)側(cè)，以降低電網(wǎng)的峰谷差。在有可再生能源接入的配電網(wǎng)中，配電網(wǎng)公司通過合理分配需求響應(yīng)項目中用戶側(cè)設(shè)備與電網(wǎng)側(cè)設(shè)備的容量，既能降低系統(tǒng)峰谷差又能促進可再生能源的消納。在發(fā)電側(cè)和負(fù)荷側(cè)都有分布式電源接入的配電網(wǎng)中，發(fā)電側(cè)和負(fù)荷側(cè)的分布式電源可以通過儲能設(shè)備等向電網(wǎng)提供有功或無功功率，使電網(wǎng)具有一定的調(diào)節(jié)能力。在分布式電源多且接入點分散的配電網(wǎng)中，配電網(wǎng)公司可以通過調(diào)控中心實現(xiàn)對分布式電源的控制和管理。在電力公司和用戶共同組建需求響應(yīng)項目實施主體的框架下，電力公司和用戶之間通過簽訂補償協(xié)議或合同來確定雙方在項目實施過程中的利益分配問題。在配電網(wǎng)中建立需求響應(yīng)項目實施主體平臺。為了更好地開展需求響應(yīng)項目，建議建立一個由電力公司、發(fā)電企業(yè)、用戶三方組成的需求響應(yīng)項目實施主體平臺。為了更好地實現(xiàn)平臺與配電自動化系統(tǒng)之間的有效對接，建議制定統(tǒng)一的配電自動化系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)及實現(xiàn)數(shù)據(jù)交互。目前，國內(nèi)已經(jīng)有一些單位開展了配電自動化系統(tǒng)與需求響應(yīng)系統(tǒng)之間的對接工作，但還沒有形成統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范。2.3優(yōu)化算法優(yōu)化算法是需求響應(yīng)項目實施主體平臺主要實現(xiàn)各參與主體之間的信息共享，使其能夠有效地協(xié)調(diào)配合和互相配合。需求響應(yīng)項目實施主體平臺應(yīng)能夠與配電自動化系統(tǒng)進行有效對接，實現(xiàn)配電自動化系統(tǒng)與需求響應(yīng)系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)交互。配電自動化系統(tǒng)應(yīng)能夠與需求響應(yīng)項目實施主體平臺進行數(shù)據(jù)交互，通過接口實現(xiàn)數(shù)據(jù)交互和信息共享。為了更好地實現(xiàn)需求響應(yīng)項目實施，建議建立一個由電力公司、發(fā)電企業(yè)、用戶三方組成的需求響應(yīng)項目實施主體平臺，該平臺應(yīng)包括以下幾個模塊：j需求響應(yīng)項目實施流程模塊。該模塊主要包括需求響應(yīng)項目實施流程、項目參與主體、補償協(xié)議或合同以及各參與主體之間信息共享與數(shù)據(jù)交互等模塊；k平臺管理模塊。該模塊主要包括平臺管理相關(guān)的權(quán)限管理、數(shù)據(jù)維護管理等；項目實施監(jiān)管及考核模塊，該部分主要包括項目實施監(jiān)管及考核相關(guān)功能。2.4本章小結(jié)本章對需求響應(yīng)、配電網(wǎng)可靠性和風(fēng)險評估指標(biāo)等相關(guān)知識進行了介紹和研究，主要工作包括：配電網(wǎng)在運行層面，以減少配電網(wǎng)故障停電損失、優(yōu)化和協(xié)調(diào)運行可靠性和經(jīng)濟性為目標(biāo)，探索有效可行的主動管理策略將成為重要的研究課題。介紹了需求響應(yīng)機制，分別敘述了基于激勵需求響應(yīng)和基于分時電價需求響應(yīng)；介紹了配電網(wǎng)的元件、負(fù)荷點和系統(tǒng)可靠性指標(biāo)及其計算公式，并添加了考慮分布式發(fā)電的可靠性指標(biāo)，給出主動配電網(wǎng)可靠性評估指標(biāo)。

