面向配电网光伏接纳能力提升的分时电价优化方法.pdf
《面向配电网光伏接纳能力提升的分时电价优化方法.pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《面向配电网光伏接纳能力提升的分时电价优化方法.pdf(9页珍藏版)》请在咨信网上搜索。
1、38Automationof ElectricPower SystemsVol.47No.10May25,2023第10 期2023年5月2 5日第47 卷电力系统自动化DOI:10.7500/AEPS20220930003面向配电网光伏接纳能力提升的分时电价优化方法王守相12,王瀚樟1.2,赵倩宇1.2,刘琪”,郭陆阳1:2,张晟1.2(1.教育部智能电网重点实验室(天津大学),天津市30 0 0 7 2;2.天津市电力系统仿真控制重点实验室(天津大学),天津市30 0 0 7 2;3.山东科技大学电气与自动化工程学院,山东省青岛市2 6 6 59 0)摘要:分布式光伏高比例接入配电网带来新
2、的挑战。其引起的电压越限等问题严重限制了配电网接纳光伏的能力,也降低了发电效益,为此提出用于提升配电网光伏接纳能力的分时电价优化策略及方法。首先,分析了分布式光伏接入配电网对电压分布以及负荷曲线峰谷时段划分的影响,建立了综合考虑光伏出力特点与净负荷曲线的分时电价优化模型。然后,基于Tent混沌反向学习初始化策略和高斯扰动策略,从提高初始种群质量和加强帝国位置移动2 个方面改进了帝国主义竞争算法(ICA),提高了其全局寻优能力,并将之用于对分时电价优化等问题的求解。最后,采用IEEE33节点系统算例,对配电网分布式光伏的接纳能力进行了分析,结果表明所提方法可以提升配电网光伏接纳能力,并具有实用性
3、和有效性。关键词:配电网;光伏;接纳能力;分时电价;需求响应;帝国主义竞争算法0引言近年来,全球对能源的需求日益增长,光伏发电因清洁、可持续等优点得到多方关注。中国整县屋顶分布式光伏的建设,为推进分布式光伏高比例接人配电网带来发展契机,也推动着“双碳”目标的实现。随着分布式光伏在配电网中接人比例的不断提高,电压越限2-3、线路过载4、电能质量降低氏5-6 继电保护不正常动作7 等危害配电网稳定运行的诸多问题也随之出现电压越限是限制配电网光伏接纳能力的主要因素。缓解电压越限,可从源、网、荷、储4个方面研究考虑。文献8 通过采用光伏有功削减的方式来防止电压越限,缺点是增加了弃光量。文献9 提出了一
4、种基于并网点电压和光伏有功出力的无功控制策略,用于缓解电压越限问题,但调压的有效性较依赖于线路电抗与电阻的比值,且增加了网损。文献10采用变压器分接头调节来改善馈线上的电压分布,缺点是缺乏灵活性。而有源变压器则克服了传收稿日期:2 0 2 2-0 9-30;修回日期:2 0 2 3-0 1-17。上网日期:2 0 2 3-0 3-2 7。国家自然科学基金资助项目(52 0 7 7 149);国家自然科学基金委员会-国家电网公司智能电网联合基金资助项目(U 2 16 6 2 0 2);国家电网公司总部科技项目(540 0-202199280A-0-0-00)。统变压器的灵活性问题,在改善电压分布
5、以提升光伏接纳能力方面具有较大潜力11,但存在造价贵、通信要求高等不足。文献12 采用建设储能的方式来缓解电压越限问题,但储能建设运行费用相对昂贵。上述研究分别从源、网、储3个方面进行且各有不足。随着配电网源荷联系的愈加紧密,灵活可控的需求响应资源对于配电网的作用也日益提高,逐渐成为研究热点。国内外现有的需求响应措施主要分为激励型需求响应13 和价格型需求响应14。近年来,分时电价作为一种重要的价格型需求响应方式,在中国各省市的应用范围愈加广泛。在用户响应电价理论和峰谷时段划分方面,文献15 对不同类型用户进行分析,使用不同的弹性系数来构建需求价格弹性矩阵,改变了原有的负荷曲线情况,达到“削峰
