考虑运行风险的主动配电网多源优化调度系统

吴蓉，秦 璐，徐天诚，朱婷婷

（国网孟津县供电公司，河南 洛阳 471100）

随着可再生能源分布式供电建设的大力发展，不仅增加了配电网的质量和可靠性，降低了环境污染，也使配电网供电更加的方便灵活、安全稳定[1]。由于配电系统中存在大量间歇性能源，为了有效控制和管理这些资源，采取了主动配电网技术[2]。通过优化各种可控设备，对主动配电网进行调度管理，增加了企业的经济效益[3]。使用的考虑综合承载力的主动配电网优化调度系统[4]和含微电网群的主动配电网双层联合优化调度系统[5]，结合优化潮流算法，构建主动优化调度模型。然而，在主动配电网中，需要调度的设备较多，潮流计算速度较慢，无法体现出灵活调度的特点。为此提出考虑运行风险的主动配电网多源优化调度系统，将长期全局优化策略与短期区域自主控制策略相结合，实现配电网运行的优化。通过研究表明，分布式优化调度可以起到实时控制和管理配电网的运行，对分布式电源的预测精度要求较高，具有实时能量约束和灵活的负荷参与的特点，实现主动式配电网储能系统的协调控制。

1 系统硬件结构设计

为实现安全可靠、优质经济、高效运行的配电网，在系统硬件结构设计中，优化配电网电源、调度电荷，实现主动式配电网多源协同优化调度[6]。

采取主动式配电网络多源优化调度技术，能够有效控制和管理接入配电网的资源，通过调度员操作调控，使配电网的运行更加高效稳定[7]。图1 为系统硬件结构。

图1 系统硬件结构设计

从图1 可以看出，分别由物理层、应用平台层和决策层组成了系统硬件结构。在配电网网络层的基础上，物理层负责设备的优化调度，以确保电压质量和经济运行[8]。在需求侧的基础上，应用平台层采用配电网控制终端，对主动式配电网各环节的关键设备进行监控[9]。决策层通过应用平台层获取各种信息，对主动式配电网络进行预测[10]。

1.1 馈线终端单元

使用TI 公司生产的TMS320LF2407 型号数字信号控制器作为馈线终端单元的主要控制器，结合DSP数字信号处理技术，不仅降低了控制器的功耗，而且提高了控制管理效率[11-12]。图2为馈线终端单元。

图2 馈线终端单元

由图2 可知，将硬件结构层次化，共分为上下两层，其中上层负责数据采集，包括模拟量输入模块、A/D 转换模块、通信接口模块、开关量输入、光电隔离模块以及外扩存储器模块等；下层负责数据整理，包括电源模块、串口电平转换器模块以及开关量输出模块等[13]。采用这种层次清晰、模块化的设计模式，方便系统调试与维护[14]。

1.2 配电终端单元

配电终端作为配电网的关键部分，主要应用于10 kV 架空线路上，负责对配电线路的运行检测与监控，并对配电网开关、电路、电容器等一次装置进行实时监控[15]。配电终端单元如图3 所示。

图3 配电终端单元

由图3 可知，在有线通信或无线通信的基础上，配电远方终端系统进行实时的数据采集，检测识别开关故障及运行状态，上传信息并接收控制指令，实现不间断供电[16-20]。

1.3 远程终端单元

远程终端单元是一种采用模块化结构的专用计算机测控装置，能够在恶劣工作环境中，监测与控制长距离通信。远程终端单元如图4 所示。

图4 远程终端单元

由图4 可知，高可靠性的多任务操作系统，通过实时内核对资源进行封装，并根据每个任务的优先级合理分配CPU 时间。有效的多任务支持一直是远程终端设计的主题，它能统一远程终端上的任务，优化CPU 时间和系统资源分配。

1.4 IEC61968信息交换总线

基于IEC61968 的信息交换总线与适配器连接，其架构如图5 所示。

图5 IEC61968信息交换总线

从图5 可以看出，其工作原理主要分为两部分：信息交换总线和适配器。在信息交换总线单元中，主动分析单元是该单元的中心，其主要任务是负责采集流通总线的全部数据，为适配器提供控制信息。

2 系统软件部分设计

2.1 考虑运行风险的多源优化调度目标确定

对主动式配电网络进行优化调度，是主动式配电网络实现安全、可靠、经济和高效运行的重要保证，也是主动式配电网络实施分布式能源主动管理的核心目标。

由于主动式配电网中的柔性负荷具有较高的热惯性，且灵活性较强。主动配电网多源设备包括热水器、空调、电视、商场和单位的中央空调等设备。在此基础上，从负荷的灵活性和可控性出发，引导用户将弹性负荷从高价转化为低价形式，使主动配电网实现削峰填谷，在最佳优惠价格下稳定运行。

