新电改形势下智能配电网调度互动研究应用

0　引言

随着分布式发电技术、电动汽车技术的发展和推广应用，配电网的运行特性发生了根本性改变，运行状态变化频繁，供电可靠性和电能质量下降，甚至引发电压不稳定的现象[1-5]。同时，电力体制改革不断深入推进，特别是2015年《关于进一步深化电力体制改革的若干意见》等一系列文件的颁布与实施，使得电力市场环境和机制日趋成熟，并呈现出多元化的态势。这就需要电力市场的参与者，包括发电侧、电网侧和需求侧，能够通过建立合理有效的交易机制，实现各方利益的共赢。

为了应对这一系列变化，重点解决能源双向互动控制、资源最优化运行模式，以及用户弹性控制等问题，源网荷互动运行控制概念应运而生[6]，即通过电源、电网、负荷三者之间进行协调互动以提高电网功率动态平衡能力，适应未来智能电网的发展需求。2016年江苏省电力公司提出并构建了大规模源网荷友好互动系统，旨在解决特高压等外部电源通道发生故障后，电网功率、频率的稳定问题[7-8]。同时，以激励用户互动为目标的需求侧响应互动的研究也已逐步展开和深入，并取得良好的效果[9-15]。

综上，虽然目前对于源网荷互动理论及技术的研究成果较多，但缺乏针对互动体系全局性的思考和把握，特别是欠缺对相关成果应用与实践的报道。文中考虑电力体制改革的大背景，以含分布式电源、电动汽车充换电站、微电网及智能小区等元素的智能配电网为研究对象，建立了智能配电网调度互动体系结构，提出了互动机制、互动策略及实现方法，采用新型软件平台图模一体化方案开发了智能配电网调度互动决策支持系统，并进行示范应用。研究成果实现了源网荷的统一协调互动，增强了智能配电网的运行弹性水平和互动响应能力，降低了电网建设投资成本，提高了新能源消纳水平，有力保障了智能配电网的灵活、高效运行。

前期准备只是开始，现场汇报才是重头戏。因为胜利测井公司是最晚进入该市场的队伍，于是李淑荣被安排到了最后一个进行汇报。几家测井公司汇报的解释结果几近于标准化答案，胜利测井能有什么秘密法宝？从甲方领导眼中，李淑荣看到了一丝疑虑。早在承接这个项目前，李淑荣就对甲方在该区域的勘探规划、设计等进行了详细了解，她的汇报不仅建立在这口井的具体解释分析上，而且从区域勘探、地质研究等宏观方面给出了中肯的建议。当看到评委脸上充满赞许,甚至竞争对手都流露出赞同欣赏的目光时,李淑荣知道，她们成功了。

1　调度互动框架构建

1.1　网源荷互动条件下的电力流框架

随着各种新型电力元素的出现，配电网中的电能关系随之发生变化，形成的物理对象及其电力流关系如图1所示。

1.3 观察指标 将温度探头置入鼻咽部，连接HP监护仪持续监测患者鼻喉温度作为机体中心温度。记录麻醉时、切皮时、手术开始后 30、60、90、120、150 和 180 min及手术结束时体温;记录输液量、出血量、手术时间、完全苏醒时间(定向力恢复、能正确回答问题、举手、抬头等)、术后寒战和躁动发生情况等指标。

图1　电力流示意 Fig.1　Schematic diagram of power flow

电能经过变压器、输电网、配电网，最终达到用户端。而配电网在接受上级电源的同时，也消纳着分布式电源、微电网等新能源。配电网作为与广大电力用户密切相关的重要环节，为各类用户提供优质可靠电能，利用储能技术将多余的电能进行储存和再利用。

