一種多源異構(gòu)配電網(wǎng)實時調(diào)度優(yōu)化模型

一種多源異構(gòu)配電網(wǎng)實時調(diào)度優(yōu)化模型

0基于負(fù)荷預(yù)測的分布式調(diào)度優(yōu)化策略隨著能源、水電等能源技術(shù)的發(fā)展，連接電源網(wǎng)絡(luò)的分布能源的數(shù)量和能力迅速增加，網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)變得復(fù)雜。不僅要節(jié)省能源消耗，還要積極消除具有間歇性的能源分配，有效組織能源分配。因此傳統(tǒng)的實時調(diào)度模式越來越難以應(yīng)對多源異構(gòu)配電網(wǎng)的發(fā)展,亟待優(yōu)化。為了充分優(yōu)化和協(xié)調(diào)分布式能源的調(diào)度管理和高效利用,針對多源異構(gòu)配電網(wǎng)一般從日前和實時2個層面進(jìn)行調(diào)度。在日前調(diào)度層面中,調(diào)度模型以負(fù)荷預(yù)測以及負(fù)荷區(qū)域傳遞信息數(shù)據(jù)為基礎(chǔ),通過全局調(diào)度算法推導(dǎo)出全局調(diào)度策略,實現(xiàn)對全局信息和實時有效信息的匯集、分配與控制。在局部層面中,主要針對并網(wǎng)的分布式能源的實時狀態(tài),對調(diào)度策略進(jìn)行實時地調(diào)整,使得分布式能源的發(fā)電量能夠得到最有利的消納文獻(xiàn)[7]提出了一種基于負(fù)荷預(yù)測的配電網(wǎng)供電能力調(diào)度方案。該方案在對分布式能源供電能力實時檢測的基礎(chǔ)上,準(zhǔn)確預(yù)測負(fù)荷增長率,結(jié)合重復(fù)潮流法構(gòu)造出對配電網(wǎng)供電能力的預(yù)期變化曲線,針對可能存在地供電局限進(jìn)行優(yōu)化調(diào)度。文獻(xiàn)[8]以實時電價為調(diào)度目標(biāo),以主網(wǎng)的信息交互為基礎(chǔ),提出優(yōu)化算法對分布式電源、儲能設(shè)備進(jìn)行自主調(diào)度,實現(xiàn)配網(wǎng)的電能高效利用。文獻(xiàn)[9]針對傳統(tǒng)調(diào)度算法在多源異構(gòu)配電網(wǎng)中存在的效率低下、適應(yīng)性不強(qiáng)、難以提高分布式電源利用效率的缺陷,提出了基于多個自治區(qū)域和一致性算法的調(diào)度策略,較好地提高了算法運行速度,減少了系統(tǒng)通信數(shù)據(jù)量,很好地應(yīng)對了配電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)地變化。上述文獻(xiàn)已經(jīng)針對多源異構(gòu)配電網(wǎng)提出了多種針對全局層面地調(diào)度優(yōu)化策略,但是少有針對實時調(diào)度進(jìn)行分析地研究成果。本文以負(fù)荷預(yù)測和分布式電源的供電能力分析為依托,構(gòu)造多源異構(gòu)配電網(wǎng)實時調(diào)度優(yōu)化模型,通過改進(jìn)的競爭算法對實時調(diào)度優(yōu)化模型進(jìn)行求解,通過仿真試驗對應(yīng)用實時調(diào)度優(yōu)化模型和改進(jìn)的競爭算法的仿真系統(tǒng)進(jìn)行有效性的驗證。1實時規(guī)劃優(yōu)化模型1.1分布式電源運行成本的確定日前調(diào)度是實時調(diào)度的基礎(chǔ),為實時調(diào)度提供基礎(chǔ)性的約束條件。多源異構(gòu)配電網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。日前調(diào)度的目的是在對負(fù)荷預(yù)測、對分布式電源間斷性供電能力預(yù)測以及儲能數(shù)據(jù)檢測的基礎(chǔ)上,構(gòu)造調(diào)度模型,對分布式電源的運行進(jìn)行優(yōu)化調(diào)度,以最低的系統(tǒng)運行成本達(dá)到理想的供電質(zhì)量。配電系統(tǒng)的運行成本包括分布式電源的供電成本、主網(wǎng)購電成本、線路損耗成本以及儲能成本等。日前調(diào)度的模型見式(1):其中,c式中,δ由式(1)可以看出,日前調(diào)度的目標(biāo)是配電網(wǎng)運行成本的最小化。當(dāng)分布式電源的運行成本低于主網(wǎng)購電成本時,要充分利用分布式電源提供的電能;當(dāng)分布式電源的運行成本高于主網(wǎng)購電成本時,就要降低分布式電源的運行;配電網(wǎng)中儲能單元可以在用電低谷時暫存電能,降低高峰期的購電成本。1.2儲能單元的調(diào)度模型實時調(diào)度是對日前調(diào)度的實時調(diào)整,其主要目的有:(1)根據(jù)對分布式電源實時運行狀態(tài)的監(jiān)測,依據(jù)日前調(diào)度策略,調(diào)整分布式電源的供電功率;(2)根據(jù)對儲能單元實時運行狀態(tài)的監(jiān)測,依據(jù)日前調(diào)度策略,實時切換儲能單元的充、放電狀態(tài)和調(diào)整充、放電功率。