配電網(wǎng)建模3.1負(fù)荷模型以往的一些實驗結(jié)果顯示，負(fù)載的功率變化可以被看作是正態(tài)分布，這里使用了一個正的分配方程來表示負(fù)載的變化：式中：PL是負(fù)荷有功功率，μL及σL分別時負(fù)荷功率的概率密度函數(shù)的期望值以及標(biāo)準(zhǔn)差。圖3.1展示了負(fù)荷功率概率密度函數(shù)的期望值μL以及標(biāo)準(zhǔn)差σL分別取值為120kWh和10%時，負(fù)荷功率的概率密度函數(shù)：圖3.1負(fù)荷功率概率密度分布該方法具有多個隨機參數(shù)，為了便于多個隨機變量的處理，介紹了當(dāng)量負(fù)載的基本原理，將電力系統(tǒng)中的負(fù)載功率和風(fēng)光綜合輸出之間的差異作為等價負(fù)載，將多個變量轉(zhuǎn)換成一個變量，使模型的求解更加簡單。等效負(fù)載可以用以下方式來表達：式中：PEL為等效負(fù)荷功率。3.2光伏發(fā)電機組模型光伏發(fā)電是將光能直接轉(zhuǎn)變成電能。光伏發(fā)電也會受到天氣、氣候、地區(qū)以及日照時間和日照角度的影響。因為日照時間的問題，使得光伏發(fā)電的時間性和天氣不可控性會有很大的影響。太陽能電池，蓄電池，逆變器等構(gòu)成的光電設(shè)備。效果如下：電池：提供電力給負(fù)荷。太陽燈：可以吸收光線?？刂蒲b置：一種裝置，可以避免過度的充電器和過度的放電。換流機：直流變換。從實際角度出發(fā)采用統(tǒng)計學(xué)方法，可以得出光伏發(fā)電的曲線分布。因光伏出力與光照強度有關(guān)，可以得出光伏發(fā)電與光照強度正相關(guān)。如圖3.2所示：圖3.2光伏機組出力圖3.3儲能機組模型儲能系統(tǒng)機組中，廣泛應(yīng)用的是化學(xué)儲能，蓄電池儲能是目前最可靠的；物理儲能中最成熟、最可靠的是抽水儲能；儲能單元在電力系統(tǒng)中可以抑制負(fù)荷波動，使得電網(wǎng)穩(wěn)定。因為光伏和風(fēng)力發(fā)電的不穩(wěn)定性，使得儲能系統(tǒng)在維護電網(wǎng)安全可靠運行中尤為重要。一般用SOC算法來進行儲能系統(tǒng)的容量結(jié)余，可用以下公式進行表示：荷電狀態(tài)（SOC）一般介于0~1之間，在充放電過程中，轉(zhuǎn)換過程在都會有能量的損耗；在設(shè)備使用過程中，會隨著長期使用造成設(shè)備老化，致使設(shè)備的充放電效率變低。為了方便求解，用QS代表充滿的能量，QS,T代表剩余容量。放電深度（DOD）指在使用時放出的能量所占充滿能量的百分比，用來指放電能力，公式如下：其中關(guān)系為：式中SOC的求解公式如下:充放電電池效率，放電形態(tài)。

配電網(wǎng)優(yōu)化運行4.1需求響應(yīng)方式在需求響應(yīng)過程中，用戶可以通過調(diào)整其用電時間來響應(yīng)系統(tǒng)的調(diào)峰、調(diào)頻等調(diào)節(jié)任務(wù)。此外，通過市場價格信號可以引導(dǎo)用戶調(diào)整用電時間，從而使用戶更好地適應(yīng)負(fù)荷變化，減少系統(tǒng)調(diào)峰壓力。需求響應(yīng)實施中應(yīng)注意的問題用戶：第一，用戶側(cè)容量的提供。由于用戶側(cè)容量是動態(tài)的，因此如何確保用戶側(cè)容量的動態(tài)提供是實施需求響應(yīng)必須解決的問題。第二，用戶側(cè)參與市場的范圍和價格如何確定。在需求響應(yīng)實施過程中，應(yīng)充分考慮用戶側(cè)容量、響應(yīng)能力等因素，合理確定市場參與范圍和價格。電網(wǎng)公司需為需求響應(yīng)提供足夠的技術(shù)支持和資源。例如，在一些地方，電網(wǎng)公司與發(fā)電企業(yè)、售電公司簽訂了相關(guān)協(xié)議，規(guī)定在峰谷分時電價之外提供一定比例的可中斷負(fù)荷資源。參與主體，對于用戶側(cè)而言，用戶側(cè)參與需求響應(yīng)時需向電網(wǎng)公司支付相應(yīng)費用；對于發(fā)電企業(yè)而言，政府需要出臺相關(guān)政策激勵需求響應(yīng)主體參與需求響應(yīng)過程中的積極性。