1主動(dòng)配電系統(tǒng)規(guī)劃特點(diǎn)

1)社會(huì)層面的環(huán)境低碳性

主動(dòng)配電系統(tǒng)規(guī)劃方案的研究加大了清潔能源的比重，比如在規(guī)劃模型目標(biāo)函數(shù)中新增了環(huán)境成本、碳排放懲罰成本以及清潔能源棄電的懲罰成本等。主動(dòng)配電系統(tǒng)發(fā)展的主要目標(biāo)也是促進(jìn)配電系統(tǒng)對清潔能源的接納能力和延緩配電系統(tǒng)的升級改造投資等。

2)用戶層面的供電質(zhì)量與可靠性

由于清潔能源出力的不確定性和波動(dòng)性給用戶供電質(zhì)量與可靠性均產(chǎn)生了較大的影響，如電壓波動(dòng)、諧波等問題，用戶側(cè)的供電需求和供電質(zhì)量在主動(dòng)配電系統(tǒng)規(guī)劃的相關(guān)研究中得到了更為廣泛的關(guān)注。

3)電網(wǎng)層面的經(jīng)濟(jì)性、安全性與靈活性

大量分布式電源接入對于電網(wǎng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性、安全性和靈活性帶來了新的問題和挑戰(zhàn)(如短路電流、電壓穩(wěn)定和暫態(tài)問題等)。目前解決這些問題的思路主要有非網(wǎng)絡(luò)解與負(fù)荷再分配兩種規(guī)劃思路。兩種思路的基本目標(biāo)和本質(zhì)類似，本質(zhì)上均是采用開關(guān)開閉、負(fù)荷投切等方式實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)的靈活運(yùn)行，從而進(jìn)一步提高電網(wǎng)消納清潔能源能力和電網(wǎng)自身供電能力。

2主動(dòng)配電系統(tǒng)規(guī)劃與傳統(tǒng)配電網(wǎng)規(guī)劃

基本模型對比主動(dòng)配電系統(tǒng)規(guī)劃與傳統(tǒng)配電網(wǎng)規(guī)劃在數(shù)學(xué)模型表達(dá)上類似，可將其轉(zhuǎn)化為如下帶有不確定性參數(shù)、時(shí)序性參數(shù)、控制策略參數(shù)等數(shù)據(jù)參數(shù)的一般性數(shù)學(xué)多目標(biāo)規(guī)劃問題。主動(dòng)配電系統(tǒng)規(guī)劃與傳統(tǒng)配電網(wǎng)規(guī)劃的區(qū)別在于主動(dòng)配電系統(tǒng)有更柔性的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、更分散的管理模式、更靈活的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、更精確的模擬計(jì)算和更主動(dòng)的控制與保護(hù)模式。其基本思想映射到規(guī)劃模型中，表現(xiàn)在目標(biāo)函數(shù)和約束條件上。理論上，主動(dòng)配電系統(tǒng)的規(guī)劃包含傳統(tǒng)規(guī)劃的所有內(nèi)容，如圖1和圖2所示。

3主動(dòng)配電系統(tǒng)規(guī)劃研究現(xiàn)狀

配電系統(tǒng)規(guī)劃問題均可以抽象為投資層(上層)和運(yùn)行層(下層)。當(dāng)前對主動(dòng)配電系統(tǒng)的研究主要集中在運(yùn)行層上，目前研究較多的是主動(dòng)網(wǎng)絡(luò)管理(ANM，Active Network Management)模式引入。ANM手段滲透到了有載調(diào)壓變壓器(OLTC)、分布式發(fā)電(DG)、儲(chǔ)能、需求側(cè)響應(yīng)等主動(dòng)配電系統(tǒng)各參與單元，實(shí)際上為安全約束下的最優(yōu)運(yùn)行。但這些研究實(shí)質(zhì)上還是在傳統(tǒng)配電網(wǎng)上添加了主動(dòng)管理模式，并未從根本上豐富主動(dòng)配電系統(tǒng)框架的設(shè)計(jì)，而對主動(dòng)配電系統(tǒng)規(guī)劃的突破是主動(dòng)管理設(shè)備(AME, Active Management Equipment)投資決策，其中包括控制系統(tǒng)的投資、各DG和可控負(fù)荷等控制手段對應(yīng)的采集控制裝置投資等?？傊瑢NM相關(guān)研究已較為完善，只需進(jìn)一步探索和豐富相關(guān)的管理手段，而與AME相關(guān)的規(guī)劃研究才剛剛起步，有待進(jìn)一步加強(qiáng)。