6、填谷”的作用,但没有考虑到中国部分地区已实行阶梯电价的情况。文献16 则在阶梯电价的基础上,通过构造各子群体细分市场的分时电价需求响应函数来设计分时电价,将2 种价格相结合,进一步引导用户合理用电。上述研究没有考虑新能源接人及其对时段划分的影响,使电价结果不能很好地发挥新能源优势。文献17 采用基于消费者心理学的响应电价理论,并考虑新能源接人后负荷的鸭型曲线特征,对分时电价定价问题进行建模求解,提高了含光伏在内的新能源消纳能力。在现有日前调度、http:/WWWs-39王守相,等面向配电网光伏接纳能力提升的分时电价优化方法机组调峰、运行优化等分时电价应用场景中,多将光伏接纳能力提升作为子优化目
7、标,未充分挖掘分时电价提升光伏接纳能力的潜力为此,本文从用户侧出发,提出了面向配电网光伏接纳能力提升的分时电价优化方法。基于需求价格弹性理论,建立了综合考虑光伏出力特点与净负荷曲线的分时电价优化模型,能有效考虑光伏接人对峰谷时段划分的影响。针对帝国主义竞争算法(imperialist competition algorithm,ICA)在求解高维问题时易陷人局部最优的问题,采用基于Tent混沌反向学习初始化策略和高斯扰动策略来改进ICA,增强了算法的全局寻优能力。1分布式光伏接入对电压分布的影响含分布式光伏接入的配电网模型如图1所示。假设一条辐射状的馈线上有n个节点,节点i的负荷为PL;十jQ
8、Li,i=1,2,n,设定始端电压幅值保持不变,为U,线路上节点i的电压幅值为U,节点i一1与节点i之间的线路阻抗为R,十jX,假设在节点接人分布式光伏UUU2UUAUAU2PLitjQLIPL2+jQL2PLitjQLi光伏PLn+jQLn图1含分布式光伏接入的配电网模型Fig.1Distribution network model with distributedphotovoltaic integration分布式光伏接人前,忽略线路损耗,线路上节点j的电压幅值U,为18 :2PuR:+2QuXU,=U。-=ki=k(1)Uk-1k=1式中:Uk-1为线路上节点k一1的电压幅值;R,和X
9、分别为节点k一1与节点k之间的电阻和电抗。因为PL和QL,均为正数,所以节点电压沿着馈线逐渐降低。当节点在分布式光伏接人节点i之前时,节点的电压幅值U,为:2Pu-Ppu)R:+QuX:71U,=U。-i=k(2)Uk-1k=1式中:Pp为分布式光伏有功出力。由式(2)可知,当线路中接人分布式光伏后,能一定程度地抬升线路电压。当节点i及其后面的节点总有功负荷大于分布式光伏有功出力时,电压降低,反之,电压升高。当节点j在分布式光伏接人节点i之后,且当用户用电功率因数较高、配电线路电抗较小时,可忽略无功功率的影响,简化后节点的电压幅值U,为:2PR2PL.R:PU,=U.-25=kUk-1U-1k
10、=1k=i+1(3)式中:PL为节点s的有功负荷。由式(3)可知,节点j电压总是小于节点j一1的电压,电压下降2分时电价2.1需求价格弹性理论根据经济学原理,生活中某件商品的需求量与商品的价格存在紧密的联系。电能作为一种商品,同样如此,故定义由电价的变化所引起的用电量的变化为需求弹性系数el19:元e=(4)q元式中:元为现阶段实行的电价;元为电价变化量;9为用电量;q为用电量变化量。假设用户均是理性的,用户对电价的响应,一方面表现为本时间段负荷的削减,主要与本时间段电价变化有关,故定义由本时间段电价变化引起本时间段用电量的变化为自弹性系数;另一方面表现为用户将某一时间段的负荷转移到其他时间段
11、,主要受其他时间段电价高低的影响,故定义由其他时间段电价变化引起本时间段用电量的变化为交叉弹性系数。具体表达式为:eu(5)q元元mAqelm(6)q元m式中:元和元m分别为时间段1和m实行的电价;元/和元m分别为时间段1和m电价变化量;q/和ql分别为时间段1的用电量和用电量变化量;e为时间段l的自弹性系数;elm为时间段l和m之间的交叉弹性系数。通常情况下,用电量与本时间段内的价格成反比,与其他时间段的价格成正比,故eu0,em0。弹性系数的大小一般跟柔性负荷比例、信息互动等因素相关,具体数值可通过社会数据调查、多元线性回归等方法获取若以1日2 4h为1个周期,且已知每时间段的分时电价,由
