考虑需求侧响应的输电负荷协调规划算法

朱仔新，张静忠，杨 龙

国网宁夏电力有限公司调度控制中心，宁夏 银川 750001

0 引言

通常情况下，电网中的发电量和用电量会处于一个较为平衡的状态。用电方即购电方，在电力市场中需要重点关注，需要对于其用电需求进行准确预测，并以此为侧响应调整供电量。随着电网中各类能源的比重增加，产生的不确定性越来越多，如何在复杂的电力市场中调控电网的未知因素，逐渐成为供电企业进行优化的研究热点。

目前常用电网调度算法包括迭代类算法和直接类算法，在稀疏矩阵方程运算时具备较稳定的调控性能，但在不对称或者未知负荷接入时，其稀疏矩阵会受到高维方程影响，导致终端算法无法完成收敛，使后续计算结果的精准性有所下降。文章基于此利用需求侧响应的优势，研究输电负荷的协调规划算法，为电网的稳定运行提供理论依据。

1 考虑需求侧响应的输电负荷协调规划算法

1.1 考虑需求侧响应构建调度模型

输电网调度的模式基本以预测负荷为主，在预测负荷与实际负荷之间会存在些许波动，根据单一的预测制订计划调度模型，将能够统计的日变量负荷纳入考虑范围，对不同情形下的输电负荷场景进行规模解决，以此完成需求侧响应的规划算法设计。在考虑分散性和结构性的聚类效果中，利用不同相似样本的聚类簇设置中心负荷数据的场景，设定所有能够在电网中输入的负荷数据为一个聚类簇，对各个时刻的负荷值进行近似日负荷的中心值选定。从某个单一起点作为聚类初始中心，根据最大最小原则保证两个中心的距离，有足够的远的高效迭代距离，划定在每个样本和当前已经存在的中心最短距离，以此选择最短距离的中心样本作为新加入的起点中心[1]。在多次场景数量重复叠加过程中，对输入的负荷数据集合进行层次分解，直到最远离中心起始点的数据样本出现，可以完成相似日期内负荷数据聚类的向量场景集。在此基础上通过数据集合，对不同运行状态下的电网吸收和注入负荷，进行需求侧响应调度的模型建立，并确定能够中断和转移负荷的目标函数。

1.2 确定中断与转移负荷目标函数

由于电力负荷的弹性系数难以获取，需要在不减少负荷效率下，对负荷需求响应模型中激励性目标函数进行确定，包括可中断负荷和转移负荷两种目标。用户获取负荷被看作电网的中断负荷，在直接获得补偿后促使供电电网和用户之间的协议，根据签订好的需要切断负荷，以中断时间和中断量作为用户补偿。对用户不敏感的负荷设置为转移负荷，可以根据不同时间段内的用电价格选择该类型负荷的使用时间，计算两个负荷的目标函数，表达式为

其中，中断负荷的最小和最大中断功率能够形成线性约束，由此可以确定该负荷的目标函数。在上述调度模型中对能够转移的电网负荷进行补偿，利用同类型同电价原则，在转移时间段内增加或减少用户用电功率，计算最优解向量。

1.3 以最优解向量协调规划输电负荷

在调度模型的构建基础上对目标函数中的解向量，进行最小最优分解，选择遗传优化参数辨识输电负荷中的初始群解体[2-3]。设定能够初解的变量大小为500度量，在选定适应度函数f中，根据每个个体对适应度的选择趋向，选取最适合辨识函数的最佳生存负荷环境，解向量的素质越好，能够产生的个体源变量越小，则个体适应度fa的表达式为

式中：α为每个适应度个体；g为能够重复和缩减变量的个体匹配集合。

每个被选中个体的概率和其自身适应度的遗传比例呈正比例关系。最优解的选择需要对集合中的子个体进行重组调度，在模型中的亲源中设定父本和母本两个类型，能够被选择组合的个体为选定负荷的交叉位置。根据负荷子体随机选择的进制标准，对小于0.5的概率进行反转逆变，直至最优解出现完成输电负荷协调。在模型的主动牵引和目标函数的基础上，实现最优解向量的选定完成输电负荷协调规划算法设定。

2 试验

为了验证所设计算法的实际应用效果，在标准IEEE 33节点电网配置下，对线路运行的线损功率进行调控，以确定电网线路中各支路的功率流动方向。线损功率的调控，以通过电网的电压幅值缩减为标准，在单位时间内对主线节点的电压幅值完成调控，即可表述为该线路的线损得到有效控制。设置该电网节点中包含7个联络开关，总计支路线路数量不低于33条，总体基准电压为1 566 V，具体节点的输电结构如图1所示。

图1 IEEE 33节点电网输电结构

根据图1的节点排列结构，对每条主路中与联络开关相邻的支路首端与尾端的功率参数设定，并对支路的对抗电路系数进行设定，具体如表1所示。

表1 IEEE 33节点电网参数

根据设定接入电网的功率容量和需求侧资源容量，对相邻节点进行支路抗阻的电压幅值分析，在所提协调算法下进行两组电压幅值分配：方案1为原有线路电压，即在不接入分布电源和中断负荷基础上，直接对年度电网的运行功率线损进行调度；方案2为调控后电压幅值，即接入分布式电源和中断负荷中完成功率调度，在单位容量单位内，对可中断的负荷功率设置不得低于200 kW。在每个节点输电负荷初始变动中心统一标准下，对上述相邻节点进行首位两端电压幅值比较，结果如图2所示。

图2 调控前后各节点电压幅值比较

由图2可知，调控前电压幅值变化较大，调控后的电压幅值变化较小，选定节点的相邻电压变化均处于平等水平，不会对电网的输电负荷造成过大影响，说明在分布式电源和中断负荷的接入下，能够对部分支路的电压幅值进行有效控制，使得支路中的有功线损有所降低，具有实际应用效果。

3 结束语

文章在构建调度模型的基础上，对中断负荷和转移负荷的目标函数进行确定，以此完成时序分解的规划算法设计，满足需求侧响应条件下的输电负荷安全调控。经试验，在所提调度规划算法下，能够对标准节点的主线网络中电压幅值进行调控，使得支路中的有功线损有所降低，具有实际应用效果。但由于文章研究时间有限，在设计过程中有少许不足，如在电网运行过程中，对过高负荷产生的峰值状态未进行设定，使得得出的电压幅值存在一定偏差。后续研究过程会对实际电网的输出线路，进行特性能耗的分工控制，在不同的峰段对电压进行深层调控，进一步缩减输电过程中的线路损耗。