电网二次调频的优化调度方法研究

电网二次调频的优化调度方法研究

黄剑琳

   广西新电力投资集团崇左供电有限公司   532200  广西崇左市

摘要：二次调频优化调度，旨在减少电网损失、降低电压偏差，实现电网系统运行节点的最优配置。本文为实现电网二次调频优化控制，应用自动调节机制，实时调整发电网的输出功率，以响应系统负荷变化，实现配电网约束目的，减少线路运行潜在的重载、越限等问题。研究结果表明，基于二次调频优化调度方法的应用，可最大限度满足系统运行需求，并降低电网系统运行成本。

关键词：二次调频；优化调度；调频容量；遗传算法

引言：频率是衡量电网系统设备运行的核心指标，二次调频是一种常用的自动调节机制，用于实时调整电网系统的输出功率，以响应系统负荷变化。二次调频通过测量系统频率的偏差，并根据设定频率偏差范围，自动控制系统输出功率，维持系统频率，使其处在合理范围内。优化调度则是在二次调频的基础上，应用优化算法和调度策略，对电网系统的运行进行精确控制，以实现系统运行的最优化。

1.二次调频系统架构

1.1系统架构

电网二次调频基于电网负荷模型构建，选择适宜的二次调频控制测量，应用数据分析技术、物联网技术等，确定用户、电网负荷、电网调度参数，建立电网二次调频系统的基本结构。系统内，设置电网、机组，连接配网调度中心，基于管理平台完成数据分析过程，与负荷聚合商连接，通过通信装置与负荷控制器连接在一起。在二次调频系统运行期间，采用随机、约束的优化调度方法，结合运行参数计算二次调频的实际总容量，并对电网运行各个节点的调频容量进行确定[1]。

1.2算例

基于电网二次调频的优化调度，主要应用遗传算法对负荷群内节点数据进行优化，减少线路重载、负载情况，使得电力系统电压偏移线损最低，减少线路运行可能产生的能源消耗。在频率事件产生时，调度中心会下达负荷调频任务，备用负荷容量为20%左右，建立仿真模型，将电网中共计35个节点纳入模型之中，确定线电压基准数值为12.5kV，容量值基准为10MVA。采用潮流计算方法，网络有功负荷、无功负荷分别为2.45MVar、3.94MW，会产生功率损耗，实际输送容量远远超过假定额定容量，使得电网运行出现重载问题。调度中心下发调频任务后，基于二次调频计时、配网约束算法，实现电网调度优化目标。具体算法应用流程如下：

第一步，设置交叉概率及变异概率，其中交叉概率的数值为0.6，变异概率的数值为0.05，并在网络内设置交叉点。

第二步，采用解码算法计算交叉染色体，配以适当的差异率，最优解差异率数值为15%。

第三步，设置表长、步长，采用迭代计算方法，经过10次至20次迭代计算后，确定最优解。

采用迭代计算方法后，差异率呈现出逐渐下降的趋势，且无限接近限值，经过精确求解和计算后，继续寻找最优解。期间考虑到可能出现的网损问题。仿真模型中标记各节点后确定初始削负荷位置、容量、最优削负荷位置、容量等。电网经过二次调频和约束调度后，电压幅值提升，线路内电压差降低，有功功率也有所降低，且线损率降低1.08%左右。且二次调频优化调度之后，电网线路的传输功率重载数值有所下降，且满足小于额定功率80%的基本要求，线路运行重载现象消除，既实现调频目的，还能避免电网运行重载、超载问题[2]。

2.负荷调频优化调度应用

2.1调频容量计算

根据电网参与二次调频的时机以及具体的参与对象，结合不同节点以及节点内聚合商参与情况，确定具体的电网负荷调频容量，可参与调频的负荷容量计算需要根据节点、时机以及设备运行情况、功率等相关参数，具体计算公式如下：