4求解算法綜述

對于投資層，當(dāng)前的投資決策變量主要集中于0-1變量或者整數(shù)變量，如是否鋪設(shè)線路、DG安裝個(gè)數(shù)等，若決策變量較多，其實(shí)質(zhì)是一個(gè)較為復(fù)雜的整數(shù)規(guī)劃問題。無論是傳統(tǒng)配電網(wǎng)規(guī)劃還是主動(dòng)配電系統(tǒng)規(guī)劃，對其求解算法的研究主要集中于智能算法，如遺傳算法、粒子群算法等。智能算法求解思路簡單、清晰，但計(jì)算時(shí)間較長，且容易陷入局部最優(yōu)解。對于運(yùn)行層，無論主動(dòng)配電系統(tǒng)規(guī)劃還是傳統(tǒng)配電網(wǎng)規(guī)劃，均需考慮潮流等式約束，因此其實(shí)質(zhì)為最優(yōu)潮流模型。大多數(shù)研究的運(yùn)行層模型僅包含連續(xù)變量，求解方法除采用傳統(tǒng)的智能算法外，數(shù)值解法中的原對偶內(nèi)點(diǎn)法也較為常用。當(dāng)然，在運(yùn)行層也可能存在離散變量(如電容器投入組數(shù)等)，較為簡單處理方法也是采用智能算法，如禁忌搜索(TS)算法等。另外一種處理連續(xù)變量的思路是先對其連續(xù)化近似求解，然后再轉(zhuǎn)化為離散結(jié)果，此方法也取得了滿意的效果。但上述運(yùn)行層模型在非凸罰函數(shù)和強(qiáng)非凸松弛約束(如潮流約束等)的引入過程中，改變了原模型的凸性，也容易產(chǎn)生局部最優(yōu)解問題。針對這些問題，可考慮采用二階錐規(guī)劃并結(jié)合Distflow支路潮流模型將原最優(yōu)潮流模型凸化松弛。

上述是投資層和運(yùn)行層分開求解的方法，容易導(dǎo)致上層規(guī)劃的收斂性較差且計(jì)算時(shí)間較長。另一種思路是將投資層和運(yùn)行層統(tǒng)一建模考慮，統(tǒng)一求解。但該類建模方式的求解過程尚無相關(guān)文獻(xiàn)研究?，F(xiàn)有文獻(xiàn)中僅提出采用商業(yè)優(yōu)化包進(jìn)行求解，如GAMS或YALMIP平臺(tái)與CONOPT、GUROBI、CPLEX算法優(yōu)化包進(jìn)行聯(lián)合求解。

5未來研究展望及建議

1)考慮一次系統(tǒng)全主體的主動(dòng)配電系統(tǒng)協(xié)同規(guī)劃

主動(dòng)配電系統(tǒng)是一個(gè)集DG、儲(chǔ)能、需求響應(yīng)、電動(dòng)汽車的有機(jī)整體，且ANM控制對象包含了OLTC、DG、儲(chǔ)能、需求響應(yīng)、無功裝置等各個(gè)主體。顯然，對某一主體進(jìn)行單獨(dú)規(guī)劃是不充分的，應(yīng)對主動(dòng)配電系統(tǒng)供區(qū)內(nèi)各主體要素協(xié)同規(guī)劃，以達(dá)到整體目標(biāo)最優(yōu)?；诖?，建議未來開展以下幾個(gè)方面研究：①融入電動(dòng)汽車的主動(dòng)管理，進(jìn)而對電動(dòng)汽車充電站與主動(dòng)配電系統(tǒng)進(jìn)行協(xié)同規(guī)劃。②考慮主網(wǎng)與配電網(wǎng)的協(xié)同規(guī)劃。③考慮采用聯(lián)絡(luò)線負(fù)荷轉(zhuǎn)供等手段來提高電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)性與安全性。

