基于邊端協(xié)同的智慧樓宇低壓配電網(wǎng)自治優(yōu)化調(diào)節(jié)方法概述

王瑞祺 黃芷君 張偉

1. 國(guó)網(wǎng)福州供電公司 福建 福州 350004；

2. 國(guó)網(wǎng)福建水口發(fā)電集團(tuán)檢修分公司 福建 福州 350004；

3. 積成電子股份有限公司 山東 濟(jì)南 250100

引言

隨著人民生活水平的不斷提高，樓宇智能化，智慧化逐漸成為人們關(guān)注的熱點(diǎn)，基于云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)實(shí)現(xiàn)智慧樓宇中低壓用電的優(yōu)化調(diào)度，及時(shí)發(fā)現(xiàn)用電中的薄弱環(huán)節(jié)，將故障排除在萌芽狀態(tài)，變被動(dòng)搶修為主動(dòng)調(diào)度，成為智慧樓宇的重要功能之一[1-3]。

本文基于家庭能量管理終端及樓宇電能管理設(shè)備，通過(guò)從配電變壓器到家庭智能電表、智能能效管理終端的綜合調(diào)控，削峰填谷，實(shí)現(xiàn)樓宇低壓臺(tái)區(qū)用電最優(yōu)化。

1 基于邊端協(xié)同的樓宇低壓配網(wǎng)自治模型

智能配變終端作為重要的邊側(cè)設(shè)備采用容器及微服務(wù)架構(gòu)，具備即插即用、邊緣計(jì)算、智能自治等特點(diǎn)。其安裝在配電變壓器低壓側(cè)的JP柜中，可實(shí)現(xiàn)對(duì)配變所供區(qū)域的智能電表、智能開(kāi)關(guān)、無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備、三相不平衡設(shè)備、分布式電源等的監(jiān)視和控制。家庭能量管理終端是智慧家居的基礎(chǔ)，其既可以實(shí)現(xiàn)電量采集的基本功能，也可以實(shí)現(xiàn)對(duì)戶(hù)內(nèi)各種電器設(shè)備的用能管理和優(yōu)化控制。

為確保配電網(wǎng)整體供電可靠性，低壓配電網(wǎng)本著就地消納，區(qū)域自治的原則，將低壓?jiǎn)栴}盡量控制在配變側(cè)和用戶(hù)側(cè)。通過(guò)端側(cè)設(shè)備實(shí)現(xiàn)用戶(hù)側(cè)內(nèi)部的用電負(fù)荷協(xié)調(diào)優(yōu)化，通過(guò)邊側(cè)設(shè)備實(shí)現(xiàn)配變低壓側(cè)所供區(qū)域的分布式電源綜合消納與優(yōu)化調(diào)度控制。邊側(cè)設(shè)備與端側(cè)設(shè)備之間通過(guò)HPLC4G5G進(jìn)行信息交互。

建立邊側(cè)優(yōu)化調(diào)節(jié)設(shè)備集SAES描述智能配變終端需調(diào)節(jié)的設(shè)備區(qū)域，包括線路開(kāi)關(guān)、分布式電源、儲(chǔ)能裝置、補(bǔ)償裝置、端側(cè)設(shè)備等用戶(hù)外部設(shè)備及電源。具體為：

式中，SEg為智能配變終端需調(diào)節(jié)的第g個(gè)設(shè)備，q為智能配變終端需調(diào)節(jié)的設(shè)備總數(shù)。

建立端側(cè)優(yōu)化調(diào)節(jié)設(shè)備集EAES描述家庭能量管理終端需調(diào)節(jié)的設(shè)備區(qū)域，包括家庭能量管理終端以及冰箱、空調(diào)、熱水器、電視、洗衣機(jī)、電動(dòng)助力車(chē)、電動(dòng)汽車(chē)等用戶(hù)內(nèi)部的負(fù)荷。具體為：

式中，EEh為家庭能量管理終端需調(diào)節(jié)的第h個(gè)設(shè)備，p為家庭能量管理終端需調(diào)節(jié)的設(shè)備總數(shù)。家庭能量管理終端既包含在邊側(cè)優(yōu)化調(diào)節(jié)設(shè)備集SAES中，又包含在端側(cè)優(yōu)化調(diào)節(jié)設(shè)備集EAES中。

2 基于邊端協(xié)同的低壓配網(wǎng)自治優(yōu)化調(diào)節(jié)

在確保供電持續(xù)性的前提下，端側(cè)用戶(hù)主要考慮經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。建立最小化用戶(hù)電能費(fèi)用函數(shù)，描述端側(cè)自治優(yōu)化的目標(biāo)，具體為：

式中，f1表示在一定時(shí)間間隔T內(nèi)的用電費(fèi)用最小，λ(t)為不同時(shí)刻的電費(fèi)，Pfix,I表示I類(lèi)負(fù)荷的功率值，Nfix為第I類(lèi)負(fù)荷集，Pc1,J(t)為J類(lèi)負(fù)荷的功率，Nc1為可調(diào)節(jié)負(fù)荷的集合。Kfix(t)，Kc1(t)表示各種負(fù)荷的運(yùn)行狀態(tài)。

智能配變終端根據(jù)配變低壓側(cè)所有端側(cè)設(shè)備優(yōu)化后的負(fù)荷總量進(jìn)行分布式電源消納控制，以實(shí)現(xiàn)邊端協(xié)同自治優(yōu)化調(diào)節(jié)。低壓端側(cè)分布式電源多是用戶(hù)出資建設(shè)，其運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性是主要關(guān)注目標(biāo)。建立最小化邊側(cè)供電成本函數(shù)，描述邊側(cè)自治優(yōu)化的目標(biāo)，具體為：

式中，f2為表示在一定時(shí)間間隔T內(nèi)的供電成本最小，COM,t、CESS,t分別為各種種分布式電源及各種儲(chǔ)能裝置的運(yùn)維成本，Cu,t為表示為網(wǎng)供負(fù)荷費(fèi)用。

式中，SDG,i(t)為一定時(shí)間t內(nèi)第i個(gè)分布式電源的待調(diào)節(jié)狀態(tài)；cDG,i(t)表示第i個(gè)分布式電源單位出力情況下的運(yùn)維費(fèi)用；PDG,i(t)表示第i個(gè)分布式電源在一段時(shí)間t內(nèi)的功率值；NDG、NES表示分布式電源及儲(chǔ)能裝置數(shù)量，Bu(t)為一段時(shí)間t內(nèi)的電價(jià)。

3 結(jié)束語(yǔ)

本文依靠智能配變終端與家庭能量管理終端建立了邊端協(xié)同的低壓配電區(qū)域自治模型；基于最小化用戶(hù)電能費(fèi)用目標(biāo)，提出了低壓配電網(wǎng)端側(cè)自治優(yōu)化調(diào)節(jié)方法，生成了參與需求響應(yīng)優(yōu)化后的用電負(fù)荷值；基于最小化邊側(cè)供電成本目標(biāo)，提出了低壓配電網(wǎng)邊端協(xié)同自治優(yōu)化調(diào)節(jié)方法。通過(guò)邊端協(xié)同優(yōu)化，可較好地滿足智慧樓宇低壓配電網(wǎng)的區(qū)域自治，具有較好的實(shí)用價(jià)值。