市場機制，建立市場交易機制和價格形成機制；建立健全需求響應(yīng)的監(jiān)測分析體系；建立完善市場風(fēng)險防范和保障機制。4.2目標(biāo)函數(shù)目標(biāo)函數(shù)就是PSO算法中的適應(yīng)度函數(shù)，粒子群算法就是將一個個粒子求出來，找到適應(yīng)度最高的位置（最優(yōu)位置）。本章研究虛擬電廠日前經(jīng)濟優(yōu)化調(diào)度問題，將系統(tǒng)運行成本作為目標(biāo)函數(shù)，那么在粒子群算法中運行成本是要來比較的，目標(biāo)函數(shù)描述如下:從用戶層面說成本為購電費用最小、從系統(tǒng)層面為系統(tǒng)的運行費用最小，從環(huán)境保護層面為環(huán)境保護即環(huán)保性最優(yōu)，三者的和如式4-1所示，但是三者屬于不同的利益方，所以不能直接相加，而應(yīng)該采用多目標(biāo)粒子群算法進行求解，在選取最前沿的粒子做為最優(yōu)解。（4-1）其中，分別為天然氣的市場價格和用戶從大電網(wǎng)購電的實時電價；表示t時段天然氣的耗量，單位：為t時段聯(lián)供系統(tǒng)與大電網(wǎng)系統(tǒng)交換的電功率，為正數(shù)時，表示系統(tǒng)從電網(wǎng)中購電；為負(fù)值時，表示發(fā)電多余，系統(tǒng)向電網(wǎng)賣電。為燃?xì)廨啓Ct時段內(nèi)的有功出力。為燃?xì)廨啓C單位電功率的運行維護費用，為燃?xì)廨啓C單位電功率的排污處理費用；t的單位為小時，算例中取一小時。如果利用傳統(tǒng)的方式，所有的夏季冷負(fù)荷由電空調(diào)滿足，不含燃?xì)廨啓C維修費用，傳統(tǒng)運行模式下夏季典型日的運行成本如式4-2所示。（4-2）典型冬季日，假設(shè)所有的熱負(fù)荷都是由標(biāo)準(zhǔn)燃煤燃燒提供。假設(shè)供暖效率，標(biāo)準(zhǔn)煤轉(zhuǎn)換系數(shù)，標(biāo)準(zhǔn)煤價格為。則傳統(tǒng)運行模式下夏季典型日的運行成本如式4-3所示。（4-3）4.3約束條件潮流方程約束:PQ式中：Pi為節(jié)點i有功功率；Qi為節(jié)點i無功功率；Ui為節(jié)點i電壓幅值；Uj為節(jié)點j的電壓幅值；Gij節(jié)點電壓約束:Ui,mix≤式中：Ui,mix無功約束:無功約束的定義是指，在電力系統(tǒng)中，發(fā)電機、變壓器和輸電線路都是無功功率的輸出者，所以這些設(shè)備都需要考慮無功功率約束。意義指的是，在需求響應(yīng)實施過程中，系統(tǒng)可能會出現(xiàn)功率不足的情況，此時需要通過無功調(diào)節(jié)來保證系統(tǒng)功率平衡；在系統(tǒng)中，某些節(jié)點可能會因為電壓過高而不能穩(wěn)定運行，此時也需要通過無功調(diào)節(jié)來保證系統(tǒng)電壓穩(wěn)定。無功約束分為靜態(tài)無功約束和動態(tài)無功約束。靜態(tài)無功約束主要針對發(fā)電機、變壓器等設(shè)備。靜態(tài)無功約束在實際應(yīng)用中具有很好的效果，但在應(yīng)用過程中也存在一些問題，例如當(dāng)系統(tǒng)規(guī)模較大時，可能會出現(xiàn)過調(diào)或者欠調(diào)等現(xiàn)象。電力系統(tǒng)中的動態(tài)無功約束包括發(fā)電機、變壓器、電容器等設(shè)備的動態(tài)電壓調(diào)整和傳輸線路的動態(tài)阻抗調(diào)整兩個方面。電力系統(tǒng)中的動態(tài)電壓調(diào)整主要是指通過改變發(fā)電機、變壓器等設(shè)備的勵磁電流來提高電力系統(tǒng)電壓水平；傳輸線路的動態(tài)阻抗調(diào)整主要是指通過改變輸電線路傳輸功率來提高電力系統(tǒng)電壓水平。Qpvi,min≤QpviQwti,min≤QwtiQn,min≤Qn式中：Qpvi為第i個光伏的無功出力；Qwti為第i個風(fēng)機的無功出力，為優(yōu)化變量；Qpvi,min、Qpvi,max為第i個光伏的無功出力最小值和最大值；4.4算法優(yōu)化粒子和速度初始化粒子群優(yōu)化算法具有收斂快、方便易用的特點。算法將需要求解的每個變量用粒子代替，對于本文所述的調(diào)度多變量問題，將變量共同構(gòu)成一個粒子群，每個粒子群為一組未知解并且存在對應(yīng)的群體適應(yīng)度。然后通過設(shè)置粒子的速度和跳變方向，將多變量的解不斷迭代更新，從而在整個空間中尋優(yōu)求解。算法流程圖如圖4.3所示:

