英国电网技术的未来

英国电网技术的未来（精选四篇）

英国电网技术的未来 篇1

1 智能电网的概念

智能电网的概念是在2000年左右由美国电科院EPRI首次提出的, 由于智能电网目前还处于初始研发阶段, 世界各国的研究机构对智能电网到底应该具有什么功能和特性, 包含哪些技术还没有形成一致的意见, 因此目前智能电网并没有一个确定的概念。各个领域的学者从不同的方向分析了智能电网的概念, 随着研究的深入不断的对智能电网的概念进行细化[1]。

本文依据目前的初步研究和查阅相关资料, 将智能电网的概念定义为:智能电网就是将计算机技术、信息技术、自动控制技术、通信技术、传感技术和原有的输、配电基础设施高度集成而形成的新型电网, 它可以降低电网的损耗, 减少对环境的污染, 提高能源效率, 并且实现供电的可靠性和安全性[2]。我们可以从3个方面来分析智能电网:首先智能电网是利用先进的传感器对发电、输电、配电、供电四个主要关键设备进行运行状况的实时监控;然后将收集到的数据利用通信系统进行收集、整理;最后利用信息处理技术对收集到的数据进行分析、处理和优化, 实现对整个电力系统运行的优化管理。

2 智能电网的研究现状

2.1 国外研究现状

目前, 智能电网技术在国外各国都进行了相关研究, 其中美国与欧洲研究进展最为突出[3]。美国对大电网“自愈”能力研究, 即对复杂电网的安全稳定运行控制, 是智能电网研究的原动力, 虽然面临各种困难但任然具有非常高的研究价值;而欧洲智能电网的研究主要是受到了严格的温室气体排放量控制政策的推动, 同时对可再生能源和分布式能源的研究起到了一定的带动作用。

国外各国对智能电网的研究主要集中在配电和用户方面。目前在输电方面有EPRI、ABB、PJM等部门和公司进行研究, 但是他们缺少实际应用上的研究并且在整体性上也有不足。输电侧方面, PJM公司是美国电力供应系统典型的独立系统运行商 (independent system operator, ISO) , 主要负责组织美国十三个州的电网运行调度和电力系统, 所以PJM公司智能电网建设主要偏向于调度和电力系统的业务建设。PJM公司开展智能输电网研究工作现在主要是高级控制中心 (AC2) 和同步相量技术。配用电用户方面, 国外各电力公司进行了大量的智能化研究, 包括智能化仪表、用户侧电压控制、元件储能等。比如:法国电力公司 (EDF) 和意大利电力公司 (ENEL) 已经安装了智能双向电表, 用户可以查看他们电量使用情况, 而且可以实施远程管理。

2.2 国内研究现状

我国进行智能电网技术的研究起步较晚, 但是我国在智能电网技术领域进行了大量的探索和研究, 输电技术领域方面, 很多发明研究达到国际领先水平, 配用电用户领域方面, 也在积极研究电网智能化应用探索。

国家电网公司分析综合了国外电网技术发展特点和国内电网技术发展方向, 重点组织实施了大电网联网运行控制、特高压输电、新型能源接入、变电站的数字化技术、电网的数字化技术、电网输电和储能的灵活性、电网供电的安全可靠性、电网节能环保等方面的研究, 不断创新智能电网技术, 已经获得了具有国际领先水平的智能电网先进技术的科技成果, 尤其是在电网监测和控制技术、特高压配电技术、电网质量检测控制技术、暂态/稳态/动态三位一体监控技术和电压自动控制技术等方面达到了国际领先水平。

国家电网公司正在积极进行特高压输电“、SG186”项目、调度系统的一体化、电网设备全寿命的周期管理、用户信息收集系统和通信技术的建设, 创建优质电网基础, 加强电网技术服务, 为智能电网技术的发展奠定了坚实的基础。目前已经正式投入运行了1000k V交流输变电项目, 电网设备和特高压系统运行稳定, 有力的证明了特高压输电技术的可行性、系统运行的稳定性、电网设备的可靠性, 完成了我国在远距离、高容量、低能耗的特高压技术和国产设备的突破。

3 智能电网的关键技术

3.1 安全而方便的网络拓扑

安全、便捷的电网结构是智能电网技术的基础。由于我国的能源分布比较偏远, 因此要满足社会经济生产对电能的需求, 就要实现远距离、大范围、高效率的电网技术要求[9]。采用特高压输电可以降低能源损耗、增加输电距离、提高电网负荷, 不仅降低了工程投资成本, 而且还保护了自然环境。

