一種多源異構(gòu)配電網(wǎng)實(shí)時(shí)調(diào)度優(yōu)化模型

一種多源異構(gòu)配電網(wǎng)實(shí)時(shí)調(diào)度優(yōu)化模型

0基于負(fù)荷預(yù)測(cè)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(shí)時(shí)調(diào)度模式越來(lái)越難以應(yīng)對(duì)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(duì)多源異構(gòu)配電網(wǎng)一般從日前和實(shí)時(shí)2個(gè)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(cè)以及負(fù)荷區(qū)域傳遞信息數(shù)據(jù)為基礎(chǔ),通過(guò)全局調(diào)度算法推導(dǎo)出全局調(diào)度策略,實(shí)現(xiàn)對(duì)全局信息和實(shí)時(shí)有效信息的匯集、分配與控制。在局部層面中,主要針對(duì)并網(wǎng)的分布式能源的實(shí)時(shí)狀態(tài),對(duì)調(diào)度策略進(jìn)行實(shí)時(shí)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(cè)的配電網(wǎng)供電能力調(diào)度方案。該方案在對(duì)分布式能源供電能力實(shí)時(shí)檢測(cè)的基礎(chǔ)上,準(zhǔn)確預(yù)測(cè)負(fù)荷增長(zhǎng)率,結(jié)合重復(fù)潮流法構(gòu)造出對(duì)配電網(wǎng)供電能力的預(yù)期變化曲線,針對(duì)可能存在地供電局限進(jìn)行優(yōu)化調(diào)度。文獻(xiàn)[8]以實(shí)時(shí)電價(jià)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(duì)分布式電源、儲(chǔ)能設(shè)備進(jìn)行自主調(diào)度,實(shí)現(xiàn)配網(wǎng)的電能高效利用。文獻(xiàn)[9]針對(duì)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(gè)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(yùn)行速度,減少了系統(tǒng)通信數(shù)據(jù)量,很好地應(yīng)對(duì)了配電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)地變化。上述文獻(xiàn)已經(jīng)針對(duì)多源異構(gòu)配電網(wǎng)提出了多種針對(duì)全局層面地調(diào)度優(yōu)化策略,但是少有針對(duì)實(shí)時(shí)調(diào)度進(jìn)行分析地研究成果。本文以負(fù)荷預(yù)測(cè)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(shí)時(shí)調(diào)度優(yōu)化模型,通過(guò)改進(jìn)的競(jìng)爭(zhēng)算法對(duì)實(shí)時(shí)調(diào)度優(yōu)化模型進(jìn)行求解,通過(guò)仿真試驗(yàn)對(duì)應(yīng)用實(shí)時(shí)調(diào)度優(yōu)化模型和改進(jìn)的競(jìng)爭(zhēng)算法的仿真系統(tǒng)進(jìn)行有效性的驗(yàn)證。1實(shí)時(shí)規(guī)劃優(yōu)化模型1.1分布式電源運(yùn)行成本的確定日前調(diào)度是實(shí)時(shí)調(diào)度的基礎(chǔ),為實(shí)時(shí)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(duì)負(fù)荷預(yù)測(cè)、對(duì)分布式電源間斷性供電能力預(yù)測(cè)以及儲(chǔ)能數(shù)據(jù)檢測(cè)的基礎(chǔ)上,構(gòu)造調(diào)度模型,對(duì)分布式電源的運(yùn)行進(jìn)行優(yōu)化調(diào)度,以最低的系統(tǒng)運(yùn)行成本達(dá)到理想的供電質(zhì)量。配電系統(tǒng)的運(yùn)行成本包括分布式電源的供電成本、主網(wǎng)購(gòu)電成本、線路損耗成本以及儲(chǔ)能成本等。日前調(diào)度的模型見(jiàn)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(yùn)行成本的最小化。當(dāng)分布式電源的運(yùn)行成本低于主網(wǎng)購(gòu)電成本時(shí),要充分利用分布式電源提供的電能;當(dāng)分布式電源的運(yùn)行成本高于主網(wǎng)購(gòu)電成本時(shí),就要降低分布式電源的運(yùn)行;配電網(wǎng)中儲(chǔ)能單元可以在用電低谷時(shí)暫存電能,降低高峰期的購(gòu)電成本。1.2儲(chǔ)能單元的調(diào)度模型實(shí)時(shí)調(diào)度是對(duì)日前調(diào)度的實(shí)時(shí)調(diào)整,其主要目的有:(1)根據(jù)對(duì)分布式電源實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)測(cè),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(duì)儲(chǔ)能單元實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)測(cè),依據(jù)日前調(diào)度策略,實(shí)時(shí)切換儲(chǔ)能單元的充、放電狀態(tài)和調(diào)整充、放電功率。