1.2　网源荷互动条件下的业务流和信息流框架

随着电力体制改革的进一步推进，除了电能转换、输送和分配相关的物理对象发生了变化，其管理部门也发生了较大的变化，出现了能源服务公司、电动汽车运营商、售电公司等新兴行业。这些新的要素大多与配电网相关，鉴于此可建立与电力流相对应的智能配电网互动主体与业务关系，如图2所示。分布式光伏与微电网为配电网提供电能，并受能源服务公司的管理，同时能源服务公司参与配电网的调度互动响应。配电网运行管理的部门主要分为调度、营销、运检、发策等部门，不同部门承担着配电网不同的业务，如保电业务、检修业务、业扩业务、运行优化等。负荷侧分为政府定价用户、中小型用户以及电动汽车用户，其中政府定价用户、中小型用户购入电能，并参与配网侧的需求响应。电动汽车则通过充换电站运营商与配电网互动，一方面消耗配电网电能，一方面在配电网用电紧张时向配电网输送电能。

图2　业务流示意 Fig.2　Schematic diagram of operation flow

信息流主要是指为实现上述的电力流、业务流而建立的网源荷三侧相关互动主体间的信息流动。

1.3　调度互动体系结构

在建立电力流、业务流、信息流的基础上，文中提出了智能配电网调度互动体系结构，如图3所示。考虑不同互动场景和互动条件，对源网荷各侧互动主体，特别是能源服务公司、负荷聚合商等新兴元素的互动特性进行分析，以电网峰谷差、负荷均衡、供电可靠率为互动目标，构建智能配电网调度互动框架。在此基础上，设计相应的互动机制，并与各类互动场景实现方法相适应，以实现智能配电网的可靠、灵活、经济、高效运行。

（2）页面除噪模块。该模块主要用于对抓取的信息进行进一步筛选，剔除获取页面中的无价值信息。由于主题爬虫选取的页面通常都带有一些辅助信息，如：网页界面或用户的交流信息、广告等附加图文信息、HTML 界面的CSS 代码等，删除这些不相关的信息，有利用价值信息的获取。

图3　调度互动体系结构 Fig.3　Structure of dispatching interaction

2　调度互动机制设计

智能配电网的可调度互动资源包括负荷资源、分布式电源资源，以及储能资源。其中负荷资源包括工业负荷、商业办公负荷、居民负荷；分布式电源资源包括可控和不可控类型；储能资源包括电动汽车及充换电站。在归纳并分析上述可调度资源特性的基础上[16-19]，文中将工业负荷、商业办公负荷划分为可中断调度资源，将居民负荷、分布式电源、电动汽车及充换电站划分为可平移调度资源。可中断调度资源和可平移调度资源在不同互动场景下，所包含的资源类型也会发生相应调整。

2.1　考虑价格偏好因素的可中断资源互动模型

WANG Ke，LIU Jiantao，YAO Jianguo，et al． A multi-agent based interactive scheduling model considering demand response[J]． Automation of Electric Power Systems，2014，38(13)：121-127．

约束条件包括:(1) 个人理性条件。即要鼓励用户参与，满足用户参与能获得更多利润。(2) 激励相容条件。即用户参与可中断负荷合同后，披露真实信息的利润大于机会成本，从而保证用户上报真实的用户类型。

2.2　基于贝叶斯纳什均衡的可平移资源互动机制

供电公司的电价策略可以影响用户的用电行为，但不能控制用户的用电行为，则这个问题可以用Stackelberg博弈模型来描述。供电公司和用户视为一对博弈参与者，有N个Stackelberg博弈模型，就有N对供电公司与用户博弈参与者。

供电公司在某个时间段发布可平移资源的基准电价信息并传递给用户，用户设计自身可平移负荷用电初步计划，再报给供电公司。供电公司结合此项用电计划，计算此时节点潮流分布并获得各时刻节点灵敏度，根据灵敏度重新拟定电价再次发布用电价格信息。用户根据新的电价拟定最终用电计划。在整个博弈过程中，用户根据用电价格不断调整用电计划，达到用电成本最低的目标。

