主动配电网局部自治区域置信供蓄能力计算_邓苏娟.pdf

第 24 卷 第 2 期 2023 年 2 月 电 气 技 术 Electrical Engineering Vol.24 No.2Feb.2023 主动配电网局部自治区域置信供蓄能力计算 邓苏娟1 张百甫2 郑小朋1 王 飞3（1.安徽城市管理职业学院，合肥 230000；2.中国能源建设集团安徽省电力设计院有限公司，合肥 230000；3.国网南充供电公司，四川 南充 637000）摘要 主动配电网局部自治区域供蓄能力是局部自治区域向外部提供和吸收功率的最大限额。置信供蓄能力作为供蓄能力的随机变量，对于配电网的运行状态有重要影响。本文提出一种计算主动配电网局部自治区域置信供蓄能力的算法。首先通过两点估计法表示出置信供蓄能力的概率密度函数，然后对主动配电网进行规划，在一定置信水平下，利用禁忌搜索-粒子群优化（TS-PSO）算法求出储能系统的额定功率和容量，得到置信供蓄能力的区间。最后通过算例分析，证明了所提算法的有效性。关键词：主动配电网；自治区域；置信供蓄能力；两点估计法；禁忌搜索-粒子群优化（TS-PSO）Confidential power supply and storage capacity calculation of local autonomy area in an active distribution network DENG Sujuan1 ZHANG Baifu2 ZHENG Xiaopeng1 WANG Fei3(1.Anhui Vocational College of City Management,Hefei 230000;2.China Energy Engineering Group Anhui Electric Power Design Institute Co.,Ltd,Hefei 230000;3.State Grid Nanchong Power Supply Company,Nanchong,Sichuan 637000)Abstract Power supply and storage capacity is the maximum amount that local autonomous area supply and storage power to the outside in active distribution network.Confidential power supply and storage capacity is a random variable of power supply and storage capacity.The study of confidential supply and storage capacity has an important impact on the operation status of the distribution network.This paper proposes an algorithm for calculating the confidential power supply and storage capacity of local autonomous areas of active distribution networks.Firstly,the probability density function of the confidential power supply and storage capacity is expressed by the two-point estimation method,then the active distribution network is planned,and the rated power and capacity of the energy storage system are obtained by using the tabu search-particle swarm optimization(TS-PSO)algorithm to obtain the range of the confidential power supply and storage capacity at a certain confidence level.Finally,an example is given to illustrate the effectiveness of the proposed model.Keywords：active distribution network;autonomy area;confidential power supply and storage capacity;two-point estimation;tabu search-particle swarm optimization(TS-PSO)0 引言 电力需求的日益增长及能源危机促进了可再生能源的发展。为了解决大规模分布式电源稳定有序接入电网的问题，2008 年国际大电网会议 C6.11 工作组提出主动配电网（active distribution network,ADN）的概念1。主动配电网技术通过有效控制分布式能源来提高分布式能源的渗透率、延缓配电网的升级改造，以及提高用户的供电可靠性2。之后国内外对主动配电网进行了大量的研究。目前，国外最具代表的是欧盟 FP6 主导的主动配电网示范工程。在国内，许多学者主要从分布式电源（distributed 安徽城市管理职业学院自然科学项目（2021zrkx05）2023 年 2 月 邓苏娟等 主动配电网局部自治区域置信供蓄能力计算 19 generation,DG）优化规划、电压管理、电动汽车主动管理、需求侧管理及配电网保护与故障定位这五个方面开展研究3-6。