基于对常规主动配电网规划相关理论分析,能源互联网背景下的主动配电网内能源资源多元化、灵活性特征,使得负荷预测过程只有紧密切合用户用电特征,综合考虑规划区域供需要求,才有可能使得预测结果更贴近实际。为解决因多元分布式负荷接入,导致主动配电网现有基建设备利用率低,规划建设费用高的难题,分别从用户需求管理差异性与负荷优化调度两方面入手,结合各可调资源的运行状态、调节能力,构建了一种能源互联网视角下考虑多元用户需求管理的主动配电网规划模型。具体研究过程如下。
能源互联网多元协同优化调控技术为能源清洁互联、多能协调互补、供需分散互动同时注重多种能源形式间的综合互补利用。同时,该技术可通过对配电网电力系统各类可调节资源运行态势的实时感知,实现对不同空间内的可控负荷资源的分布式管控。
能源互联网背景下,城市负荷呈现多类别基础设备类负荷形式,负荷优化调控研究除传统电力负荷资源外,还包含气、热、冷等多种能源形式之间的优化调控,主要体现为居民侧微燃机、空气源热泵、冷热电联供、空调、电制冷设备等可调节用电设备。与传统电能调度即时性特征不同,此类能源形式特度特性存在一定滞后性。
能源互联网视角下的主动配电网规划内容架构
传统配电网规划流程主要包括负荷预测、网架结构分析、规划项目确定,规划方法单一,无法发挥 DG 对于电网结构的调节能力,因此,难以实现配电网规划的技术经济最佳。同时,传统配电网内部发电设备都是采取被动控制,而 DG 具有间歇性和波动性,出力不可控,因此,在配电网的规划中不能将其视作常规的发电机组来处理,这些都促使着原有配电系统向着主动配电系统转变。
主动配电网通过灵活的网络拓扑结构进行潮流约束,结合先进的需求响应技术与自主性对负荷综合治理,使其逐步向能源形式的耦合和集成方向发展。现阶段,能源互联网视角下的 ADN 规划多数采用综合协调规划技术。能源互联网视角下的主动配电网规划过程中的负荷预测根据负荷的历史数据及其相关影响因素,分析负荷的变化规律与不同类型用户需求响应差异性,估计和预测未来的电力需求;
其次,平衡主动配电网多利益主体经济获利与各用户负荷与配电网的能源交互,对主动配电网多元负荷优化调度进行研究分析;最后,为更好适应未来智能电网的发展,基于主动管理的理念,以主动配电网网架扩建成本最小为目标,提出新形势下的主动配电网规划方案。
能源互联网视角下的主动配电网负荷预测模型
作为配电网规划的前提和基础,负荷预测精确度将直接影响着配电网规划的质量和后期工程建设投资的经济可行性。能源互联网视角下主动配电网内存在大规模分散性能源,受用户用电意愿影响较大,且用户对待不同类源性负荷反应敏感程度不同,使得用户响应结果不尽相同。在主动管理模式下,如何采用较为准确的负荷预测方法预测规划区域内的多类型电力负荷,为后续主动配电网规划建设投资经济合理性提供可靠的依据。
因此,应该根据含多元用户负荷的智能配电网实际情况,分别解析不同类型用户的用电行为特征以及对需求侧管理的敏感程度。介于上述分析,为使能源互联网视角下的主动配电网投资规划方案更加合理,论文构建电动汽车、微电网等可调度负荷资源精确化负荷预测模型。
(1) 并网型微电网负荷预测分析考虑到分布式能源的分散性、本地消纳以及出力随机性和波动性的影响,并网型微电网负荷预测和负荷特性变得非常复杂。为了使含 MG 的主动配电网规划更加合理,需充分考虑 DR 对 MG 负荷预测的影响。论文借助等效负荷的思想,首先,分析并网型微电网接入配电网时的负荷预测基础思想:部分负荷由微电网中的 DEG 直接供给,此时,等效负荷为系统时刻总负荷与 DEG 所供负荷差额;考虑到并网型微电网用户受需求管理制度影响,论文在常规负荷预测基础上添加了基于价格与激励政策的购售电经济报酬,以实现并网型微电网负荷更精确预测。
