摘要：在能源轉(zhuǎn)型的背景之下，園區(qū)綜合能源系統(tǒng)成為能源領(lǐng)域發(fā)展的重要趨勢，多園區(qū)綜合能源系統(tǒng)與配電網(wǎng)的協(xié)同運行受到了重點關(guān)注。為此提出了面向多園區(qū)綜合能源系統(tǒng)的配電網(wǎng)運行的分布式調(diào)度管控模式，從而降低了對模型數(shù)據(jù)的要求和求解的復(fù)雜度。

　　通過構(gòu)建園區(qū)綜合能源系統(tǒng)以自身運行成本最低為目標(biāo)的預(yù)調(diào)度優(yōu)化模型以及上級配電網(wǎng)優(yōu)化運行模型，并提出以松弛聯(lián)絡(luò)線功率為接口的上下級交互協(xié)調(diào)機制，進(jìn)而構(gòu)建了考慮配電網(wǎng)和多園區(qū)綜合能源系統(tǒng)為2個不同的利益主體的雙層優(yōu)化調(diào)度模型。最后通過算例驗證了所提方法能實現(xiàn)上下層電網(wǎng)的協(xié)同優(yōu)化運行。

　　關(guān)鍵詞：多園區(qū)綜合能源系統(tǒng);分布式調(diào)度;雙層優(yōu)化;松弛聯(lián)絡(luò)線功率

　　由于環(huán)境惡化與資源短缺的雙重壓力，能源體系轉(zhuǎn)型成為了能源發(fā)展的重點戰(zhàn)略，綜合能源系統(tǒng)(犻狀狋犲犵狉犪狋犲犱犲狀犲狉犵狔狊狔狊狋犲犿，范圍)的發(fā)展受到了眾多關(guān)注[1.3];同時，在通信技術(shù)飛速發(fā)展的背景下，實現(xiàn)電力系統(tǒng)各環(huán)節(jié)萬物互聯(lián)、人機交互的泛在電力物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展迅速[4]。泛在電力物聯(lián)網(wǎng)可以提高各種類型能源之間的互聯(lián)互通能力，其建設(shè)給范圍的發(fā)展帶來了新的機遇和挑戰(zhàn)[5]。

　　隨著范圍建設(shè)越來越完善與多樣化，我國正逐步開展園區(qū)范圍建設(shè)[6.7]，以多能源互聯(lián)互通為特征的園區(qū)范圍作為能源體系轉(zhuǎn)型的重要實踐試點，將推動綜合能源的高效利用[8]。園區(qū)范圍是多種能源互聯(lián)互通的新型范圍，亦可稱為微能源網(wǎng)。

　　文獻(xiàn)[9]提出了一種園區(qū)范圍的經(jīng)濟調(diào)度運行模型，實現(xiàn)了園區(qū)內(nèi)能源的高效利用;文獻(xiàn)[10]通過考慮綜合能源自給率等指標(biāo)，建立了園區(qū)范圍雙層優(yōu)化配置模型，使得園區(qū)配置更加合理;文獻(xiàn)[11]以能源使用成本為目標(biāo)建立了園區(qū)范圍的優(yōu)化調(diào)度模型。

　　上述文獻(xiàn)僅以園區(qū)范圍自身優(yōu)化運行為目標(biāo)進(jìn)行調(diào)度研究，并未考慮其接入配電網(wǎng)后對配電網(wǎng)的影響。隨著多能互補理念的推廣與新型園區(qū)建設(shè)的推進(jìn)，多園區(qū)范圍已成為配電網(wǎng)中重要一環(huán)[12]，研究多園區(qū)范圍與配電網(wǎng)的聯(lián)合運行調(diào)度以實現(xiàn)兩者協(xié)同趨優(yōu)運行具有重要意義。多個微電網(wǎng)(以下簡稱“多微網(wǎng)”)與多園區(qū)在結(jié)構(gòu)上有不少相似之處，目前已有較多文獻(xiàn)對多微網(wǎng)與配電網(wǎng)的聯(lián)合調(diào)度進(jìn)行了研究。