3.2 集成、统一、开放的通信系统

智能电网系统要实现实时监控和管理系统的能力:一方面指对系统故障早期识别预测的能力;另一方面指外界对系统的扰动做出及时响应的能力。智能电网的建设需要进行对企业耗电能力和电网生产运行平台的整合和规划, 保证全方位的为电网建设、管理、运行和规划提供信息服务。

3.3 精确检测体系和用户侧管理

实现电网的智能化就要精确获得用户侧方面的耗电需求, 从而更好的平衡供电侧和用户侧的管理。我国目前的电表只能实现单方面的自动读数, 无法实现交互的目标。由智能电表和先进的通信系统技术可以实现对电网的远程监控和分时电价, 还可以完成对用户侧快速准确的系统响应。

3.4 分布式能源和可再生能源接入

开展智能电网技术面临的一大技术难题是如何安全可靠的接入各种各样的分布式能源和可再生能源。分布式能源即分布式发电和分布式储能两方面, 该项技术在国外各国都取得了快速发展。分布式发电技术包括:微生物质发电技术、风力发电技术、太阳能发电技术、地热发电技术等。分布式储能装置包括飞轮储能、超导储能和蓄电池储能等。对于可再生能源如太阳能、风能、潮汐能, 在地球上分布不均匀, 而且环境对其影响也比较大, 造成发电机的可调节性差。

4 对我国智能电网发展建议

智能电网技术的发展对于促进节能减排, 实现低碳经济, 带动相关产业建设, 改善民生, 建设资源节约型、环境友好型社会, 因此智能电网建设对我国具有重要的现实意义。智能电网技术的研究是一项繁重的工程, 不仅面临众多的技术障碍, 还需要从宏观层面制定相关政策、社会经济、战略发展目标、市场体制等方面的问题, 本文给出以下建议:

(1) 优化一体化管理, 大力推进智能电网技术的研究及开发。以国家宏观政策为依据, 学习国外先进的智能电网前沿技术, 立足于我国电力行业的实际情况, 坚持统一规划、整体推进、重点突出、稳步推广的方针, 坚持科技革新和先进的管理方法, 坚持充分利用电力系统内外环境资源, 以建设统一于电力行业全方位、多领域的分布式一体化系统为目标, 全方面的建设符合我国战略发展要求的智能电网技术。

(2) 完善智能电网架构设计。以目前我国电网的自身特点和现有的信息系统的管理水平为依托, 全面认真仔细的思考未来智能电网技术的发展方向, 借鉴国外成熟的电网技术, 提出符合我国实际需要的智能电网构架系统, 确保我国的智能电网技术具有安全、可靠、灵活、方便的特点, 既能满足国家电网规划的需求, 同时又满足电网的运行管理控制要求。

(3) 完善规划电网建设、改造和技术升级。在我国特高压输电系统的基础上, 在电网建设和引入信息监控管理技术的过程中, 完善规划电网建设、改造和技术升级, 达到整个电网的运行管理和控制维修上的智能化, 实现电网的经济性、安全性、和可靠性的目的。

(4) 输配电侧与用户侧方面的协调管理。开发使用智能信息系统和终端控制, 通过增加电网负荷功率因数、优化电质量及电网负荷安排的途径, 真正实现从发输配及用户侧协调管理和优化运行, 保证电网系统的稳定性, 达到安全供电的要求。

5 结语

目前智能电网技术的概念虽然还未达成统一认识, 世界各国对智能电网技术研究的侧重点和驱动力也不一样, 但是对智能电网技术初步采用信息、通信、和控制技术来增强电网的智能化已经达成统一。智能电网技术未来发展的主要趋势是基于知识的综合决策技术和基于Agent技术的分布式系统集成、协调、管理、决策和仿真。面向未来的智能电网技术是一项高度复杂的系统工程, 对于我国的智能电网技术的发展更要博采众家之长, 充分发挥自主创新精神和管理的一体化, 根据我国实际情况, 建设具有我国特色的智能化电网技术。

参考文献

[1]黄伟, 孙昶辉, 吴子平, 等.含分布式发电系统的微网技术研究综述[J].电网技术, 2009, 33 (9) :14-18.

[2]陈建民, 周健, 蔡霖.面向智能电网愿景的变电站二次技术需求分析[J].华东电力, 2008, 36 (11) :37-38.

