含微电网的配电网优化调度_张晓雪

0
引言
随着微电网（ Microgrid，MG） 技术的发展，分布式
MG 和分散可控型 DG 组成的主动配电网 。 如何对主 动配电网内的 MG 与 DG 进行优化调度与控制，以达 到最大限度的消纳可再生能源 、 减少系统运行成本 、 降低网损 、提高电压合格率的目标，从而实现主动配 电网最优潮流分布，成为亟待解决的问题
。 如果按这
种思路和方法对 MG 和 DG 渗透率较高的主动配电网 内所有电源建立优化调度模型，将会使得控制变量的 维数非常庞大，求解模型时非常复杂 。 由于微电网运 行具 有 相 对 独 立 性， 公 共 连 接 点 （ Point of Common Coupling，PCC） 以下所连接的分布式电源 、 负荷和储 能单元直接受微网控制器的控制，因此微电网对自身 PCC 点功率进行控制是可行的 。 鉴于此，如果将微电 网看作出力可正 、可负的独立调度单元参与主动配电 网的优化调度计算，从而不用直接考虑为数众多的微 电网内部 DG 的调度，将大大降低主动配电网全局调 14］ 度的复杂性。文献［ 基于此思路，提出由微电网能 量管理系统根据预测作出优化调度方案后，向配电网 调度中心上报微电网 PCC 点日前调度计划曲线，配电 网据此对微电网交互功率进行优化 。 但是该方法仅以 单一日前调度计划曲线为基础，严格限制了配电网与 微电网的交互功率值，不能充分发挥微电网的对外功 率调节优势。 本文首先提出最大输出功率和最大输入功率两个 微电网对外调节裕度指标及其评估方法； 然后以最大 输出功率和最大输入功率作为微电网有功交互功率约 束条件的上、下限值，建立了配电网经济优化有功调 度模型，既降低了控制变量维数，又充分考虑了微电 网的可调节裕度，随后提出了求解该模型的最小费用 最大流计 算 方 法； 最 后 在 经 济 优 化 有 功 调 度 的 基 础 上，通过优化分布式电源和微电网的无功出力使得含 微电网的配电网的网损最小 、电压在允许的范围内 。
由纵 坐 标 轴 、 水 平 线 t = F （ P Σ N ） 、 曲 线 t = F（ ΔP Σ ） 包围而成的面积为 A1 ，称为系统的积分过剩 电量； 由横坐标轴 、纵坐标轴和曲线 t = F （ ΔP Σ ） 围成 的面积 A2 为系统的积分不足电量 。A1 和 A2 分别为 A 1 = P ΣN · F （ P ΣN ） － A2 =
0315 收稿日期 20160510 改稿日期 2016-
。
目前，国内外对主动配电网的研究主要集中在含 DG 的配电网经济调度问题［10-17］以及 DG 接入后对配电 网电压分布 、 网损影响等方面
［1822 ］
。 针对含 DG 的配
电网经济调度的研究通常以运行成本最小化或发电能
166
电 工 技 术 学 报
［19 ］
电源（ Distributed Generation，DG） 以微电网的形式作为 一个双向可调度单元从配电网接入， MG 成为配电网 和 DG 间的纽带，使得配电网不必直接面对种类不同 、 归属不同、 数量庞大 、 分散接入 （ 尤其 是 间 歇 性） 的 DG。因此，配电网将逐渐演变为由大量隶属者不同的
∫
P ΣN
0
F （ ΔP Σ ） d ΔP Σ
（ 3） （ 4）
∫
0 －P ΣL
F （ ΔP Σ ） d ΔP Σ
因此，下一调度周期 T 微电网整体对外呈现一定 的不平衡电量为 Δ E = A1 － A2 式中，ΔE 称为不平衡电量 。 （ 5）
ຫໍສະໝຸດ Baidu
1. 1
多时间尺度微电网不平衡能量预测
针对微电网内风 / 光电源与随机性负荷引起的不
可释放空间电量 E Bs 和可储存空间电量 E Be 分别为
{
化，降低系统网损，提高电压合格率 。
E Bs = Soc t E Br － E Bmin E Be = E Bmax － Soc t E Br
2. 1
（ 6）
含微电网的配电网经济优化有功调度
将微电网调度周期内的最大输出功率 P out 和最大
2017 年 4 月
力最大化为目标，对系统内所有分布式电源建立优化 调度模型并求解得到最优出力分配方案
［13 ］
数据 。如： 若要得到未来 20 min 内密度尽量高的每分 钟功率预测数据，可将预测机制划分为 1 min、4 min、 7 min 、13 min、20 min 等时间尺度 。 微电网中总风 / 光电源发电功率减去总负荷功率 为不平衡功率 。 ΔP Σ = P Σgt － P Σld 率； P ∑ld 为总负荷功率 。 下一调度 周 期 T 内 的 不 平 衡 功 率，用 数 据 集 G 表示 。 G = ｛ ΔP1 ΔP2 … ΔP M ｝ （ 2） 式中，M 为将 T 时段按等时间间隔 τ 划分的间隔数 。 设 MG 中风 / 光电源装机容量为 P Σ N ，负荷峰值为 P Σ L ， 对微电网中不平衡功率 ΔP ∑ 全程值域范围 ［ － P Σ L ， P Σ N］ 进行等间隔划分，统计式（ 2 ） 中各数据落入各值 域区间的频数（ 即不平衡功率介于该区间的时间） ，然 后计算不平衡功率小于等于某值的累计频数，得到 T 时段内不 平 衡 功 率 持 续 时 间 曲 线 t = F （ ΔP Σ ） 如 图 1 所示 。 （ 1） 式中，ΔP ∑ 为不平衡功率； P ∑gt 为总风 / 光电源发电功
输入功 率 P in 作 为 微 电 网 有 功 交 互 功 率 约 束 条 件 的 上、下限，建立以运行成本最小为目标的含微电网的 配电网优化调度数学模型 。
式中，E Bmax 、E B min 分别为储能单元允许储存电量的上 限和下限值； Soc t 为当前时刻的储能水平 。 只要微电网在当前时刻的可释放空间电量和可储 存空间电量充足，通过实时控制储能单元充 / 放电就 可以对式（ 5 ） 中的不平衡电量发挥能量搬移作用 。 若 ΔE ＞ 0 ，则 T 时 段 整 体 风 / 光 电 源 发 电 充 足， 不平衡电量需要向储能单元或上级电网输出，此时微 电网对外的最大输出电量 、最大输入电量分别为 E out = E Bs + ΔE + E in =