　　文獻(xiàn)[13]建立了多微網(wǎng)與配電網(wǎng)的聯(lián)合調(diào)度模型;文獻(xiàn)[14]建立多微網(wǎng)與配電網(wǎng)優(yōu)化調(diào)度模型時提出了一種協(xié)同演化博弈算法。涉及多主體優(yōu)化時主要有集中式調(diào)度和分布式調(diào)度方法[15.16]。采用集中式調(diào)度需要收集全網(wǎng)信息，建模復(fù)雜且求解難度較大;而采用分布式調(diào)度既保障了信息私密性，又降低了求解難度，且因各微電網(wǎng)擁有自主調(diào)度權(quán)而確保了公平性。

　　分布式調(diào)度更適用于分散自治的多微網(wǎng)與含管理者運營的多園區(qū)范圍。文獻(xiàn)[17]提出了一種基于互動調(diào)度的多微網(wǎng)與配電網(wǎng)的協(xié)調(diào)調(diào)度模式;文獻(xiàn)[18]提出了含多微網(wǎng)的主動配電網(wǎng)運行優(yōu)化模型;文獻(xiàn)[19]建立了一種多微網(wǎng)與配電網(wǎng)的分布自治優(yōu)化調(diào)度模型和求解方法。總體上看，主動配電網(wǎng)下多微網(wǎng)間的協(xié)調(diào)調(diào)度將進(jìn)一步提高可再生能源的利用率[20]。上述文獻(xiàn)對多微網(wǎng)與配電網(wǎng)的協(xié)調(diào)調(diào)度模型進(jìn)行了研究，但園區(qū)范圍涉及到多能源的利用，目前還未有文獻(xiàn)對園區(qū)范圍與配電網(wǎng)的協(xié)調(diào)調(diào)度進(jìn)行研究。

　　針對上述問題，本文提出了含多園區(qū)范圍的配電網(wǎng)雙層分布式調(diào)度模型與方法，并提出了分布式框架下多園區(qū)范圍與配電網(wǎng)的交互協(xié)調(diào)機制。雙層調(diào)度模型中，上層主要是配電網(wǎng)根據(jù)安全約束條件管理各園區(qū)范圍與配電網(wǎng)的交互功率;下層主要實現(xiàn)各園區(qū)范圍內(nèi)部各能源的優(yōu)化管理，并通過松弛聯(lián)絡(luò)線功率參數(shù)更新運行狀態(tài)并交替迭代求解。在該分布式迭代過程中，園區(qū)范圍擁有自主調(diào)度權(quán)，在配電網(wǎng)安全約束條件下進(jìn)行自主決策，并能根據(jù)所提出的上下層交互協(xié)調(diào)機制協(xié)同配電網(wǎng)實現(xiàn)趨優(yōu)運行。

　　1園區(qū)范圍與配電網(wǎng)的調(diào)度架構(gòu)

　　1.1分布式調(diào)度框架

　　多能互補的園區(qū)范圍作為耦合多種能源網(wǎng)絡(luò)的底層終端，合理的運行管控模式能充分發(fā)揮其積極作用。分布式調(diào)度更適用于配電網(wǎng)與園區(qū)范圍的協(xié)同調(diào)度。在分布式調(diào)度框架下園區(qū)范圍擁有自主設(shè)備調(diào)度權(quán)，進(jìn)行自治決策，同時協(xié)同上級配電網(wǎng)實現(xiàn)優(yōu)化管理。

　　分布式調(diào)度中各園區(qū)運行優(yōu)化獨立建模，模型相對簡單，不需要對全網(wǎng)信息進(jìn)行采集，保障了信息私密性。通過少量多次的信息傳遞和迭代計算即可與上級配電網(wǎng)進(jìn)行信息交互，協(xié)同保障配電網(wǎng)的安全可靠運行。另外，分布式調(diào)度能夠降低配電網(wǎng)投資成本和風(fēng)險，更適合于含管理者運營的多園區(qū)范圍。

　　1.2園區(qū)IES的結(jié)構(gòu)

　　園區(qū)范圍涉及電、天然氣和冷/熱等多種能源形式，包含可再生能源、能源轉(zhuǎn)換和儲存設(shè)備。包含如下的能源設(shè)備：①可再生能源單元風(fēng)力發(fā)電機;②能源轉(zhuǎn)換單元，包括熱電聯(lián)產(chǎn)、燃?xì)忮仩t和電鍋爐;③能源儲存單元，包括儲電和儲熱。能源轉(zhuǎn)換設(shè)備有效提高了園區(qū)范圍的能源利用效率，能源儲存設(shè)備實現(xiàn)了能源不同時段的轉(zhuǎn)移并協(xié)調(diào)了園區(qū)范圍內(nèi)能源功率平衡。