英国电网技术的未来 篇2

关键词：超导电力技术；智能电网；应用

随着电力技术的不断发展，智能电网已逐渐成为电力企业的重要组成部分。在近几年，电力企业也不断地尝试应用新技术、新设备、新科技，其中超导电力技术对智能电网的辅助效果最为明显，不仅能够优化智能电网的运行效率，更能提升电力系统运行的安全性和稳定性。

1超导电力技术

从理论上来讲，超导电力技术就是利用超导体的特殊物理性质与电力工程相结合而发展起来的一门新技术。超导体具有自身电阻突然消失的电阻特性，超导电力技术主要借助超导体的特性，将其应用到电力系统中［1］。目前，超导电力技术的研究已成为我国重点研究项目之一。

2超导电力技术在未来智能电网中的应用

国际超导技术领域专家普遍认为，新一代的超导技术，如钇系高温超导带材，在未来将很快商品化并全面引入应用。美国的“电网2030计划”已经将超导技术放在了重要位置，将引发全世界范围内对超导技术的应用创新。继美国之后，欧洲、日本、韩国等也相继宣布了发展超导技术的相关计划，全世界正式进入了超导技术竞争态势。面对这一世界形势，我国应及时部署超导技术应用战略，充分发掘和利用国内各种资源优势，鼓励超导技术创新，加大超导技术科研投入力度，将其作为关系国计民生的重大战略来看待，以抢先占领世界超导技术高地。具体而言，将超导技术应用于未来电网，有以下好处。

2.1降低电力系统线损率

当前我国电网规模和容量正在快速增长，整个电力系统运行过程中的短路容量也在不断增加。大量的短路电流如果得不到限制，必将对电气设备产生破坏性影响，超导电力技术的引入为解决此类问题提供了方向，使电力系统的安全性得到提高，线损率得以降低。智能电网在供电过程中具有高效性、降低运营成本、减少线损等能力，这是提高电力系统运行水平的关键。尤其是应用超导电力技术后，智能电网的运行效率得到了提高，如使用高温超导线材后，电缆能够超导无阻，更有效地提高了电流能量的传输能力［2］。在一些大城市以及一些特殊场合的供电中，电缆极易产生线损，线损量过大会对电力系统造成一定的影响。将超导电力技术有效地应用到这些大城市以及一些特殊场合供电中，能够大幅度降低电缆的损耗率，同时还能有效地提升电缆的传输功率。而且，相比于传统电缆，超导电缆受环境影响极小。从整体上看，超导电缆更适合大城市以及特殊场合的供电，不仅能够有效节约土地的占用率和建设资金的消耗量，更能节约安装空间，与传统的电缆线路相比安装也极为方便，有效地节省了人力、物力和财力。

2.2有效提升电网输送电能的质量

电能存取是电网输送过程中一个重要的环节，是确保电网平稳安全可靠运行的关键。目前采用的技术主要是抽水储能技术，这种技术可提供长时间的大功率，但反应速度过慢，难以应对瞬态电能质量与功率失衡造成的冲击，无法及时对失衡状态进行必要的补偿，这就使电网输送电能的质量大打折扣。超导技术的引入，可以较好地解决这个瓶颈问题。电网输送电质量是一直困扰电力企业的主要问题之一，电网系统在运行过程中，输送电质量可能会受到内部和外部因素的影响，致使电网输送电质量不高，尤其是一些大功率远距离输变电系统，输送电质量更是受到极大的影响［3］。将超导电力技术应用于智能电网，能够有效改善这方面存在的缺陷，可以利用大型超导储能装置实现大功率远距离输变电系统的稳定运行，在此过程中超导储能装置能够瞬时吸收或释放能力，避免了传统电网输送电过程中出现的频率波动现象，而且超导储能装置还能沟通电压的无功支持，确保电压的稳定性，从而有效提高电网输送的电能的质量。

2.3提高可再生能源的利用性

随着社会经济的不断发展，能源的开发和利用率也在逐渐提升，而能源枯竭问题是世界各国所关注的焦点。电力企业的发展虽然能够进一步满足人们对电能的需求，但是也消耗了大量的能源。为了减缓化石能源消耗，可以采用可再生能源来进行发电，这是未来智能电网发展的必然趋势。新技术、新设备、新产品的不断应用，对提高电网的运行效率有极大的作用［4］。但是，在可再生能源利用和开发过程中发现，由于可再生资源具有不稳定性、间歇性等特点，电力系统的工作状态不稳定，使得电力系统运行的安全性、高效性、可靠性、灵活性等受到了一定的限制。应用超导储能系统能有效地改善电网的储能备用，对提高可再生能源的接受和储存率有极大的作用，可充分提高可再生能源的利用率。而且在利用超导储存装置对配网进行供电的过程中，也会增加电网供电的稳定性，进而提高配网系统的运行效率，确保为客户提供稳定、可靠、安全的用电环境。

