CN107565573B - 一种考虑需求侧电价响应的主动配电网运行计划优化方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种考虑需求侧电价响应的主动配电网运行计划优化方法，包括：设置粒子群算法的基本参数，对各粒子对应的主动配电网运行计划进行初始化；根据需求侧电价响应公式计算各节点的负荷变化量、净负荷；进行电力系统潮流计算，获得各首端节点各时刻需要向主网够买的有功功率，根据功率越限情况进行削负荷或弃电；计算主动配电网的运行总成本，通过粒子群算法迭代获得主动配电网的最优运行计划和最小运行成本。本发明考虑了供应侧和需求侧的协同调节，将蓄电池储能和需求侧电价响应共同纳入到主动配电网运行计划优化，充分发挥“源荷”两侧的削峰填谷能力，提高对间歇性电源的接纳，降低配电网运行成本，可用于配电网运行优化的各种场合。

Description

一种考虑需求侧电价响应的主动配电网运行计划优化方法
技术领域
本发明属于配电网运行优化领域，更具体地，涉及一种考虑需求侧电价响应的主动配电网运行计划优化方法。
背景技术
电力是关系国计民生的基础产业，电力供应对经济发展具有重要作用。可再生新能源与智能电网的发展成为电力行业前进的重要方向。然而，随着以风电、光伏为代表的间歇性可再生能源大规模并网，其固有的出力不确定性、难预测性、不可控性等自然特征也给电力系统生产带来了重大的挑战，严重影响了电力系统的安全运行。
配电网作为电力发、输、配、售中分配电能的重要一环，对于主网和用户的协调配合运行起到了不可或缺的作用。因此，充分挖掘电网侧和需求侧的调节能力，制定经济合理的配电网运行计划是提高可再生新能源消纳能力，降低电力系统运行成本的重要手段。在现有的配电网运行计划优化方面，主要有以下两类方法：
一是针对传统配电网的运行计划优化。配电网仅将电能分配给末端用户，是一种被动的运行模式，在大量分布式电源接入配电网，电网运行压力剧增的背景下，该运行方式难以满足现代电力系统的实际需求。
二是针对主动配电网的运行计划优化。相比于传统配电网，主动配电网能够将电能集中并重新分配，实现用户参与、分布式能源参与、高度自动化的运行模式，实现供需两侧的协调配合运行，提高电网对新能源的接纳能力，降低电网运行成本。但是，现有针对主动配电网的运行计划优化方法中，还存在以下几点不足：
1.在主动配电网运行方式中，主要考虑通过储能装置等可控分布式电源来辅助配电网的协调运行，而电力系统的稳定运行来源于供需两侧的实时平衡，且需求侧资源具有广大的调节空间，现有方法还未能深入考虑储能和需求侧资源共同参与主动配电网的优化运行，未能充分发挥主动配电网“源荷”两侧的削峰填谷能力，其运行还不够经济。
2.在考虑需求侧资源参与的主动配电网运行计划优化方法中，主要考虑的需求侧资源为可中断负荷，即通过可中断合同改变用户负荷，而未深入考虑通过电价响应，即通过电价信号激励用户调整自身的用电习惯，转移用电负荷，以实现主动配电网的安全经济运行，这类方法在不含可中断负荷的主动配电网中不具适应性。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种考虑需求侧电价响应的主动配电网运行计划优化方法，由此解决现有主动配电网运行计划优化方法不能深入考虑储能和需求侧资源共同参与优化运行，基于电价响应的主动配电网优化运行还不够成熟，导致主动配电网运行还不够经济，可再生新能源接纳率不高的技术问题。
为实现上述目的，本发明提供了一种考虑需求侧电价响应的主动配电网运行计划优化方法，包括：
(1)设置粒子群算法的基本参数，对各粒子对应的主动配电网运行计划进行初始化；
(2)根据需求侧电价响应公式，得到各粒子s在第k次迭代后，主动配电网各节点相对于第k-1次迭代后的负荷变化量和净负荷；
(3)根据各节点的净负荷和各支路的阻抗对各粒子进行电力系统潮流计算，获得主动配电网各首端节点各时刻需要向主网够买的有功功率，根据有功功率越限情况进行削负荷或弃电；
(4)对各粒子分别计算第k次迭代后主动配电网的运行总成本，主动配电网运行总成本包括主动配电网购电成本、蓄电池储能的运行维护成本、电价响应成本、以及弃电和削负荷成本，通过粒子群算法迭代优化主动配电网运行总成本，得到主动配电网的最优运行计划和最小运行成本。
进一步的，步骤(1)包括：
(1-1)获取主动配电网系统运行的基础数据，包括风电出力、光伏出力、各支路阻抗、各支路电压等级、各节点的初始负荷需求、蓄电池储能系统运行参数、电价响应自弹性系数、交叉弹性系数和主动配电网系统运行成本参数；
(1-2)设置粒子群算法的基本参数，包括：粒子数S、最大迭代次数kmax、惯性权重的上下限wmax和wmin、学习因子c1和c2，迭代次数的初始值为0，在满足蓄电池运行功率约束、蓄电池剩余容量约束、需求侧电价响应电价变动约束的条件下，对各粒子s对应的主动配电网运行计划进行初始化，产生各粒子s的运行速度，s∈[1，S]。