實時調(diào)度的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)是對短期內(nèi)負(fù)荷變化的預(yù)測以及配電網(wǎng)內(nèi)分布式電源和儲能單元的實時狀態(tài)。(1)分布式電源的調(diào)度模型。分布式電源的調(diào)度模型的預(yù)期目標(biāo)是分布式電源運行成本的最小化,表達(dá)式如下:式中,P(2)儲能單元的調(diào)度模型。儲能單元的調(diào)度模型的預(yù)期目標(biāo)是儲能單元充分電的運行成本的最小化,表達(dá)式如下:式中,經(jīng)過實時調(diào)整后的分布式電源和儲能單元的需要滿足一些基本的前提。儲能單元的實時調(diào)整需滿足條件:分布式電源的實時調(diào)整需滿足條件:多源異構(gòu)配電網(wǎng)中瞬時總負(fù)荷與瞬時供電功率是相等的,表達(dá)式如下:2模型解2.1第二、進(jìn)化系數(shù)帝國競爭算法是一種基于群體啟發(fā)的優(yōu)化算法,具有較好的收斂速度,對于低維度的目標(biāo)優(yōu)化具有突出的優(yōu)勢。但是帝國競爭算法在操作過程中對缺乏帝國之間有效的信息交互,帝國勢力沒有在迭代過程中得到充分考慮,只是將最弱的殖民地歸于最強(qiáng)帝國,導(dǎo)致算法容易陷入局部最優(yōu)。由此本文引入進(jìn)化系數(shù),提高算法針對低維度的目標(biāo)函數(shù)時的優(yōu)化效果。(1)對每個殖民地以式(8)的形式進(jìn)行變異操作。式中,CO(2)根據(jù)式(9)對每個目標(biāo)進(jìn)行交叉操作。式中,μ為交叉系數(shù);rand為隨機(jī)系數(shù);μ和rand的取值范圍均為[0,1]。(3)依據(jù)貪婪策略,對殖民地進(jìn)行更新,即當(dāng)新產(chǎn)生的殖民地的勢力大于老殖民地時,就對老殖民地的位置進(jìn)行更新操作。2.2分布式電源供電功率編碼(1)初始化國家、國家代價函數(shù),帝國、同化系數(shù)及殖民地系數(shù)等相關(guān)參數(shù)。(2)對分布式電源的供電功率進(jìn)行編碼。設(shè)定配電網(wǎng)中分布式電源總數(shù)量為a,則其供電功率編碼如式(10)所示。其中,由此,可由上述變量推導(dǎo)出A國家個體的編碼(3)采用競爭算法對模型進(jìn)行優(yōu)化求解,求解過程如圖2所示。3配電網(wǎng)供電效率預(yù)測基于標(biāo)準(zhǔn)的IEEE33節(jié)點配電系統(tǒng),本文進(jìn)行改造構(gòu)建了多源異構(gòu)配電系統(tǒng)(圖3)。圖3中針對用電負(fù)荷較大的節(jié)點設(shè)置了各種類型的分布式電源和儲能單元共17個,電源和儲能單元的配置見表1。主網(wǎng)售電價曲線如圖4所示?？梢钥闯鲈陔妰r高峰期間,需要通過提高分布式電源的供電功率來減少對主網(wǎng)供電的依賴。在電價低谷期間,需要利用主網(wǎng)供電對儲能單元進(jìn)行充電。假設(shè)燃油發(fā)電成本式0.45元/(kW·h),則該多源異構(gòu)配電網(wǎng)的負(fù)荷和分布式電源的供電功率預(yù)測如圖5所示。相關(guān)參數(shù):最大迭代次數(shù)為200;國家數(shù)量為100;帝國數(shù)量為5;同化系數(shù)為2;偏移系數(shù)為π/4;殖民系數(shù)為0.1;變異系數(shù)為0.6;交叉系數(shù)為0.9。仿真測試平臺為IntelXeonE5-2600v2,8GBDDR3RAM和Windows10旗艦版系統(tǒng),采用Matlab運行自編程序?qū)φ{(diào)度模型進(jìn)行求解。日前調(diào)度的求解結(jié)果如圖6所示。由圖6可知,負(fù)荷總值為92.04MW,分布式電源的供電功率為15.01MW,燃油發(fā)電總功率是22.01MW,儲能單元的放電總功率是2.1MW,主網(wǎng)供電總功率是52.92MW。系統(tǒng)供電總成本是47095.45元。實時調(diào)度的優(yōu)化結(jié)果如圖7所示。由圖7可以可以看出,00:00—08:00配電網(wǎng)的負(fù)荷較低,主要由購電成本較低的主網(wǎng)供電,儲能單元也處于充電狀態(tài);06:00—23:00配電網(wǎng)負(fù)荷逐漸上升至峰值,此時燃油發(fā)電和風(fēng)力發(fā)電開始持續(xù)供電,光伏發(fā)電也逐漸達(dá)到最大值,對降低成本較高的主網(wǎng)供電起到了積極效果。系統(tǒng)在實時優(yōu)化調(diào)度下成本降為45876.25元,與日前調(diào)度的成本相比,成本降低率達(dá)2.59%。4配電網(wǎng)