2.4提升电网对外部影响因素的抗性

现有的电力系统存在多电压等级现象和交直流电共存现象，加上采用传统的铝线铜线作为导材，设备易老化，易超载，受天气等外部因素影响大，对整个电网的运行安全造成了极大的影响。超导技术的引入可在一定程度上减小这种影响。智能电网在运行的过程中可能会受到外部因素的影响，自身线路会受到一定的损伤和破坏，例如，暴风雪、不可抗拒自然力的影响，人为的影响等都会对电网系统的安全运行造成一定的影响。要彻底解决这类问题，必须从电缆线路的防御能力入手。在输送电过程中，防御能力较好的电缆能够承受大量电力负荷，而且在较低的电压下超导电缆的传输效率比普通电缆要高很多。一般情况下，超导电缆线路主要应用在输电路径较长的路段，在电力系统输电走廊受到破坏的情况下，可以保证重要负荷的供电，进一步提高智能电网运行的可靠性和安全性。

3结语

超导电力技术在智能电网中的应用是21世纪极具战略意义的大事，对新世纪我国电力技术的发展与改革起着决定性的作用。超导应用成功，我国将立即成为世界电力技术领先国，否则就会落后于人，处处受制。联系我国电力发展实际，加大超导技术投入力度及推广应用力度，是当前我国电力领域的重要工作。

综上所述，超导电力技术是未来智能电网发展中的主流技术，对提高电力系统的运行效率也有着极大的作用，如提升电力系统运行的稳定性、抗性、电能质量等。当然，现阶段超导电力技术的发展还不成熟，需要我们不断地去研究、探索，以期为智能电网的发展提供可靠的帮助，保障我国电力事业的可持续发展。

参考文献：

英国提出未来高技术时代的系列计划 篇3

威利茨部长宣布将英国打造成为世界未来高技术高地的几项重大计划, 包括:

1. 建立一批新型科技型大学, 以培养研究生为主, 而且这些大学将不受政府资金支持。

2. 建立卫星应用技术与创新中心, 利用卫星轨道测试设施开展新技术实验和示范。

3. 建立英国电子基础设施

(E-Infrastructure) 领导小组和合成生物学领导小组, 鼓励私人参与相关投资和创新活动。

4. 未来三年为大学开拓10%的更多外部资金来源。

英国电网技术的未来 篇4

近年来,为缓解全球能源危机、减少环境污染, 风能、太阳能、生物质能等可再生能源获得极大重视,使得分布式电源(distributed generator,DG)技术迅猛发展。DG、能量存储系统、可控负荷、电动汽车等不同 类型的分 布式能源 (distributed energy resource,DER)逐渐普及至电网用户端(Users)[1]。 作为集中式发电的有益补充,DER可以缓解电网供电压力,有利于平衡负荷;DER的接入位置多为配电网用户端或其附近,有利于减少电力传输时的线路损耗及配电网升级费用;DER利用可再生能源发电、能量存储、负荷控制等技术,可有效减少用户用电费用、提高能源利用率及用户用电独立性。但与此同时,容量小、数量大、分布不均 且随机性 强的DER大规模并网给电网的稳定运行带来了巨大挑战[2]。虚拟电厂(virtual power plant,VPP)的提出则为解决DER并网带来的技术难题提供了新的思路。虚拟电厂通过先进的控制、计量、通信等技术聚合不同类型的DER,并通过更高层面的调度算法实现多种类多数量DER的协调优化运行,从而实现对DER并网的监管[1]。

当今,全世界的电力行业正在发生转型,垄断型运营模式逐步向基于市场运营的方向转变,部分传统的电力调度中心也将转型为独立系统运行机构 (independent system operator,ISO)[3,4]。 与此同时,随着智能电网技术的逐步发展,ISO与电网用户之间能够实现能量、信息的双向连通,为用户需求侧响应提供了可能。可以预见,未来的智能电网将依托基于实时电价机制的自由电力市场:多元化的发电商根据电能需求参与电力市场批发侧竞标;ISO实时调整零售电价使其跟随成本电价从而引导电力市场;智能电网用户响应实时电价,决策用电及并网行为以追求自身利益的最大化;用户用电及并网行为的实时变化导致电能需求变化继而影响发电商的竞标策略。发电商、ISO和电网用户环环相扣的行为在政策法规等宏观约束下达到一定的市场平衡。 与自由的用电行为不同,智能电网用户的并网行为需由ISO监管,若ISO直接采用虚拟电厂技术协同DER用户发电,其协同发电的约束力来自于ISO与DER用户间的事先协议或即时指令,这与电力市场高度自由化、实时电价作为调控手段的市场运营模式相悖。因此本文基于虚拟电厂技术,设计研究基于实时电价机制的未来智能电网系统中用户并网供电的规则。