进一步的，步骤(2)包括：
(2-1)根据电价响应自弹性系数和交叉弹性系数，建立弹性系数矩阵H24×24，其表达式如下：
Figure GDA0001460228610000031
式中，λt,t为第t小时的电价响应自弹性系数，λt,u为第t小时负荷和第u小时电价之间的交叉弹性系数，1≤t≤24，1≤u≤24；
(2-2)根据需求侧电价响应公式计算各粒子s在第k次迭代后，主动配电网各节点i在t时刻相对于第k-1次迭代后的负荷变化量ΔDs,k,i(t)和节点i在t时刻第k次迭代后的负荷值Ds,k,i(t)，计算方法如下：
Figure GDA0001460228610000041
Ds,k,i(t)＝Ds,k-1,i(t)+ΔDs,k,i(t)s∈[1,S],i∈[1,N],t∈[1,24]
式中，Ds,k-1,i(t)为节点i在t时刻第k-1次迭代后的负荷值，ΔMs,k(t)为主动配电网第k次迭代相对于第k-1次迭代后在t时刻的售电电价变化，Ms,k-1(t)为主动配电网第k-1次迭代后在t时刻的售电电价，N为主动配电网的节点数；
(2-3)在Ds,k,i(t)的基础上，扣除各节点i在t时刻的风电出力、光伏出力和储能运行功率后，得到各节点i在t时刻的净负荷。
进一步的，步骤(3)包括：
(3-1)根据各支路的阻抗参数，各节点i在t时刻的净负荷，节点注入功率，在满足潮流平衡方程和节点电压约束的条件下，对各粒子s进行电力系统潮流计算，获得主动配电网各首端节点a在t时刻需要向主网够买的有功功率Ps,k,a(t)，a为首端节点序号；
(3-2)对各粒子s，若
Figure GDA0001460228610000042
超过主动配电网向主网购电功率上限Pmax，则在t时刻对主动配电网进行切负荷处理，切负荷电力为
Figure GDA0001460228610000043
若
Figure GDA0001460228610000044
低于主动配电网向主网购电功率下限Pmin，则在t时刻对主动配电网进行弃电处理，弃电电力为
Figure GDA0001460228610000045
其中，
Figure GDA0001460228610000046
表示主动配电网t时刻需要向主网够买的总电力。
进一步的，步骤(4)包括：
(4-1)对各粒子s，分别计算第k次迭代后主动配电网的运行总成本Fs,k，与前k-1次迭代后的运行总成本计算结果比较，计算第k次迭代后各粒子s的个体最小运行成本Fbest,s,k和对应的个体最优运行计划，并计算主动配电网第k次迭代后的全局最小运行成本Fbest,k和对应的全局最优运行计划；
(4-2)判断是否满足迭代终止条件，若满足，终止迭代，进入步骤(4-4)；若不满足，令k＝k+1，然后进入步骤(4-3)；
(4-3)在满足蓄电池运行功率约束，剩余容量约束，需求侧电价响应电价变动约束的条件下，更新各粒子s的运行速度vs,k及其对应的主动配电网运行计划Ys,k，然后返回步骤(2)；
(4-4)输出主动配电网的最优运行计划，即各蓄电池储能系统24h的最优运行功率，主动配电网24h的最优售电电价，以及主动配电网的最小运行成本。
进一步的，节点电压约束为Ui,min≤Ui(t)≤Ui,max，主动配电网系统t时刻的潮流平衡方程采用下式描述：
Figure GDA0001460228610000051
Figure GDA0001460228610000052
其中，Ui,min和Ui,max分别为节点i的电压下限和上限，Pi(t)和Qi(t)分别为节点i在t时刻除风电、光伏、储能之外的其它电源注入有功功率和无功功率，Re(Li(t))为求实部函数，
Li(t)为节点i在t时刻的净负荷；Ui(t)和Uj(t)分别为节点i和节点j的电压，j∈i表示节点j与节点i直接相连；Gij(t)和Bij(t)分别为配电网支路ij在t时刻的导纳实部与虚部；θij(t)为支路ij两端节点t时刻的相角差。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：
1、本发明以主动配电网运行总成本最小为目标提出了一种主动配电网运行计划优化方法，将主动配电网购电成本、蓄电池储能的运行维护成本、电价响应成本以及弃电和削负荷成本均考虑在内，在满足主动配电网实际运行中各项约束条件的基础上，采用粒子群算法求解主动配电网的最优运行计划，该方法更契合主动配电网运行实际，且能够减少主动配电网的运行成本，实现主动配电网的经济运行。
2、本发明在风电、光伏发电等间歇性分布式电源不断接入主动配电网的背景下，考虑了电力供应侧和需求侧的协同调节作用，将蓄电池储能和需求侧电价响应共同纳入到主动配电网的运行计划优化研究中，能够充分发挥主动配电网“源荷”两侧的削峰填谷能力，提高配电网对间歇性分布式电源的接纳。
