源网荷储协同主动配电网分布鲁棒优化调度系统

张晓毅，高振峰，孙雷

（国网冀北综合能源服务有限公司，北京 100142）

可再生能源大量并网，使得电力系统出现了问题，这些问题主要包括接触点电压、电流突然升高、谐波干扰严重、新能源消纳困难等。随着电力系统的改造和智能化配电网络建设，电力系统改造和智能化配电网络建设推动了电力系统的巨大变革。现代配电网络除了负责配电外，还配备了大量终端监测设备，以实现对配电网络的实时监测和优化。近几年，围绕“源网荷储”的积极配网协调与优化运营受到了越来越多的重视。目前，提出了一种基于需求侧和供应侧资源的协调方法，该方法通过改善供需双方资源的协同控制，有效地解决了目前电网中存在的随机问题。在此基础上，保证系统成本最低，以此为目标构建“源网荷储”最优调度模型[1]；后来提出了一种分布式多源协调优化调度方法，该方法将局部多项资源与能量存储单元相结合，实现了分布式电源的联合输出。将分析结果及时反馈到区域调度层，充分考虑并发挥了配电网络的自主性[2]。由于源网荷储变量的多维度性，所以这两种方法都很难优化调度配电网。针对这一问题，构建了一种“源网荷储”协同的鲁棒优化调度系统。

1 系统硬件结构设计

“源网荷储”协同鲁棒优化调度系统的设计，能有效地改善电网的安全性、经济性，使配电网稳定、高效地运行。系统硬件结构如图1 所示。

由图1 可知，基于智能设备，构建了基于智能设备的多源协同优化调度结构。利用智能终端装置，实现了对配电网数据的收集与优化控制[3]。

1.1 接口适配器

IEC61968 总线将配电网络与微网管理系统的数据整合起来，并利用接口适配器来获得电力网调度的能力，从而达到最优调度[4]。

接口适配器使对象类和适配器类分离，在不改变原有结构的前提下，对现有的类型进行复用。该结构既增强了类的可视化和可重用性，将特定业务实现流程封装在适配器中，在增强适配器可用性的同时，使用户端能够方便查看相关业务数据，同一个适配者类可以在许多不同的系统中重复使用[5-6]。

1.2 智能监控装置

在配电网络中配置智能监测装置，能够实现对电力系统有功处理的实时监测及数据的采集与上传。通过对源网荷储协同主动配电网智能监测装置进行加密处理，保证了数据不受篡改和盗用[7-8]。

智能监控装置结构如图2 所示。

图2 智能监控装置结构

由图2 可知，将可控负荷设置在可控负荷侧，能够实时监测可控负荷的电力需求，并具备双向通信功能，满足电力通信直流规约[9]。采用纵向加密技术，确保了调度和用户的需要，并保证了调度过程和用户使用的私密性[10]。

1.3 配网综合调度中心

配网综合调度中心是负荷调度系统的核心，全部负荷信息汇集到调度中心，使其具备实时发电、负荷预测、负荷侧双向通信等多种功能，并利用实时电价指导、负荷曲线配置等方式，实现负荷动态跟踪[11]。

在多源数据融合中，将数据信息进行融合，并在主动配电网络上进行预处理，通过模拟设计最优调度方案，以达到多源协同优化调度的闭环模式管理[12-13]。

2 系统软件部分设计

设计的“源网荷储”协同鲁棒优化调度系统软件部分，主要包括以下几个步骤：

步骤1：获取源网荷储的运行参量数据；

步骤2：根据获取的运行参量数据以及预设调度模型，得到源网荷储的调度控制策略[14]；

1）源网荷储供电可靠性

系统的可靠度是以用户的断电损耗为度量的，当电源供应不足或断电对用户和供电公司造成的经济损失时，利用故障列举法对用户的损耗进行估计，其计算步骤如下：

系统停电损失期望，计算公式为：

式中，fI表示系统缺供电损失率；ZNS(t)表示主动配电网群供电不足期望值，该值由主动配电网负荷功率损失决定，其计算公式为：

式中，A表示不可用参数组合；B表示可用参数组合；i、j分别表示机组编号；Wi(t)、Wj(t) 分别表示机组i、j在时间t下的输出功率；Ri(t)表示发电单元[15]。

