协同网络重构和需求侧响应的配电网优化运行方法研究

摘要

配电网建设往往滞后于输电网;我国配电网在较大范围内尚存在着网架结构比较薄弱、自动化程度不高、接纳分布式能源能力有待提升等问题。与此同时;配电网的优化运行问题虽然已经受到广泛重视;但在理论方法和实现手段两个方面还有诸多问题亟待研究。本文基于已有配电网网架或在现有配电网基础上进行合理拓展;在保证配电网安全可靠运行的前提下;并考虑分布式能源接纳需要和需求侧响应作用;研究实现配电网优化运行方法。从网络重构角度;研究了配电网多种重构运行场景的经济性以及使用故障限流器下配电网环网运行的经济性问题;从负荷侧角度;提出了计及网络损耗;基于多个负荷集中商的用户参与需求侧响应的奖励机制;研究了在相应的动态需求侧响应情况下的配电网优化运行问题;协同网络重构和需求侧响应;并考虑分布式能源接纳能力;构建了配电网优化运行模型;提出了优化运行方法。主要研究内容包括： （1）为了满足智能电网实时重构的需要;部分不满足实时重构的断路器需要升级替换;因此;提出了重构点（升级的断路器）最优布局方法;以确定断路器布局的最优数量和合适位置。研究表明;较高频次的配电网重构策略可以降低网络损耗;但也导致开关动作成本攀升;所以配电网重构优化运行问题具有较高的复杂性。本文建立了配电网多种重构运行场景的经济性评价模型;研究了以小时;天;周;月和季度为最小时间单位的重构运行方案;并基于运行费用和投资回报率这两个经济指标确定最优的配电网重构策略。针对三个配电网系统进行了仿真分析;结果表明;采用本文所提出的重构策略可以带来良好的经济效益。 （2）针对在分布式电源大量接入后环网运行可能出现短路电流超标问题;提出了一种使用故障限流器下的配电网环网运行方案。所提方案在有效降低网络损耗和提高供电可靠性的同时;可以减小由于环网运行所增加的短路电流;并可降低了由于环网运行所带来的继电保护策略的复杂性。由于故障限流器成本不低;因此需要平衡收益（供电可靠性增加和网损减少）和投资成本（故障限流器及其辅助装置费用）。通过对故障限流器单价的敏感性分析;建立了使用故障限流器下配电网环网运行的经济性模型;从而得出故障限流器的最优数量和合适位置。仿真结果表明;与传统的配电网重构技术相比;使用故障限流器下配电网环网运行具有更好的经济性和可靠性。 （3）计及网络损耗;提出了基于多个负荷集中商的用户参与需求侧响应的奖励机制;研究了在相应的动态需求侧响应情况下的配电网优化运行方法。通过人工神经网络方法对节点边际电价和负荷需求建立了关联模型。为了保障奖励的公平性和有效性;采用合作博弈中Shapley值来量化各负荷集中商所管辖的参与需求侧响应用户对于配电网优化运行的贡献程度;按比例分配奖励;并从经济学角度建立了奖励机制下用户的响应模型。所提方法可以体现动态需求侧响应特性;即根据负荷的变化而改变相应的奖励值。仿真结果表明;基于多个负荷集中商的用户参与需求侧响应的奖励机制能明显削减负荷峰值;降低网络损耗。 （4）建立了协同网架重构和需求侧响应以最小化可再生能源消纳费用的配电网优化运行模型。在给定的需求侧响应奖励机制下;以消纳风电为例;建立了用户温控负荷和负荷集中商电池储能装置出力的协同优化方法。因为温控负荷参与需求侧响应必须以不降低用户舒适度为前提;所以本文采用了金融学衡量风险的指标CVaR来量化用户舒适度越限风险。针对风电场出力的随机性;建立了基于CVaR约束下的多阶段随机优化模型;采用基于马尔可夫决策过程的多阶段随机优化方法进行求解。仿真结果表明;协同网架重构和需求侧响应可以有效降低可再生能源预测误差带来的影响;从而提高了配电网对可再生能源的消纳能力。

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