公式中的P表示负荷调频容量，t表示时间点，Pt表示节点的聚合以及可提供负荷所参与的调频容量，N表示节点的数量。基于上述公式计算负荷二次调频的容量，为后续的优化调度提供基础。

2.2配电网约束分析

配电网运作的主要目的是实现电网运行过程中的负载平衡，减少电网运行可能产生的损耗，减少输出节点和输入节点之间的电压偏差。在用户用电高峰时期，电网线路极易出现过载问题，采用重构的方法也难以有效解决该问题。使用优化调度的方法，确定负荷最优节点，达成提高频率质量、减少线损和偏差的最终目的，减少电压约束、配网约束所产生的影响。在配电网约束确定过程中，分别采用等式约束和不等式约束的方法，确定具体的有功功率约束情况以及无功功率约束情况，具体公式如下：

公式：有功功率约束

公式：无功功率约束

公式中的V表示节点处的电压数值，N表示节点数量，C和B分别表示电网支路中的电纳、电导，A表示相位差。使用上述公式计算配网运行时的有功功率约束及无功功率约束。

使用不等式计算配电网约束情况的过程中，需要识别节点电压约束和支路电流约束情况。分析节点电压幅值最大值及最小值，以及通过支路电流最大值及支路的总数量。如果线路负载情况达到额定容量的80%以上，则表明电网线路运行期间存在明显的负载情况，且电网运行损耗增加，稳定性有所丧失。

2.3优化调度目标函数

优化调度目标函数确定，预先建立二次调频聚合模型，在约束条件下确保网损最低、压差最小，以最优节点为目的下达调频任务。二次调时及优化调度控制期间，利用双目标函数计算最优节点，具体双目标函数如下：

公式中的Ps与Pu之间的差值即为损失值，则用于计算优化调度后的电压的实际偏差情况。α和θ分别表示函数权重系数值，Vi表示不同节点的电压幅值，Vn表示额定电压数值。基于优化调度目标函数的计算，应用算法确定调频后的网损情况，可起到控制网损、优化电压偏差的最终目的，实现二次调频的优化调度。

2.4最佳节点选择

   优化调度则是在二次调频的基础上，通过应用优化算法和调度策略，对配电网系统的运行进行更加精确和高效控制。该过程需要确定最佳节点，最佳节点选择及调频容量确定，主要应用遗传算法实现，在求解过程中以避免单一局部最优解计算为目的，从整个二次调频优化调度整体目标出发，求得最终解。配网约束调度优化方法应用过程中，利用遗传算法及迭代算法，确定最终节点位置以及调频的实际容量，随后搜索目标，在搜索域内确定目标，利用遗传算法得到较优解后，将较优解作为初始值，得到最优解。根据系统负荷变化和电力市场需求，对电网系统的出力进行优化调整，该过程可通过考虑燃料成本、效率、环境排放等因素，以及预测负荷和市场价格等信息来实现。根据系统频率变化的速率和幅度，动态调整设备组的响应速度和幅度，以提高系统频率的稳定性[3]。

结论：综上所述，优化调度可用于改进二次调频控制策略，使电网运行更加灵活和高效。基于遗传算法的应用，根据系统频率变化的速率和幅度，动态调整电网的响应速度和幅度，以提高系统频率的稳定性。本文建立仿真系统验证了优化调度方法应用的科学性和有效性，在降低网损、调整电网偏差方面效果良好，电网运行也更加稳定。

参考文献：

[1]严伟,徐光福,侯炜.计及二次调频独立型微电网快速调频策略[J].电力电容器与无功补偿,2022,43(05):140-147.

[2]施佳锋,张宏杰,李中伟.计及配电网约束的温控负荷参与电网二次调频的优化调度方法[J].自动化技术与应用,2022,41(08):84-88+105.

[3]逄林,陆欣,武占侠.基于虚拟同步电机的微电网二次调频技术[J].电气传动,2022,52(08):8-13.