分布式光伏用户侧负荷参与电网调峰控制方法

梁 臣

（国网河南省电力公司洛阳市偃师供电公司，河南 偃师 471900）

0 引 言

光伏发电的间歇性和波动性给电网的稳定运行带来了挑战，尤其是在电网调峰方面。传统的电网调峰方法难以满足现代电网的需求，因此研究分布式光伏用户侧负荷参与电网调峰控制方法具有重要意义[1]。分布式光伏用户侧负荷参与电网调峰控制方法，旨在通过智能调控技术优化调度分布式光伏用户侧的负荷，使其与电网的调峰需求相匹配。这不仅能够提高电网的运行效率和降低能源浪费，而且能为用户带来经济效益。

1 设计分布式光伏用户侧负荷参与电网调峰控制方法

1.1 确定调峰控制约束参数

在分布式光伏用户侧负荷参与电网调峰控制中，当输出功率预测值小于调度值时，计算分布式光伏用户侧的负载电流的公式为

式中：P表示电网调度部门对分布式光伏发电的期望输出功率；U表示电网电压，可以根据实际情况进行设定[2]。

根据分布式光伏用户侧负荷参与电网的负载电流，假设整流电压为Urectifier，稳态特征约束条件可以表示为

式中：k、b分别表示常数；I表示负载电流。通过调整k值和b值，可以控制整流电压的稳态特征。

根据式（2）可以计算整流电压的收敛值为

式中：R表示线路电阻；U1表示稳态特征电压。

根据式（3）的收敛值，可以进一步计算出不同调度模式下的稳态电压。稳态电压表示为Usteady，不同调度模式下的稳态电压可以表示为

式中：a表示调度模式下的电压调节系数。

根据不同的调度模式，可以设定不同的a值，以计算出相应的稳态电压。

根据式（4）得到分布式能源微电网调峰参数的计算公式为

式中：w表示常数；t表示时间；∂表示电流波动周期。

分布式光伏用户侧负荷参与电网调峰控制中，当参数发生变化时，计算分布式光伏用户侧负荷参与电网调峰的最大电感的电流的公式为

式中：u表示稳态特征电压；f表示电网频率；L表示电感值。

根据最大电感的电流，在连续启停调峰调控下，计算电流非参数核密度估计值的公式为

式中：f(i)表示电流的非参数核密度估计值；h表示核函数窗口内的样本点数；表示权重系数之和；表示核函数在各个样本点处的加权和。

确定调峰控制约束参数后，通过合理的参数设置和优化，可以进一步提高分布式能源微电网的调峰性能和稳定性，为分布式能源的发展和应用提供有力支持[3]。

1.2 侧负荷参与电网调峰调度目标函数设置

假设电网负荷区域m在t时段的容量为Um,t，随机时段t下能实现的发电流量为qm,t，电网运行过程中的实际流量为，需要保证电网之间的电量平衡，维持电网发电需求，公式为

式中：Qm,t表示m在t时段的电流量；∆t表示小时数。

在此基础上为保证电网发电稳定，需控制电流位置，具体计算公式为

式中：Zm,t表示调峰调度时期的期末电流位置；Zm表示期末控制电流位置。

建立调峰调度时期的期末电流位置的约束条件为

根据式（10）约束电网中对应的泄流设备的最大过流能力，构建分布式光伏用户侧负荷参与电网的优化调度调节框架，如图1 所示。

图1 分布式光伏用户侧负荷参与电网的优化调度调节框架

根据分布式光伏用户侧负荷参与电网的优化调度调节框架，设置调度时间段内的侧负荷参与电网调峰调度目标函数为

式中：F(G)表示运行成本；β为光伏出力预测误差；α为用户侧负荷响应能力；∆P表示电网中的出力情况；∆Q表示电网的分配电量；λ表示二次拟合函数；μ表示权重系数。

1.3 削峰填谷优化调度控制设计

设计的削峰填谷优化调度控制流程如图2 所示。

图2 削峰填谷优化调度控制流程

在满足电网调峰要求的情况下，如果采用恒定功率充放电，则会导致光伏电池不能充分充电或充分放电，浪费电能，进而导致电能损耗。因此，需要设计出一个合理的最大输出限制因子，以保证其可以在变流电源系统中进行调峰。限制因子可表示为

基于式（12），设计了一套详细的调峰方案。当荷电状态高（q1＞0.5）时，按最终参考放电调峰；荷电状态低（q1＜0.5）时，为避免过放，按参考功率的荷电状态倍率放电，并随荷电状态下降而减小出力[5]。同时，当荷电状态低时，按最终参考充电调峰；荷电状态高时，为避免过充，按参考功率的荷电状态倍率充电，并随荷电状态上升而减小出力。该方案确保光伏储能电池的快速响应能力，同时避免过充或过放现象。

2 实验论证

为验证文章提出的分布式光伏用户侧负荷参与电网调峰控制方法的性能，进行实验测试。同时，为测试结果的可靠性，将660 MW 超临界燃煤发电机组的深度调峰自动控制方法（以下简称传统方法1）和光伏接入配电网调峰优化调度控制方法（以下简称传统方法2）与文章设计方法进行对比测试。选择MATLAB 软件作为实验平台进行仿真分析。设定电源的功率为300 MW，稳态功率为230 MW，直流电感为12 mH，交流电网频率为50 Hz。不同用电需求下，3 种方法的调峰速率结果如图3 所示。

图3 不同侧负荷参与电网调峰控制方法调峰速率对比结果

由图3 可知，在相同条件下，文章设计方法在调峰速率方面表现优异，始终保持在99%左右，相比之下，传统方法1 和传统方法2 的调峰速率较低。实验结果表明，文章设计方法的实用性和有效性，能够应对电力负荷波动，提高电网稳定性。

3 结 论

文章深入探讨分布式光伏用户侧负荷参与电网调峰控制方法，并开展实验验证该方法的性能。结果表明，该方法在调峰速率方面表现出显著的优势，能够有效地应对电力负荷的波动，增强电网的稳定性和可靠性。这一创新方法不仅具有很高的实用价值，而且为分布式能源微电网的优化运行提供了有力的支持。