本文是一篇电力论文，，本文从分布式电源和可调用负荷特性的分析以及其交互机理、配电网不同运行优化场景下的负荷资源调用策略以及配电网源荷储有功无功协调优化运行三个方面展开了研究，通过优化模型的建立和算例验证。
1 绪论
1.1 研究背景与意义
随着世界经济快速发展的同时，环境问题和化石能源短缺问题日渐凸显[1]。为了应对全球资源短缺、生态环境恶化等问题，近年来世界各国均在大力发展可再生能源。在我国“双碳”目标驱动下，接入电网的可再生能源比例不断提高并逐步取代传统化石能源也是大势所趋[2]。分布式电源（Distributed Generation，DG）以其靠近负荷中心、输电损耗小以及对环境友好的突出优势得到了广泛的关注和发展[3-5]。2014年9月，为了提升我国分布式能源的科技发展水平，国家出台了大量的政策与要求，旨在逐步推进我国分布式能源的应用和技术，规范我国能源的使用标准，来实现2035年能源高质量发展、推进现代能源体系建设的重要发展目标[6-8]。2021年，中国新增光伏装机54.88GW，其中，分布式光伏装机达29.28GW，占总量的53.4%，比2020年增长87%，分布式新增装机规模突破历史记录，且首次超过集中式装机[9-10]。从2012年至今，我国分散式风机装机容量也是逐年攀升，以光伏和风电为代表的分布式发电对配电网的电力供应贡献和影响不断提升[11]。
然而分布式发电具有明显的间歇性与不确定性，其大规模接入配电网，将严重影响电网的潮流和电力供需平衡，使得传统的配电网由单向、被动的网络转变成了双向、多元的有源配电网[12]。如何有效消纳分布式发电，主动调度这些电力资源，是配电网安全经济运行亟需考虑的问题[13]。分布式电源的接入虽然在一定程度上增加了电力系统的供应能力，但仍无法完全满足我国的电力需求，因此负荷控制和需求侧响应技术逐步发展起来[14-19]。负荷控制是一种电力行业中有效的负荷控制管理方法，它能够采用调整电价或其他奖励措施，将配电网中的某些设备（如中央空调、温水器等）当作可调整的虚拟备用资源加以利用，以实现供需优化均衡，有效解决尖峰时期电网供电压力和电价偏高的现象[20]。在电网运行与管理中，用户可通过负荷管理参与其中，取得相应的收益。可接受电网控制和调度的负荷称为“可调负荷”或“柔性负荷”，柔性负荷作为可调度资源参与配电网调度是有效的调峰技术手段之一[16]。有效利用这些可调负荷资源，是增强配电网运行灵活性、保证安全经济运行的关键手段。
1.2 国内外研究现状
1.2.1 分布式电源研究现状
分布式电源作为布置在用户附近、发电功率在几千瓦到几十兆瓦之间的小型独立电源，所发的电量向用户负载分配，不足或超出部分由配电网负责调节。低于10kV电压等级电网作为常见接入位置，普遍与0.4kV低压配电网连接。主要有分散式风电、微型燃气轮机、分布式光伏、储能装置等。分布式电源凭借其灵活、分散、经济、环保的优势得到了快速的发展，在电力系统中的渗透率逐步提高，对电网运行的影响也日益增强。近年来，国内外分布式电源领域的研究非常多，侧重于分布式电源运行特性分析[23-25]、动态稳定性分析[26-29]、分布式电源控制[30-32]、优化配置[33-35]、继电保护[36]、电能质量[37-38]等维度。在运行特性维度，分布式光伏和风电出力极易受到气候、地理特性、天气等的影响，具有显著的随机性和波动性，一般采用最大功率点跟踪控制模式，为不可控分布式发电单元。微型燃气轮机等常规分布式电源具有出力稳定的特征，能够成为可控分布式发电单元，不但能够满足分布式开发的需求，还能够提供后备供电和高峰供电，有效缓解电力系统负荷高峰压力，提升电力系统机动性，大大降低送电成本，提高电能质量，从而为客户提供更加可靠的电力服务[39-40]。为了平抑可再生能源功率波动的问题，燃料电池等储能装置逐步在电力系统中大规模使用[41]。储能系统与分布式发电系统联合运行，可以减少由于分布式发电输出功率的波动，有效改善电能质量，提高分布式发电系统的可控性，增强配电网的主动性和灵活性[42-43]。
本文主要在各类型分布式电源的运行特性的模型基础上，考虑分布式电源接入的配电网优化运行。文献[44]以风电接入配电网为重点，在最小化有功功率损耗的背景下，从配电网优化调度入手，构建了相应的数学模型，且嵌套潮流计算程序和优化程序，这一过程的实现主要运用的一类算法为改进二进制粒子群算法，以此来优化调度电源资源。文献[45]深入研究了分布式电源随机性出力如何直接影响区域配电网的无功电压，光伏和风电出力呈现出的显著特征为随机性，以模糊数学法实现DG出力模型的构建，并提供了一种以单点交叉算子为基础的遗传算法，以期达到对配电网无功电压进行优化的目的。文献[46]重点关注分布式电源的无功输出，将其视为配电网的一类无功源，通过使用多代理免疫算法（以聚类分析、竞争克隆机制为基础）进一步优化整个配电网的无功分布，从而有效降低配电网的有功网损。