　　1.3分布式調(diào)度框架下的交互協(xié)調(diào)機制

　　分布式調(diào)度框架下園區(qū)范圍擁有自主調(diào)度權(quán)，經(jīng)過聯(lián)絡(luò)線與配電網(wǎng)連接，聯(lián)絡(luò)線功率的交互使兩者的優(yōu)化調(diào)度相互影響。本文提出松弛聯(lián)絡(luò)線功率的概念，松弛聯(lián)絡(luò)線功率的值在調(diào)度過程中是變化的，并通過上下級電網(wǎng)的交互協(xié)調(diào)得到，松弛聯(lián)絡(luò)線功率在上下級電網(wǎng)交互的作用和內(nèi)涵闡述如下。

　　園區(qū)范圍根據(jù)風(fēng)電機組出力和電氣熱負(fù)荷需求，在功率平衡以及滿足聯(lián)絡(luò)線傳輸功率約束等條件下，以日運行成本最小為目標(biāo)進(jìn)行預(yù)調(diào)度;然后將預(yù)調(diào)度得到的聯(lián)絡(luò)線功率值上傳至上級配電網(wǎng)調(diào)度，上級調(diào)度將下級各個園區(qū)范圍預(yù)調(diào)度功率當(dāng)作一個定值的有源負(fù)荷，加上可變松弛聯(lián)絡(luò)線功率，以此作為上級配電網(wǎng)調(diào)度優(yōu)化模型中的聯(lián)絡(luò)線功率來進(jìn)行優(yōu)化。

　　當(dāng)優(yōu)化結(jié)果中的松弛聯(lián)絡(luò)線功率等于0，表明：下級電網(wǎng)上傳的聯(lián)絡(luò)線功率恰好滿足上級調(diào)度的需求，則勿需再對聯(lián)絡(luò)線功率進(jìn)行調(diào)節(jié)，下級電網(wǎng)按預(yù)調(diào)度結(jié)果安排發(fā)電機出力及風(fēng)電場計劃。當(dāng)松弛聯(lián)絡(luò)線功率小于0時，表明：上級配電網(wǎng)無法滿足園區(qū)范圍的聯(lián)絡(luò)線功率需求，需要降低聯(lián)絡(luò)線的購電量;或因配電網(wǎng)負(fù)荷過大，需要園區(qū)范圍上傳功率進(jìn)行支援，否則將會影響電壓質(zhì)量甚至危及電網(wǎng)的穩(wěn)定安全運行，即需要增大賣電量。

　　當(dāng)松弛聯(lián)絡(luò)線功率大于0時，表明：上級配電網(wǎng)無法消納園區(qū)范圍上傳的聯(lián)絡(luò)線功率，需要降低聯(lián)絡(luò)線的賣電量;或配電網(wǎng)存在不可控分布式電源出力過大，需要園區(qū)范圍進(jìn)行一定程度的消納，即要求增加聯(lián)絡(luò)線的買電量。

　　2雙層協(xié)同優(yōu)化模型

　　電網(wǎng)的首要任務(wù)是確保配電網(wǎng)安全可靠運行并兼顧一定的經(jīng)濟性，上級電網(wǎng)主要以網(wǎng)損最小為目標(biāo)進(jìn)行調(diào)度，而下級電網(wǎng)主要以運行成本最小為目標(biāo)進(jìn)行調(diào)度，兩者存在一定程度的矛盾。基于雙層規(guī)劃模型[21]，本文建立園區(qū)范圍與配電網(wǎng)的雙層協(xié)同優(yōu)化模型，實現(xiàn)上下級電網(wǎng)的協(xié)同趨優(yōu)運行。

　　2.1上層配電網(wǎng)優(yōu)化模型

　　2.1.1目標(biāo)函數(shù)