(2) 电动汽车充电负荷预测分析能源互联网下的电动汽车通过即插即用装置实现与电网间的信息与能量交互,降低电动汽车充电设施基建成本。论文主要从规划区域内电动汽车用户类型、各类型电动汽车充电频率差异、 EVs 日行驶里程及起始荷电状态、起始充电时间,解析电动汽车用电行为,结合用户对电价及激励政策敏感程度,采用蒙特卡洛算法模拟计算不同类别 EV 充电负荷。首先,按照正态分布规律模拟预测典型日 EV 行驶里程,结合起始充电时间,生成各类别 EV 充电时间与充电负荷;最后,累计叠加得到总充电功率的变化曲线。
(3) 常规用户负荷预测分析能源互联网下主动配电网内部功率双向流动调整电网系统整体运行状态,对电网供用电平衡、削峰填谷有积极影响。基于用户用能习惯与用户用能满意度、用户电费出资行为画像,以用能终端整合利益下优化为目标,可实现用户负荷的精确化模型。因此,常规用户负荷预测模型应基于能源互联网智能用电与主动管理基础理念,结合用户日内用电习惯,综合考虑 IDR 与 PDR 对用户用行为的影响。值得注意的是,由于论文主要研究日内负荷预测与实时优化调度,家庭冷、热设备能源形式特度特性呈现一定滞后性,因此,仅考虑整体居民用户电力负荷预测。
能源互联网视角下的主动配电网负荷调度模型
配电网负荷优化调度是配电工作的主要方式。不同于传统配电网,能源互联网视角下的主动配电网借助配电网能量管理体系,对各类能源设备实施广域协调控制,使得电、气、热等多种能源可相互转化,实现能源资源的优化配置、效率提升和供需互动,提高运行过程中的电网稳定性。由于风光等分布电源以及电动汽车、储能装置等可调度负荷资源的参与,使得主动配电网调度过程需要考虑:负荷需求、可再生能源出力、电价信息、可调度单元出力等多因素。合理的优化负荷优化调度策略有助于电网供电可靠性,能够充分发挥配网规划设备布局的利用率,减少变电站与线路的额外投资成本。
主动需求管理技术发展使负荷调度资源作为独立的主体参与到电网规划建设中。因此,在对主动配电网多类型用户进行更为精确化负荷预测的基础上,针对电力市场内部供用双侧利益主体利益追求的问题,以用户满意度最佳、供电企业综合成本最小为目标函数,构建主动配电网柔性负荷优化调度模型,在主动配电网安全稳定运行下,最大限度避免利益双方利益冲突。
能源互联网视角下的主动配电网规划优化模型
能源互联网视角下的主动配电网规划建设,将从当前配电网的发展状况入手,结合并网型微电网、电动汽车充电桩以及常规用户负荷需求响应在主动配电网内的应用,以各用户满意度最优为前提,以主动配电网后期变电站建设、基建设备整体扩建成本最低为目标,明确扩建线路和变电站所组成的最优主动配电网规划建设方案。针对电动汽车、并网型微电网可调节负荷以及常规用户接入后的主动配电网规划策略。
主要对能源互联网下的主动配电网规划方法总体框架进行详细梳理。通过与常规主动配电网规划方案对比,能源互联网视角下的主动配电网内含有微电网、分布式储能、电动汽车等可调节负荷资源,其规划过程中的负荷预测、负荷优化调度环节存在较大差异。在此基础上,结合主动配电网内并网型微电网分布式电源、电动汽车充电桩以及常规用户负荷需求响应在主动配电网内的应用,以用户满意度最佳、供电企业经济型最优为目标,提出了能源互联网新背景下的主动配电网扩建成本最小的规划方法。