實(shí)時(shí)調(diào)度的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)是對(duì)短期內(nèi)負(fù)荷變化的預(yù)測(cè)以及配電網(wǎng)內(nèi)分布式電源和儲(chǔ)能單元的實(shí)時(shí)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(yùn)行成本的最小化,表達(dá)式如下:式中,P(2)儲(chǔ)能單元的調(diào)度模型。儲(chǔ)能單元的調(diào)度模型的預(yù)期目標(biāo)是儲(chǔ)能單元充分電的運(yùn)行成本的最小化,表達(dá)式如下:式中,經(jīng)過(guò)實(shí)時(shí)調(diào)整后的分布式電源和儲(chǔ)能單元的需要滿(mǎn)足一些基本的前提。儲(chǔ)能單元的實(shí)時(shí)調(diào)整需滿(mǎn)足條件:分布式電源的實(shí)時(shí)調(diào)整需滿(mǎn)足條件:多源異構(gòu)配電網(wǎng)中瞬時(shí)總負(fù)荷與瞬時(shí)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(guó)競(jìng)爭(zhēng)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(duì)于低維度的目標(biāo)優(yōu)化具有突出的優(yōu)勢(shì)。但是帝國(guó)競(jìng)爭(zhēng)算法在操作過(guò)程中對(duì)缺乏帝國(guó)之間有效的信息交互,帝國(guó)勢(shì)力沒(méi)有在迭代過(guò)程中得到充分考慮,只是將最弱的殖民地歸于最強(qiáng)帝國(guó),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(duì)低維度的目標(biāo)函數(shù)時(shí)的優(yōu)化效果。(1)對(duì)每個(gè)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(duì)每個(gè)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(duì)殖民地進(jìn)行更新,即當(dāng)新產(chǎn)生的殖民地的勢(shì)力大于老殖民地時(shí),就對(duì)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(guó)家、國(guó)家代價(jià)函數(shù),帝國(guó)、同化系數(shù)及殖民地系數(shù)等相關(guān)參數(shù)。(2)對(duì)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(guó)家個(gè)體的編碼(3)采用競(jìng)爭(zhēng)算法對(duì)模型進(jìn)行優(yōu)化求解,求解過(guò)程如圖2所示。3配電網(wǎng)供電效率預(yù)測(cè)基于標(biāo)準(zhǔn)的IEEE33節(jié)點(diǎn)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(duì)用電負(fù)荷較大的節(jié)點(diǎn)設(shè)置了各種類(lèi)型的分布式電源和儲(chǔ)能單元共17個(gè),電源和儲(chǔ)能單元的配置見(jiàn)表1。主網(wǎng)售電價(jià)曲線如圖4所示。可以看出在電價(jià)高峰期間,需要通過(guò)提高分布式電源的供電功率來(lái)減少對(duì)主網(wǎng)供電的依賴(lài)。在電價(jià)低谷期間,需要利用主網(wǎng)供電對(duì)儲(chǔ)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(cè)如圖5所示。相關(guān)參數(shù):最大迭代次數(shù)為200;國(guó)家數(shù)量為100;帝國(guó)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(cè)試平臺(tái)為IntelXeonE5-2600v2,8GBDDR3RAM和Windows10旗艦版系統(tǒng),采用Matlab運(yùn)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(chǔ)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(shí)時(shí)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(gòu)電成本較低的主網(wǎng)供電,儲(chǔ)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(shí)燃油發(fā)電和風(fēng)力發(fā)電開(kāi)始持續(xù)供電,光伏發(fā)電也逐漸達(dá)到最大值,對(duì)降低成本較高的主網(wǎng)供電起到了積極效果。系統(tǒng)在實(shí)時(shí)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)