　　上層的決策者將下層多園區(qū)范圍預(yù)調(diào)度的結(jié)果加上可變的松弛聯(lián)絡(luò)線功率作為某節(jié)點的有源負(fù)荷，上層配電網(wǎng)以網(wǎng)損最小為目標(biāo)進(jìn)行調(diào)度。目標(biāo)函數(shù)包含2項：第1項為配電網(wǎng)各個時段網(wǎng)損之和;第2項為懲罰項，為可變松弛聯(lián)絡(luò)線功率和很大的數(shù)值犕的乘積，表示在條件允許下盡可能使松弛聯(lián)絡(luò)線功率為0，即盡可能滿足下層園區(qū)范圍的調(diào)度需求。

　　3算例分析

　　3.1仿真參數(shù)

　　3節(jié)點系統(tǒng)作為案例進(jìn)行分析，其中在節(jié)點9、18和33各接入園區(qū)范圍，另外節(jié)點18接入一個裝機容量為2的不可控光伏發(fā)電，負(fù)荷歸一化時序變化曲線和光伏歸一化時序變化曲線。儲能儲熱裝備的最大充放能功率均設(shè)置為500，容量為1000。熱電聯(lián)產(chǎn)的產(chǎn)電和產(chǎn)熱效率為0.4，燃?xì)忮仩t的產(chǎn)熱效率為0.76。為簡化分析，假設(shè)每個園區(qū)范圍內(nèi)的電、氣和熱負(fù)荷以及風(fēng)力預(yù)測功率一致。

　　3.2各園區(qū)與配電網(wǎng)交互分析

　　首先各園區(qū)范圍以自身購電購氣成本最小進(jìn)行優(yōu)化，并將優(yōu)化結(jié)果即下層園區(qū)范圍所需的交互功率反饋到上層;上層配電網(wǎng)將此交互功率加上松弛聯(lián)絡(luò)線功率變量作為相應(yīng)節(jié)點的功率需求變量，并以網(wǎng)損最小為目標(biāo)，在潮流約束下的進(jìn)行全局優(yōu)化，首次迭代得到的松弛聯(lián)絡(luò)線功率變量值。

　　首次迭代時，即各園區(qū)以自身運行的經(jīng)濟成本最低為目標(biāo)進(jìn)行優(yōu)化時，此時配電網(wǎng)電壓水平存在越上下限的情況，故此時雙層規(guī)劃模型中松弛聯(lián)絡(luò)線功率變量即含有正值也含有負(fù)值，其中松弛聯(lián)絡(luò)線功率為正值時表示電壓越上限，反之表示電壓越下限。因此，當(dāng)上級配電網(wǎng)出現(xiàn)負(fù)荷過重或不可控分布式電源倒送功率過大而導(dǎo)致電壓越限時，應(yīng)考慮園區(qū)范圍的調(diào)控作用，及時調(diào)整聯(lián)絡(luò)線功率，提供或消納一定的功率，保證配電網(wǎng)安全可靠運行。

　　4結(jié)束語

　　本文提出了面向多園區(qū)范圍的配電網(wǎng)運行管控模式，深入探討了分布式調(diào)度框架下上級配電網(wǎng)與下級園區(qū)范圍的交互協(xié)調(diào)機制，提出了以松弛聯(lián)絡(luò)線功率為接口的配電網(wǎng)與園區(qū)范圍雙層優(yōu)化調(diào)度模型。算例結(jié)果表明：所提的方法有效;園區(qū)的自主調(diào)度控制權(quán)應(yīng)該在配電網(wǎng)安全運行的前提下進(jìn)行，當(dāng)上級配電網(wǎng)出現(xiàn)負(fù)荷過重或不可控分布式電源倒送功率過大而導(dǎo)致電壓越限時，可以考慮園區(qū)范圍的調(diào)控作用，及時調(diào)整聯(lián)絡(luò)線功率，保證配電網(wǎng)安全可靠運行。

　　未來以第三方管理園區(qū)范圍的形式居多，故配電網(wǎng)與各個園區(qū)采用本文所提的管控模式更具有實際意義。本文在研究含多園區(qū)的配電網(wǎng)雙層分布式調(diào)度方法時尚未考慮光伏和風(fēng)電以及電氣熱負(fù)荷的不確定性，也尚未考慮園區(qū)范圍對上級電網(wǎng)響應(yīng)的懲罰或激勵措施，這將在下一階段工作中開展研究。

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