3　调度互动实现技术

在前文建立调度互动框架和互动机制的条件下，文中考虑年度负荷、月度负荷，以及日负荷等多负荷水平下的源网荷调度互动，并分别制定相应的实现技术。

3.1　长期(年度)调度互动技术

通过长期时间尺度下的互动，利用源网荷三侧资源的协调降低负荷峰谷差、减少尖峰负荷；优化馈线联络点的分布，合理规划分布式电源、电动汽车充放电设施、可中断负荷，实现网源荷的协调发展。

(1) 用能管理。供电公司与大用户或者负荷聚合商协商互动，针对某段时间可能出现的检修计划、高峰负荷等，建议用户改变用电的时间。

(1) 配电网薄弱环节辨识阶段。针对配电网的历史运行数据，如配电网的电压功率数据，设备的负载率，故障信息，保电申请等，评估配电网的薄弱环节。

在ABAQUS中，具有频率提取功能，只要给出关心的振型数目和频率范围，就可以方便地提取振型和其对应的频率，推力杆的各阶固有频率见表3，图4为6阶频率所对应的振型图。结合识别出的模态频率、模态振型分析结果可以看出[4]：推力杆的5阶至10阶模态频率(4.5～12.9 Hz)，未避开路面对汽车的激振频率范围和非悬挂质量的固有频率，有可能发生整体共振现象，加剧推力杆的损坏，建议提高推力杆的刚度。

(2) 常态运行方式优化决策阶段。主要考虑的是季节性运行方式的优化。由于天气、温度、湿度、生产生活规律的变化，在不同的季节，负荷的特点存在较大的不同，而电价也存在差异，比如江苏省在夏季实行尖峰电价。在不同的季节里，分时电价的费率不同，使得负荷的响应也不同。

3.2　中长期(月度)调度互动技术

综合考虑社会生产和生活规律、检修方式、负荷平衡和保电方式对用电负荷的影响，同时计及分布式发电和电动汽车充放电等因素，对电网运行方式进行优化调整，形成智能配电网的中长期调度互动方案。中长期调度互动方案重点解决以下问题：

考虑到配电网源、荷资源的规划不在调度部门完成，而电价等政策也不是由调度部门掌控，因此对于配网调度来说，长期调度互动分为两个阶段：配电网薄弱环节辨识阶段和常态运行方式优化决策阶段。

(2) 保电业务与检修业务的互动。如某条线路有保电的需求，则应不安排检修计划；而如果必须进行检修，则保电的时间应与用户进行沟通协商，并缩短检修工作时间。

3.3　短期(日前)调度互动技术

短期调度互动是在中长期调度互动实施基础上，对一天内的能量平衡进行优化，并计及临时检修和临时保电因素，优化调整运行方式以弥补常态运行方式的不足。短期调度互动主要考虑日前的多时段优化，内容包括：

(1) 检修计划、保电计划等。这两项业务在中长期已经确定了日期、时段以及相关的设备，作为不可控变量。

(2) 各类负荷对于电价响应的潜力，微电网的调控潜力，充换电站和电动汽车的调峰潜力等。

(3) 各时段尖峰电价、分时电价。

[4] 姚建国，赖业宁． 智能电网的本质动因和技术需求[J]． 电力系统自动化，2010，34(2)：1-4．

配制标准溶液应使用无CO2的蒸馏水配制。无CO2蒸馏水通过符合实验室蒸馏水相关要求的水煮沸、冷却后获得，并应注意冷却后的蒸馏水尽快使用。另外，标准溶液一般保存1～2个月为宜，如出现混浊、沉淀等现象，应重新配制。

表1　各阶段调度互动策略 Tab.1　Interactive scheduling strategy

项目长期调度中长期调度短期调度互动目标降低配电网整体薄弱程度；降低配电网全年网络；均衡负荷分布降低配电网月度网络损耗；均衡负荷分布降低电压偏移率；降低综合负荷波动系数；降低日网络损耗；降低峰谷差率；开关动作次数最低；中断调度成本最小互动对象配电网络、用户、分布式电源、微电网、上级电源、电动汽车充换电站配电网络、用户、电动汽车充换电站、上级电源配电网络、用户、分布式电源、微电网、上级电源、电动汽车充换电站考虑因素年度负荷、保电需求月度负荷、检修需求电价信息、保电需求、检修需求、削峰需求约束条件重要负荷保电的网络拓扑约束；主变容量约束；潮流约束重要负荷保电的网络拓扑约束；主变容量约束；潮流约束；计划检修约束主变容量约束；潮流约束；分布式电源出力约束