虚拟电厂聚合多样化的DER,协调控制并调度以满足电力系统的电能需求。协调控制技术是虚拟电厂的关键技术,文献[5-7]指出虚拟电厂可由若干可再生能源发电站和至少一座完全可控的传统型发电站组成。其中,文献[5-6]建立了线性规划优化分配模型,文献[7]建立了基于加速粒子群算法的优化分配模型。本文所提出的基于虚拟电厂技术的协调控制DER用户并网模型,亦建立在“区域内存在完全可控的供电设施”这一研究基础之上。在满足电力系统电能需求的基础上,实现最佳效益,是研究虚拟电厂协调控制策略的目标。对于优化目标的选取,文献[8-9]分别提出了考虑用户舒适度和电压稳定性的分布式热泵系统控制策略,文献[10]针对虚拟电厂优化的多目标问题提出了加权多目标模型。 本文结合上述文献,根据虚拟电厂的功能分类分别提出基 于商业型 虚拟电厂 (commercial VPP, CVPP)和技术型 虚拟电厂 (technical VPP, TVPP)[11]的优化目标,并依据模糊隶属度理论进行多目标优化研究。

1建模分析

基于虚拟电厂技术的智能电网用户并网规则主要用于规范及约束ISO与DER用户竞标并网时的互动行为:ISO根据用户实时反馈的负载数据预测下一时间段内发电成本并向用户公布参考竞标电价;DER用户根据参考电价及自身出力能力向ISO反馈竞标策略;ISO根据一定具有针对性的优化目标响应用户决策应标。

1.1参考电价

假设基于实时电价机制的智能电网系统电价更新周期为T。第k个周期开始时,ISO根据用户反馈的周期内负载PL(k)即电能需求,计算电网只由可控发电厂供电时的出力为假设可控发电厂传统的火力发电厂,一般火力发电厂j出力为时的边际成本π(k)j为:

式中:ΩS为火电厂机组由发电导致的成本;ΩV为火电厂机组由出力变化导致的 成本;xj(k-1)为第k1个周期内DER竞标后火电厂j的实际出力;aj, bj,cj,βj为发电成本参数。

令,即η(k)为出力变化比,可得:

不考虑电力系统的建设、维护费用及输配电费用,此时的平均电价为θ(k),令其为参考电价,即

1.2用户竞标策略

用户i将第k个周期内其所有DER预测出力范围及根据参考电价θ(k)所制定竞标策略反馈至ISO。本文设计的并网规则中,用户竞标策略采用一次函数形式,用户收益与其出力成线性关系。用户i在第k个周期的出力收益φi(k)及平均竞标电价λi(k)如式(6)和式(7)所示。

式中:mi(k),ni(k)为用户i的竞标参数。

因为函数λi(k)具有单调性,所以根据用户的博弈策略,竞标策略可分为4类:

式中:α,β为竞标范围比例系数,且0<α≤1,β≥1。

式(8)表示平均竞标电价随出力增加而减小, 式(9)表示平均竞标电价始终低于参考电价,式(10) 表示平均竞标电价始终高于参考电价,式(11)表示平均竞标电价随出力增加而增大。

1.3优化目标及约束

ISO参考CVPP或TVPP优化目标响应用户竞标,协调周期内可控电厂及DER用户的发电行为。本文所涉及的优化目标包括运营成本、有功网络损耗及电能质量,如式(12)至式(14)所示:

式中:运营成本C1由可控电厂发电成本和DER用户收益组成;xj(k)为第k周期DER用户竞标 后经ISO协调发电时可控发电厂j实际出力;Ui和Ui′分别为节点i和i′电压;Rii′为节点i,i′间的阻抗;US为期望电压值;n为节点总数。

C1表征周期内的边际成本是CVPP关心的重点。有功网络损耗C2为各支路有功线路损耗之和。 电压偏离程度C3为区域内各节点电压对标准电压的偏离程度。本文不考虑电网频率及谐波因素,只考虑单个周期内电网运行情况,因此仅以电压偏离程度表征电能质量。有功网络损耗及电能质量能够从侧面 反映电力 系统的安 全稳定性,因此多为TVPP所关注。