粒子和速度初始化粒子適應(yīng)度值計算粒子適應(yīng)度值計算尋找個體極值、群體極值尋找個體極值、群體極值位置、速度更新位置、速度更新粒子適應(yīng)度值計算粒子適應(yīng)度值計算個體極值、群體極值更新個體極值、群體極值更新滿足終止條件滿足終止條件否結(jié)束是結(jié)束圖4.3粒子群優(yōu)化算法在應(yīng)用過程中，本文優(yōu)化變量包括主動配電網(wǎng)中各分布式可控機組的功率輸出、買電、賣電的計劃以及需求響應(yīng)的調(diào)節(jié)量。將這些變量共同構(gòu)成粒子群，將目標(biāo)函數(shù)設(shè)置為適應(yīng)度函數(shù)，計算出每個粒子群對應(yīng)的適應(yīng)度值，并通過的更新粒子，迭代更新粒子的適應(yīng)度值，最終完成收斂。更新公式如下:Vidk+1=ωVidk+c1r2(PidXidk+1=X其中，ω為慣性權(quán)重;d與i為當(dāng)前的選代次數(shù);Vid為粒子的速度;C1、C2、r

算例分析5.1算例數(shù)據(jù)本文所提基于差異化需求響應(yīng)行為的主動配電網(wǎng)優(yōu)化調(diào)度策略被用于IEEE33節(jié)點配電系統(tǒng)驗證，其中配電網(wǎng)內(nèi)分布式發(fā)電和可再生發(fā)電參數(shù)采用統(tǒng)一規(guī)格，如表5.1所示:表5.1機組類型最小、最大發(fā)電（kw）運行成本(yuan/kWH）數(shù)量DG125—4000.32DG225—6000.31WT0—800.2520PV0—750.3515配電網(wǎng)中風(fēng)力發(fā)電出力信息取自中國某地區(qū)的發(fā)電數(shù)據(jù)，如圖5.4所示相應(yīng)的，當(dāng)配電網(wǎng)自身不足以實現(xiàn)功率平衡時，需要向外部電網(wǎng)買電或者賣電。圖5.4風(fēng)力發(fā)電出力基于上述的分析，我們分別對屬于不同的用戶，且每個用戶對應(yīng)一個用戶激勵價格敏感度和滿意度設(shè)置。與上述類似，本文設(shè)置了3個對比策略，以驗證本文面向差異化需求響應(yīng)的激勵策略以及調(diào)度策略的優(yōu)越性。3個對比策略的設(shè)置如表5.2所示。表5.2序號DR設(shè)置描述1沒有需求響應(yīng)資源參與電網(wǎng)調(diào)節(jié)不考慮需求響應(yīng)，認(rèn)為所有用戶對激勵價格的敏感性趨于零。2固定激勵下的需求響應(yīng)資源與電網(wǎng)調(diào)節(jié)對所有用戶的價格敏感性取均值，并以該值作為統(tǒng)一的激勵成本。3差異化激勵下的需求響應(yīng)資源參與調(diào)節(jié)本文策略做法最后，我們基于MATLAB2018b平臺，仿真選取了迭代100次，代表人數(shù)67，優(yōu)化結(jié)果包括各時段的光伏發(fā)電出力、負(fù)荷、可削減負(fù)荷等。原負(fù)荷與優(yōu)化后的負(fù)荷如下圖：圖5.5負(fù)荷比較

可削減負(fù)荷如下圖：圖5.6可削減負(fù)荷差值對比光伏發(fā)電出力如下圖：圖5.7已消納功率與總光伏功率對比