目前，主动配电网自治区域供蓄能力尚属新兴课题，国内外学者对其研究较少。文献7首次提出自治区域供蓄能力指标这一概念。供蓄能力指标量化了局部自治区域向外部提供和吸收功率的能力，与自治区域内 DG、负荷和储能容量及功率有关。文献8对主动配电网供蓄限额进行研究，实现了自治区域外部有功无功双重优化。但上述研究都将 DG和负荷作为确定性模型，并未考虑 DG 的不确定性和波动性。鉴于上述问题，本文考虑随机变量的不确定性，提出置信供蓄能力（confidential power supply and storage capacity,CPSSC）的计算方法，首先通过两点估计法表示出置信供蓄能力的概率密度函数，然后通过主动配电网规划，利用禁忌搜索-粒子群优化（tabu search-partical swarm optimization,TS-PSO）算法求出储能系统（energy storage system,ESS）的额定功率和容量，得到在一定置信水平下供蓄能力的置信区间。1 局部自治区域划分 DG 和 ESS 的并网促进了主动配电网的发展，但却给调度带来计算量大、通信压力大的问题2。为了解决这一问题，主动配电网可采用分层分布控制技术9。根据分层分布控制技术，主动配电网可划分为若干个局部自治区域10，局部自治区域根据给定的控制目标来协调 DG/ESS 的运行。局部自治区域的外部特性可用供蓄能力5来描述，置信供蓄能力是供蓄能力的随机变量，它用来衡量在一定置信水平下，局部自治区域向外部提供/吸收功率的能力。主动配电网中自治区域如图 1 所示。图 1 主动配电网中自治区域 2 不可控 DG 和负荷的随机分布 2.1 风电出力的随机分布 本文采用 Beta 函数来模拟各区间风力发电（wind turbine,WT）出力11。其中风电出力密度函数为()()11WTWTWTWT1(,)ckPPfPB k c=（1）()111WTWTWT0(,)1dckB k cPPP=（2）式中：PWT为标幺值表示的风电出力；B()为 Beta函数；k 和 c 分别为 Beta 函数的形状参数和尺度参数。2.2 光伏出力的随机分布 光伏（photovoltaic,PV）出力密度函数为 11PVPVPVPVmaxmaxmax()()1()()PPfPPPP +=（3）maxmaxPVPA=（4）式中：PPV为标幺值表示的光伏出力；Pmax为光伏的最大有功出力；()为 Gamma 函数；和 为 Gamma函数的分布参数；max为最大光照强度；A 为光伏方阵的总面积；PV为光电转换效率。2.3 负荷的随机分布 负荷服从正态分布，其概率密度函数为()2LLLL22LL1()exp22PfP=（5）式中：PL为负荷功率；L为负荷预测的均值；L为负荷预测标准差。3 CPSSC 计算 3.1 CPSSC 的定义 主动配电网局部自治区域供蓄能力定义为局部自治区域向外部提供/吸收功率的能力5，有 DGESSLDGESSLsuDG,d,L,stDG,c,L,jnlj Fn Fl Fjnlj Fn Fl FPPPPPPPP=+=+（6）式中：Psu为供电能力；Pst为蓄电能力；FDG为 DG集合；PDG,j为第 j 个 DG 的出力；FESS为 ESS 集合；Pd,n和 Pc,n为第 n 个 ESS 的放电/充电功率；FL为负荷的集合；PL,l为第 l 个负荷功率。20 电 气 技 术 第 24 卷 第 2 期 考虑到 DG 的功率和负荷波动都是随机的，用供蓄能力的密度函数来表示 CPSSC，其表达式为 DGESSLDGESSLcsucsuDG,d,L,cstcstDG,c,L,()()jnlj Fn Fl Fjnlj Fn Fl FfPfPPPfPfPPP=+=+（7）式中：随机变量 Pcsu为置信供电能力；fcsu(Pcsu)为置信供电能力的密度函数；随机变量 Pcst为置信蓄电能力；fcst(Pcst)为置信蓄电能力的密度函数。对于不同的置信水平有不同的置信区间，本文定义置信水平1 作为CPSSC水平，定义P/2,P1/2作为 CPSSC 区间。3.2 CPSSC 的计算 由于蒙特卡洛法计算成本大，本文采用两点估计法计算 CPSSC，其中 PDG、PL为随机变量，Pc、Pd为规划变量，其中规划变量看作常数。设随机变量为 X=X1 X2 Xn，其中 n 为随机变量的个数。供蓄能力为随机变量的函数，即 12(,)nYf XXX=（8）假设随机变量 Xi的概率密度函数为 p(Xi)，Xi1、Xi2为随机变量 Xi的两个估计点，通过 Xi1和 Xi2来计算 Xi的前三阶矩。Xi1和 Xi2取值为 1,2iiikXikXXk=+=（9）式中：iX和iX为变量 Xi的均值和标准差；ik为位置系数。32,3,4,4(1)431,22kiiiikk+=-（10）式中，i,3和i,4分别为变量 Xi的偏度系数和风度系数。()()3,334,44iiiiiXiXiXiXEXEX=（11）式中，()3iiXEX和()4iiXEX为变量 Xi的三阶中心矩和四阶中心距。对于随机变量 Xi用式（9）确定的两个估计点代替，其他变量取均值，计算供蓄能力的两个估计值 Yi1和 Yi2。用i,k表示估计点 Xik的权重，有 2,111ni kik=（12）(3),12(1)1kiki kiin=（13）通过求出估计点权重i,k可以求出供蓄能力的第 j 阶原点矩为()122,11(),iknnjji kXXXXikE Yf=（14）求出供蓄能力的各阶矩后，可以求出其均值和标准差 分别为()E Y=（15）()22()E YE Y=（16）用 Gram-Charlier 级数展开求出供蓄能力的概率密度函数，即()0()()!niiiCYf ZZZi=（17）3.3 基于主动配电网规划的 CPSSC 区间计算 1）主动配电网规划的数学模型 主动配电网规划数学模型包括目标函数和约束条件。本文综合考虑了储能装置成本最低为目标函数，即 c/d,min