3、本发明提出了基于电价响应弹性系数矩阵的电价响应方法，通过电价激励引导用户主动调整用电行为，通过负荷转移，在不改变电力用户用电需求的情况下，降低主动配电网日负荷曲线的峰谷差，有利于配电网的安全稳定运行，本发明能够在多数配电网中应用，适应性较好。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种考虑需求侧电价响应的主动配电网运行计划优化方法的流程图；
图2为本发明实施例1提供的主动配电网运行计划优化方法的流程图；
图3为本发明实施例1提供的21节点主动配电网接线图；
图4为本发明实施例1提供的风电、光伏发电24h预测出力曲线图；
图5为本发明实施例1提供的电价响应后的24h有功总负荷同原始负荷的对比图；
图6为本发明实施例1提供的三种运行模式下的削峰填谷效果对比图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
如图1所示，一种考虑需求侧电价响应的主动配电网运行计划优化方法，包括：设置粒子群算法的基本参数，对各粒子对应的主动配电网运行计划进行初始化；根据需求侧电价响应公式，得到各粒子s在第k次迭代后，主动配电网各节点相对于第k-1次迭代后的负荷变化量和净负荷；根据各节点的净负荷和各支路的阻抗对各粒子进行电力系统潮流计算，获得主动配电网各首端节点各时刻需要向主网够买的有功功率，根据有功功率越限情况进行削负荷或弃电；对各粒子分别计算第k次迭代后主动配电网的运行总成本，主动配电网运行总成本包括主动配电网购电成本、蓄电池储能的运行维护成本、电价响应成本、以及弃电和削负荷成本，通过粒子群算法迭代优化主动配电网运行总成本，得到主动配电网的最优运行计划和最小运行成本。
实施例1
如图2所示，本发明实施例1提供的一种考虑需求侧电价响应的主动配电网运行计划优化方法，包括：
(1)获取主动配电网系统运行的基础数据，包括风电和光伏电站各小时日前预测出力，主动配电网各支路阻抗、电压等级、各节点的初始负荷需求，蓄电池储能系统运行参数，电价响应自弹性系数和交叉弹性系数，主动配电网系统运行成本参数。
蓄电池系统运行参数包括额定容量、额定充放电功率、充放电电量变化范围、蓄电池初始剩余电量；主动配电网系统运行成本参数包括各时段的购电单价、电价响应前的初始售电单价、削负荷成本系数、弃风弃光成本系数、蓄电池储能运行维护成本系数。
图3为本发明提供的21节点主动配电网实施例的接线图，其中1号节点为首端节点，节点15处配置一个风力发电系统和一个蓄电池储能系统，节点21处配置一个光伏系统和一个蓄电池储能系统。其中，主动配电网系统电压等级均为10kV，各支路阻抗见表1、系统24h的初始负荷总需求见表2。
表1 21节点主动配电网各支路阻抗参数
支路号 首端母线 末端母线 电阻/Ω 电抗/Ω
1 1 2 0.144 0.196
2 2 3 0.108 0.147
3 3 4 0.163 0.179
4 4 5 0.205 0.225
5 5 6 0.172 0.188
6 6 7 0.174 0.191
7 7 8 0.149 0.164
8 8 9 0.165 0.181
9 9 10 0.249 0.122
10 10 11 0.283 0.139
11 11 12 0.249 0.122
12 12 13 0.277 0.136
13 13 14 0.218 0.107
14 14 15 0.302 0.148
15 9 16 0.115 0.096
16 16 17 0.109 0.092
17 17 18 0.202 0.099
18 18 19 0.474 0.232
19 17 20 0.297 0.146
20 20 21 0.381 0.187
21 21 22 0.318 0.156
表2 21节点主动配电网24小时初始负荷总需求(单位：kW)
时刻 负荷 时刻 负荷 时刻 负荷
0:00 2212 8:00 1563 16:00 2457
1:00 1845 9:00 1799 17:00 2650
2:00 1653 10:00 2049 18:00 2669
3:00 1464 11:00 2210 19:00 2726
4:00 1424 12:00 2389 20:00 2932
5:00 1519 13:00 2436 21:00 2849
6:00 1385 14:00 2362 22:00 2704
7:00 1486 15:00 2359 23:00 2471
