考虑需求响应用户参与度的主动配电网优化调度_朱超婷.pdf

考虑需求响应用户参与度的主动配电网优化调度朱超婷1，杨玲君1，崔一铂2，王松3(1 武汉大学 电气与自动化学院，武汉 430072;2 国网湖北省电力公司电力科学研究院，武汉 430070;3 国网北京市电力公司，北京 100031)摘要:随着主动配电网中分布式能源的大量接入，需求响应这一灵活可调度资源的价值越来越受到重视。基于价格型和激励型需求响应的响应特性，考虑需求响应的用户参与度，计及购电成本、网损成本、发电成本、储能成本以及需求响应成本，建立了以配电网日运行成本最小为目标函数的主动配电网调度模型。通过改进的粒子群算法对模型求解。修改后的 IEEE 33 节点配电系统算例验证了所提模型的有效性，证明了提高需求响应用户参与度在改善系统运行特性上的有利作用。关键词:主动配电网;优化调度;需求响应;用户参与度;改进粒子群算法DOI:10 19753/j issn1001-1390 2023 04 014中图分类号:TM732文献标识码:B文章编号:1001-1390(2023)04-0099-07Optimal scheduling of active distribution network considering userparticipation in demand responseZhu Chaoting1，Yang Lingjun1，Cui Yibo2，Wang Song3(1 School of Electrical Engineering and Automation，Wuhan University，Wuhan 430072，China2 State Grid Hubei Electric Power esearch Institute，Wuhan 430070，China3 State Grid Beijing Electric Power Corporation，Beijing 100031，China)Abstract:With the massive access of distributed energy in active distribution network，the value of demand response as aflexible and schedulable resource has been paid more and more attention Based on the response characteristics of price-type and incentive-type demand response，considering the user participation in demand response，taking into account thecost of power purchase，network loss cost，generation cost，energy storage cost and demand response cost，an active distri-bution network scheduling model with the minimum daily operation cost as the objective function is established The modelis solved by an improved particle swarm optimization algorithm The modified IEEE 33 node distribution system exampleverifies the effectiveness of the proposed model，and proves that improving user participation in demand response can im-prove the operation characteristics of the systemKeywords:active distribution network，optimal scheduling，demand response，user participation，improved particleswarm optimization algorithm基金项目:国家重点研发计划项目(2017YFB1201002)0引言随着能源危机和环境污染问题的日益严重，优化能源结构、发展分布式电源(Distributed Generator，DG)成为我国电力行业发展的重要举措1-2。主动配电网(Active Distribution Network，ADN)集成了众多可调度单元，具有控制和管理灵活的特点，是消纳分布式电源的重要手段3。需求侧响应(Demand esponse，D)作为主动配电网的一种调度手段，是指通过各种激励手段促使用户改变用电行为，它能调动用户侧的调节能力，改善负荷曲线，具有成本低、实施方便、适用面广等优点4-6。在电力市场建设日益完善的今天，研究考虑需求响应资源的配电网调度模型，对提高配电系统管理水平和运行经济性具有重要的现实意义。目前，已有许多学者对需求响应在配电网调度中99第 60 卷第 4 期电测与仪表Vol 60 No42023 年 4 月 15 日Electrical Measurement InstrumentationApr15，2023的应用展开研究。文献 7 在短时区域协调控制中调用柔性负荷资源，更精确的追踪了配电网运行目标。文献 8 在交直流混合配电网的优化运行中考虑了电价型需求响应，增加了配电网主体收益的同时也降低了用户的用电成本。文献 9 在调度资源中考虑了激励型需求响应，以最小化系统运行成本和最大化可再生能源消纳效益为优化目标，建立了源储荷互动的电力系统调度模型。