1、2023 年第 3 期2023 Number 3水电与新能源HYDOPOWE AND NEW ENEGY第 37 卷Vol37DOI:10 13622/j cnki cn42 1800/tv 1671 3354 2023 03 019收稿日期:2022 05 05作者简介:李伟，女，在读硕士研究生，主要从事电力系统运行与调度和新能源清洁供热技术研究。基于乡村微网联络线功率不平衡度的蓄热式电采暖日前优化调度方法李伟，周云海，宋德璟，石亮波，陈奥洁(三峡大学电气与新能源学院，湖北 宜昌443002)摘要:蓄热式电采暖通常在夜间谷电价时段运行，存在用电同时率高导致负荷突变的问题;风电往往在夜间大发，
2、波动性和反调峰性显著。在上述双重因素作用下，夜间时段微网与外电网的联络线功率波动问题严峻。因此利用时段的重合性，提出了仅将夜间时段联络线累加不平衡功率作为优化指标。与日峰谷差指标相比，所提方法能减小联络线上的功率波动及其并网时对配电网的冲击。关键词:风电不确定性;蓄热式电采暖;联络线功率不平衡度;乡村微网;配电网中图分类号:TM61文献标志码:A文章编号:1671 3354(2023)03 0074 05Day-ahead Optimization Dispatching Method for egenerativeElectric Heating based on Tie-line Powe
3、r Imbalance of ural Micro-gridLI Wei，ZHOU Yunhai，SONG Dejing，SHI Liangbo，CHEN Aojie(College of Electrical Engineering and New Energy，Three Gorges University，Yichang 443002，China)Abstract:egenerative electric heating is usually operated in the valley electricity price period at night，which has thepro
4、blem of load mutation caused by high power consumption at the same time While，wind power often generates largeamounts of electricity at night，with obvious volatility and reverse-peaking Under the action of the above two factors，thepower fluctuation of the tie-line connecting the micro-grid and the e
5、xternal power grid is serious at night Therefore，con-sidering the coincidence of time periods，it is proposed to take only the accumulated unbalanced power of the tie-line atnight as the optimization index Compared with the daily peak-valley difference index，the proposed method can reducethe power fl
6、uctuation of the tie-line and the impact on the distribution network when it is connected to the gridKey words:wind power uncertainty;regenerative electric heating;tie-line power imbalance;rural micro-grid;distribu-tion network我国农村地区风能资源丰富，但用电负荷低，难以就地消纳富余风电，风电并网给系统带来了更多的不确定性1。风电蓄热供暖方式逐步在乡村地区推广，蓄热式电采
7、暖能消纳富余风电，具有较好的经济和环境效益。但蓄热式电采暖负荷难以跟随快速波动的风电功率，并且具有同时率高的特性2，因此研究含风电和蓄热式电采暖的微网运行方法，对减少其并网时给电力系统带来的扰动具有重要意义。现有研究对风电的不确定性和电采暖负荷特性的综合考虑比较少，并且在电采暖参与电网负荷平衡控制方面，一般采用日峰谷差最小作为优化指标，实现对系统削峰填谷的目的3 4。但由于地理位置的差异，一些风电场在夜间大发，此时电网处于负荷低谷时期，将会导致微网联络线功率波动较大，给电网带来较大的压力5，而白天时段，风力发电较小，可基本被消纳。且为响应分时电价、消纳弃风6、减少与基础电负荷重叠，往往会让蓄热
8、式电采暖在夜间运行7 8，现有文献研究较少考虑其用电同时率高而威胁电力系统47李伟，等:基于乡村微网联络线功率不平衡度的蓄热式电采暖日前优化调度方法2023 年 3 月安全的问题。因此，若仍采用传统的日峰谷差作为优化指标则无法取得较好的效果。本文采用集中母线方式构建了并网型乡村微能源系统，对该系统内的各元件进行建模，并针对风电出力的随机性和蓄热式电采暖负荷特性，提出了联络线功率不平衡度指标。通过对蓄热式电采暖运行状态的优化，使其负荷连续缓慢的变化，减少了联络线上功率在短时间内的突变现象。最后，基于河北省某乡村地区构建算例分析验证所提策略的有效性，利用 Matlab 软件调用 Yalmip 工具
