郭曉澄

（廣東電網(wǎng)汕頭潮陽供電局，廣東 汕頭 515100）

0 引 言

配電網(wǎng)的協(xié)調(diào)控制是當前國內(nèi)外專家學者的研究重點，分布式電源、電池儲能、可中斷負荷的研究較為成熟，已經(jīng)廣泛應用于國內(nèi)的電網(wǎng)規(guī)劃中。其中分布式電源具有節(jié)能環(huán)保的優(yōu)點；電池儲能具有自適應調(diào)節(jié)和較好的儲放能力；可中斷負荷對電網(wǎng)的保護能力較好，安全性較高。在實際應用過程中，單一的配電網(wǎng)供電模式難以應對日益復雜的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，常有經(jīng)濟成本較高、運行方式單一、電網(wǎng)安全性不足的問題出現(xiàn)，基于此現(xiàn)象，充分遵循分解協(xié)調(diào)的設(shè)計原則，在設(shè)計過程中更加關(guān)注規(guī)劃結(jié)果的合理性和經(jīng)濟性，采用樹形結(jié)構(gòu)編碼的改進遺傳算法，并結(jié)合原對偶內(nèi)點法對模型求解，17節(jié)點算例驗證了本文所提模型和算法的有效性，同時表明源網(wǎng)荷儲的協(xié)調(diào)優(yōu)化對配電網(wǎng)架規(guī)劃結(jié)果和配電網(wǎng)負荷特性的改善作用[1]。

1 電池儲能出力時序動態(tài)建模

電池的運行周期直接影響儲存能力，單位運行周期內(nèi)存越高，電池儲存能力越強?；诖耍疚膶﹄姵貎δ芮闆r進行動態(tài)建模，電池儲能結(jié)構(gòu)如圖1所示[2]。

根據(jù)圖1可知，電池儲能核心在并網(wǎng)側(cè)和電池側(cè)之間，并網(wǎng)側(cè)電池儲能出力為PBES，電池側(cè)根據(jù)儲能狀態(tài)不同分為P+和P-。由此可以通過分段函數(shù)代表動態(tài)建模的運行狀態(tài)為

式中：t為時間；Δt為電池狀態(tài)轉(zhuǎn)換的間隔時間；η+為電池充電效率；η-為電池放電效率；λ為1個循環(huán)周期。[3]將式（1）進行線性變換后得到

式中：Eba,i和Eba,t為電池儲能起始時間和儲滿時間的剩余電量。基于此動態(tài)建模運行電池5個周期后，計算得到電池最小電量系數(shù)平均值為0.2[4]。進而將電池儲放周期設(shè)為24 h，使用式（2）中的儲放方式，得到電池儲能出力時序動態(tài)建模如圖2所示。

2 建立規(guī)劃模型

為提升本次研究的科學性，本文根據(jù)目前配電網(wǎng)運行情況和主要故障類型，將規(guī)劃建模分為A、B、C模型，其中模型A主要研究配電網(wǎng)架規(guī)劃的故障問題，優(yōu)化內(nèi)容集中在配電網(wǎng)架上；模型B主要研究電池儲能的故障問題，優(yōu)化內(nèi)容集中在電池儲能和電池控制方面；模型C主要研究可中斷負荷和分布式電源的協(xié)調(diào)配合問題，優(yōu)化內(nèi)容集中在配電網(wǎng)運行方式上，A、B、C規(guī)劃建模的目標函數(shù)和約束條件如表1所示[5]。

3 總體求解流程

基于上述建模情況，本文選擇使用原對偶內(nèi)點法作為主要算法，并結(jié)合樹形結(jié)構(gòu)編碼的改進遺傳算法作為輔助算法，目的在于增加總體求解的自適應性，減少人為計算造成的誤差，并為建模數(shù)據(jù)增加群體搜索功能和外擴展功能，為求解后的算例分析打好數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，同時樹形結(jié)構(gòu)編碼的改進遺傳算法能夠?qū)⑴潆娋W(wǎng)架的結(jié)構(gòu)組成部分進行樹狀結(jié)構(gòu)編碼，從而降低解算難度[6]。

本文模型求解過程如下文所述。

（1）首先從電網(wǎng)數(shù)據(jù)信息庫中調(diào)取近5年的電網(wǎng)數(shù)據(jù)，包括配電網(wǎng)功率、電網(wǎng)負荷、電池儲能輸出等關(guān)鍵數(shù)據(jù)，并使用K-means聚類法，對調(diào)用出的數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)分析和建立模型，其中建立模型應以應用場景為分類要素，并結(jié)合不同場景的電網(wǎng)作業(yè)時間、電網(wǎng)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，最終聚類成3個及以上代表場景（本文聚類成a1、a2、a3，與模型A、B、C對應）[7]。

（2）聚類代表場景后，應按照樹狀結(jié)構(gòu)對配電網(wǎng)架進行編碼，編碼采取由上至下、由少至多的原則，最終以prim最小樹的個數(shù)規(guī)劃種群，不同種群應用不同規(guī)劃方案，最終對比優(yōu)劣情況（本文規(guī)劃出b1、b2、b3，3個種群，與模型A、B、C對應）。

