主动配电网下分布式能源系统双层两阶段调度优化模型_袁天梦.pdf

投稿网址:www stae com cn2023 年 第23 卷 第5 期2023，23(5):01978-06科学技术与工程Science Technology and EngineeringISSN 16711815CN 114688/T收稿日期:2022-10-18;修订日期:2022-12-01基金项目:国家电网公司科技攻关项目(GW3830092001X)第一作者:袁天梦(1992)，女，汉族，河北唐山人，硕士，工程师。研究方向:电网规划及负荷预测。E-mail:javaweke163 com。引用格式:袁天梦，侯鑫垚，廉杰 主动配电网下分布式能源系统双层两阶段调度优化模型J 科学技术与工程，2023，23(5):1978-1983Yuan Tianmeng，Hou Xinyao，Lian Jie Two-level and two-stage scheduling optimization model of distributed energy system under active dis-tribution network J Science Technology and Engineering，2023，23(5):1978-1983电工技术主动配电网下分布式能源系统双层两阶段调度优化模型袁天梦，侯鑫垚，廉杰(国网冀北电力有限公司唐山供电公司，唐山 063000)摘要为解决当前能源系统调度优化模型分层调度能力不高的问题，在控制分布式能源系统运行成本的前提下，构建主动配电网下分布式能力系统双层两阶段调度优化模型。优化调度模型分层调度函数，并设定能源系统调度约束条件。使用帝国竞争优化算法对能源系统调度优化模型进行求解，获取最佳调度方案。构建算例分析环节，引入 IEEE-33 节点配电网测试系统完成分析过程。算例测试结果表明:此模型在日前阶段与日内阶段均可提高能源利用率，确保了能源系统的经济性。可见该模型可有效提高分布式能源的消纳能力，使主动配电网的经济效益最大化。关键词分布式能源;主动配电网;日前调度优化;经济效益;帝国竞争优化算法中图法分类号TM352;文献标志码ATwo-level and Two-stage Scheduling Optimization Model of DistributedEnergy System under Active Distribution NetworkYUAN Tian-meng，HOU Xin-yao，LIAN Jie(State Grid Jibei Electric Power Co，Ltd，Tangshan Power Supply Company，Tangshan 063000，China)Abstract In order to solve the problem of low hierarchical scheduling capability of the current energy system scheduling optimiza-tion model，a two-layer and two-stage scheduling optimization model of distributed capacity system under active distribution network wasconstructed under the premise of controlling the operating cost of distributed energy system The hierarchical scheduling function of thescheduling model was optimized，and the scheduling constraints of the energy system were set The imperial competition optimizationalgorithm was used to solve the energy system scheduling optimization model to obtain the best scheduling scheme An example analysislink was constructed，and the IEEE-33 bus distribution network test system was introduced to complete the analysis process The testresults of the example show that this model can improve the energy utilization rate and ensure the economy of the energy system in boththe day-ahead stage and the day-ahead stage It can be seen that the model can effectively improve the consumption capacity of distrib-uted energy and maximize the economic benefits of active distribution network Keywords distributed energy;active distribution network;optimization of dispatching day by day;economic performance;empirecompetitive optimization algorithm随着能源全球化进程的不断推进，高效、清洁、多样化的现代能源系统逐渐成为中国能源发展转型的主要途径。