图4为本发明实施例中风电和光伏发电24h预测出力；蓄电池储能系统容量为300kWh，其充放电电量变化范围为额定容量的20％～90％，额定充放电功率为60kW，初始剩余电量为150kWh；自弹性系数均取-0.2，交叉弹性系数均取0.01；主动配电网从主网购电单价分别为0.15元/kWh(1:00-9:00)、0.5元/kWh(16:00-23:00)、0.25元/kWh(23:00-1:00，9:00-16:00)，初始售电单价M0为0.55元/kWh，蓄电池的单位运行维护费用取0.05元/kWh，削负荷成本系数为20元/kWh，弃风弃光成本系数为0.8元/kWh。
(2)设置粒子群算法的粒子数S、最大迭代次数kmax、惯性权重的上下限wmax和wmin,学习因子c1和c2，迭代次数初始值设置为0，在满足蓄电池运行功率约束、蓄电池剩余容量约束、需求侧电价响应电价变动约束的条件下，对各粒子s进行初始化，同时随机产生各粒子s的运行速度，s∈[1,S]。
其中，一个粒子s代表主动配电网的一种运行计划，用Ys,k＝[P1,BESS,s,k…Pr,BESS,s,k…PR,BESS,s,k,Ms,k]表示，粒子s的运行速度用vs,k＝[v1,BESS,s,k…vr,BESS,s,k…vR,BESS,s,k,vDR,s,k]表示，Ys,k和vs,k均为24(R+1)维行向量。式中，Pr,BESS,s,k＝[Pr,BESS,s,k(1),Pr,BESS,s,k(2)...Pr,BESS,s,k(t)...Pr,BESS,s,k(24)]表示第r个蓄电池储能24h的运行功率，r表示蓄电池储能的序号，r∈[1,R]，R为蓄电池储能系统的数量，主动配电网中可以存在多个蓄电池储能系统；Ms,k＝[Ms,k(1),Ms,k(2)...Ms,k(t)...Ms,k(24)]表示主动配电网24h的售电电价；vr,BESS,s,k＝[vr,BESS,s,k(1),vr,BESS,s,k(2)…vr,BESS,s,k(t)…vr,BESS,s,k(24)]表示粒子群算法中粒子s对应的第r个蓄电池储能24h运行功率的更新速度；vDR,s,k＝[vDR,s,k(1),vDR,s,k(2)…vDR,s,k(t)…vDR,s,k(24)]表示粒子群算法中粒子s对应的主动配电网24h售电电价的更新速度。
蓄电池运行功率约束为Pr,BESSmin≤Pr,BESS(t)≤Pr,BESSmax，剩余容量约束为Er,min≤Er(t)≤Er,max和Er(0)＝Er(24)，需求侧电价响应电价变动约束为Mmin≤M(t)≤Mmax和
Figure GDA0001460228610000091
各粒子s对应的主动配电网运行计划在初始化和迭代过程中均需要满足上述约束条件。式中，Pr,BESSmin和Pr,BESSmax为第r个蓄电池储能系统的最小运行功率和最大运行功率。Er,min和Er,max为第r个蓄电池储能的剩余容量的上下限，Er(t)为第r个蓄电池储能t时刻的剩余容量。Mmin和Mmax为主动配电网系统售电电价的最低电价和最高电价，L∑(t)为主动配电网系统各节点的净负荷之和，M(t)为t时刻售电电价，M0为电价响应前的初始售电电价。
本发明实施例中，设置粒子数S为80，最大迭代次数kmax为300，惯性权重wmax取0.9，惯性权重下限wmin取0.4，学习因子c1和c2取2。蓄电池储能系统的个数R为2，Pr,BESSmin和Pr,BESSmax分别取-60kW和60kW。Er,min和Er,max分别取60kWh和270kWh，。Mmin和Mmax分别取0.3元/kWh和1元/kWh，M0取0.55元/kWh。Ys,k和vs,k均为72维行向量。
(3)根据需求侧电价响应公式计算各粒子s在第k次迭代后，各节点i在时刻t的净负荷Ls,k,i(t)，包括以下步骤：
(31)根据步骤(1)获取的主动配电网系统电力用户24h的电价响应自弹性系数和交叉弹性系数，建立弹性系数矩阵H24×24，其表达式如下：
Figure GDA0001460228610000101
式中，λt,t为第t小时的电价响应自弹性系数，λt,u为第t小时负荷和第u小时电价之间的交叉弹性系数，1≤t≤24，1≤u≤24；
(32)对各粒子s，计算第k次迭代后，负荷节点i时刻t相对于第k-1次迭代后的负荷变化量ΔDs,k,i(t)及实际负荷Ds,k,i(t)，计算方法如下：
Figure GDA0001460228610000102
Ds,k,i(t)＝Ds,k-1,i(t)+ΔDs,k,i(t)s∈[1,S],i∈[1,N],t∈[1,24]
式中，ΔDs,k,i(t)为节点i时刻t第k次迭代相对于第k-1次迭代后的负荷变化量，Ds,k,i(t)为节点i时刻t第k次迭代后的负荷值，Ds,k-1,i(t)为节点i时刻t第k-1次迭代后的负荷值，ΔMs,k(t)为主动配电网第k次迭代相对于第k-1次迭代后的售电电价变化，Ms,k-1(t)为主动配电网第k-1次迭代后的售电电价。