（3）確立代表場景和規(guī)劃種群后進入計算環(huán)節(jié)，計算順序為模型C→模型B→模型A，首先在a1場景中計算b1種群和模型C的運行數(shù)據(jù)，并按照順序更換場景和種群，從而得到模型C的最優(yōu)配電網(wǎng)運行方式；再將模型C最優(yōu)運行數(shù)據(jù)中的電網(wǎng)負荷數(shù)值和運行費用帶入模型B中，模型B繼續(xù)與場景和種群展開計算，獲取模型B最優(yōu)配電網(wǎng)運行方式；最后將模型B的最優(yōu)運行數(shù)據(jù)中的總負荷值進行方差計算，從而獲取耗能最小的電池放電方式和消耗費用[8]。

（4）上述計算完畢后應進行收斂性判斷，檢驗上述計算結(jié)果的正確性，若檢驗結(jié)果發(fā)現(xiàn)遺傳算法不收斂，應重新聚類代表場景。

（5）若收斂性判斷和遺傳算法均通過驗證，那么獲取的最優(yōu)運行方式和最低消耗數(shù)值就是配電網(wǎng)架最優(yōu)的規(guī)劃方案。

4 算例分析

4.1 算例概況

本文1∶1還原某市配電網(wǎng)進行算例分析，配電網(wǎng)規(guī)劃區(qū)節(jié)點為17個，具體節(jié)點數(shù)據(jù)如表2所示[9]。

表2 節(jié)點數(shù)據(jù)

通過表1節(jié)點數(shù)據(jù)可以得出，節(jié)點1的有功負荷、無功負荷均為0，所以判斷是上級電網(wǎng)交匯點，不納入分析；另外節(jié)點8、節(jié)點11、節(jié)點14這3處為中斷負荷節(jié)點，基于此，本次算計分析的分布式電源和電池儲能的設(shè)置情況如表3所示[10]。

表3 電池儲能和分布式電源設(shè)置情況

通過表2、表3數(shù)據(jù)和近一年內(nèi)電網(wǎng)維護成本、主動管理成本記錄，計算獲得分布式電源、光伏、風電、微型燃氣輪機3種裝機類型的成本消耗表如表4所示。

表4 電池儲能和分布式電源成本消耗表

通過表3、表4可以得出，電池儲能不僅單位裝機容量更高，消耗成本也低于光伏、風電、微型燃氣輪機3種分布式電源。

4.2 源網(wǎng)荷儲協(xié)調(diào)優(yōu)化對配電網(wǎng)負荷特性的改善能力

為進一步研究源網(wǎng)荷儲協(xié)調(diào)優(yōu)化對配電網(wǎng)負荷特性的改善能力，本文將最優(yōu)配電網(wǎng)運行方式通過負荷曲線進行體現(xiàn)，初始負荷特性曲線如圖3所示，最優(yōu)電池儲存能力如圖4所示[11]。

基于圖3和圖4，使用源網(wǎng)荷儲進行協(xié)調(diào)優(yōu)化，優(yōu)化后分為可中斷負荷和不可中斷負荷2種情況，其特性曲線如圖5、圖6所示。

根據(jù)圖5和圖6中峰值的變化情況和波動性減緩，能夠計算出優(yōu)化前和優(yōu)化后2種情況的負荷峰值和方差如表5所示。

表5 優(yōu)化前后負荷情況對比

通過表5可以得出，優(yōu)化后不可中斷負荷對切除峰值效果較好、緩解負荷波動較差；優(yōu)化后可中斷負荷對切除峰值效果較差、緩解負荷波動較好，原因在于電池具備分布式電源不具備的儲放功能，能夠?qū)﹄娋W(wǎng)負荷進行自適應調(diào)整，在實際應用過程中，應根據(jù)實際情況協(xié)調(diào)使用2種優(yōu)化方式，達到切除峰值和緩解負荷波動2種優(yōu)化效果的統(tǒng)一體現(xiàn)[12]。

5 結(jié) 論

綜上所述，本文首先進行電池儲能出力時序動態(tài)建模，然后建立A、B、C3種規(guī)劃模型，說明總體求解流程，并以某市電廠實際數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)進行算例分析，最終得到以下結(jié)論。

A、B、C 3種規(guī)劃模型能夠代表配電網(wǎng)網(wǎng)架規(guī)劃中的絕大部分情況，保證規(guī)劃結(jié)果是安全性和經(jīng)濟性的最優(yōu)方案。電池儲能相比于分布式電源具有裝機容量強、消耗成本低的優(yōu)勢，并且具備切除峰值和緩解負荷波動2種功能，能夠提升配電網(wǎng)使用的穩(wěn)定性。本文建立的電池儲能出力時序動態(tài)模型，能夠充分展現(xiàn)電池儲能的自適應性，并考慮了可中斷負荷的最大中斷時間和中斷比例會對規(guī)劃結(jié)果造成影響，與實際應用情況較為貼合。