9、箱进行求解。1风电不确定性11风电场景生成风电预测的不确定性给含风电场的系统调度带来了困难，采用拉丁超立方抽样方法生成风电场景集描述其随机性。风电预测具有一定的误差，各时段风电出力的实际值可表示为预测值与预测误差之和。已有研究表明，风电出力预测误差近似为正态分布9，其公式为fw=(Pw)=12exp(Pw)222)(1)Pw=Pw，pre+Pw(2)Pw N(0，)(3)式中:Pw为风电预测误差值;和 分别为风电预测误差的期望和方差;Pw、Pw，pre分别为风电出力实际值和预测值。12风电场景缩减假设抽样得到的场景集为 P，第 i 个场景可表示为Pi=Pi1，Pi2，Pit(i=1，2，n;t
10、=1，2，T)(4)式中:Pit为 i 场景下 t 时刻风电功率;t 为调度时段，本文 T=24。采用拉丁超立方抽样方法可生成大量概率相近的场景，若将其全部输入优化模型，则会降低计算效率，因此使用场景缩减法对得到的场景集进行缩减，得到具有代表性的场景用于算例分析10，其步骤为1)设场景 Pi发生的概率为 yi，计算场景 Pi和 Pj之间的距离为D(Pi，Pj)=(Pi Pj)2(5)2)设置削减场景数为 C，计算 D(Pi，Pj)，当 i 取 X时，D(Pi，Pj)最小，删除该场景。3)重复迭代削减场景直至达到数量 C，并将削减的场景概率累加到与其距离最近的场景概率上，即y=yj+yi，得到缩
11、减后的受阻风光场景和场景概率。2乡村微网系统元件模型将乡村各用户的电负荷、蓄热式电采暖热负荷与风电系统联通，构建为乡村微网，并通过联络线接入外部配电网。从微网自身考虑，总希望由外部配电网来承担功率缺额，由于风电与蓄热式电采暖负荷的特性，会导致夜间时段微网给配电网带来较大的功率波动。所以此时段内微网与配电网联络线上交互功率的控制是电网稳定运行必须考虑的问题。21热负荷需求模型热负荷是指在不同室外温度下，为达到设定的室内温度，采暖设备要在单位时间提供给建筑的热量。采暖建筑有多种得热源和失热源，让房间在设定温度下保持热平衡，即失热量等于得热量。根据能量守恒定律建立电采暖热功率与取暖建筑室内时变温度的
12、热电耦合模型，如下式所示:Q1 Q2=cairairVdTindt(6)式中:Q1为建筑得热量;Q2为建筑失热量;cair为空气比热容;air为空气密度;V 为建筑体积;dTindt为室内温度变化率。根据得热量与失热量将影响建筑热平衡的各类因素分为两类:1)得热量。建筑得热量包括电采暖设备散热与建筑内部热源散热，公式为Qeh，t=Peh，tQsh，t=3 8A/1 000(7)式中:Qeh，t为时刻电采暖制热功率;为电热转化系数;Peh，t为时刻电采暖消耗电功率;A 为取暖建筑面积。2)失热量。建筑失热量 Q2包括建筑围护结构失热量 Qwall、门窗缝隙渗入冷空气失热量 Qdoor和人为通风失
13、热量 Qper11，公式为57水 电 与 新 能 源2023 年第 3 期Qwall，t=rsK(Tin，t Tout，t)Qdoor，t=0 278cairairE(Tin，t Tout，t)Qper，t=0 278cairairnVair(Tin，t Tout，t)K=11rn+1rw+r(8)式中:K 为建筑结构传热系数;r 为温度差修正系数;s为围护结构面积;Tin，t为时刻室内设定温度;Tout，t为时刻室外温度;rn、rw为围护结构内、外表面换热系数;、为围护结构各层材料厚度、导热系数;r为材料导热系数的修正系数;E 为门窗缝隙进入室内空气体积;n为换气次数;Vair为通风时进入室
14、内冷空气的体积。结合式(7)式(8)得到热负荷需求计算公式，即Qeh，t=(rsK+0 278cairairE+0 278cairairnV)(Tin，t Tout，t)3 8A/1 000(9)22蓄热式电采暖设备模型电制热关系式可见式(7);蓄热装置相关数学模型包括容量约束、蓄放热功率约束、蓄热量周期约束，公式为Seh，t=Seh，t 1+Qin，t Qout，t klossSeh，t 10Seh，tSeh，max0Qin，tQmaxin，t0Qout，tQmaxout，tS0eh=S24eh(10)式中:Qd，t为 t 时刻电采暖设备直接供热功率;Qin，t、Qout，t为 t 时刻蓄热
15、装置蓄、放热功率;Seh，max为最大蓄热量;kloss为蓄热热损失系数。3联络线影响指标建模31联络线功率不平衡指标日峰谷差即各时段功率与日平均功率之差的绝对值累加和，通过前文分析可知，采用日峰谷差指标可能难以产生较好的效果。文章提出的联络线功率不平衡度指标是将 20:00 至次日 8:00 时段微网联络线的购、售电功率求平均值，此时段内每一时刻微网的购、售电功率值与此平均值差值的绝对值的累加和。公式为PIN=Tt=1|Pnet，t Pav|(11)式中:Pnet，t为 t 时刻微网向外部配电网的购/售电功率;Pav为周期时段内微网向配电网购/售电功率平均值;为状态变量，当 =0 时，P0I
16、N表示日负荷峰谷差指标;当 =1 时，t 9，20，PIN=0，P1IN表示联络线功率不平衡度指标。32联络线最大传输功率为保证配电网供电的灵活性及安全性，定义各时刻联络线最大传输功率为配电网额定传输功率的70%减去其基础电负荷的值12。Pcel，t=0 7PN Pgel，t(12)式中:Pcel，t为 t 时刻联络线最大传输功率;PN为配电网线路的额定传输功率;Pgel，t为配电网基础电负荷。4乡村微网优化调度模型41目标函数综合考虑夜间时段风电的不确定性和蓄热式电采暖设备运行给电网带来的压力，日前调度模型以各典型风电场景下系统的最小成本为目标函数，包括蓄热式电采暖的运行费用、微网与外部电网的交互费用、引入联络线功率不平衡指标带来的惩罚费用以及弃风惩罚费用。目标函数如下:F=minSs=1s Tt=1(ctou，tpseh，t+(cbuy，t+(1 )csell，t)Psnte，t+Ps，tout，w)+P，sIN(13)式中:ctou，t为时段分时电价;交互状态 =1 或 0，表示购售电功率不同时进行;Ps，tout，w为场景 s 下的 t 时刻弃风功率;、为惩罚因子;cbuy，t