多目标分析基于模糊隶属度理论,设计上述各单目标Ci的隶属度函数(式(15)),当A(Ci)的值越趋近于0,则Ci离最优值(最小值)越接近。多目标优化的目标函数为各单目标隶属度函数的最大值, 试图求解式(16)中C的最小值使得3个目标均衡地接近最优值。

ISO响应DER用户竞标,协调可控发电厂与DER用户协同供电时需始终满足电力系统的潮流约束:

式中:PRii′max为线路最大功率。

式(17)为系统供需平衡功率约束,式(18)为可控发电厂最大出力约束,式(19)表示支路容量约束。

2算法设置

针对上述模型,本文采用多起始点变邻域下降 (multi start and variable neighborhood descent, MS-VND)算法与局部搜索(local search,LS)相结合的算法进行求解。算法伪代码如下,结合所提出的模型及仿真算例,采用0-100的整数编码表征用户并网出力功率百分比。随机生成Nstart组初始解作为起始点,分别对各初始解进行变邻域搜索求得较优解并对该较优解进行局部搜索,进一步优化至满足算法终止条件。

该算法核 心部分为 变邻域下 降 (variable neighborhood descent,VND)算法。VND算法是变邻域搜索 (variable neighborhood search,VNS)算法的一种,由Mladenovic和Hansen提出[12],其主要思想是针对问题模型及编码方式设计一系列半径不同的邻域搜索算子并优化各邻域搜索顺序,对初始解进行变邻域贪婪搜索,其流程图如图1所示。 图中:mod(·)为取余数函数。

图1中:k为邻域内搜索次数,邻域j的终止条件为解经过Kmax(j)次搜索无改进,Kmax(j)随邻域大小自适应变化,满足式(20):

式中:N(j)为邻域j的可行解总数,直接反映该邻域大小;Nmin为最小邻域的可行解总数;k为常数表示最小邻域Nmin的终止搜 索次数,本文设置k为300。

本文算例中对初始解即用户并网出力功率百分比序列进行邻域算子迭代,若迭代后目标函数值优于当前最优目标函数值,则用迭代后的序列代替当前最优序列。当前邻域内经过Kmax(j)次迭代搜索无改进,以当前最优序列为初始解序列进入下一邻域搜索。当所有邻域均无法对当前最优解进行优化时VND算法终止。图2为VND算法依次在邻域1,2,3中的搜索过程。当前解经过Kmax(1)次搜索后未得到优化,进入邻域2且该邻域终止条件更新为Kmax(2);当前解在邻域2中进一步优化至终止条件进入邻域3,更新该邻域终止条件为Kmax(3), 以此类推。由式(20)可知,邻域越大,Kmax(j)的值越小。当邻域覆盖范围较大时,当前解能够快速收敛,此时Kmax(j)设置较小,有利于降低计算量,避免不必要的广域搜索。当当前解收敛到最优解附近时,设置的邻域覆盖范围变小,Kmax(j)增大,搜索覆盖率提高,以便更精确地搜索最优解。

结合用户并网出力的可行性及计算代价评估等因素设计了包括平移算子、递增(减)算子、变异算子等在内的8个邻域,变邻域下降搜索的顺序按邻域大小N(j)由大至小排序,并通过局部最优跳出机制确保算法的搜索深度及广度。

当算例规模较大时,VND算法邻域半径设置偏小将导致计算成本大幅增加,而邻域半径设置偏大则容易陷入局部最优。因此本文在研究IEEE 118节点仿真算例时,对由MS-VND求得的较优解进行局部搜索,从而进一步优化解的质量。

本文提出的MS-VND+LS算法针对单个或多个初始解进行优化,其搜索方式是简单的贪婪搜索形式。同时,MS-VND算法根据模型及实际算例设计一系列具有针对性的邻域并合理规划其搜索顺序,可以有效减少对不可行解的搜索次数,节约计算成本,提高计算效率。与局部搜索相结合,采用二阶段搜索的方式可以有效解决较大规模算例。总的来说,与具有普适性的遗传算法、粒子群算法等传统群体智能算法不同,MS-VND+LS算法是一种针对本文提出模型及算例的简单高效算法。