(33)对各粒子s，根据公式Ls,k,i(t)＝Ds,k,i(t)-PW,i(t)-PV,i(t)-PBESS,s,k,i(t)计算第k次迭代后节点i时刻t的净负荷Ls,k,i(t)。PW,i(t)和PV,i(t)分别为节点i在时刻t的风电有功总出力和光伏有功总出力，PBESS,s,k,i(t)为第k次迭代后节点i时刻t的蓄电池储能有功总出力，在本发明中将风电、光伏发电和蓄电池储能的功率因数均取为1，即认为其无功出力均为0。
通过电价响应弹性系数矩阵H24×24计算电价变化后电力用户各时段的用电负荷，既考虑了电力用户当前时刻的电力需求和当前时刻电价的相依关系，又考虑了和其它时刻电价的影响。通过优化主动配电网各时段的售电电价，引导用户主动调整用电行为，转移用电负荷，能够在不改变用户总用电需求的情况下，减小主动配电网日负荷曲线的峰谷差，有利于配电网的安全稳定运行，适应性好。
如图5所示，为实施例中按照上述方法确定的某次迭代之后主动配电网电价响应后的24h有功总负荷同初始负荷需求的对比图。结果显示，电价响应后的负荷曲线与原负荷曲线的趋势基本相同，但在负荷高峰期，负荷有所下降，而在负荷低谷期，负荷有所增加。最大负荷从2932kW下降到2670.8kW，最小负荷由1385kW增加到1499.6kW，峰谷差由1547kW减小为1171.2kW，负荷曲线更为平坦，有利于配电网的安全稳定运行。
(4)对各粒子s，根据各支路的阻抗，各节点i时刻t的净负荷值Ls,k,i(t)，节点注入功率Pi(t)+jQi(t)，在满足潮流平衡方程和节点电压约束的条件下，进行电力系统潮流计算，获得主动配电网各首端节点a(接入主网的节点)时刻t需要向主网够买的有功功率Ps,k,a(t)。s∈[1,S]，t∈[1,24]，a为首端节点序号，一个主动配电网可以通过多个节点接入主网。
其中，节点电压约束为Ui,min≤Ui(t)≤Ui,max，主动配电网系统t时刻的潮流平衡方程采用下式描述：
Figure GDA0001460228610000121
Figure GDA0001460228610000122
式中，Ui,min和Ui,max分别为节点i的电压下限和上限；Pi(t)和Qi(t)分别为节点i时刻t除风电、光伏、储能之外的其它电源注入有功功率和无功功率；Re(.)为求实部函数，Im(.)为求虚部函数；Li(t)为节点i时刻t的净负荷；Ui(t)和Uj(t)分别为节点i和节点j的电压，j∈i表示节点j为与节点i直接相连；Gij(t)和Bij(t)分别为配电网支路ij时刻t的导纳实部与虚部；θij(t)为支路ij两端节点t时刻的相角差。对任意粒子s，任意迭代次数k，主动配电网运行均需要满足上述约束条件。
本发明的实施例中，21节点主动配电网系统只有一个首端节点，即节点1，电压波动范围考虑为0.95～1.05，即Ui,min取9.5kV，Ui,max取10.5kV。
(5)对各粒子s，判断
Figure GDA0001460228610000123
是否超过主动配电网向主网购电功率的上下限。若
Figure GDA0001460228610000124
超过购电功率上限Pmax，则在时刻t对主动配电网进行切负荷处理，切负荷电力为
Figure GDA0001460228610000125
然后进入步骤(6)；若
Figure GDA0001460228610000126
低于购电功率下限Pmin，则在时刻t对主动配电网进行弃电处理，弃电电力为
Figure GDA0001460228610000127
然后进入步骤(6)；若
Figure GDA0001460228610000128
不越限，进入步骤(6)。其中，
Figure GDA0001460228610000129
表示主动配电网t时刻需要向主网够买的总电力，s∈[1,S]，t∈[1,24]。
本发明实施例中设置主动配电网各时刻的购电功率上限为2.8MW，购电功率下限为1.3MW，由于实施例中只有节点1一个首端节点，故在步骤(4)进行潮流计算后，仅需要判定节点1的有功率功率是否超过主动配电网的购电功率上下限。
(6)对各粒子s，分别计算第k次迭代后主动配电网的运行总成本Fs,k，同前k-1次迭代后的运行总成本计算结果相比较，计算第k次迭代后各粒子s的个体最小运行成本Fbest,s,k和对应的个体最优运行计划Ybest,s,k，全局最小运行成本Fbest,k和对应的全局最优运行计划Ybest,k，包括以下步骤：
(61)根据公式
Figure GDA0001460228610000131
计算各粒子s第k次迭代后主动配电网向主网购电的购电成本FG,s,k；根据公式
Figure GDA0001460228610000132
计算各粒子s第k次迭代后蓄电池储能系统的运行维护成本FBESS,s,k；根据公式