12、式(5)和式(6)可推导得到响应用户在40式2023,47(10)学术研究时间段1内用电量的变化量:24em元mlm(7)元mm=12.2光伏出力特征与分时电价策略分布式光伏接人之前,常规发电机组调峰调频着重关注的是实际负荷曲线。但将分布式光伏接人配电网后,则需要考虑以实际负荷减去实际分布式光伏出力后的净负荷曲线。光伏出力具有时段性特征,常在午时左右达到最大出力,故本文基于净负荷曲线和光伏出力特点,提出一种面向配电网光伏接纳能力提升的分时电价策略及方法。将光伏出力时间段作为谷时间段,基于需求价格弹性理论,最大限度地提升此时间段内的实际负荷量;通过增大线路间电压降程度,来缓解电压抬升问题,进而提
13、升光伏接纳能力。3模型建立3.1分布式光伏接纳模型建立3.1.1分布式光伏接纳模型目标函数在光伏出力最大阶段(例如每日0 9:0 0 一15:0 0)提升光伏接纳能力能够带来更多的潜在效益,故本文主要评估和对比此时间段内的光伏接纳能力。假定分布式光伏用户所发电量全额上网,目标函数于设为:f=maxP,T.t.pvtETpv(8)r=1式中:N为分布式光伏接人节点个数;T为选取的时间段集合;Pr.pv为第r个分布式光伏单元在时间段t的准人容量。3.1.2分布式光伏接纳模型约束条件1)功率平衡约束nP,=UZUe(Gikcos Oik+Bik sin Ok)k=1(9)Q,=U.ZU(Gi sin
14、 Qik-Bik cos 0ik)式中:P,和Q分别为节点i的注人有功功率与无功功率;G和Bi分别为节点i和节点k之间的电导和电纳;0 i为节点i和节点k之间的电压相角差。2)电压约束Ui.minU,Ui.max(10)式中:Ui.min和Uimax分别为节点i所允许的电压最小值和最大值。3)支路传输容量约束Sy.brSmax.br(11)式中:Sy.br和Smax.br分别为支路y的视在功率及其允许的最大容量。4)分布式光伏准人容量约束OPr.t.pvPr.(12)r,max,pv中:Pr为第r个分布式光伏准人容量最大值。3.2分时电价优化模型建立3.2.1分时电价优化模型目标函数综合考虑分
15、布式光伏接入配电网后的出力特点和净负荷曲线大体趋势,目标函数f设为:fi=maxPvARy(t)(13)tETpv式中:PvARY(t)为部分用户响应分时电价策略后全体用户在时间段t内整体的用电功率。3.2.2分时电价优化模型约束条件1)参与响应用户电费下降约束用户可以通过智能售电端等方式选择是否响应分时电价。响应分时电价的用户,在积极调整用电行为后,电费应有所下降。不响应的用户,按原电价进行收费。电价优化前、后响应用户买电费用分别如式(14)和式(15)所示,电费下降约束如式(16)所示。24D。=元oPTo(t)(14)t=1DTOU=元VPTou(t)+tET.元;PTou(t)+Z元,
16、Prou(t)(15)ETIET,式中:D。和DTou分别为电价优化前、后的买电费用;Pro(t)和Prou(t)分别为响应分时电价策略前、后用户在时间段t的用电功率;元。为电价优化前的电价,一般认为价格为平时间段电价且不变;T、T、T,分别为设定的谷、平、峰时间段集合;元,元,元分别为优化后的谷、平、峰时间段的电价。DTou(1-)D。(16)式中:为设定的电费下降率。2)售电方收入约束售电方在买电时,通常包括2 个部分17 。一部分为用户侧购买的电量,另一部分为在配电网线路传输过程中损失的电量,如下式所示:24DBuy=(1+)Z元buyP。(t)(17)(=1式中:DBuY为售电方买电的
17、费用;为电量损失率;元buy为售电方买电的电价;P。(t)为时间段t部分用户响应分时电价前的整体用电功率。在部分用户响应分时电价后,应保证此时售电方依旧处于盈利状态,如下式所示:http:/WWos-41王守相,等面向配电网光伏接纳能力提升的分时电价优化方法DTou+DNTOu(1+n)DBUY(18)式中:DNTOu为不响应分时电价用户的买电费用;n为售电方收人获利率。3)峰谷电价比约束224(19)元V4)各时间段的电价约束元 元 元(20)5)用户满意度约束本文定义用户满意度2 0 为:24Z/Prou(t)-Pro(t)/=1-(21)24PPTo(t)式中:为用户满意度,EO,1,当
