含分布式电源的配电网日前两阶段优化调度模型_孟晓丽

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引言
在输电和配电相分离的电力市场环境下，供电
公司面临着各种不确定性问题，尤其是实时电价波 动 所 带 来 的 风 险 。 随 着 分 布 式 电 源 (distributed generation，DG)在配电网中渗透率的提高，供电公 司在参与电力市场的同时开始优化 DG 的调度运行 来降低经济风险[1]。在各种 DG 中，风电、光伏的 出力具有随机性与波动性，可调度性差，而燃气轮 机、 燃料电池、 柴油机等 DG 的输出可以自由调节， 可调度性好。可中断负荷(interruptable load，IL)是 需求侧管理的一种重要手段，在电网高峰时段由供 电公司向用户发出中断指令，经用户响应后中断部 分用电。在电力市场环境下，供电公司对 DG 和 IL 进行优化调度后，可以有效节约配电网的运行成本， 提高系统运行的安全可靠性。 目前国内对于含 DG 配电网的研究主要集中在 DG 接入后对配电网供电质量、电压分布、电压稳 定、可靠性、继电保护的影响等方面[2-4]，以及配电 网中分布式电源的规划问题[5-7]上。 而国外已开展了 电力市场环境下含分布式电源的配电网经济调度
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问题研究， 文献[8]提出了有源配电网的日前和日内 2 阶段运行模型，日前主要是 DG 调度，日内是 对负荷和机组出力做出校正；文献 [9]在前者的基 础上考虑了二氧化碳排放的问题，并作为惩罚项 加入目标函数；文献[10]在分布式电源高渗透率的 情况下提出了配电网的短期调度和控制模型，文 献[11-12]研究了为了降低用电成本， 在需求响应机 制下制定日前用电计划的优化方法，文献 [13-15] 分别从用电成本最低、电力公司运行成本最低和 多目标优化角度研究了一组用户联合制定用电计 划的方法。文献 [16-17] 从电力公司长期平均预期 成本和长期预期成本的角度出发，分析了包含传 统配电网、 单一 DG 和单一储能装置的系统优化运 行方法，文献 [18] 则提出一种同时考虑有功和无 功发电成本及停电成本的划分方法，这些研究主 要立足于个体利益，没有考虑电力公司、用户与 DG、储能装置等设备的多方关联，在研究分布式 电源优化调度时也没有充分考虑分布式电源的无 功出力特性以及配电网潮流改变所引起的电压越 限问题。 本文提出一种含分布式电源的配电网日前 2 阶 段优化调度方法，该方法包括日前优化调度和无功 优化 2 个阶段。在第 1 阶段，供电公司基于第 2 天 每小时负荷需求和电价的预测进行优化调度，确定 DG 机组组合、从大电网的购电量以及与用户签订 可中断负荷合同[8]，这些优化结果作为固定的参数 传递到无功优化阶段；无功优化阶段充分考虑 DG 的无功输出能力，通过对 DG 和无功补偿装置无功 输出的优化，调整电压不越限，进一步降低供电公 司的运行成本。
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(3)
DG 式中： Pi ,max 为第 i 台 DG 的最大出力；Ui,t 为 t 时刻
负荷 i 在 t 时段的可削减量； ρiIL ,t 为可中断负荷 i 的统一价格[8]，即对切掉的负荷采用相同的价格进 行补偿； Pi ,DG t 为第 i 台 DG 在 t 时段的发电量；a i 、 bi、ci 表示第 i 台 DG 二次生产成本函数的系数； Xi,t、Zi,t 分别为第 i 台 DG 在 t 时刻的启停状态，为
DG 的运行、启动、关停成本。
1.2 约束条件
1）有功平Baidu Nhomakorabea约束。
N DG i =1 IL grid = Pt DAL ∑ Pi,DG t + ∑ Pj ,t + P t j =1 N IL
(2)
式中 Pt DAL 为 t 时段的负荷需求量。
2）系统备用约束。
N DG i =1 DG grid U i ,t + ∑ PjIL + Rt ≥ Pt DAL ∑ Pi,max ,max I j ,t + P t j =1 N IL
价格来确定 DG 的机组组合、 从大电网的购电量及 IL 削减 量；第 2 阶段为无功优化阶段，在第 1 阶段的基础上，考 虑 DG 的无功出力特性，通过优化 DG 和无功补偿装置的 出力调节电压使其在规定的范围内且配电网的网损最小。 通过基于修改的 IEEE 33 节点系统的仿真计算，表明所提 出的日前 2 阶段优化调度模型能够有效降低供电公司的运 行成本。 关键词：电力市场；分布式电源；机组组合；可中断负荷； 无功补偿；配电网 DOI：10.13335/j.1000-3673.pst.2015.05.019
1 日前调度阶段
在电力市场环境下，供电公司的运行成本主要 由大电网购电成本、DG 运行成本、签订 IL 合同的 成本以及配电网的运行维护成本构成，其中风电、 光伏以可再生能源为动力，其运行成本可以忽略。 对于次日负荷和风电、光伏的预测取值，本文采用 文献[19]中的处理策略，即根据 3 者不同的预测概 率分布，分别取发生概率为 95%处的值作为预测值， 并将风电、光伏的预测值作为负的负荷计入相应配 电网节点。 在日前阶段，优化的目标函数是使得日前的运 行成本最小。 1.1 日前目标函数 日前阶段的目标函数
0、1 变量；Con,i、Coff,i 分别为第 i 台 DG 的启动和
关停成本。 目标函数的第 1 项表示供电公司从大电网购电 而需要支付给大电网的费用；第 2 项表示签订 IL 合同而支付给 IL 用户的费用，此处 IL 用户在日前 基于投标机制向供电公司提交他们每个小时负荷 的可削减量，针对不同的 IL 用户，分别采用不同 的统一价格来进行补偿；第 3 项表示供电公司所有
第 39 卷 第 5 期
电
网
技
术