Figure GDA0001460228610000133
计算各粒子s第k次迭代后主动配电网的电价响应成本FDR,s,k。
式中，a为首端节点序号，πG为主动配电网向主网购电的购电单价，Ps,k,a(t)为t时刻主动配电网需通过首端节点a向主网够买的电力，Pmax和Pmin分别为主动配电网向主网购买的电力上限和下限，r为蓄电池储能的序号，πBESS为蓄电池储能的运行维护单价，Pr,BESS,s,k(t)为第r个蓄电池储能t时刻的运行功率，Di,0(t)为节点i时刻t的初始负荷，M0为初始售电电价，Ds,k,i(t)为节点i时刻t电价响应后的实际负荷，Ms,k(t)为主动配电网时刻t电价响应后售电电价，i表示节点序号，N表示节点数量，s∈[1,S]表示粒子序号，k表示迭代次数。
(62)计算各粒子s第k次迭代后主动配电网的削负荷成本和弃电成本FCF,s,k，计算公式如下：
Figure GDA0001460228610000141
Figure GDA0001460228610000142
Figure GDA0001460228610000143
式中，πLOSS切负荷成本系数，πABAN为弃电成本系数，δ1,s,k(t)为切负荷判定系数，δ2,s,k(t)为弃电判定系数，Ps,k,a(t)为t时刻主动配电网通过首端节点a向主网够买的电力，Pmax和Pmin分别为主动配电网向主网购买的电力上限和下限。
(63)根据公式Fs,k＝FG,s,k+FBESS,s,k+FDR,s,k+FCF,s,k计算各粒子s第k次迭代后主动配电网的运行总成本Fs,k；并同前k-1次迭代后的运行总成本计算结果相比较，根据公式Fbest,s,k＝min(Fs,1,Fs,2.....Fs,k)计算各粒子s第k次迭代后的个体最小运行总成本Fbest,s,k，Fbest,s,k对应的主动配电网运行计划Ybest,s,k＝[Pbest,1,BESS,s,k…Pbest,r,BESS,s,k…Pbest,R,BESS,s,k,Mbest,s,k]即为粒子s第k次迭代后的个体最优运行计划；并根据公式Fbest,k＝min(Fbest,1,k,Fbest,2,k...Fbest,s,k...Fbest,S,k)计算主动配电网第k次迭代后的全局最小运行总成本，Fbest,k对应的主动配电网运行计划Ybest,k＝[Pbest,1,BESS,k…Pbest,r,BESS,k…Pbest,R,BESS,k,Mbest,k]即为主动配电网第k次迭代后的全局最优运行计划。
式中，Pbest,r,BESS,s,k为粒子s第k次迭代后主动配电网第r个蓄电池储能系统24h的个体最优运行功率，Mbest,s,k为粒子s第k次迭代后主动配电网24h的个体最优售电电价，Pbest,r,BESS,k为第k次迭代后主动配电网第r个蓄电池储能系统24h的全局最优运行功率，Mbest,k为第k次迭代后主动配电网24h的全局最优售电电价。
通过粒子群算法不断迭代优化由主动配电网购电成本FG,s,k、蓄电池储能的运行维护成本FBESS,s,k、电价响应成本FDR,s,k以及弃电和削负荷成本FCF,s,k构成的主动配电网运行总成本，更契合主动配电网运行实际，能够获得主动配电网运行的全局最小成本和最优运行计划，实现主动配电网的经济运行。
本发明实施例中包含两个蓄电池储能系统，各项运行成本参数已在步骤(1)中给出。
(7)判断是否满足迭代终止条件，所述迭代终止条件为k＝kmax or Fbest,k＝Fbest,k-1，即当迭代次数达到设置的最大迭代次数kmax或者连续两次迭代主动配电网的全局最小运行总成本不发生变化时终止迭代，然后进入步骤(9)；若不满足，令k＝k+1，然后进入步骤(8)。
(8)在满足蓄电池运行功率约束，剩余容量约束，需求侧电价响应电价变动约束的条件下，更新粒子s的运行速度vs,k及对应的主动配电网运行计划Ys,k，然后返回步骤(3)。
其中，蓄电池运行功率约束，剩余容量约束，需求侧电价响应电价变动约束同步骤(2)一致，根据公式vs,k＝w(k)·vs,k-1+c1·b1(Ybest,s,k-1-Ys,k-1)+c2·b2(Ybest,k-1-Ys,k-1)更新各粒子s的运行速度vs,k，然后根据公式Ys,k＝Ys,k-1+vs,k更新粒子s对应的主动配电网运行计划。
式中，w为惯性权重，根据公式w(k)＝wmax-k(wmax-wmin)/kmax确定w(k)；c1和c2为学习因子，帮助粒子向个体最优运行计划和全局最优运行计划靠近，实施例中上述参数设置已经在步骤(2)中给出；r1和r2为0-1之间的均匀随机数，避免搜索速度的单一性；k为迭代次数；vs,k和为粒子s第k次迭代的运行速度向量；Ys,k为粒子s第k次迭代后的运行计划；Ybest,s,k-1为粒子s第k-1次迭代后的个体最优运行计划；Ybest,k-1为第k-1次迭代后的全局最优运行计划。