18、用户未改变各时间段内用电量时,用户满意度最大,=1。定义最小满意度为之,与的关系如下式所示:(22)分布式光伏接纳模型与分时电价优化模型间的关系,如附录A图A1所示4模型求解对分布式光伏接纳能力等问题采用启发式算法求解,具有建模过程相对简单、求解思路直观明了、容易获得满足精度的全局最优解等优点。ICA主要是通过帝国内部的同化移动和帝国间的竞争来分别实现局部和全局寻优的启发式算法,相较于常用的遗传算法(geneticalgorithm,G A)等,具有计算时间更短、收敛速度更快2 1 的优点。但采用ICA在求解高维优化问题时,依旧存在容易陷人局部最优的不足,为此本文采用Tent混沌反向学习初始化
19、策略和高斯扰动策略对算法进行改进。以求解分布式光伏接纳模型为例,介绍改进的帝国主义竞争算法(modified imperialist competition algorithm,MICA)的基本原理。步骤1:输人配电网线路和日负荷数据。设置MICA的主要参数,如国家数量Npop、帝国个数Nimp、殖民地个数Ncol、最大送代次数等。步骤2:初始化国家由于ICA随机初始化种群无法确保种群在搜索空间中均匀分布,因此,部分群体可能会偏移最优解,降低种群的多样性,并影响算法的收敛速度,而Tent映射生成的混沌序列具有规律性、随机性和遍历性等特点2 2 ,其具体映射为:2元00.5a+1=(23)2(1
20、-a)0.501wNmp1wNmpG0.7(max(F)-Fumax(Fu01wNmp1wNimp(26)GNu.col=NimNol(27)w=1式中:F和Gw分别为第个帝国的势力和相对势力;F,和G分别为第u个帝国的势力和相对势力;Nu.col为第u个帝国的殖民地个数;为将小数四舍五人成整数的函数步骤3:殖民地向帝国同化移动,以方便帝国主义国家更好地控制其殖民地Cd.col=Cd.col+入o(cu.imp-Cd.col(28)式中:Cu.imp和cd.col分别为第u个帝国和其所统治的第d个殖民地的位置;入为同化系数;8 为在0,1 间的向量。步骤4:帝国改革和殖民地革命。422023,
21、47(10)学术研究为加强算法跳出局部最优的能力,每次迭代过程中采用高斯扰动策略2 4 对帝国位置进行扰动,该扰动过程可视为帝国通过自身改革以期产生更优值的过程,具体如下式所示Cu.imp=Cu.imp(1+hg)(29)式中:h为0,1 间的随机数;g为服从均值为0、方差为1的高斯分布的随机向量。设定殖民地革命概率为Ore,在帝国内随机选择一定数量的殖民地,并产生相同数量的随机解进行替换,以进一步增加群体的多样性。步骤5:帝国集团内部竞争、帝国集团间的竞争和帝国灭亡,原理同ICA。步骤6:算法终止判据。本文选择最大送代次数作为算法终止条件,若未达到最大迭代次数,则返回步骤3;否则停止迭代,输
22、出最强帝国的势力值。通过步骤3至6 的反复迭代,各帝国和殖民地的位置不断寻优改变,使得配电网光伏接纳能力逐渐趋于全局最优解5算例分析在MATLAB2021a软件上采用IEEE33节点系统进行仿真。系统结构如附录A图A2所示,各节点的负荷类型均为居民负荷。选定春季某典型日峰值负荷为(32 6 4十j2023)kVA,电压基准值为12.66kV。采用面向配电网光伏接纳能力提升的分时电价策略及方法进行时段划分。弹性系数采用文献15中数值,其中,自弹性系数为一0.2 0,峰-平交叉弹性系数和平-谷交叉弹性系数均为0.0 2,峰-谷交叉弹性系数为0.0 4。用户参与响应分时电价策略的比例为2 0%,T选
23、为0 9:0 0 一15:0 0 时间段集合,电费下降率设为3%,优化前电价元。为0.490 元/(kWh),买电价格元buy为0.42 5元/(kW.h),电量损失率g为10%,售电方收入获利率为1%,最小满意度设为0.7 5。使用MICA求解分时电价优化模型时,国家数量Npop设为40,帝国个数Nimp为5,殖民地个数Ncol为35,同化系数入为2,殖民地革命概率Ore为0.1,迭代次数为50 0。时段划分及最终优化求解得到的分时电价结果,如表1所示,根据式(7),可以得到用户改变用电行为后,全体用户整体的新负荷曲线,如图2 所示。基于前推回代法进行潮流计算,可以得到无分布式光伏接入时用户
