郭晓澄

（广东电网汕头潮阳供电局，广东 汕头 515100）

0 引 言

配电网的协调控制是当前国内外专家学者的研究重点，分布式电源、电池储能、可中断负荷的研究较为成熟，已经广泛应用于国内的电网规划中。其中分布式电源具有节能环保的优点；电池储能具有自适应调节和较好的储放能力；可中断负荷对电网的保护能力较好，安全性较高。在实际应用过程中，单一的配电网供电模式难以应对日益复杂的电网结构，常有经济成本较高、运行方式单一、电网安全性不足的问题出现，基于此现象，充分遵循分解协调的设计原则，在设计过程中更加关注规划结果的合理性和经济性，采用树形结构编码的改进遗传算法，并结合原对偶内点法对模型求解，17节点算例验证了本文所提模型和算法的有效性，同时表明源网荷储的协调优化对配电网架规划结果和配电网负荷特性的改善作用[1]。

1 电池储能出力时序动态建模

电池的运行周期直接影响储存能力，单位运行周期内存越高，电池储存能力越强。基于此，本文对电池储能情况进行动态建模，电池储能结构如图1所示[2]。

根据图1可知，电池储能核心在并网侧和电池侧之间，并网侧电池储能出力为PBES，电池侧根据储能状态不同分为P+和P-。由此可以通过分段函数代表动态建模的运行状态为

式中：t为时间；Δt为电池状态转换的间隔时间；η+为电池充电效率；η-为电池放电效率；λ为1个循环周期。[3]将式（1）进行线性变换后得到

式中：Eba,i和Eba,t为电池储能起始时间和储满时间的剩余电量。基于此动态建模运行电池5个周期后，计算得到电池最小电量系数平均值为0.2[4]。进而将电池储放周期设为24 h，使用式（2）中的储放方式，得到电池储能出力时序动态建模如图2所示。

2 建立规划模型

为提升本次研究的科学性，本文根据目前配电网运行情况和主要故障类型，将规划建模分为A、B、C模型，其中模型A主要研究配电网架规划的故障问题，优化内容集中在配电网架上；模型B主要研究电池储能的故障问题，优化内容集中在电池储能和电池控制方面；模型C主要研究可中断负荷和分布式电源的协调配合问题，优化内容集中在配电网运行方式上，A、B、C规划建模的目标函数和约束条件如表1所示[5]。

3 总体求解流程

基于上述建模情况，本文选择使用原对偶内点法作为主要算法，并结合树形结构编码的改进遗传算法作为辅助算法，目的在于增加总体求解的自适应性，减少人为计算造成的误差，并为建模数据增加群体搜索功能和外扩展功能，为求解后的算例分析打好数据基础，同时树形结构编码的改进遗传算法能够将配电网架的结构组成部分进行树状结构编码，从而降低解算难度[6]。

本文模型求解过程如下文所述。

（1）首先从电网数据信息库中调取近5年的电网数据，包括配电网功率、电网负荷、电池储能输出等关键数据，并使用K-means聚类法，对调用出的数据进行数据分析和建立模型，其中建立模型应以应用场景为分类要素，并结合不同场景的电网作业时间、电网基础数据，最终聚类成3个及以上代表场景（本文聚类成a1、a2、a3，与模型A、B、C对应）[7]。

（2）聚类代表场景后，应按照树状结构对配电网架进行编码，编码采取由上至下、由少至多的原则，最终以prim最小树的个数规划种群，不同种群应用不同规划方案，最终对比优劣情况（本文规划出b1、b2、b3，3个种群，与模型A、B、C对应）。

（3）确立代表场景和规划种群后进入计算环节，计算顺序为模型C→模型B→模型A，首先在a1场景中计算b1种群和模型C的运行数据，并按照顺序更换场景和种群，从而得到模型C的最优配电网运行方式；再将模型C最优运行数据中的电网负荷数值和运行费用带入模型B中，模型B继续与场景和种群展开计算，获取模型B最优配电网运行方式；最后将模型B的最优运行数据中的总负荷值进行方差计算，从而获取耗能最小的电池放电方式和消耗费用[8]。

（4）上述计算完毕后应进行收敛性判断，检验上述计算结果的正确性，若检验结果发现遗传算法不收敛，应重新聚类代表场景。

（5）若收敛性判断和遗传算法均通过验证，那么获取的最优运行方式和最低消耗数值就是配电网架最优的规划方案。

4 算例分析

4.1 算例概况

本文1∶1还原某市配电网进行算例分析，配电网规划区节点为17个，具体节点数据如表2所示[9]。

表2 节点数据

通过表1节点数据可以得出，节点1的有功负荷、无功负荷均为0，所以判断是上级电网交汇点，不纳入分析；另外节点8、节点11、节点14这3处为中断负荷节点，基于此，本次算计分析的分布式电源和电池储能的设置情况如表3所示[10]。

表3 电池储能和分布式电源设置情况

通过表2、表3数据和近一年内电网维护成本、主动管理成本记录，计算获得分布式电源、光伏、风电、微型燃气轮机3种装机类型的成本消耗表如表4所示。

表4 电池储能和分布式电源成本消耗表

通过表3、表4可以得出，电池储能不仅单位装机容量更高，消耗成本也低于光伏、风电、微型燃气轮机3种分布式电源。

4.2 源网荷储协调优化对配电网负荷特性的改善能力

为进一步研究源网荷储协调优化对配电网负荷特性的改善能力，本文将最优配电网运行方式通过负荷曲线进行体现，初始负荷特性曲线如图3所示，最优电池储存能力如图4所示[11]。

基于图3和图4，使用源网荷储进行协调优化，优化后分为可中断负荷和不可中断负荷2种情况，其特性曲线如图5、图6所示。

根据图5和图6中峰值的变化情况和波动性减缓，能够计算出优化前和优化后2种情况的负荷峰值和方差如表5所示。

表5 优化前后负荷情况对比

通过表5可以得出，优化后不可中断负荷对切除峰值效果较好、缓解负荷波动较差；优化后可中断负荷对切除峰值效果较差、缓解负荷波动较好，原因在于电池具备分布式电源不具备的储放功能，能够对电网负荷进行自适应调整，在实际应用过程中，应根据实际情况协调使用2种优化方式，达到切除峰值和缓解负荷波动2种优化效果的统一体现[12]。

5 结 论

综上所述，本文首先进行电池储能出力时序动态建模，然后建立A、B、C3种规划模型，说明总体求解流程，并以某市电厂实际数据为基础进行算例分析，最终得到以下结论。

A、B、C 3种规划模型能够代表配电网网架规划中的绝大部分情况，保证规划结果是安全性和经济性的最优方案。电池储能相比于分布式电源具有装机容量强、消耗成本低的优势，并且具备切除峰值和缓解负荷波动2种功能，能够提升配电网使用的稳定性。本文建立的电池储能出力时序动态模型，能够充分展现电池储能的自适应性，并考虑了可中断负荷的最大中断时间和中断比例会对规划结果造成影响，与实际应用情况较为贴合。