5.2程序展示clear;clc;globalPV_price;globalBT_price;globalWT_price;globalGrid_priceglobalload_costglobalload_sumglobalPVglobalWTloadPVloadWTloadGrid_priceloadP_load24PV=PV/5;WT=WT/5;PV_price=0.8;BT_price=0.8;WT_price=0.6;load_cost=0.6;%切負(fù)荷的成本%儲能最大放電功率StorageMaxDischargingPower=1000/5;%儲能最大充電功率StorageMaxChargingPower=-1000/5;%電網(wǎng)最大功率GridMax=3500/5;%電網(wǎng)最小功率GridMin=2500/5;Baseload=2500/5;control_load=500/5;load_sum=3000/5;mm=mopso;%loadmmnn=length(mm.swarm);fori=1:nnyyy(i)=mm.swarm(1,i).cost(1);xxx(i)=mm.swarm(1,i).cost(2);endm1=max(yyy);m2=max(xxx);fori=1:nnobject(i)=mm.swarm(1,i).cost(1)./m1+mm.swarm(1,i).cost(2)./m2;end[m,p]=min(object);pg=mm.swarm(1,p).x;fori=1:24pg_PV(i)=pg(i);endform=25:48pg_WT(m-24)=pg(m);endform=49:72pg_BT(m-48)=pg(m);endform=73:96pg_Grid(m-72)=pg(m);endform=97:120pg_load(m-96)=pg(m);endfori=1:24P_load(i)=P_load24(i)-pg_load(i);%得到實際的負(fù)荷曲線endfigure(2)plot(pg_PV,'-d')holdon;plot(PV,'-rd')xlim([124])gridlegend('已消納功率','總光伏功率');xlabel('時間');ylabel('功率');title('光伏發(fā)電出力')figure(3)plot(pg_WT,'-d')holdon;plot(WT,'-rd')xlim([124])gridlegend('已消納功率','總風(fēng)電功率');xlabel('時間');ylabel('功率');title('風(fēng)力發(fā)電出力')figure(4)plot(pg_Grid,'-d')holdon;xlim([124])gridxlabel('時間');ylabel('功率');title('電網(wǎng)出力')absorb_pv=sum(pg_PV)/sum(PV);disp('光伏消納比例');absorb_pvabsorb_WT=sum(pg_WT)/sum(WT);disp('風(fēng)電消納比例');absorb_WTfigure(5)bar(pg_BT)xlim([124])gridxlabel('時間');ylabel('功率');title('儲能出力')figure(6)plot(P_load,'-d')holdonplot(P_load24,'-*')xlim([124])gridxlabel('時間');ylabel('功率');title('負(fù)荷')legend('優(yōu)化后的負(fù)荷','原負(fù)荷')figure(10)plot(pg_load,'-d')xlim([124])gridxlabel('時間');ylabel('功率');title('可削減負(fù)荷')[cost_grid,cost_load]=economy(pg);disp('電網(wǎng)側(cè)成本：')cost_griddisp('負(fù)荷側(cè)成本：')cost_load5.3仿真結(jié)果下圖圖5.8是迭代次數(shù)1到迭代次數(shù)100的過程，當(dāng)?shù)螖?shù)達到100次時，代表人數(shù)等于67，可行群是100。圖5.8迭代過程圖如圖5.9以下是光伏發(fā)電出力的數(shù)據(jù)，總光伏功率達到最高值200時，已消納功率最高值才100，當(dāng)配電網(wǎng)自身不足以實現(xiàn)功率平衡時，需要向外部電網(wǎng)買電或者賣電。圖5.9光伏發(fā)電出力如下圖圖5.10以下是風(fēng)力發(fā)電出力的數(shù)據(jù)，當(dāng)總風(fēng)電功率達到最高值200時，已消納功率最高值顯示接近120，當(dāng)配電網(wǎng)自身不足以實現(xiàn)功率平衡時，需要向外部電網(wǎng)買電或者賣電。圖5.10風(fēng)力發(fā)電出力如下圖圖5.11以下是電網(wǎng)出力功率值以及時間區(qū)段，最高用電時間段大約為10到15這個時間段，功率最高值大約為545。圖5.11電網(wǎng)出力

