基于分布式电源和需求侧响应的主动配电网规划

魏瑶

摘要：近年来，我国为清洁能源的开发利用、能源转型发展给予了一定政策保障，使得国内可再生能源发电迅猛发展。其中,分布式光伏能源给系统带来的不确定性，对配电网规划提出更高的要求。传统方法基于确定型模型和确定型潮流的配网规划评价体系已经难以有效适用于分布式有源配电网.

关键词：分布式电源；需求侧响应；主动配电网规划

引言

配电网是承载分布式发电（distribution generation，DG）和分布式能源的重要平台，是推动智能电网建设、解决能源危机的关键环节。随着配电网中可再生能源渗透率的提升，可再生能源导致的过电压和反向潮流对配电网运行的影响逐步显现，配电网规划也从实现分布式电源“应接尽接”转向“源网荷”的互补协调发展。由于分布式可再生能源发电和负荷只能在小范围内调节，制约了配电网的主动调节能力，二者本身间的互补关系在配电网规划中就显得格外重要。因此，充分发掘分布式电源与负荷相关性，实现分布式可再生资源的有效利用对配电网科学规划、提升配电网消纳能力具有重要意义。

1配电网灵活性资源供需特性分析

为保证配电网灵活性平衡，需要保证配电网中各类灵活性资源的灵活性供给能力略大于净负荷变化（负荷减去分布式电源出力）所需的灵活性需求。

该时刻的负荷提供向上灵活性。文章所提及灵活性资源主要指荷侧灵活性负荷响应、可中断负荷以及可转移负荷。可转移负荷可通过转移进（出）负荷给予系统向上（向下）的灵活性，可中断负荷仅可通过减少负荷给予系统向下灵活性。

2计及灵活性的配电网双层规划模型

2.1考虑分布式光伏接入的不确定性模型

高斯混合模型(Gaussian Mixture Model,GMM)能够实现对非高斯随机变量的精确建模，并且通过线性组合一定量的高斯密度函数，可以逼近任何一种概率密度分布，其表达式为

式中，X为光伏电站输出功率向量；m代表第m个高斯分布子成分的权重系数；m和m分别代表第m个高斯子成分的期望向量和协方差矩阵，其中协方差矩阵非对角线元素用以描述了不同光伏电站之间的相关性。GMM需要进一步估计的参数分别是m、m和m。在进行参数估计时，首先针对实际采集的光伏电站输出有功功率形成样本1{,,}XXXN，并基于此构建似然函数，具体见下式

然后以似然函数最大为优化目标进行迭代寻优，寻优结果为模型中需要估计的参数。

2.2基于截断R-VineCopula模型的高维源

荷联合概率分布建模若要将随机优化和机会约束规划应用到时序场景中，首先需要解决的问题是如何对含有时序变量的高维联合概率分布建模。目前，高维概率分布模型的常规建模方法是VineCopula模型。在VineCopula模型中，R-Vine模型拟合性能最为优秀，但由于模型中变量数随维数增长较快，R-Vine模型难以表示，且计算开销十分巨大，因此，并没有在实际工程中得到广泛应用。为了解决这个问题，本文分别从两个方面改进了传统的R-Vine模型。首先，为了能够更好地描述R-Vine模型，中提出了一种用下三角矩阵描述R-VineTree的方法。令d阶下三角矩阵M为：

式中：mi，j=d-i+1，即在矩阵M中主对角线上的元素从维数d开始，以从高到低的顺序排序。基于矩阵M，可以将R-Vine模型的概率密度函数改写为：其次，考虑到选择合适的R-Vine模型所需的计算量随维数的增加而急剧增长，获得全局最优解的代价往往过于高昂。因此，本文采用一种启发式方法，以期在有限时间内找到最佳的Vine结构。该方法的核心思想是在构建R-Vine模型时尽量简化高层的树结构，依靠底层的Copula函数对结构（pairCopula-construction，PCC）描述变量之间的相依关系。具体而言，若用二元Gaussian Copula函数替换所有层数大于等于K的条件Copula函数，即可将RVine模型变为一个K层简化R-Vine模型。若用二元独立Copula函数替换层数大于等于K的所有条件Copula函数，即可得到K层截断R-Vine模型。如果K=1，截断的R-Vine模型退化马尔可夫树分布，其中所有的条件分布均独立。当然，在使用相关参数为零的Gaussian Copula函数进行简化时，得到的结果就等于截断的R-Vine模型。

3结论

本文综合考虑了柔性负荷的响应特性和激励模式，通过对DG、广义储能协同规划-运行的研究，得出以下结论。可以在构建需求侧响应分布式电源模型时以最小年综合费用作为数据基础，在分析中混合应用前推回代法与双层粒子群算法，以实现对模型的求解。求解完毕后，结合实际情况分析，可得出以下结论。（1）在ADN中开展DG规划时，若考虑需求侧因素，会直接影响DG接入方案，从而对年综合费用产生影响。当开展需求侧响应后，在实际运行中若出现某些特殊运行情况，可以通过切断负荷实现配电网潮流的安全运行及合理分布，而不需要再次新增分布式电源，这样可以极大程度减少分布式电源的投资支出、运行费用支出及维护费用支出等，减少年综合费用，节约成本。（2）若想通过科学合理的中断规划方案减少系统网损出现的概率与相关费用开销，可以将需求侧响应中的可中断负荷等效为发电测资源。

结束语

针对分布式光伏接入后引发的节点电压波动和断面潮流波动现象，本文建立了考虑分布式光伏接入下的配电网规划综合评价体系，主要有以下创新点：（1）所提基于改进粒子群算法的高斯混合模型，能有效刻画光伏电站输出有功功率的波动性以及多个光伏电站出力的相关性；（2）考虑分布式电源接入特性，文中基于线性化潮流方程，得到可刻画风电场相关性的多节点电压，多线路潮流联合概率密度函数；（3）基于多节点电压联合概率密度函数，定义分布式光伏接入下的新的配电网规划评价体系指标，完善了光伏接入的配电网规划评价体系，可为未来含高比例新能源接入的配电网规划设计与优化运行提供理论参考。

参考文献

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