4　实践探索及示范应用

为了促进技术成果转化和落地应用，课题组开发了基于OPEN3200系统的智能配电网调度互动决策支持系统。该系统具备分时(尖峰)电价仿真、长期调度互动方案、中长期调度互动方案，以及短期调度互动方案等功能，并通过数据接口实现电网实时数据的导入与计算。系统界面如图4所示。

图4　系统界面 Fig.4　System interface

课题组选取南京青奥智能电网示范区作为试点应用对象，以验证研究成果的有效性和系统运行的可靠性。建立了相应的电网模型，包括220 kV变电站2座，110 kV变电站7座，10 kV馈线154条，以及1家分布式光伏电源和1座公共汽车充换电站。

4.1　薄弱性分析计算

[13] 庞　鹏. 电力市场化改革背景下电力需求响应机制与支撑技术[J]. 广东电力，2016，29(1)：70-78.

表2　计算结果 Tab.2　Calculation results

序号馈线名称馈线整体薄弱度1香堤线0．722黄山路线0．563怡康线2．574紫创线1．275凤台线1．206赛上线1．23

从表2可以看出，怡康线整体薄弱度最高(计算结果越高，代表线路越薄弱)。同时，通过实地调查、运行数据分析得出，怡康线主干线电缆截面较小，并且由于所供负荷容量逐年增长，线路在负荷高峰期经常出现重载情况。特别是怡康线与其他线路联络较少，一旦出现故障跳闸、临时消缺等异常情况，大部分负荷无法在短时间内转供，造成负荷失电，影响供电可靠性。实际结论与系统计算结果相一致。解决这一“卡脖子”现象是通过上报技改，合理规划供电路径及更换大截面导线，同时加强对重点用户、重点区域设备的巡视和检查，及时发现并解决设备缺陷和异常。

4.2　可中断资源及可平移资源互动响应

(1) 可中断资源互动响应。

WANG Xifan, XIAO Yunpeng, WANG Xiuli． Study and analysis on supply-demand interaction of power systems under [J]． Proceedings of the CSEE，2014，34(29)：5018-5028．

对于肥料分级标准，田树刚表示，其落地执行还存在着许多挑战，需要开展更多的工作。一方面，更加严格标准的出台必将增加企业的生产成本，如何控制产品的合理价格以满足生产企业和农业种植的双向成本需求，需要在完善行业法规政策、升级生产工艺等多方面努力。另一方面，在完善农产品标准和肥料标准同时，应制定完善种植环节的相关标准，从而实现农业全程的标准统一，避免分级后的肥料产品在使用中“无法可依”，保障生态肥真正投入到生态农业之中。

图5　香堤线互动结果 Fig.5　Interactive results of Xiangdi

(2) 可平移资源互动响应。

2016年8月25日14:00—17:00，紫创线需要临时消缺，停电范围包括橡胶某厂、充换电站2家用户。通过系统给出的转供方案，以上2家用户作为可平移资源，由黄山路线转供。结果如图6所示。

图6　紫创线和黄山路线互动结果 Fig.6　Interactive results of Zichuang and Huangshan

2016年迎峰度夏期间，该系统安排可中断负荷执行计划13项、调整运行方式257次、微电网交换功率调控5次，平均每天削减高峰负荷5.2 MW，平均负荷峰谷差率降低5.7%，电压合格率100%，实施效果显著，精准实现了源网荷的统一协调互动，有效保障了南京电网安全稳定运行。

