学术简报｜提高系统经济性的输配两级电网协同优化方案
华中科技大学电气与电子工程学院强电磁工程与新技术国家重点实验室的研究人员叶畅、苗世洪等，在2018年第23期《电工技术学报》上撰文（论文标题为“基于改进并行子空间算法的输配两级电网协同优化”），针对传统输配分离调度可能产生的边界功率不平衡、资源利用不充分等问题，提出一种从全局角度对系统进行优化的输配两级电网协同调度策略。
首先，以输配系统整体供电成本最低为目标函数，建立了输配两级电网基础调度模型，并讨论了相应的约束条件。为了降低该模型求解的复杂度，引入改进并行子空间算法对该模型进行标准化处理，进而建立了基于改进并行子空间算法的输配两级电网协同调度通用模型。
该模型将输电网和各配电网作为并行子空间进行学科分析，并在系统层统一完成优化设计，可有效避免优化过程中输配网频繁地进行信息交互。此外，为了进一步提高求解效率，提出输配两级电网学科响应面近似模型的构建方法，并采用径向基函数（RBF）神经网络对学科分析过程进行拟合。最后，采用仿真算例验证了所提调度策略的必要性和有效性。
传统的经济优化问题中，通常将配电网等效为边界线上的固定功率节点，在输电网侧进行优化求解。而配电网优化则通常考虑上级电网电价，对配电网内部资源进行优化。这种输配分离的优化方式，容易导致边界线上的功率不平衡并产生不必要的电网阻塞，进而产生一系列的系统调度技术问题并增加额外的运行成本。同时，输配分离调度模式还可能导致电网资源利用不充分，无法保证调度结果在整体上的最优性。
近年来，智能电网协调优化问题已成为研究的热点。相比于传统电网，智能电网由于大量分布式电源（Distributed Generation, DG）、柔性负荷以及新型电力电子装置的引入，其输电侧和配电侧的控制方式更加灵活而复杂。
文献[8]基于电网一体化运行的物理实际，统筹考虑发、输、配、用各环节的经济运行，指出实现大电网的全局资源优化配置的研究工作仍然较为薄弱。大多数优化调度策略以主网电价确定、馈线交换功率可以任意取用为基本假设，忽略了配电网运行策略对主网运行经济性和安全性的影响，也忽略了主网对配电网运行策略的限制，输配网之间的交互机理还需要进一步研究。
随着电网智能化的发展，输配两级电网功能将进一步融合。有学者指出，坚持输配电一体化管理能够在最大程度上降低运营成本、提高经营效率，同时也能够减少重复建设与资源浪费，降低整个社会的成本，并满足电能消费的合理需求。因此，研究输配协同优化调度策略，对于实现输配一体化运行调度管理具有重要的意义。
鉴于此，文献[11]基于“系统之系统”（System of Systems, SOS）概念，将输配网作为一个整体系统，提出了一种基于分层结构的机组组合算法。该算法考虑了电网安全约束，同时对输电网内的常规机组和配电网中的可控DG进行了优化调度。
文献[12]研究了主动配电系统与主网的有功协调问题，通过Benders分解将协调调度问题转换为分层优化问题，并详细讨论了两者的协调问题。类似地，清华大学提出了一种称为异构分解法（Heterogeneous Decomposition algorithm, HGD algorithm）的思路，将输配网的一体化经济调度问题分解为输电网经济调度和配电网经济调度两个子问题，利用输电网节点边际电价和配电网从输电网购买的功率作为交互量，通过相互迭代求解全局最优解。针对该方法偶尔可能出现的发散问题，文献[13]考虑了节点边际电价对负荷注入量的灵敏度，对上述方法进行了改进，保证了算法的收敛性。
在以上研究基础上，文献[14]基于随机规划建立了输配二层优化的竞价模型，其中上层模型以主动配电网收益最大为目标，提出了主动配电网安全运行模型；下层模型以社会效益最大为目标，通过基于场景集的随机规划模型考虑了参与市场竞争者竞价的不确定性，但其主要着眼于研究主动配电网的策略与非策略竞价方式。
基于文献[15]提出的配电网节点边际电价（Distribution-based Locational Marginal Price, DLMP）概念，文献[16,17]提出了一种输配一体化潮流优化模型，该模型同样包括输、配网优化两个子问题，但其在求解输电网优化时利用总剩余需求曲线（Aggregate Residual Demand Curve, ARDC）模拟配电网特性，而在求解配电网优化时采用含输电网约束的剩余供给曲线（Transmission-Constrained Residual Supply Curve, TCRSC）模拟输电网特性。该模型可较好地反映配电网的负荷弹性以及输配网之间的相互联系，但其未给出输配网内部的约束条件，且求取ARDC和TCRSC的数学模型较为复杂。
近期，文献[18]提出了一种基于多参数二次规划（Multi-Parametric Quadratic Programming, MPQP）算法的输配网集中经济调度方法，该算法可有效减少迭代次数，显著提高模型的求解速度。
以上研究工作为实现输配两级电网一体化调度提供了一定基础。然而现有的一体化优化算法大都是将整体优化问题分解为输配两级电网子优化后，利用子优化之间的相互迭代来求解。其数学模型中仅包含子优化目标函数，缺乏输配系统整体的优化目标函数，未从全局角度对输配两级电网的协同调度问题进行研究。
针对此问题，本文提出采用改进并行子空间算法（Concurrent Subspace Optimization, CSSO）对输配两级电网协同优化调度策略进行建模与求解。利用该算法思想，可将电力系统整体作为系统级对象、输配电网作为并行的子学科级对象进行研究。其中，子学科级仅进行内部学科分析，优化过程由系统级统一完成。在优化过程中，采用径向基函数（Radical Basis Function, RBF）神经网络构造对应的响应面（Response Surface, RS）来近似模拟输配两级学科之间的耦合关系，以实现电网的整体优化。
与现有算法相比，采用改进并行子空间算法进行输配协同优化调度可在模型上保证系统整体目标最优，且学科级分析独立、并列进行，无需频繁地进行信息交互，避免了输配网优化过程中的反复交叉迭代。算例仿真验证了所提优化调度策略的有效性。
图5 含两配电网接入的6节点测试系统
为了解决传统输配分离调度可能产生的边界功率不平衡、资源利用不充分等问题，本文提出了一种基于改进并行子空间算法的输配两级电网协同优化调度策略。该策略以输配两级电网的总供电成本最小为目标函数，并将输电网和各配电网作为并行子空间进行学科分析，在系统层统一完成优化设计。
算例结果表明，相比于传统输配分离调度策略，本文所提协同优化调度策略可有效减小系统总成本，降低电网电价，提高系统经济性。同时所提改进CSSO算法能较为准确地反映电网实际运行状态，且收敛速度快，对初值不敏感。
此外，利用改进的CSSO算法同时对输电网和各配电网进行学科分析，可有效避免输配两级电网之间繁琐的交叉迭代过程，从而解决实际应用中各学科之间复杂的数据接口问题，有利于工程应用。