需求响应的主动配电网优化调度研究

需求响应的主动配电网优化调度研究

摘要：在现代社会中，由于清洁能源增长的速度相对较快，在配电网中大规模

接入了分布式电源，导致传统电网出现了短路电流增大以及供电可靠性降低等问题。主动配电网的出现是必然趋势，主动配电网具有较强的时序性，能够通过存

储能源，协调控制源荷，将配电网消纳分布式电源的能力进一步提高，推动了配

电网的低碳、经济运行。而在现代社会通过对主动配电网进行优化调度，更能提

高配电网运行的安全性，因此对其进行研究具有十分重要的意义。

关键词：需求响应；主动配电网；优化调度

引言

目前，由于能源日益枯竭，人们逐渐认识到环保的重要性，可再生清洁能源

在社会发展中发挥了重要的作用。近年来，可再生能源分布式发电(distributedgeneration，DG)发展迅猛，为提高新能源消纳、引导“源-网-荷-储”良

性互动、提升配电网优化运行水平，众多学者针对主动配电网的规划、调控运行、自愈、可靠性等方面展开了大量研究。优化调度方面，在日前阶段预先考虑日内

情形，用枚举法来处理电价与光荷的不确定性，研究了有载分接开关与储能的日

前调度问题；有学者提出一种全局集中优化与区域分散自治相结合的ADN协调控制方法，全局优化给出各区域交换功率计划值，区域自治则基于反馈控制器调节

元件出力、进而实现实时校准，但未考虑ADN无功资源；有学者提出一种基于多代理的ADN两阶段调度策略，日前实行经济调度，日内调节自治区域内的可控

DG有功来进行滚动修正，然而未能有效解决电压越限问题；有学者引入半不变

量法随机潮流，在ADN日前调度中计及风光荷多重预测误差引起的越限风险，在日前阶段同时考虑调度经济性与安全性。当前，制约新能源大规模集成入配电网

的主要瓶颈在于绿色DG出力间歇波动影响配电网的功率平衡与电压合格。功率

不平衡可借由可控DG调节、需求侧管理与上级大电网功率支撑等手段来应对；

而电压越限问题则需要发挥ADN的无功资源优势，在日内运行中跟踪新能源波动，实施有功-无功联合调整、无功就地分散双向补偿，从而避免电压越限。

1用户需求响应模型

本文考虑价格型DR，在峰谷分时电价的基础上制定实时电价，建立基于负荷

价格弹性系数矩阵的用户DR模型，引导用户响应电价的变化以调整用电需求，

研究对象是普通居民用电负荷，并假设50%的用户对电价较敏感。负荷价格弹性

系数分为自弹性系数和交叉弹性系数，分别用于表示DR用户对当前时段和其他

时段电价的电价相应。考虑到居民用户的用电行为特性，对于大部分居民用户，

诸如空调、电热水器、洗衣机等家用电器对于电价的响应不可能做到全时段相应，例如晚间使用的电器不可能响应至凌晨，因此本文设置居民负荷仅在相邻的前后

3个时段响应，以降低对用户用电需求造成的影响。为简化计算，将用户负荷等

效为节点负荷参与DR。

2相关约束条件

在该模型中，其主要的约束条件包括功率平衡约束、可控燃气轮机的约束、

主网购电功率的约束、储能约束、传输线功率的约束、潮流方程的约束、节点电

压的约束、无功约束、可中断负荷约束以及负荷转移约束、用户获利约束等。其

中可控燃气轮机的约束主要指可控燃气轮机必须要满足最小、最大的出力以及最

大的爬坡下坡约束，功约束主要指在有功功率时光伏风机的工作最大状态，其主

要通过无功解耦进行控制，运行产生的无功率可以当做优化变量运行，受到无功

功率的约束，可以减少分布式电源不稳定的问题，最终通过无功补偿装置实现无

功率约束控制。

3电动汽车充电负荷计算

考虑到EV的实际发展状况，做出如下假设：①只考虑私人使用的EV，其接

入到小区停车场的交流充电桩充电，且每天只充1次；②充电桩数量能够满足用户充电需求；③EV数量为1000辆，其中比例为70%的EV用户对分时电价敏感，在不影响使用的情况下尽量选择谷时段充电，其余用户不受电价政策影响，不参

与有序充电；④通过峰谷分时电价引导用户进行有序充电，电价是由运营商制定的固定分时电价，本文采用简化的两段式峰谷电价模型，峰电价时段为t∈［8，23］，其余为谷电价时段。

3.1EV无序充电

EV日行驶里程、最后一次行程结束时刻、电池容量、充电功率的概率密度函

数见附录B。EV用户的车辆使用时间和行驶习惯不受峰谷电价影响，且用户每次

在选择开始充电时刻时都已知电池充满需要多长的充电时间。

3.3EV有序充电及策略

本文所采取的EV有序充电策略为：若最后一次行程结束时刻（返回时刻）不在谷时段，且所需充电时间小于谷时段长度，用户选择能在谷时段将电池充满的

任意时刻充电；所需充电时间大于或等于谷时段长度，用户选择谷电价开始时刻

点tvs充电；若返回时刻在谷时段，且所需充电时间小于返回时刻与谷时段结束

时刻点tve的区间长度，用户选择能在谷时段将电池充满的任意时刻充电；所需

充电时间大于或等于返回时刻与谷时段结束时刻的区间长度，用户选择返回时刻

充电。

4节点算例

通过相关调查研究可以知道，储能的安装成本为5—342元/kW•h，充电的为0.98，放电的为0.99；运行管理的成本就是0.033—22元/kW•h，设备运行的寿命

最长为十年；微型可控燃气轮机的安装成本也就变成了6—000元/kW•h，该设备

的寿命最长为十五年，其运行管理的成本以及燃料费均是0.67元/kW•h；无功补

偿装置的成本主要为0.033元/kvar。将调整模型与CPLEX结合进行求解之后，能

够得到相应的平谷电价以及需求响应之后的负荷曲线，根据相关负荷曲线可以知道，使用电价调节的手段能够在一定程度上削减负荷的高峰区域填补到低谷区域中。通过对主动配电网进行优化调度之后可以发现，负荷的低谷时段为3点-10点，所以在该阶段中，配网向主网购电的价格相对较低，此时蓄电池在充电状态，燃气轮机的可控工作功率也相对较低；当负荷处于较平时段，蓄电池处于平稳状态，其充电和放电的功率并不明显；当负荷处于高峰期时，蓄电池的放电比较明显，此时可控燃气轮机的工作功率也相对较高，当在17点-18点时，因为受到联

络线和DG容量的限制，可将负荷切断让主动配电网的安全得到保证。通过最终

的调度结果可以知道，主动配电网主动调度蓄电池、可中断负荷以及可控燃气轮

机能够将负荷进行平衡，进一步将电网的经济性作用有效提高。本文构建“主动配电网优化调度模型”通过测试分析，表示可以控制配电网成本，帮助电网单位提升生产质量和经济效率。其与方案①相比，调度成本、购电成本以及网损成本相对较低，且落实电价型的需求响应之后，降低了用户的购电成本，让主动配电网和

用户都能达到目的；其与方案②相比，可以减少网络消耗资源，控制配电网运行成本；其与方案③相比，购电成本以及无功补偿装置的成本明显较低；模型比方案④的无功补偿成本以及可中断负荷成本低；模型比方案⑤的分时电价让利成