采用粒子群算法，根据公式Ys,k＝Ys,k-1+vs,k不断迭代更新主动配电网的运行计划，以各蓄电池储能系统24h的运行功率以及主动配电网24h的售电电价为协同优化变量，能够充分发挥电力供应侧和需求侧的协同调节作用，实现主动配电网的削峰填谷，提高间歇性分布式电源的接纳。
(9)输出主动配电网系统的最优运行计划，即各蓄电池储能系统24h的最优运行功率，主动配电网24h的最优售电电价，以及系统的最小运行成本。
如表3所示，为按照上述方法确定的主动配电网最优运行计划，包括两个蓄电池储能系统的24h运行功率和主动配电网的24h售电电价。结果显示，电价在负荷高峰时高于0.55元/kWh，用户减少用电或将部分用电行为转移到到其它时段，在负荷低谷时电价低于0.55元/kWh，用户增加用电。蓄电池储能在负荷低谷时段充电，在负荷高峰时段放电，进一步优化负荷曲线，减小了峰谷差，且由于电价响应对负荷曲线的调整，蓄电池储能在峰谷时段不必以最大功率充放电，减小蓄电池的运行压力。由此可见，储能和电价响应共同参与主动配电网的运行计划优化能够起到较好的削峰填谷作用，实现主动配电网可靠、经济运行。
表3 21节点主动配电网最优运行计划(单位：kW；元/kWh)
时刻 电价 储能1 储能2 时刻 电价 储能1 储能2
0:00 0.45 60.0 60.0 12:00 0.48 -0.8 -0.1
1:00 0.30 22.9 -5.0 13:00 0.50 0.2 -5.1
2:00 0.32 -15.0 -23.1 14:00 0.47 -6.1 -6.0
3:00 0.44 -42.9 -40.4 15:00 0.52 -8.5 -6.5
4:00 0.30 -60.0 -50.8 16:00 0.64 5.8 4.5
5:00 0.45 -7.2 -25.1 17:00 0.68 7.8 8.4
6:00 0.41 -40.7 -34.2 18:00 0.70 12.4 23.8
7:00 0.39 -32.8 -15.5 19:00 0.75 25.2 31.1
8:00 0.40 -29.7 -13.5 20:00 1.00 53.5 49.2
9:00 0.44 -5.7 0.0 21:00 0.86 32.3 32.0
10:00 0.35 1.9 0.8 22:00 0.80 12.9 1.9
11:00 0.45 0.0 -0.4 23:00 0.45 -60.0 -60.0
为进一步说明本发明的显著优点和有益效果，实施例中设置了三种主动配电网运行模式，并对三种模式下的削峰填谷效果以及最小运行总成本进行了比较，模式一为无储能无电价响应运行，模式二为有储能无电价响应运行，模式三为储能和电价响应协同运行。
如图6所示，为实施例中三种运行模式下的主动配电网削峰效果对比图，如表4所示，为实施例中三种运行模式下的最小运行总成本。结果显示：模式二由于蓄电池储能系统的调节，总体运行成本相比于模式一节省了20.7％，峰谷差从1725.1kW减小到1485.1kW，相比于模式一减小了13.9％；模式三在蓄电池储能系统和需求侧电价响应共同调节后，总运行成本相比于模式一减少了30％，峰谷差进一步减小到1293.8kW，相比于模式一减小了25％，削峰填谷效果相比于模式二更明显。由此可见，本发明通过蓄电池储能和需求侧电价响应协同参与主动配电网的调节，能够实现主动配电网的最优运行。
表4三种模式下的最小运行成本成本结果表(单位：元)
类别 模式一 模式二 模式三
购电成本 15612.5 15640.6 15376.1
弃电成本 55.6 0 0
蓄电池运行维护成本 0 52.8 52
削负荷成本 6316.4 1729.5 0
电价响应成本 0 0 -9.8
总成本 21984.5 17422.9 15418.3
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种考虑需求侧电价响应的主动配电网运行计划优化方法，其特征在于，包括：
(1)设置粒子群算法的基本参数，对各粒子对应的主动配电网运行计划进行初始化；
(2)根据需求侧电价响应公式，得到各粒子s在第k次迭代后，主动配电网各节点相对于第k-1次迭代后的负荷变化量和净负荷；
(3)根据各节点的净负荷和各支路的阻抗对各粒子进行电力系统潮流计算，获得主动配电网各首端节点各时刻需要向主网够买的有功功率，根据有功功率越限情况进行削负荷或弃电；
(4)对各粒子分别计算第k次迭代后主动配电网的运行总成本，主动配电网运行总成本包括主动配电网购电成本、蓄电池储能的运行维护成本、电价响应成本、以及弃电和削负荷成本，通过粒子群算法迭代优化主动配电网运行总成本，得到主动配电网的最优运行计划和最小运行成本；
所述步骤(1)包括：
