基于需求侧响应的配电网优化调度研究

时间：2024-08-31

李万昌严吉行

摘要：电价型需求侧响应通过电力价格信号来对用户负荷实现直接或者间接的控制，以改变传统的电力市场的参与行为，提高终端用户电能使用效率，是电力市场改革的重要方向之一。

关键词：需求侧;响应;配电网;优化;调度

1建立需求侧电价响应模型

本文以分时电价（TOU）为例，以说明需求侧响应技术应用于配电网调度中能提高分布式电源的利用效率。在分时定价型需求侧响应中，主要就是利用电價具有的弹性系数矩阵，获取负荷在整个调度周期中所产生的转移量。分类电价需求弹性系数时，可以按照用户对电价所形成的反应，将其分为交叉弹性系数与自弹性系数两种。交叉弹性系数表征所产生的负荷与其他时间段内形成的电价有直接关系，利用公式可以将其表达为：

交叉弹性系数表征所产生的负荷与这一时间段内所形成的电价有直接的关系，利用公式可以将其表达为：

j、i表示不同时间段;△pi表示某一特定时间段内，采用分时电价前与采用分时电价后电量所发生的具体变化值，其中i表示某一特定时间内，采用分时电价前与采用分时电价后电价所发生的具体变化值，Pi表示在i时间段内，采用实时电价前所产生的具体电价。可列出电价弹性矩阵E的公式：

根据电价弹性矩阵E可以计算出采用分时电价后，用户实际用电量的变化率：

最后得出采用分时电价后，电量计算公式为：

P′表示实时电价中在i时刻所产生的负荷量。在如今的电力市场经济环境中，电量P与电价e之间的关系为近似线性，具体可以将其表达为如下公式：

a、b表示电量电价曲线。综上，采用分时电价响应技术后，整个电价弹性矩阵中，交叉弹性系数与自弹性系数的计算方法分别为：

2分时电价需求侧响应下，配电网的优化调度

2.1目标函数

其目标函数为：

Gi表示主电网的购电价格;PGrid，t表示由配网向主电网进行购电时的电量;PGrid，t表示在第i个DG（分布式电源）且在t时间段内，所产生的发电量;ai、bi、ci表示DG在运行过程中所产生的成本系数;T表示整个调度周期内的时段数量，一般情况下T值为24;NG表示DG的数量。目标函数的第1项表征的是配电网向大电网购电而支付的费用，第2项为配电网内部所有DG的运行成本。

2.2约束条件

（1）储能系统（ESS）正常工作时存在能量转换的损耗。因此，在调度周期T时刻内储能系统的充电量与放电量之间满足：

在公式当中，P0表示储能系统在初始状态时具有的容量;P+t表示在t时段内，储能系统在进行充电时，逐渐从配电网中所吸收的具体有功功率;Pt表示在t时段内，储能系统在进行放电时，逐渐向配电网中所输入的具体有功功率;η表示储能系统内发生能量转化时的效率系数。

（2）DG运行时候的约束，其具体表达公式如下：DG出力上限与下限的约束公式：

公式中：Pimin与Pimax分别表示第i台DG的最小与最大出力。DG（分布式电源）的爬坡约束表达公式如下：

公式中，vup，i与vdown，i分别表示第i台DG在向上爬坡和向下爬坡时所产生的速率限制;表示第i台DG在t+1时段内所产生的出力。

（3）购电约束主电网购电时所产生的约束行为，其具体的公式表达如下：

公式中，PGrid，max表示配电网在向主电网进行购电时的最大值，在这一过程中，为了满足系统运行稳定性与安全性的要求，通常将该数值设定为主变容量的80%左右。

（4）需求侧响应协调约束对于需求侧响应的协调约束来说，其具体表达公式如下：

该公式的作用就是采用分时电价将负荷进行转移，且达到转移要求与转移目的后，保证调度周期内负荷的总量不发生变化。

3实例分析

以IEEE-33阶段配电系统作为实例，采用上述提出的调度方法对其进行优化调度，将DG分别安装在该系统的7节点与24节点中，使装机的容量能够达到1.5MW;而后在25节点中安装储能设备，装机容量为1MW。