IL C = ∑ ρtgrid ⋅ Pt grid + ∑∑ ρiIL ,t ⋅ P i ,t + t =1 t =1 i =1 DG 2 ∑ ∑ {[ai + bi ⋅ Pi,DG t + ci ⋅ ( P i ,t ) ] + t =1 i =1 T N DG T T N IL
第 39 卷 第 5 期 2015 年 5 月 文章编号：1000-3673（2015）05-1294-07
电 网 技 术 Power System Technology 中图分类号：TM 734 文献标志码：A
Vol. 39 No. 5 May 2015 学科代码：470·4051
含分布式电源的配电网日前两阶段优化调度模型
X i ,t Con,i + Z i ,t Coff,i }
(1)
式中：T 为调度周期总时段数，本文中取 24 h；NDG 为供电公司所有的 DG 机组数； NIL 为配网中 IL 数；
Pt grid 为供电公司 t 时段从大电网的购电量； ρ tgrid 为
Pi ,IL 供电公司 t 时段从大电网的购电价格； t 为可中断
基金项目：国家 863 高技术基金项目(2011AA05A107)；国家自然 科学基金项目(51477029)；国家电网公司科技项目(PD71-13-031)。 The National High Technology Research and Development of China(863 Program)(2011AA05A107); Project Supported by National Natural Science Foundation of China(51477029).
MENG Xiaoli1, GAO Jun2, SHENG Wanxing1, GU Wei2, ZHU Junpeng2, FAN Wenfei2
(1. China Electric Power Research Institute, Haidian District, Beijing 100192, China; 2. School of Electrical Engineering, Southeast University, Nanjing 210096, Jiangsu Province, China) ABSTRACT: In the environment of electricity market, power supply companies can effectively decrease their operational costs and avoid the risk under the market competition by optimal scheduling of distributed generations (DG) connected to distributed networks. A day-ahead two-stage optimal scheduling model for power supply company under the condition of electricity market is proposed: the first stage is the stage of the optimal scheduling of DG, in which the unit commitment of DG, the electricity quantity purchased from power grid and the reduced quantity of interruptable load; the second stage is the stage of reactive power optimization, on the basis of the first stage and considering the reactive power output characteristics of DG, the network voltage is regulated by the optimization of DG and the output of reactive power compensator to make the network voltage being within the specified range and minimizing the line loss in the distribution network. It is proved by the simulation of modified IEEE 33bus system that using the proposed day-ahead two-stage optimal scheduling model the operational cost of power supply company can be decreased effectively. KEY WORDS: electricity market; distributed generation; unit commitment; interruptible load; reactive power compensation; distribution network 摘要：在电力市场环境下，供电公司通过对接入配电网的 分布式电源(distributed generation，DG)的优化调度，能够 有效地降低其运行成本，规避市场竞争环境下的风险。提 出了一种电力市场环境下供电公司日前优化调度的 2 阶段 模型：第 1 阶段为 DG 优化调度阶段，根据市场电价、DG 运行成本、签订可中断负荷(interruptable load，IL)合同的
孟晓丽 1，高君 2，盛万兴 1，顾伟 2，朱俊澎 2，范文飞 2
（1．中国电力科学研究院，北京市 海淀区 100192； 2．东南大学 电气工程学院，江苏省 南京市 210096）
A Day-Ahead Two-Stage Optimal Scheduling Model for Distribution Network Containing Distributed Generations