提出一种含微电网的配电网优化调度方法 。 首先根据多时间尺度微电网不平衡能量预测评
估出未来调度周期微电网对外的最大输出功率和最大输入功率两个评估指标； 然后以最大输出功率和 最大输入功率为微电网与配电网交互功率约束条件的上 、 下限值，建立以运行成本最小为目标的配电 网经济优化有功调度模型，并提出了求解该模型的最小费用最大流计算方法； 最后在经济优化有功调 度的基础上进行配电网无功优化 。 仿真算例表明，与基于微电网单一日前调度计划曲线的主动配电网 优化调度方法相比，该模型与方法能够充分考虑微电网对外呈现的功率允许调节裕度，从而更有效地 减少系统运行成本，降低网损，提高电压合格率 。 关键词： 配电网 微电网对外调节裕度评估 优化调度 无功优化 最小费用最大流 中图分类号： TM926
China Agricultural University
This paper proposed a novel optimal dispatch method of distribution network with microgrid． The
goal of the method is to minimize the operation cost of distribution system by considering the power regulation adequacy of microgrid． To evaluate the regulation adequacy，the maximum 'charging' and 'discharging' power of microgrid in next dispatch horizon were calculated based on unbalanced power prediction under multitime scale． A minimum cost maximum flow algorithm was proposed to solve the optimization problem． Furthermore，the reactive power optimization of distribution network was calculated based on optimal dispatch． Simulation studies demonstrate that ，compared with the normal distribution network dispatch method by considering microgrid dayhead scheduling curve， the proposed dispatch method can reduce system operation cost and network loss effectively and improve the voltage qualification rate． Keywords： Distribution network， external regulation margin evaluation of microgrid， optimal dispatch， reactive power optimization，minimum cost maximum flow
2. 1. 1
目标函数
以配电网的运行成本最小为目标，目标函数为 J1 = min（
∑C
i∈DG
dgi
P DGi +
∑C
i∈MG
mgi
P MGi + C B P grd ） （ 12 ）
式中，P DGi 为配电网中分散可控型分布式电源的输出 （ 7） （ 8） 功率； P MGi 为微电网有功交互功率，配电网从微电网 购电时 P MGi ＞ 0 ，配电网向微电网的馈电时 P MGi ＜ 0 ； P grd 为配电网向上级电网购电功率； C dgi 和 C B 分别为分 散可控型分布式电源发电成本 、 配电网向上级电网购 电成 本； P MGi ＞ 0 时， C mgi 为 配 电 网 从 微 电 网 购 电 电 价； P MGi ＜ 0 时，C mgi 为配电网向微电网的馈电电价 。
平衡能量预测的需要，建立多时间尺度风 / 光电源发 电功率与负荷滑窗预测机制，以得到下一调度周期 T 内密度尽量高的等时间间隔（ 设间隔时间为 τ ） 的预测
1. 2
微电网对外调节裕度评估指标
设微电网储能单元额定容量为 E Br ，则储能单元
第 32 卷第 7 期
张晓雪等
含微电网的配电网优化调度
167
Optimal Dispatch Method of Distribution Network with Microgrid
Zhang Xiaoxue Niu Huanna Zhao Jingxiang Beijing 100083 China）
（ College of Information and Electrical Engineering Abstract
1
微电网对外调节裕度评估
对配电网而言，微电网作为一个整体双向可控单
图1 Fig. 1
不平衡功率持续时间曲线
Curve of duration of unbalance power of microgrid
元参与电能配送 。微电网整体对外所呈现的电源特征 是由可连续供给能量的可控微电源 、 具有间歇性能量 供给特征的风 / 光电源和具有源 / 载双向特性的储能单 元共同作用形成的，对外所呈现的负载特征除了常规 配电负载特征之外还有储能单元所呈现的可控负载特 征。因此，如何定量地描述微电网这种具有随机性的 双向可控单元对外呈现出的源 / 载调节能力是含微电 网的配电网调度与控制的基础 。
2017 年 4 月 第 32 卷 第 7 期
电 工 技 术 学 报
TＲANSACTIONS OF CH INA ELECTＲOTECH NICAL SOCIETY
Vol. 32 Apr．
No. 7 2017
含微电网的配电网优化调度
张晓雪 牛焕娜 赵静翔
北京 100083 ） （ 中国农业大学信息与电气工程学院 摘要