第 42卷 第 9期
2021年9月
太 阳 能 学 报
ACTA ENERGIAE SOLARIS SINICA
Vol. 42, No. 9
Sep., 2021
收稿日期：2019-07-09
基金项目：广东省省级科技计划（2017B030314127）；广东大学生科技创新培育专项资金-“攀登计划”专项资金（pdjh2019b0038）
通信作者：郭红霞（1971—），女，博士、副教授，主要从事微电网运行与控制方面的研究。[email protected]
DOI：10.19912/j.0254-0 096.tynxb.2019-0783 文章编号：0254- 009 6（2021）09-0033-06
含高比例可再生能源配电网灵活资源
双层优化配置
任智君
1
，郭红霞
1，2
，杨 苹
1，2
，刘泽健
1
，高 瑞
1
，李鸿鑫
3
（1. 华南理工大学电力学院，广州 510641；2. 华南理工大学广东省绿色能源技术重点实验室，广州 511458；
3. 深圳供电局有限公司电力科学研究院，深圳 518000）
摘 要：分析系统灵活性供需关系，建立灵活资源运行-规划联合优化双层配置模型。运行层引入灵活性不足率作为系统灵
活性评价指标，将网损和弃风弃光量计入经济惩罚，以系统年运行成本最优为目标；规划层引入系统综合安全性指标对系统安
全性进行评估，以系统年综合成本最优为目标。采用粒子群优化算法对双层配置模型进行求解。最后，利用 IEEE 33 节点配网
系统对算例进行仿真，结果验证了所提运行-规划联合双层配置模型能有效减少网损和弃风弃光量，提高系统的经济性、安全
性和灵活性。
关键词：可再生能源；分布式发电；粒子群算法；优化；灵活资源；灵活性不足率；系统综合安全性指标
中图分类号：TM74 文献标志码：A
0 引 言
在 含 高 比 例 分 布 式 可 再 生 能 源（distributed renewable
energy，DRE）配电网中，由于风光发电机组出力不确定性带
来的系统灵活运行 风险愈发突出
［1-2］
，考虑 DRE 接入带来
的灵活性问题成为新形势下配电网研究工作的重点
［3］
。文
献［4］验证了弃风弃光源于系统灵活性失衡，并提出在配电
网规划伊始考虑系统灵活性的重要性；文献［5］建立了系统
灵活性指标约束下配电网多目标优化调度模型，验证了灵活
资源提升 DRE 消纳能力的有效性；文献［6］对电力系统灵活
性定义和评价方法进行阐述，并提出灵活性资源规划将成为
未来高比例 DRE 系统的研究重点，但未对灵活资源优化配置
模型展开验证，并且其研究重点只是在概念层面介绍了含
DRE 配电网中灵活性问题，并未对实际配电网进行灵活性资
源配置研究；文献［7-8］考虑电力系统灵活性需求，将灵活需
求纳入了规划模型；文献［9］基于供需灵活性平衡原理，建立
以最大净收益为目标的灵活电源规划模型，但该模型也仅以
经济性为目标对灵活资源进行了优化配置，考虑的目标过于
单一。
综上，含大规模 DRE 配电网灵活性问题突出时，配电网
规划的焦点应从传统的 DRE 配置转移到灵活资源优化配置
上，且在优化过程中应综合考虑系统经济性、安全性和灵活
性，实现对灵活资源配置方案的全方位综合评价。为此，本
文考虑了系统灵活性供需关系，建立灵活资源运行-规划联合
优化双层配置模型。运行层引入灵活性不足率作为灵活运
行评价指标，以系统年运行成本为目标函数，优化灵活性资
源出力；规划层考虑系统安全性与经济性，引入系统综合安
全性指标转化为约束条件对规划结果的安全供电能力进行
限制，从而实现规划结果对系统经济性和安全性的双重保
障。通过双层模型互动决策灵活资源配置方案。该模型有
效协调了高比例 DRE 配电网的经济性、安全性和灵活性。
1 含高比例 DRE 配电网灵活性供需
关系
以风-光为代表的 DRE 受地理和气候影响表现出强烈的
不确定性，这种不确定性在 DRE 大规模并网系统中将进一步
放大，对配电网经济灵活安全运行造成冲击。因此，系统应
对不确定因素的能力提出了更高要求。衡量系统应对不确
定性的能力称为系统灵活性，它涉及灵活性需求和灵活性供
应
［3］
。
1.1 灵活性需求
含高比例 DRE 配电网中，受强风-光不确定性的影响，净
负荷曲线产生剧烈波动，通常呈“鸭型曲线”
［6］
。净负荷在 t
时刻和 t+1 时刻的变化关系反映了灵活性需求的方向。t+1
时刻净负荷增加，则为向上灵活性需求，记为 F
D,up
t
；反之为向
下灵活性需求 F
D,down
t
（上标 D 代表灵活性需求）。
含高比例 DRE 配电网中，频繁的 DRE 波动易造成配电
网灵活性不足，导致弃风弃光现象加剧。而灵活资源为系统
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