(1-1)获取主动配电网系统运行的基础数据，包括风电出力、光伏出力、各支路阻抗、各支路电压等级、各节点的初始负荷需求、蓄电池储能系统运行参数、电价响应自弹性系数、交叉弹性系数和主动配电网系统运行成本参数；
(1-2)设置粒子群算法的基本参数，包括：粒子数S、最大迭代次数kmax、惯性权重的上下限wmax和wmin、学习因子c1和c2，迭代次数的初始值为0，在满足蓄电池运行功率约束、蓄电池剩余容量约束、需求侧电价响应电价变动约束的条件下，对各粒子s对应的主动配电网运行计划进行初始化，产生各粒子s的运行速度，s∈[1，S]；
所述步骤(2)包括：
(2-1)根据电价响应自弹性系数和交叉弹性系数，建立弹性系数矩阵H24×24，其表达式如下：
Figure FDA0002494642650000021
式中，λt,t为第t小时的电价响应自弹性系数，λt,u为第t小时负荷和第u小时电价之间的交叉弹性系数，1≤t≤24，1≤u≤24；
(2-2)根据需求侧电价响应公式计算各粒子s在第k次迭代后，主动配电网各节点i在t时刻相对于第k-1次迭代后的负荷变化量ΔDs,k,i(t)和节点i在t时刻第k次迭代后的负荷值Ds,k,i(t)，计算方法如下：
Figure FDA0002494642650000022
Ds,k,i(t)＝Ds,k-1,i(t)+ΔDs,k,i(t)s∈[1,S],i∈[1,N],t∈[1,24]
式中，Ds,k-1,i(t)为节点i在t时刻第k-1次迭代后的负荷值，ΔMs,k(t)为主动配电网第k次迭代相对于第k-1次迭代后在t时刻的售电电价变化，Ms,k-1(t)为主动配电网第k-1次迭代后在t时刻的售电电价，N为主动配电网的节点数；
(2-3)在Ds,k,i(t)的基础上，扣除各节点i在t时刻的风电出力、光伏出力和储能运行功率后，得到各节点i在t时刻的净负荷；
所述步骤(3)包括：
(3-1)根据各支路的阻抗和各节点i在t时刻的净负荷，在满足潮流平衡方程和节点电压约束的条件下，对各粒子s进行电力系统潮流计算，获得主动配电网各首端节点a在t时刻需要向主网够买的有功功率Ps,k,a(t)，a为首端节点序号；
(3-2)对各粒子s，若
Figure FDA0002494642650000031
超过主动配电网向主网购电功率上限Pmax，则在t时刻对主动配电网进行切负荷处理，切负荷电力为
Figure FDA0002494642650000032
若
Figure FDA0002494642650000033
低于主动配电网向主网购电功率下限Pmin，则在t时刻对主动配电网进行弃电处理，弃电电力为
Figure FDA0002494642650000034
其中，
Figure FDA0002494642650000035
表示主动配电网t时刻需要向主网够买的总电力；
节点电压约束为Ui,min≤Ui(t)≤Ui,max，主动配电网系统t时刻的潮流平衡方程采用下式描述：
Figure FDA0002494642650000036
Figure FDA0002494642650000037
其中，Ui,min和Ui,max分别为节点i的电压下限和上限，Pi(t)和Qi(t)分别为节点i在t时刻除风电、光伏、储能之外的其它电源注入有功功率和无功功率，Re(Li(t))为求实部函数，Li(t)为节点i在t时刻的净负荷；Ui(t)和Uj(t)分别为节点i和节点j的电压，j∈i表示节点j与节点i直接相连；Gij(t)和Bij(t)分别为配电网支路ij在t时刻的导纳实部与虚部；θij(t)为支路ij两端节点t时刻的相角差；
所述方法通过负荷转移，在不改变电力用户用电需求的情况下，降低主动配电网日负荷曲线的峰谷差。
2.如权利要求1所述的一种考虑需求侧电价响应的主动配电网运行计划优化方法，其特征在于，所述步骤(4)包括：
(4-1)对各粒子s，分别计算第k次迭代后主动配电网的运行总成本Fs,k，与前k-1次迭代后的运行总成本计算结果比较，计算第k次迭代后各粒子s的个体最小运行成本Fbest,s,k和对应的个体最优运行计划，并计算主动配电网第k次迭代后的全局最小运行成本Fbest,k和对应的全局最优运行计划；
(4-2)判断是否满足迭代终止条件，若满足，终止迭代，进入步骤(4-4)；若不满足，令k＝k+1，然后进入步骤(4-3)；
(4-3)在满足蓄电池运行功率约束，剩余容量约束，需求侧电价响应电价变动约束的条件下，更新各粒子s的运行速度vs,k及其对应的主动配电网运行计划Ys,k，然后返回步骤(2)；
(4-4)输出主动配电网的最优运行计划，即各蓄电池储能系统24h的最优运行功率，主动配电网24h的最优售电电价，以及主动配电网的最小运行成本。
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