当今世界多数国家均使用大功率的单一供电系统为电力用户提供能源，这种集中式供电方式为 95%左右的用户提供服务。随着电力用户的逐渐增加，如何保证能源供应与安全，提高能源利用率，降低污染物排放成为电力系统发展过程中急需解决的问题1-2。针对上述问题，能源互联网应运而生，此网络中不仅包含多种能源单元，更能满足用户的多元化应用需求，为集中式供电方式提供强有力的能源保证。分布式能源系统是能源互联网中的重要组成部分，可为区域性配电网的能源提供供给3。分布式能源系统的发展不仅提高了清洁能源的利用率，更为中国电力事业与环保事业的发展提供了帮助。国内外一些学者对此展开了研究，王永利等 4 提投稿网址:www stae com cn出了一种考虑需求响应的分布式能源系统多能协同与储能规划方法，通过建立由风机、光伏、热电联产和电锅炉、储能系统组成的综合能源系统多能协同模型，通过规划各设备容量情况，满足电热负荷需求，并采用遗传算法对该规划方案进行优化。易灵芝等 5 提出了一种含微电网群的主动配电网双层联合优化调度方法，上层模型主要是以配电网为研究对象，应用遗传算法来降低配电网线损，提高电能质量;下层模型主要是以微电网为研究对象，应用混合整数线性规划来降低运行成本。张学军等 6 提出了一种含风储联合单元的电力系统两阶段日前调度模型，针对电力市场环境下含风储联合单元的电力系统日前调度问题，建立了两阶段调度优化模型。第一阶段主要是以风储联合单元的期望收益最大为目标，对日前投标量进行优化;第二阶段主要是以系统综合运行成本最小为目标，对日前机组组合进行优化。王子驰等 7 提出了一种基于多能互补分布式能源与综合能源管理系统优化调度方法，通过构建某一区域的多能互补分布式能源系统，采用负荷预测的方法进行系统的优化，实现系统调度的最大经济效益。刘华等 8 提出了一种天然气冷热电联供分布式能源系统优化调度方法，基于改进粒子群算法，提出天然气冷热电联供系统中各设备的优化调度模型，并对设备运行进行条件约束，确保运行成本最低。以上方法都可以进行分布式能源调度，并且可进行多角度调度。但在主动配电网下的分布式能源系统双层两阶段调度中，优化模型分层调度能力不高，使得能源利用率不高。为解决以上方法在主动配电网下的分布式能源系统双层两阶段调度中的问题，在考虑能源利用率和运行成本的基础上，现构建一种主动配电网下分布式能源系统双层两阶段调度优化模型。首先，构建主动配电网双层能量管理下分布式能源系统日前与日内两阶段调度模型，并以提高能源系统的利用率作为目标函数，设定双层两阶段调度优化模型的约束条件，控制能源系统的调度过程。其次，使用帝国竞争优化算法对能源系统调度优化模型进行求解，获取最佳调度方案。最后，构建算例分析环节，将该模型和算法引入 IEEE-33 节点配电网中，进行测试，验证所提模型的有效性。1调度优化模型构建与求解1.1主动配电网下分布式能源系统双层两阶段调度优化模型构建主动配电网下分布式能源系统调度优化的目的是在确保配电网稳定运行的前提下，使可再生能源能够得到最大化利用，系统的总体运行成本最低。由于传统方法下的优化模型对于日前与日内两阶段模型构建结果较好，但模型分层效果不佳9-10。因此，将优化模型构建为上、下两层，上层负责节点功率的调度，以网损最小为目标，进行全局优化，下层以运行总成本最低为目标，局部优化11-12。在调度的过程中考虑日前与日内两个阶段的能源系统作用与表现，优化模型可表示为Fmin=f(a，b)s t f(a，b)0(1)式(1)中:b 为下层调度变量;a 为上层调度变量;f(a，b)为目标函数。根据式(1)可得到 a、b 为指定数据时，调度的最优解为min(a，b)s t e(a，b)0(2)已知上层目标函数为满足多种约束条件的能源系统运行成本，在研究中，将分布式能源系统中的微型燃气轮机运行成本作为主要研究对象。通过文献 13-14分析可知，能源系统供能具有时段性，为保证此系统的正常运转，需在其中安装相应的负荷稳定器，则此电源的运行成本 Fl可表示为Fl=ui(Pi)2+viPi+si(3)式(3)中:ui、vi和 si为燃料费用系数;Pi为微型燃气轮机组正常运行功率。除此成本外，风电机组与光伏机组不计入燃料成本，其发电成本函数可使用 Ji、Ki表示，则有Ji=PjiJ(4)Ki=PkiK(5)式中:Pji、J分别为风电机组的有效出力与维护费用;Pki、K分别为光伏机组的有效出力与维护费用。将上述计算内容融入当前上层目标函数中。在下层调度模型的构建过程中，需对系统中的各个电源分配情况进行分析，以提高能源系统的利用率作为目标函数。则此目标函数15 可表示为minOz=iOi+jOj(6)式(6)中:Oi为调度过程中，能源系统的总网损函数;Oj为能源系统中各电压节点偏移函数;i与 j分别为上述两系数在下层调度函数中的权重系数。为保证上下层目标函数具有科学性，将其约束条件设定如下。Pimin Plit Pimax0 Pjit Pjmax0 Pkit Pkmax(7)式(7)中:Pimin为微型燃气轮机组 i 的出力下限;Pjmax、Pkmax分别对应能源系统中的风电机组与光伏机组的出力上限。97912023，23(5)袁天梦，等:主动配电网下分布式能源系统双层两阶段调度优化模型投稿网址:www stae com cn将上述公式作为双层两阶段调度优化模型的约束条件，控制能源系统的调度过程。1.2主动配电网下分布式能源系统双层两阶段调度优化方案求解使用差分帝国竞争算法对构建的调度优化模型进行求解。在此算法的使用过程中，其最小的个体单位是国家16，根据相应计算原理，可将国家视作 N 1 的矩阵，则有c=d1，d2，dn(8)根据以往研究结果，将国家的价值与势力通过代价函数体现，则有cost=f(c)=f(d1，d2，dn)(9)在模型求解的过程中，寻找分布式能源系统运行的最小成本。在计算前，需给定初始化的国家数量 ncou以及原始帝国数量 nemp。经过多次计算得到初始