3算例分析

3.1仿真实验设置

采用IEEE 118节点标准测试系统模拟某区域居民用电系统进行仿真,设置周期T=1h。以测试系统平衡节点作为该区域的可控发电设施并假设该可控 发电设施 为火力发 电厂,发电总容 量为1 500 MW,其发电成 本参数为a=10美元,b= 3美元/(MW·h),c=0.03美元/(MW·h)2,β= 0.051美元/(MW·h)2[13]。假设该周期 内负载需 求较上一周期有所减少,出力变化比η=0.65。

考虑测试系统能量等级的合理性,假设每个节点均为区域性能量管理系统,能量管理系统响应该节点地理区域内用户群体的负载需求并根据实际情况统一制定并网竞价策略。本仿真只考虑节点的整体行为,节点内每个独立用户的个体行为不做详细研究。算例假设118节点中随机的67节点可以并网竞标供电,即为DER用户,其余节点均只作为负载用户。 其中,所有节点 有功负载PL按参数为 μ=10,σ=2的正态分 布随机生 成,如附录A图A1所示;所有可并网供电节点有功出力上下限按参数为μ1=3,μ2=6,σ1=0.5,σ2=1的正态分布随机生成,如附录A图A2所示。

由于居民用电负载多为阻性负载,功率因数较高,因此各节点无功负载QL设置相对较小。计算运营成本及网络损耗时亦不考虑无功补偿成本及无功损耗。假设ISO对该区域负载估计为无偏差估计,由潮流计算可得该区域只有可控发电厂出力供电时发电 功率为1 298.358 MW,发电成本 为54 477美元,因此,平均发电 成本 (参考电价 )为41.96美元/(MW·h)。考虑竞标范围合理性,设置α=0.5,β=2。各节点根据参考电价反馈的竞标参数及所采用竞标策略类型如附录A表A1所示 (竞标策略编号1至4依次对应式(8)至式(11)表述的竞标策略)。

3.2仿真结果及分析

所设计的算法中,MS-VND算法起始点个数设置为10,邻域个数为8,邻域内搜索终止条件根据邻域大小自适应变化,针对较优解进行局部搜索时的搜索次数也相应增加。分别就单目标及多目标情况进行仿真,仿真结果如表1所示,DER实际出力分布如图3所示。

Case 0对集中式发电情况进行仿真,即区域内只有可控发电设施出力。由潮流分析可得,该情况下运营 成本为54 477美元,有功网络 损耗为104.208 MW,各节点电压偏离标准电压的方差为0.021 562。

Case 1以运营成本为优化目标。其最优解时运营成本为41 841美元,较未接入DER的集中式发电情况降低成本23.2%。由于可再生能源发电边际成本低,因此用户的DER并网供电行为可以有效地降低电力系统运营成本,节约资源,但用户的出力范围具有不确定性。在本文所设计的并网供电模型中,用户的出力范围和竞标策略直接影响运营成本。

Case 2以电网有功损耗为优化 目标。未接入DER集中式发电情况下电网有功损耗占发电总容量的8.03%,而以有功损耗作为优化目标求得最优解情况下,电网有功网络损耗52.146 MW,仅占发电总容量的4.02%,此时可并网供电用户全部以最大功率出力。可见,在当前模型下合理配置DER可以有效地降低有功网络损耗。

Case 3以电网节点电压偏差程度为优化目标表征电能质量。节点电压偏差程度以节点电压偏离标准电压的标准差作为衡量基准,未接入DER时电压偏差值为0.021 562,最优解情况下电压偏差值为0.021 206。优化DER并网后的电压偏差值较集中式发电情况降低了1.65%,各节点电压更加接近期望电压,节点间电压偏差更小。因此在本文假设的场景下,DER合理并网可以降低电压偏离程度,提高电能质量,有利于电力系统的安全可靠运行。

Case 4综合考虑运营成本、有功损耗和电压电压偏差程度进行多目标优化。该情况下算法收敛特性曲线如附录A图A3所示,由图可得,算法能够快速收敛且局部搜索过程可进一步优化由MS-VND算法所得的解,证明所设计算法的有效性。该情况下运营成 本为44 365美元,较Case 0降低了18.56%;有功损耗为65.752 MW,较Case 0减少了36.9%;电压偏差为0.021 366,较Case 0降低了0.9%,三项指标较集中式发电情况均有明显改善。 因此ISO按该优化目标协调DER并网不仅可以降低电网运营成本、减少损耗,亦可使电网更加安全可靠的运行。