2）调度模型构建

1 目标函数确定

配电网的供电可靠性最高，供电可靠性主要体现在配电网侧综合负荷曲线的波动情况，由供电负荷波动幅度和波动率共同评价[16]。

目标函数f1可表示为：

②约束条件

对于分布式电源出力约束：主动配电网中电源实际输出的功率，应该在分布式电源功率输出的最小值和最大值之间；

对于节点电压约束：主动配电网中某个节点实际的电压值，应该在分布式电源实际电压输出的最小值和最大值之间；

对于支路功率约束：主动配电网在某条线路输送的功率，应该在支路功率的最小值和最大值之间；

对于总功率守恒约束：在不同时刻主动配电网的总功率守恒约束，由常规机组有功输出功率WE(t)、不可控负荷需要的有功功率WM(t)决定，公式可表达为：

通过式（4）能够得到总功率守恒结果，然而，由于源网荷储变量的多维度性，存在大量不确定性参数，所以为了提供系统鲁棒性，应将问题描述成：

式中，x、y分别表示决策变量和不确定量；gi(x,y)表示约束条件函数；z表示有界闭集。

步骤3：协同调度控制策略。

鲁棒优化核心在于恶劣场景下的优化调度方案，源网荷储协同调度指的是充分利用主动配电网中的电力储能和负荷，配合可再生能源并网后，实现系统的良性互动，进而保证主动配电网供电具有可靠性。

在主动配电网中，可将电力系统鲁棒优化调度分成日前调度、实时调度这两个阶段，详细调度内容为：

在日前调度阶段，通过对各节点的功率分配和各节点的负载进行了预测。根据预测误差，将20%的储能系统作为备用余量。将能量储存系统与弹性负荷之间的限制与可调用能力相结合，对能量储存系统与负荷收集器的日前调用计划，并针对不同使用者状况，制定了相应的反应方案，并与客户进行沟通[17-18]。

在实时调度阶段，每隔15 min 对分配电源与负荷功率的输出偏差进行校正，并进行相应调节，从而达到最终充放电效果。

3 实验分析

3.1 实验区域概况分析

开发区为一地区光电产业聚集的高科技园区，面积30 km2。该地区包括两台主变压器，分别是编号为1 的容量为50 MVA 的10.5 kV 主变压器、编号为2 的容量为160 MVA 的20 kV 主变压器。这两个变压器位于该区域中心位置，承担了全部负荷，2020 年的最大发电量是95.80 MW。供电区目前有180 MW并网的光伏发电能力，近期规划的光伏发电量为45～55 MW。

大规模的分布式光伏（PV）接入将使新区电网的运营特性发生巨大变化。首先，由于光伏接地密度大，使得潮流分布不均，且存在大量的待机情况，这就给配电网的分配造成了一定的难度。

选择2 号主变压器总功率进行分析，其数据如表1 所示。

表1 2号主变压器总功率

由表1 可看出，主变压器分布并不均匀，出现倒送情况。主变压器不仅区域内光伏消纳效率不佳，还存在过载风险过大的情况。

3.2 实验结果与分析

分别使用基于需求侧和供应侧资源的协调方法、基于分层分布式多源协调方法、分布鲁棒优化调度系统，对比分析负荷响应调度安排情况，如图3所示。

图3 三种方法负荷响应调度对比分析

由图3 可知，使用基于需求侧和供应侧资源的协调方法与理想调度相比，在100～150 min、150～200 min 内，出现了不应该参与的调控阶段，在0～100 min 内，参与的调控阶段一致，并且负荷响应调度最大误差为0.04 MW；使用基于分层分布式多源协调方法与理想调度相比，在50～100 min、150～200 min 内，出现了不应该参与的调控阶段，在0～50 min、250～300 min 内，参与的调控阶段一致，并且负荷响应调度最大误差为0.04 MW；使用分布鲁棒优化调度系统与理想调度相比，参与的调控阶段一致，并且负荷响应调度最大误差为0.01 MW。综上所述，所设计系统负荷响应调度安排效果较好。

4 结束语

对电力市场中的源网荷储协同主动配电网分布鲁棒进行了优化，并对其进行了主动分配。在电力系统中，合理地使用各类资源，并制订相应的控制策略，是实现主动配电网最优调度的关键。结合配电网内部源网荷储资源建立了优化调度方法，但还不完善，有待于深入探讨。目前，我国配电网的优化调度问题还需要进一步研究和完善，主要是针对配电网的控制策略，构建配电网的调度优化模型。