2)計(jì)及二次系統(tǒng)的主動(dòng)配電系統(tǒng)協(xié)同規(guī)劃

雖然“主動(dòng)配電網(wǎng)”的概念擴(kuò)充到了“主動(dòng)配電系統(tǒng)”，但是其范圍仍局限于一次系統(tǒng)，未來主動(dòng)配電系統(tǒng)的優(yōu)化控制將更多依賴于二次系統(tǒng)。隨著信息通信技術(shù)(ICT)和高級量測體系(AMI)的發(fā)展，主動(dòng)配電系統(tǒng)在實(shí)時(shí)運(yùn)行中將具有更多的控制方法和手段，同時(shí)也為規(guī)劃層獲得更多信息，從而更準(zhǔn)確地進(jìn)行運(yùn)行仿真模擬。本文認(rèn)為未來的主動(dòng)配電系統(tǒng)規(guī)劃應(yīng)該添加主動(dòng)管理系統(tǒng)(AMS, Active Management System)以實(shí)現(xiàn)一二次系統(tǒng)的協(xié)調(diào)規(guī)劃。AMS將包含除一次系統(tǒng)以外的所有元素，如主動(dòng)配電系統(tǒng)運(yùn)行控制系統(tǒng)、采集裝置、控制裝置、通信網(wǎng)絡(luò)等。圖3為配電網(wǎng)規(guī)劃研究發(fā)展階段，其中主動(dòng)配電系統(tǒng)規(guī)劃初級階段的研究已經(jīng)較為成熟，目前中級階段的工作剛剛開始，需要針對AMS進(jìn)一步開展深入研究，以實(shí)現(xiàn)主動(dòng)配電系統(tǒng)一二次協(xié)同規(guī)劃。

3)協(xié)調(diào)主動(dòng)配電系統(tǒng)社會(huì)層、用戶層和電網(wǎng)層的規(guī)劃目標(biāo)

社會(huì)層、用戶層和電網(wǎng)層的規(guī)劃目標(biāo)之間存在矛盾和對立性，如何協(xié)調(diào)處理三者之間的目標(biāo)差異及矛盾也是后續(xù)研究應(yīng)加以考慮的重要內(nèi)容。目前較為成熟的方法是多目標(biāo)規(guī)劃并轉(zhuǎn)成單目標(biāo)進(jìn)行求解，這種手段弱化了各目標(biāo)體之間的對立關(guān)系。此外，博弈論和多代理仿真的出現(xiàn)也提供了其他解決問題的思路。當(dāng)前，迫切需要對用戶層和電網(wǎng)層規(guī)劃目標(biāo)進(jìn)行深入剖析，充分考慮諧波約束、閃變約束、短路電流約束等以及轉(zhuǎn)供或環(huán)網(wǎng)運(yùn)行手段。

4)主動(dòng)配電系統(tǒng)規(guī)劃運(yùn)行一體化及其滾動(dòng)修正

考慮運(yùn)行過程的配電系統(tǒng)規(guī)劃需要對系統(tǒng)中的DG和需求側(cè)資源進(jìn)行仿真，仿真模型的精確程度將影響規(guī)劃方案的合理性，因此需要針對系統(tǒng)中的各元件運(yùn)行特性建立合適、準(zhǔn)確的仿真模型，研究反應(yīng)各主體運(yùn)行特性的精細(xì)化模型。同時(shí)，各主體運(yùn)行過程中的不確定性和時(shí)序特性也應(yīng)在運(yùn)行中進(jìn)行模擬。因此，在主動(dòng)配電系統(tǒng)規(guī)劃研究中應(yīng)充分挖掘運(yùn)行特性，實(shí)現(xiàn)規(guī)劃運(yùn)行一體化。

除規(guī)劃主體未來是否按照預(yù)期投建等不確定性之外，主動(dòng)配電系統(tǒng)規(guī)劃過程中的電價(jià)、負(fù)荷增長等參數(shù)在實(shí)際運(yùn)行過程也存在不確定性，這些都可能導(dǎo)致原規(guī)劃方案不再適用。因此，很有必要對規(guī)劃方案進(jìn)行滾動(dòng)修正，以使得主動(dòng)配電系統(tǒng)按照預(yù)期的規(guī)劃目標(biāo)建設(shè)和運(yùn)行。

5)主動(dòng)配電系統(tǒng)規(guī)劃算法工具

目前，配電系統(tǒng)規(guī)劃的求解算法研究總體上還處于發(fā)展探索階段。由于主動(dòng)配電系中統(tǒng)包含運(yùn)行的精細(xì)化模擬、不確定性模擬和時(shí)序性模擬等需求而使得變量維度大幅增加，而且各運(yùn)行場景變量之間的關(guān)系也是弱關(guān)聯(lián)或者無關(guān)聯(lián)，這些都大大增加了求解難度。因此，探索適應(yīng)主動(dòng)配電系統(tǒng)規(guī)劃發(fā)展的求解方法具有非常重要的意義。