Case 4情况下求得的最优解与Case 0,Case 1, Case 2,Case 3四次仿真结果进行对比,如图4至图6所示。其中,Case 1较集中式供电情况运营成本减少23.2%,有功损耗降低45.73%,电压偏差降低了0.065%;Case 2较集中式供电情况运营成本减少22.35%,有功损耗降低49.96%,电压偏差提高了0.056%;Case 3较集中式供电情况运营成本减少7.22%,有功损耗降低13.39%,电压偏差降低了1.65%;Case 4较集中式供电情况运营成本减少18.56%,有功损耗降低36.73%,电压偏差了降低了0.091%。由数据及图4至图6分析可知,Case 4情况下运营成本、有功损耗及电压偏差相对于集中式发电情况均有明显改善,与Case 1,Case 2,Case 3中单目标优化情况相比各最优指标相差较小,是一种综合考虑电网经济、安全、可靠运行的方案。因此对于ISO而言,当其仅关心某一单独指标时,可参考Case 1,Case 2,Case 3所采用的目标模型设置应标方案;当需考虑电网综合指标时,可参考Case 4所采用的多目标模型;若其考虑综合指标且有所偏好,可在多目标模型的基础上设置权重系数进行应标。

由附录A表A1和图3可知,DER用户采用不同竞标策略均能有效的参与并 网竞标,如节点8, 84,9,6分别采用了式(8)至式(11)表示的4种竞标策略,在Case 1,Case 2,Case 3,Case 4四种竞标环境下的应标结 果均有所 不同,可见本文 所提出的4种竞标策略是合理可行的。节点8,28采用竞标策略1,该策略特征是平均竞标电价随竞标出力递减。Case 4情况下,节点28满负荷输出而节点8的输出功率为3.02 MW,未达到出力上限,可见采用相同竞标策略的节点其应标结果仍有差异,这与节点在电力系统中的拓扑位置及其设置的竞标参数m,n有关。竞标策略2的特征为用户平均竞标电价始终低于参考电价,因此在以运营成本为优化目标的Case 1情况下选择竞标策略2的用户全部满负荷输出,在Case 4情况下亦接近满负荷输出。竞标策略3的特性为用户平均竞标电价始终高于参考电价,即使竞标价格较高,采用该策略的用户在不同情况下的中标情况依旧可观,但较少出现满负荷输出情况。竞标策略4的特性为用户平均竞标电价随竞标出力递增,采用竞标策略4的用户中标情况多为以低功率并网。因此,在本文所提出的并网模型下, DER用户应根据自身所处拓扑位置、出力能力及储能情况合理选择竞标策略:当DER用户无法储能而急于并网消纳时,可采用策略2竞标,以较低的竞价策略保证确保其较大出力功率中标;当DER用户储能容量较小时,可采用策略1,4竞标,既可以追求更高的竞标收益,又可以平稳出清储能;当DER用户储能容量较大时,可采用策略3,4并选择参考电价较高时竞标以获取更高的收益。

4结语

随着智能电网技术的逐步发展,电力运营商与电网用户之间能够实现能量、信息的双向连通。未来智能电网用 户不仅可 以消费电 能,还可以通 过DER的形式并网出售电能。本文针对此背景下的智能电网用户 并网规则 进行了深 入探究,提出了ISO实时预测参考电价、DER用户响应参考电价参与并网竞标、ISO决策应标的并网模式。根据建立的并网规则模型,设计了MS-VND与局部搜索相结合的优化算法进行求解,并通过IEEE 118节点标准测试系统模拟某区域电力系统进行数值仿真。通过仿真数据分析了ISO的单目标及多目标决策模型的针对性,同时分析了用户4种竞标策略的优劣及适用情形并给出了合理建议。总体来说,仿真结果及分析表明所设计的基于虚拟电厂技术的未来智能电网用户并网规则合理可行,不仅可以协助ISO有效地管理控制区域内的DER有序并网,还有助于提高电力系统运行的经济性和可靠性。

附录见本 刊网络版 (http://www.aeps-info. com/aeps/ch/index.aspx)。

摘要：未来智能电网用户不仅能够消费电能,还可以通过分布式能源并网出售电能。针对基于实时电价机制的未来智能电网,结合虚拟电厂技术,设计用户并网供电规则。考虑用户的多种博弈行为设计研究竞标策略,参考商业型和技术型虚拟电厂设计优化目标,建立了未来智能电网用户并网多目标优化模型。通过多起始点变邻域下降法与局部搜索相结合的优化算法,采用IEEE 118节点标准测试系统模拟区域电网进行仿真。数值仿真的计算结果验证了模型及算法的有效性。