2 分布式电源与典型负荷的特性分析
2.1 典型分布式电源运行特性
2.1.1 风电特性
风力发电是起步较早，发展较为成熟的可再生能源发电技术，它具备清洁、永不枯竭、装机灵活等优点。风力发电技术凭借其自身的优点被广泛应用，成为分布式电源的重要组成部分。并迅速成为绿色能源的重点发展方向。
风力发电机受到风速影响使得其出力呈现出波动性，不同时间段的风力发电效率不同，波动性较大。据有关调查，我国的用电需求大幅度增加的时期为夏季，而夏季的风速在我国各个地区都较为薄弱，这就导致了用电需求与风力发电效率相背离的局面，形成了较大的电力供应缺口。此外，在一天之中，风力大小往往在夜间较为强劲，而夜间的电力需求又相对较低，这也造成了风力发电需求和供应的不平衡。因此，如果保障风力发电与耗电资源之间形成正向的匹配结构，将会大幅度增加风力发电的可调度性，缓解电力供需矛盾，提升电网运行的经济性。本节通过对我国几个典型风电场的运行数据进行分析，总结得到了风力发电的运行特性。
（1）华北地区某风电场数据分析
我国风力资源较为丰富的区域集中在中北部，其中华北地区的风力发电效率较高，因此以华北地区风电场为研究对象具备较强的代表性。风速在一日之内的变化，通常以一天中的小时平均风速来衡量。图2-1所示为华北某风电场年日平均风速曲线，可见一天当中的风速与时间段和海拔高度相关由图2-1可知，夜间的风速往往高与日间的风速，并且随着海拔高度的不同，风速也会有所不同。一般情况下，海拔高度大于30m时，夜间的风速远大于日间的风速，而在小于10m的范围之内日间的风力较高。一天之中的最低风速出现在夜间的20点至21点之间，当海拔高于30m时，最高风速集中在凌晨左右，小于30m时的最高风速则集中在下午时段。
2.2 典型负荷需求特性
供电系统有很多负载，系统总负载是根据的不同负载计算得出的。在电力系统当中，应当合理地进行负荷分类，确保属于同一类型的负荷具有基本接近的特性。根据负荷的特点，负荷可以分为居民用电负荷、商业负荷、农业负荷、工业负荷和其他负荷。其中，居民用电负荷指由于家庭服务所需的相关用电负载，工业与商业负荷分别对应于与之同名的负载，农业负荷主要是指农村地区的负载，其他负荷包括市政电力（例如街道照明）、公用事业、政府办公室、铁路和有轨电车、军事等。
2.2.1 工业负荷
在工业领域中，又包括了轻工业与重工业领域。前者主要涉及造纸与纺织工业，后者主要包含了机械、石化、钢铁、冶金与煤炭等方面的工业。它们各自的特征有所差异。
（1）重工业负荷特点
研究发现，煤矿用电属于一种感性负载，其相应的自然功率因数通常在0.8以下。该领域的日负荷曲线会受到一系列因素的影响，如排水、压缩、通风、机械化、工作站以及具体的生产条件等。采矿一般采用三班制作业，但也有四班制作业。其中一班停维修，负荷率70%~80%。
此外，钢铁工业通常有比较大的规模，需要大量地耗电，许多用电设备需要保持长时间的不间断工作，对供电的安全可靠性要求较高。该领域有较为集中的负荷，有非常高的同时率，因此在供电的安全性、稳定性与质量方面均有较高的要求。
石油工业用电的耗电量以及电量负荷水平稳定，一般也可进行热电联产等其他产业。因为该领域需要有较高的均衡性与不间断性，所以其在电负荷率方面有一定的要求。
3 分布式电源主动跟踪负荷决策研究 ......................... 23
3.1 决策目标 ............................... 23
3.2 约束条件 .............................. 23
4 针对不同运行场景的配电网负荷资源调用策略 .................... 31
4.1 接入可调负荷 ........................... 31
4.2 接入可调负荷与分布式电源 ................... 31
5 考虑负荷资源调用的配电网协调优化研究 ....................... 39
5.1 日前优化调度模型 ................................... 39
5.2 日内实时优化调度模型......................... 40
5 考虑负荷资源调用的配电网协调优化研究
5.1 日前优化调度模型
5.1 日前优化调度模型 电力公司预估当日电价得到的结果，优化调度对应配电网中的分布式电源和签订了可中断负荷合同的用户负荷，以安排第二天的分布式电源机组，并判定购电与可中断负荷的量。
电力公司预估当日电价得到的结果，优化调度对应配电网中的分布式电源和签订了可中断负荷合同的用户负荷
