空调聚合商参与下的负荷控制与配电网重构

唐早，刘俊勇，刘友波，李婷，胥威汀，苟竞

1 研究背景

空调负荷的激增降低了配电网运行安全裕度，空调负荷聚合商已成为参与分散式温控负荷控制的新兴商业模式。现有关于空调负荷参与负荷控制的研究，主要针对在固定的网架结构下，以***小调峰补偿为目标进行日前调峰调度优化策略的计算，忽略了配电网重构对调节有功分布，改善电网供电水平上的作用。

因此，本文考虑从电网重构、空调负荷响应两方面出发，以空调聚合商为市场手段，结合配电网重构技术手段，制定空调负荷日前削峰方案，从而实现“集中决策、分散响应、协同削峰”。空调负荷聚合商侧提供空调削减资源，减缓负荷压力；配电网侧提供重构技术支撑，优化潮流分配。由于潮流约束的非凸非线性，求解难度大，采用二阶锥技术对潮流进行凸松弛，并用优化软件求解。

2 面向空调负荷聚合商的运行模式

夏季负荷中，空调负荷占比高且具有良好的热存储特性，属于较好的需求响应资源。但其分散性强，用户数量庞大，电力公司难以直接与其协调、控制。因此，基于现有文献提出的空调负荷聚合商控制的商业模式，本文提出一种“集中决策、分散响应、协同削峰”的运行模式。

集中决策：配电公司对电网信息与空调负荷聚合商信息进行整合，以***小化结算成本为目标，优化求解出次日配电网运行计划。

分散响应：不同空调用户与空调负荷聚合商签订不同的代理模式，空调负荷聚合商获得部分用电决策权，从而对空调负荷进行控制。

3 求解方法

本文所建立的模型考虑了不同节点、不同用户、不同时刻等多个方面，外加潮流约束，使得该问题从数学本质上来看是一个大规模的非凸非线性规划问题。为了更好的求解，采用以下技术对模型进行改进：

1)配电网的二阶锥松弛模型

配电网潮流方程式具有强非凸性，属于NP难题，求解难度大且求解效率不高。因此，本文考虑采用二阶锥技术进行松弛，令

用上述变量替换潮流约束条件中的相关项。

2)0-1整数变量约束处理

通过引入0-1变量来表征配电网支路开断情况

3)统一价格竞价模式

空调负荷聚合商的所建立的统一竞价模型中，可以利用建立价格的分段函数模型如下：

综上，本文所提出的空调负荷聚合商参与下的配电网负荷控制与运行重构策略模型可写为：

通过上述等效推导，模型可利用现有的Mosek算法软件包通过割平面法或分支定界法获得原问题的全局******解，确定各个时段、各个节点、各类用户空调负荷的削减容量。

4 算例对比与分析

本文基于IEEE33节点系统网架为例，进行了算例分析。从图2可以看出，重构前空调负荷响应量大，各个时段的空调负荷削减情况严重，在考虑重构后，通过优化网架结构，空调负荷的响应量大大减少。

5 总结

本文提出了兼容空调负荷聚合商参与的配电网负荷控制与运行决策模型，同时利用市场和技术手段实现温控负荷优化控制，以降低重载条件下配用电系统运行风险。为增强求解能力，基于混合整数的二阶锥凸规划方法对模型进行等效，利用优化软件可进行决策的快速计算。本文所提方法通过引入聚合商的商业模式进行主动削峰响应，在通信技术的支撑下，需求响应削峰与配电网重构并用，从而保障电网运行安全。该方法能有效规避冗余的电网容量建设与无功补偿配置，并且能够通过价格补偿机制，引导用户理性用电。未来笔者将针对负荷不确定性和更多分布式可控资源(如分布式电源、储能等)进行更多的考虑与研究。