下圖圖5.12是儲能出力數(shù)值，基于時間結(jié)點的功率正負(fù)值的表現(xiàn)，在時間點0到5這個時間區(qū)間，儲能功率大約達到接近80，相反在10到20這個時間區(qū)間，消耗儲能功率也接近達到大約80。圖5.12儲能出力如下圖圖5.13為仿真負(fù)荷部分，原負(fù)荷與優(yōu)化后的負(fù)荷基本接近，在同一時間節(jié)點原負(fù)荷與優(yōu)化后的負(fù)荷功率基本在同一節(jié)點上。圖5.13原負(fù)荷與優(yōu)化后對比值如下圖圖5.14為仿真的可削減負(fù)荷，圖中的數(shù)值有明顯的不規(guī)律性，在對應(yīng)的時間區(qū)間內(nèi)功率數(shù)值大小變化明顯，在接近20的時間內(nèi)功率數(shù)值最小可達到接近0，而在15時間值上功率大約達到最高數(shù)值接近50。圖5.14可削減負(fù)荷總結(jié)與展望需求響應(yīng)是一種基于用戶需求的分布式電源和需求側(cè)資源的協(xié)調(diào)互動機制。從經(jīng)濟、社會、環(huán)境三個維度，建立了考慮負(fù)荷增長、電壓偏差和用戶滿意度的配電網(wǎng)負(fù)荷管理優(yōu)化模型。通過需求響應(yīng)用戶和負(fù)荷之間的供需互動，對配電網(wǎng)進行經(jīng)濟調(diào)度，降低系統(tǒng)網(wǎng)損和網(wǎng)絡(luò)損耗。通過對一個配電網(wǎng)實際數(shù)據(jù)的仿真分析表明，所提方法能夠有效地解決大規(guī)模隨機優(yōu)化調(diào)度問題，且具有較好的適應(yīng)性。該方法為考慮需求響應(yīng)的配電網(wǎng)規(guī)劃提供了一種新思路，也為電力市場環(huán)境下配電網(wǎng)規(guī)劃提供了理論依據(jù)。隨著可再生能源分布式電源的不斷發(fā)展，電力系統(tǒng)越來越趨于復(fù)雜化，同時也使得配電網(wǎng)中存在的不確定性問題更加突出。如何利用現(xiàn)有的技術(shù)手段，在降低電能損耗、提高供電可靠性的同時，保障系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行是一個需要重點解決的問題。在配電網(wǎng)設(shè)計優(yōu)化中，應(yīng)用需求響應(yīng)技術(shù)，通過用戶側(cè)主動參與實現(xiàn)需求響應(yīng)，是一種有效降低電能損耗、提高供電可靠性和安全性的手段之一。首先，用戶側(cè)主動參與需求響應(yīng)可以實現(xiàn)用戶側(cè)需求側(cè)資源的充分利用；其次，用戶側(cè)主動參與需求響應(yīng)可以通過其對電能質(zhì)量問題和安全隱患的關(guān)注程度來實現(xiàn)；最后，在滿足系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行要求的前提下，能夠有效降低系統(tǒng)損耗和能耗。因此在配電網(wǎng)設(shè)計中應(yīng)用需求響應(yīng)技術(shù)將是未來電力系統(tǒng)發(fā)展的重要趨勢之一。結(jié)合我國配電網(wǎng)建設(shè)現(xiàn)狀和國外先進經(jīng)驗，可以看出在配電網(wǎng)建設(shè)過程中需要重點考慮以下幾個方面：

配電網(wǎng)在建設(shè)過程中必須嚴(yán)格遵循國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范和技術(shù)要求進行設(shè)計建設(shè)。

配電網(wǎng)在建設(shè)過程中必須考慮到用戶側(cè)的主動參與能力。

為了滿足分布式電