24、响应分时电价前、后的电压分布图,如图3所示。表1时段划分及相应电价结果Table 1Results of time division and correspondingelectricityprice电价元策略时段类别相应时间段(kWh)1)响应分时电价前平时间段01:0024:000.490谷时间段08:0017:000.245响应分时电价后平时间段01:0007:000.600峰时间段18:0024:000.8103.75032502.75022501750125000:0004:0008:0012:0016:0020:0024:00时刻响应分时电价前;一响应分时电价后图2响应分时电价策略
25、前后的负荷曲线Fig.2Load curves before and after responding time-of-use price strategy1.000.990.98nd/甲0.970.960.950.940.9312468101214161820222426283032节点编号响应分时电价前;一一响应分时电价后图3响应分时电价策略前后12:0 0 时电压分布Fig.3Voltage distribution at 12:00 before and afterresponding time-of-use price strategy响应分时电价策略后的新负荷曲线与原负荷曲线相比,
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 面向 配电网 接纳 能力 提升 分时 电价 优化 方法
1、咨信平台为文档C2C交易模式,即用户上传的文档直接被用户下载,收益归上传人(含作者)所有;本站仅是提供信息存储空间和展示预览,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对上载内容不做任何修改或编辑。所展示的作品文档包括内容和图片全部来源于网络用户和作者上传投稿,我们不确定上传用户享有完全著作权,根据《信息网络传播权保护条例》,如果侵犯了您的版权、权益或隐私,请联系我们,核实后会尽快下架及时删除,并可随时和客服了解处理情况,尊重保护知识产权我们共同努力。
2、文档的总页数、文档格式和文档大小以系统显示为准(内容中显示的页数不一定正确),网站客服只以系统显示的页数、文件格式、文档大小作为仲裁依据,平台无法对文档的真实性、完整性、权威性、准确性、专业性及其观点立场做任何保证或承诺,下载前须认真查看,确认无误后再购买,务必慎重购买;若有违法违纪将进行移交司法处理,若涉侵权平台将进行基本处罚并下架。
3、本站所有内容均由用户上传,付费前请自行鉴别,如您付费,意味着您已接受本站规则且自行承担风险,本站不进行额外附加服务,虚拟产品一经售出概不退款(未进行购买下载可退充值款),文档一经付费(服务费)、不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
4、如你看到网页展示的文档有www.zixin.com.cn水印,是因预览和防盗链等技术需要对页面进行转换压缩成图而已,我们并不对上传的文档进行任何编辑或修改,文档下载后都不会有水印标识(原文档上传前个别存留的除外),下载后原文更清晰;试题试卷类文档,如果标题没有明确说明有答案则都视为没有答案,请知晓;PPT和DOC文档可被视为“模板”,允许上传人保留章节、目录结构的情况下删减部份的内容;PDF文档不管是原文档转换或图片扫描而得,本站不作要求视为允许,下载前自行私信或留言给上传者【自信****多点】。
5、本文档所展示的图片、画像、字体、音乐的版权可能需版权方额外授权,请谨慎使用;网站提供的党政主题相关内容(国旗、国徽、党徽--等)目的在于配合国家政策宣传,仅限个人学习分享使用,禁止用于任何广告和商用目的。
6、文档遇到问题,请及时私信或留言给本站上传会员【自信****多点】,需本站解决可联系【 微信客服】、【 QQ客服】,若有其他问题请点击或扫码反馈【 服务填表】;文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“【 版权申诉】”(推荐),意见反馈和侵权处理邮箱:1219186828@qq.com;也可以拔打客服电话:4008-655-100;投诉/维权电话:4009-655-100。