主动配电网多源优化调度目标是用户期望的电价，其计算公式为：

式（1）中，λ1、λ2均表示期望电价系数，PIf(t)表示用电量。对t时刻弹性负荷的需求越大，期望电价越低。反之，弹性更小的负荷需求将导致期望电价更高。因此，当电网价格高于弹性负荷的预期价格时，可以降低弹性负荷。当电网价格降至低于预期价格时，可以通过增加负荷弹性，使负荷调度达到削峰填谷效益。

充分考虑电价高而导致的后果，确定基于三维多源优化调度目标，如图6 所示。

图6 基于三维多源优化调度目标

由图6 可知，根据主动配电网实际运行情况，依据上述确定的目标，构建调度模型。

2.2 主动配电网多源优化调度方案设计

采用配网自治和协调机制，建立三级配网、馈线和自治区联动机制的策略方案，使各区域能够互补，保持局部平衡。

按照配电网络的运行特点，将空间配电馈线分为三层。信息上传的基础是基于目标的自动自治和自治区信息传递，在此基础上，利用目标优化曲线的坐标，实现了三层配电馈线区域的协调优化，如图7所示。

由图7 可知，综合分析了微网能源管理系统和电力需求侧管理系统的调度能力和分布式电源的特点，提出了自治区电网的调度方案。根据各自治区的调度能力、配电网的特点、用户负荷的特点以及馈线等级储能的特点，对馈线等级、配电网的调度能力主要取决于供电系统的供电能力。将数据流与下游数据流分开，实现馈线一级区域协调，实现整个配电网区域的区域自治、交互协调和优化控制。

3 实验

将JADE 平台作为基础平台，构建多代理实验环境。该平台基于Java 语言开发，主要用于考虑运行风险的主动配电网多源优化调度系统实验。基于IEEE33 节点中，存在较大的4 个节点，在这些节点下添加电源和储能，主动配电网节点结构如图8所示。

图8 主动配电网节点结构

在上述主动配电网节点结构支持下，分析不同时间下节点向电网购电的数量，如图9 所示。

图9 不同时间下节点向电网购电的数量

由图9 可知，在0：00-4：00 时，节点调度储能充电，有效增加了节点向电网购电的数量；在4：00-8：00时，通过增加柔性负荷进行小电流放电，这时的节点向电网购电的数量与节点调度储能充电数量一致；在8：00-12：00 时，节点处于调度储能充电过程中，柔性负荷减少，此时节点向电网购电的需求减少，即购电数量较少；在12：00-16：00 时，由于节点调度储能在上个阶段释放过多，需在该时间段充电，所以节点向电网购电的需求增加，即购电数量较多；在16：00-20：00 时，通过增加柔性负荷进行小电流放电，此时节点向电网购电的数量与调度储能基本持平；在20：00-24：00 时，节点调度储能放电较少，导致柔性负荷增多，即购电数量略微增加。

基于上述实际数据，分别采用文献[4]系统、文献[5]系统以及所研究的多源优化调度系统对比分析不同时间下节点向电网购电的数量，对比结果如图10 所示。

图10 不同时间下节点向电网的购电数量

由图10 可知，使用文献[4]系统的主动配电网优化调度模型在8：00-12：00 前节点向电网购电的数量趋势与实际趋势一致，但比实际负荷高2 MW，在4：00-8：00 后节点向电网购电的数量变化趋势较大，最大相差5 MW；使用文献[5]系统在0：00-4：00节点向电网购电的数量趋势与实际趋势一致，但比实际负荷低2 MW，在0：00-4：00 后节点向电网购电的数量变化趋势较大，最大相差4 MW；使用考虑运行风险的主动配电网多源优化调度系统在0：00-4：00到20：00-24：00 时间段内，节点向电网购电的数量趋势与实际趋势一致，误差为0。

4 结束语

主动配电网多源优化调度系统充分考虑了运行风险，是针对主动配电网中家用电器和其他设备用电行为的不可控性而设计的策略。多源优化调度策略从理论上解决了配电网络复杂运行中存在的问题，不仅提高了新能源消纳量，而且有效地降低了调度运行费用，满足了当今智能生活生产的电力需求。在科学技术迅猛发展的今天，应进一步优化主动配电网的多场景建模模块，以此确保系统能更安全、高效地运行。