文献 10 提出一种供需双侧协同耦合的调度模式，该模式较之其他需求响应模式具有优越性。文献 11 研究了直接负荷控制参与下的电-热-气耦合系统优化调度模型，仿真结果表明需求侧调度能够降低高峰负荷，使系统供需关系更趋平衡。上述研究中均没有考虑实施需求侧响应时用户的参与度，但实际中需求响应用户参与度直接影响到需求侧可调度资源的多少，对电网调度计划产生影响。文中在分析需求响应特性的基础上，建立了考虑需求响应用户参与度的主动配电网优化调度模型，综合计及购电成本、网损成本、发电成本、储能成本和需求响应成本，以系统日运行成本最低为目标，利用改进的粒子群算法在约束条件下求解系统日前运行计划，通过仿真实例对比分析了不同情况下配电网的调度情况，验证了文中模型的有效性。1需求响应特性分析1 1 需求响应模式1 1 1 价格型需求响应价格型需求响应12 通过在不同时间段实行差异化的电价促使用户自发的调整用电行为。用户的电力需求和电价之间存在负相关的特点，这种特点可用负荷电价弹性系数来描述:eij=di/dipj/pj(1)式中 eij表示 j 时段电价的变化对 i 时段用电量的影响，当 i=j 时，称为自弹性系数，当 ij 时，称为互弹性系数;di、di分别表示 i 时段的初始用电量和用电量变化值;pj、pj分别表示 j 时段的初始电价和电价变化值。将 1 天分为 n 个时段，1 天内的负荷电价弹性矩阵E 表示为:E=e11e12e1ne21e22e2nen1en2enn(2)电价变化后的用电量调整为:d1d2dn=d1d2dn+d1000d2000dnEp1/p1p2/p2pn/pn(3)1 1 2 激励型需求响应激励型需求响应通过与用户签订经济补偿或奖励合同来调节负荷大小，其中可中断负荷13(Interrupt-ible Load，IL)的应用最为广泛。在 IL 项目中，供电公司与用户签订负荷中断协议，当负荷高峰或紧急情况下，供电公司向用户发出中断请求，用户通过响应请求来获取经济补偿。负荷中断的补偿成本 CIL为:CIL=Tt=1iILcILPtIL，it(4)式中 T 为调度时段数;IL为可中断负荷集合;PtIL，i为 t 时段可中断负荷 i 的响应功率;cIL为单位可中断负荷的补偿成本。通过负荷中断进行配电网调度时，需要满足中断次数限制、最大中断容量限制、单次最大中断时间、最小中断时间间隔等约束条件。1 2 需求响应用户参与度上述价格型需求响应和激励型需求响应模型建立在用户理性的假设之上，在实际中，受需求响应政策宣传程度、用户群体行为等因素的影响，用户的需求响应行为会有所不同。基于宣传因素的影响，需求响应信息强度与用户参与度之间近似满足如图1 曲线所示的关系。图 1用户参与度曲线Fig 1Curve of user participation用户参与度曲线存在死区、线性区和饱和区三个阶段:当信息强度 r 小于最小强度阈值 rmin时，曲线处于死区，用户参与度基本保持在 0;当信息强度 r 介于最小强度阈值 rmin和最大强度阈值 rmax之间时，曲线处于线性区，用户参与度与信息强度的大小正相关;当信息强度 r 大于最大强度阈值 rmax时，用户参与度达到最大值并维持不变。001第 60 卷第 4 期电测与仪表Vol 60 No42023 年 4 月 15 日Electrical Measurement InstrumentationApr15，2023因此，考虑用户参与度后价格型需求响应和激励型需求响应模型修改为:d1d2dn=d1d2dn+pPd1000d2000dnEp1/p1p2/p2pn/pn(5)0 iILPtIL，i pILPtIL，max(6)式中 pP为价格型需求响应的用户参与度;pIL为可中断负荷项目的用户参与度;PtIL，max为 t 时段可中断的最大功率。2考虑需求响应参与度的配电网调度模型2 1 目标函数文中研究在含分布式能源配电网中实行需求响应的作用，为保障分布式能源的消纳，不对风机和光伏的出力进行削减，风机和光伏按照 MPPT 模式运行。系统的控制对象为可控 DG 的出力、储能的运行计划以及柔性负荷的调度计划。系统的调度目标是使配电网的日综合运行成本最小，包括购电成本、网损成本、发电成本、储能成本和需求响应成本，将一天分成 24 个时段进行调度，并假设每个时段内各分布式电源、储能以及可调度负荷的功率恒定。系统的目标函数可表示为:min C=Cgrid+Closs+CDG+CESS+CD(7)式中 C 表示系统日运行成本;Cgrid表示向上级电网的购电成本;Closs表示系统的网损成本;CDG表示分布式能源的发电成本;CESS表示储能的运行成本;CD表示需求侧资源的调度成本。(1)购电成本 Cgrid。Cgrid=24t=1ctbuyPtgridt(8)式中 ctbuy表示 t 时段系统向上级电网的购电电价;Ptgrid表示 t 时段系统与上级电网的交互功率;t 表示分段调度时间长度。(2)网损成本 Closs。Closs=24t=1ctbuyNnodej=1utjkLjutkGjkcostjkt(9)式中 Nnode为总节点个数;utj、utk为 t 时段节点 j、k的电压幅值;Lj为以节点 j 为首节点的尾节点集合;Gjk为节点 j 与节点 k 之间的电导;tjk为 t 时段节点 j、k 电压的相角差。(3)发电成本 CDG。对利用可再生能源的风机和光伏来说，发电成本可以忽略不计。文中考虑的可控分布式能源为微型燃气轮机，其发电成本包括燃料成本和运维成本:CDG=24t=1iMG(cfuelMGPtMG，ii+coperMGPtMG，i)t(10)式中 MG为微型燃气轮机机组集合;cfuelMG和 coperMG为MG 的单位燃料成本和单位运维成本;PtMG，i为 t 时段微型燃气轮机 i 的发电功率;i为微型燃气轮机 i 的转换效率。(4)储能成本 CESS。CESS=24t=1(iESScoperESSPtESS，i)t(11)式中 E