5　结语

文中在考虑电力体制改革大背景下，提出了智能配电网调度互动体系框架，包括源网荷各侧互动主体，特别是能源服务公司、负荷聚合商等新兴元素。在此基础上，设计了考虑价格偏好因素的可中断资源和基于贝叶斯纳什均衡的可平移资源的互动机制，结合年度负荷、月度负荷、日负荷等多负荷水平提出了长期、中长期、短期的调度互动实现技术。最后，将研究成果进行提炼总结，研发了智能配电网调度互动决策支持系统，并进行示范应用。工程实践结果验证了所提理论和方法的有效性和合理性，有效增强了智能配电网的运行弹性水平和互动响应能力。

参考文献：

那是一天下午，县里小汽车来了。从车上下来一位高个儿，面色黝黑的中年人。噢，是主管农业的马副县长。他一看见吴站长就说：“殊书，过得惯吗？你爸爸妈妈要来看你呢！”

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其中：a1为回转台中心到截割臂抬升关节的水平距离；a2为截割臂抬升关节到截割头伸缩油缸前关节的水平距离；a3为伸缩油缸前关节到截割头顶端的水平距离；b1为截割臂抬升关节到截割臂水平时的垂直距离；b2为地面与截割臂抬升关节的距离。

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各阶段调度互动策略如表1所示。

YAO Jianguo，LAI Yening． The essential cause and technical requirements of the smart grid[J]． Automation of Electric Power Systems，2010，34(2)：1-4．

经过分析，怀疑断路器垂直连杆与连杆轴套密封件之间存在机械磨损，磨损引起断路器合闸操作时存在机械卡涩，从而造成断路器合闸时间严重超标，断路器合闸速度偏低。同时，由于断路器三相机械磨损程度不同以及机械磨损对断路器机械特性影响的随机性，使得断路器三相的合闸时间差别较大，致使断路器合闸不同期时间严重超标。

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三是价格风险。合作社可以在收储稻谷的同时，通过到期货市场上进行大米期货的套期保值来规避价格变化的风险。

考虑价格偏好因素的可中断资源互动模型的目标为在既定的购电价格下，供电公司将原本用于购电的费用补偿用户可中断负荷，若两者差值大于0，则相当于负荷削减带来了成本的节约，再考虑输配电成本和运行费用，使供电公司成本节约函数最大。

工资、节日费以及带薪休假等都是企业提供给员工的福利，正是有了这些福利待遇，员工才能合理的对自己工作之余的生活进行合理的安排，进而合理的分配自己的工作与休息的时间，除了实现自我价值，在精神上与物质上都得到较大满足，有效的平衡和协调了员工工作与生活的时间与情绪。

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正交试验方案及试验结果如表3所示。其中K1是各因素在水平1所对应回弹角的平均值，K2是各因素在水平2 所对应回弹角的平均值。K值的大小可以判断因素的优水平，各因素的优水平组合即为最优组合，R是各因素的极差，R反映了因素水平变动时试验指标的变动幅度，R越大，说明该因素对试验指标的影响越大，因此也就越重要。

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2016年8月20日，根据上级调度要求，香堤线需要在8：00—17:00削减负荷200 kW，经智能配电网调度互动决策支持系统计算后，得出了可中断负荷执行方案，并通过运行方式的调整，完成了预期目标。结果如图5所示。

选取2016年示范区内全年电网运行数据进行配电网薄弱度评估和薄弱环节辨识，以此形成长期优化调度方案。部分计算结果如表2所示。

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在姜黄切片、粉末的颜色值测定中发现，同一样品任取的切片，10个颜色值之间差异较大，RSD值均大于15%；同一样品粉末（混匀过4号筛），颜色值之间差异较小，RSD值均小于5%。表明采用姜黄粉末得到的颜色值精密度较高；进而选取粉末颜色值与姜黄素类各成分含量的相关关系作为本研究的实验结果。因此，通过颜色值预测药材品质的快速鉴别方法，应采用粉末的颜色值进行判定较为适宜。